说明案例细胞核

1、细胞核细胞核 (nucleus)学习目的和要求学习目的和要求1.1. 掌握核膜、核孔复合体结构组成、模型及功能。掌握核膜、核孔复合体结构组成、模型及功能。2.2. 掌握染色质与染色体的概念、化学组成、包装过程以及染掌握染色质与染色体的概念、化学组成、包装过程以及染色体的形态结构。色体的形态结构。3.3. 掌握核仁的超微结构和功能、核纤层的结构与功能、核骨掌握核仁的超微结构和功能、核纤层的结构与功能、核骨架的化学构成及功能。架的化学构成及功能。4.4. 熟悉细胞的核型与染色体带型。熟悉细胞的核型与染色体带型。5.5. 了解细胞核与疾病的关系。了解细胞核与疾病的关系。Cell NucleusOut

2、line概述概述核膜核膜染色质与染色体染色质与染色体核核 仁仁核基质核基质细胞核的功能细胞核的功能细胞核与疾病细胞核与疾病The cell nucleus. (a) Electron micrograph of an interphase HeLa cell nucleus. Heterochromatin is evident around the entire inner surface of the nuclear envelope. Two prominent nucleoli arevisible, and clumps of chromatin can be seen scatte

3、red throughout the nucleoplasm. (b) Schematic drawing showing some of the major components of the nucleus. 细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞结构，是遗传物质储存、细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞结构，是遗传物质储存、复制和转录的场所，也是细胞生命活动的控制中心复制和转录的场所，也是细胞生命活动的控制中心核膜的化学组成核膜的化学组成核膜的结构核膜的结构 核膜的功能核膜的功能 核膜在细胞周期中崩解与组装核膜在细胞周期中崩解与组装核膜（核膜（nuclear envelope）核膜的化学成

4、分主要为蛋白质和脂类，此外还有少量的核膜的化学成分主要为蛋白质和脂类，此外还有少量的DNA和和RNA。所含有的酶类和脂类都与内质网相似。所含有的酶类和脂类都与内质网相似。蛋白质蛋白质含量：约占含量：约占65%75%。 种类：核膜含有种类：核膜含有20多种蛋白质，包括组蛋白、基因调节蛋白、多种蛋白质，包括组蛋白、基因调节蛋白、 DNA和和RNA聚合聚合酶、酶、RNA酶以及电子传递有关的酶类等。酶以及电子传递有关的酶类等。脂类脂类卵磷脂和磷脂酰乙醇胺，含量低；卵磷脂和磷脂酰乙醇胺，含量低；胆固醇和甘油三酯，含量高。胆固醇和甘油三酯，含量高。外核膜（外核膜（outer nuclear membran

5、e）：附有核糖体颗粒）：附有核糖体颗粒内核膜（内核膜（inner nuclear membrane）：有特有的蛋白成份（如核纤层）：有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白蛋白B受体）受体）核周间隙（核周间隙（perinuclear space）核孔复合体（核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）核纤层（核纤层（nuclear lamina）The nuclear envelope. (a) Schematic drawing showing the double membrane, nuclear pore complex, nuclear lamina, and the con

6、tinuity of the outer membrane with the rough endoplasmic reticulum (ER). Both membranes of the nuclear envelope contain their own distinct complement of proteins. (b) Electron micrograph of a section through a portion of the nuclear envelope of an onion root tip cell. Note the double membrane (NM) w

7、ith intervening space, nuclear pore complexes (NPC), and associated heterochromatin (HC) that does not extend into the region of the nuclear pores核内外核膜融合之处形成的环状开口。核内外核膜融合之处形成的环状开口。由多个蛋白质颗粒以特定方式排列而成的蛋白分子复合物由多个蛋白质颗粒以特定方式排列而成的蛋白分子复合物捕鱼笼式（捕鱼笼式（fish-trap）结构模型：八边形对称结构，四部分组成）结构模型：八边形对称结构，四部分组成 胞质环（胞质环（cyto

8、plasmic ring）：）：核质环（核质环（nuclear ring）：核篮模型）：核篮模型辐（辐（spoke）：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，分为三个结构域：）：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，分为三个结构域：柱状亚基（柱状亚基（column subunit）腔内亚基（腔内亚基（luminal subunit）环带亚基（环带亚基（annular subunit）中央栓（中央栓（central plug）：又称中央颗粒（）：又称中央颗粒（central granule）核孔复合体（核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）核孔复合体组成成份：核孔蛋白（核孔

9、复合体组成成份：核孔蛋白（nucleoporin，Nup） gp210：一类结构性跨膜蛋白，第一个被鉴定出来的核孔复合体蛋白，位：一类结构性跨膜蛋白，第一个被鉴定出来的核孔复合体蛋白，位于核膜的孔膜区，介导核孔复合体与核被膜的连接、参与核孔形成及核于核膜的孔膜区，介导核孔复合体与核被膜的连接、参与核孔形成及核质交换。质交换。 p62：一类功能性的核孔复合体蛋白。参与核质交换；为核质交换活动提：一类功能性的核孔复合体蛋白。参与核质交换；为核质交换活动提供支持。供支持。核孔复合体（核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）核纤层（核纤层（nuclear lamina）位于内核膜

10、内侧与染色质之间的一层由高电子密度纤维蛋白质组成的位于内核膜内侧与染色质之间的一层由高电子密度纤维蛋白质组成的网络片层结构网络片层结构核纤层由核纤层蛋白（核纤层由核纤层蛋白（lamin）构成，是一类中间纤维，在哺乳类和）构成，是一类中间纤维，在哺乳类和鸟类中可分为：鸟类中可分为：核纤层蛋白核纤层蛋白A仅见于分化细胞仅见于分化细胞核纤层蛋白核纤层蛋白C核纤层蛋白核纤层蛋白B所有体细胞所有体细胞核纤层与中间纤维、核骨架相互连接，形成贯穿于细胞核与细胞质的核纤层与中间纤维、核骨架相互连接，形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架体系。骨架体系。核纤层功能：核纤层功能：核纤层在细胞核中起支架作用，并利于维持核孔

11、位置及核膜形状。核纤层在细胞核中起支架作用，并利于维持核孔位置及核膜形状。核纤层与核膜的崩解和重建密切相关核纤层与核膜的崩解和重建密切相关 。核纤层与染色质凝集成染色体相关核纤层与染色质凝集成染色体相关 核纤层参与核纤层参与DNA的复制的复制 核纤层（核纤层（nuclear lamina）构成核、质之间的天然选择性屏障构成核、质之间的天然选择性屏障避免生命活动的彼此干扰避免生命活动的彼此干扰保护保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤使使DNA复制、复制、RNA转录与蛋白质的翻译在不同的时间和空间上进行转录与蛋白质的翻译在不同的时间和空间上进行核质之间

12、的物质交换与信息交流核质之间的物质交换与信息交流 核膜参与蛋白质合成核膜参与蛋白质合成核膜的功能核膜的功能 被动扩散被动扩散 无机离子、小分子及直径小于无机离子、小分子及直径小于10nm的物质，如的物质，如 水分子、水分子、K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、单糖、氨基酸等。、单糖、氨基酸等。 通过直径通过直径910nm的亲水性通道自由转运。的亲水性通道自由转运。 主动运输主动运输 大分子物质，如大分子物质，如RNA、核糖体、蛋白质等。、核糖体、蛋白质等。 具有选择性；直径大小是可调节；信号识别与载体介导；消耗能量；双具有选择性；直径大小是可调节；信号识别与载体介导；消耗能量；双向性。向性。（a

13、）自由扩散； （b）协助扩散；（c）信号介导的核输入；（d） 信号介导的核输出。 亲核蛋白的输入亲核蛋白的输入亲核蛋白（亲核蛋白（karyophilic protein）：在细胞质内合成后，需要或能够进入：在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。细胞核内发挥功能的一类蛋白质。 核定位信号（核定位信号（nuclear localization signal, NLS）：存在于亲核蛋白内：存在于亲核蛋白内的特殊氨基酸序列，可引导蛋白质通过核孔复合体转运到核内。的特殊氨基酸序列，可引导蛋白质通过核孔复合体转运到核内。 富含碱性氨基酸残基，如富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，

14、Pro NLS可以是一段连续的序列（可以是一段连续的序列（T抗原），也可以分成两段。抗原），也可以分成两段。 NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，完成入核后不被切除。序列可存在于亲核蛋白的不同部位，完成入核后不被切除。 核转运受体：入核素核转运受体：入核素 RanGTP酶：水解酶：水解GTP，为核转运提供能量；激活入核素，使其释放，为核转运提供能量；激活入核素，使其释放亲核蛋白至核内亲核蛋白至核内爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验 The movement of materials through the nuclear pore.(a) Electron micrograph of the nu

15、clearcytoplasmic border of a frog oocyte taken minutes after injection with gold particles that had been coated with a protein normally found in the nucleus. These particles are seen to pass through the center of the nuclear pores (arrows) on their way from the cytoplasm to the nucleus. (b) At highe

16、r magnification, the gold particles are seen to be clustered in linear array within each pore.(c) Electron micrograph of a section through the nuclear envelope of an insect cell showing the movement of granular material (presumed to be a ribosomal subunit) through a nuclear pore.信号类别蛋白名称信号在蛋白中的位置信号序

17、列单信号SV40病毒大T抗原残基126-132Pro Lys Lys Lys Arg Lys Val腺病毒E1aC-末端Lys Arg Pro Arg Pro流感病毒核蛋白靠近C-末端336-345Ala Ala Phe Gly Asp Leu Arg Val Leu Ser二重信号非洲爪蟾核质蛋白靠近C-末端155-171Lys Arg Pro Ala Ala Thr Lys Lys Gly Gln Ala Lys Lys Lys Lys Leu非洲爪蟾N1核蛋白内部534-550Lys Arg Lys Thr Glu Glu Glu Ser Pro Leu Lys Asp Lys Asp

18、Ala Lys Lys酵母SW1 5转录因子内部636-652Lys Lys Tyr Glu Asn Val Val Ile Lys Arg Ser Pro Arg Lys Arg Gly Arg鼠poly-ADP核糖体聚合酶内部208-224Arg Lys Gly Asp Glu Val Asp Gly Thr Asp Glu Val Val Lys Lys Lys Glu鸡雌激素受体内部205-260Arg Lys Asp Arg Arg Gly Gly Glu Met Met Lys Gln Lys Arg Gln Arg Glu 几种核定位信号的结构 RNA及核糖体亚基的核输出及核糖体

19、亚基的核输出核孔复合体除了把亲核蛋白输入核内以外，还要把新合成的核糖体大小亚基、核孔复合体除了把亲核蛋白输入核内以外，还要把新合成的核糖体大小亚基、mRNA和和tRNA等输出到细胞质。等输出到细胞质。核孔复合体上的受体识别被转运的核孔复合体上的受体识别被转运的RNA分子（输出蛋白，分子（输出蛋白，exportin）核输出信号核输出信号 (Nuclear Export Signal，NES)：RNA分子的出核转运需要蛋白分子的分子的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核信号帮助，这些蛋白因子本身含有出核信号染色质与染色体染色质与染色体Chromatin & Chromoso

20、me 概述概述 染色质与染色体的组成成分染色质与染色体的组成成分 常染色质与异染色质常染色质与异染色质 染色质经组装形成染色体染色质经组装形成染色体 染色体的形态结构染色体的形态结构 核型与带型核型与带型染色质（染色质（chromatin）：）：是间期细胞遗传物质的存在形式，由是间期细胞遗传物质的存在形式，由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量组蛋白、非组蛋白及少量RNA等构成的细丝状复合结构，形态不规则，等构成的细丝状复合结构，形态不规则，弥散分布于细胞核内。弥散分布于细胞核内。染色体（染色体（chromosome）：）：是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，染是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，染色质

21、复制后反复缠绕凝聚而成的条状或棒状结构。色质复制后反复缠绕凝聚而成的条状或棒状结构。 染色质与染色体是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同存在形式。染色质与染色体是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同存在形式。染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同,构象不同构象不同染色质组分：染色质组分：DNA和组蛋白占和组蛋白占98%，少量，少量RNA和非组蛋白。和非组蛋白。染色质染色质DNA染色质蛋白染色质蛋白 组蛋白组蛋白(histone)： 非组蛋白非组蛋白(nonhistone)： 染色质染色质DNA基因组（基因组（genome） 一个生物贮

22、存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。染色质染色质DNA的类型的类型蛋白编码序列蛋白编码序列单一基因单一基因双重基因或基因家族里分出的基因双重基因或基因家族里分出的基因编码编码rRNA、tRNA，snRNA和组蛋白的串联重复序列和组蛋白的串联重复序列重复序列重复序列DNA简单序列简单序列DNA（simple sequence DNA)散在重复（散在重复（interspersed repeats):未分类的间隔未分类的间隔DNADNA分子一级结构的多样性分子一级结构的多样性 高度重复序列（高度重复序列（highly re

23、petitive sequence） 中度重复序列（中度重复序列（moderately repetitive sequence） 单一序列（单一序列（unique sequence）染色质染色质DNA高度重复高度重复DNA序列序列 卫星卫星DNA（satellite DNA），主要分布在染色体着丝粒部位；），主要分布在染色体着丝粒部位； 小卫星小卫星DNA（minisatellite DNA），又称数量可变的的串联重复序列，常），又称数量可变的的串联重复序列，常用于用于DNA指纹技术（指纹技术（DNA finger-printing）作个体鉴定；）作个体鉴定； 微卫星微卫星DNA（micros

24、atellite DNA）重复单位序列最短，具高度）重复单位序列最短，具高度多态性多态性（polymorphism），在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。，在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。染色质染色质DNADNA二级结构的多形性二级结构的多形性染色质染色质DNA染色质染色质DNA一条染色体要在细胞世代中保持稳定，其一条染色体要在细胞世代中保持稳定，其DNA 必须含必须含3 种关键序列：种关键序列：自主复制自主复制DNA 序列序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS) :确保细胞周期中确保细胞周期中DNA 的自我复制，维持遗传物质能够连续的稳

25、定传递的自我复制，维持遗传物质能够连续的稳定传递;着丝粒着丝粒DNA 序列序列(centromere DNA sequence, CEN): 确保复制后的染色体能平均分配到子细胞中确保复制后的染色体能平均分配到子细胞中;端粒端粒DNA 序列序列( telomere DNA sequence, TEL): 可使可使DNA 完整复制，并保持染色体的独立性、稳定性。完整复制，并保持染色体的独立性、稳定性。构成染色体构成染色体DNA的这三种关键序列（的这三种关键序列（key sequence）称为染色体）称为染色体DNA的功能的功能元件。元件。染色质蛋白染色质蛋白负责负责DNA分子遗传信息的组织、复制

26、和阅读分子遗传信息的组织、复制和阅读 组蛋白组蛋白(Histone)： 非组蛋白非组蛋白(Nonhistone)： 组蛋白组蛋白(Histone)真核生物染色体的真核生物染色体的基本结构蛋白基本结构蛋白，富含带正电荷的，富含带正电荷的Arg和和Lys等碱性氨基酸，等碱性氨基酸，属属碱性蛋白质碱性蛋白质，可以和酸性，可以和酸性DNA紧密结合（非特异性结合）紧密结合（非特异性结合）组蛋白种类：（组蛋白种类：（Arg、Lys比例不同）比例不同） 5种，即种，即H1 、H2A、H2B、H3、H4 ，可分为两组：，可分为两组：核小体组蛋白（核小体组蛋白（nucleosomal histone）：高度保守

27、，包括）：高度保守，包括H2A、H2B、H3、H4四四种，帮助种，帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构；卷曲形成核小体的稳定结构；连接组蛋白（连接组蛋白（linker histone）即）即H1，在构成核小体时，在构成核小体时H1起连接作用起连接作用, 它赋予染色它赋予染色质以极性。质以极性。类 型赖氨酸精氨酸氨基酸数相对分子质量(道尔顿)H129%1%21523,000H2A11%9%12914,000H2B16%6%12513,800H310%13%13515,300H411%14%10211,200组蛋白组蛋白(Histone)非组蛋白具多样性和异质性非组蛋白具多样性和异质性对对DNA具有

28、识别特异性，又称具有识别特异性，又称序列特异性序列特异性DNA结合蛋白结合蛋白 (sequence specific DNA binding proteins)具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。非组蛋白（非组蛋白（Nonhistone）非组蛋白的特性：非组蛋白的特性：非组蛋白具有多样性非组蛋白具有多样性多种参与核酸代谢与修饰的酶类如多种参与核酸代谢与修饰的酶类如DNA聚合酶和聚合酶和RNA聚合酶、聚合酶、HMG蛋白蛋白(high mobility group protein )、染色体支架蛋白、肌动蛋白和基因表达调控

29、蛋白、染色体支架蛋白、肌动蛋白和基因表达调控蛋白识别识别DNA具有特异性具有特异性能识别特异的能识别特异的DNA序列，识别信息来源于序列，识别信息来源于DNA核苷酸序列本身核苷酸序列本身具有功能多样性具有功能多样性帮助帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域；协助启动分子折叠，以形成不同的结构域；协助启动DNA复制，控制基因转录，调复制，控制基因转录，调节基因表达节基因表达非组蛋白（非组蛋白（Nonhistone）酶功能以核酸作为底物的酶DNA聚合酶DNA合成RNA聚合酶RNA合成核酸酶切割DNA和/或RNADNA连接酶在DNA复制和修复时进行DNA连接Poly-A聚合酶在mRNA3添加poly

30、 A尾DNA甲基化酶DNA甲基化拓扑异构酶将超螺旋DNA转变成松弛型螺旋去稳定酶DNA解旋, 形成稳定的单链作用于染色质蛋白的酶蛋白酶蛋白质切割组蛋白乙酰化与去乙酰化酶组蛋白乙酰化和去乙酰化蛋白激酶组蛋白和非组蛋白的磷酸化组蛋白甲基化酶组蛋白甲基化某些具有酶功能的非组蛋白 序列特异性序列特异性DNA结合蛋白不同结构模式结合蛋白不同结构模式螺旋螺旋-转角转角-螺旋模式螺旋模式(helix-turn-helix motif) 锌指模式锌指模式(Zinc finger motif) 亮氨酸拉链模式亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif，ZIP)螺旋螺旋-环环-螺旋结构模式螺旋结构模

31、式(helix-loop-helix motif，HLH) HMG-盒结构模式（盒结构模式（HMG-box motif）：）： 常染色质（常染色质（euchromatin）概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低，处于伸展状态，用碱概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低，处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅的染色质。性染料染色时着色浅的染色质。常染色质特点常染色质特点常染色质结构松散，均匀分布于核内，伸入核仁，能活跃的进行复制和转录。常染色质结构松散，均匀分布于核内，伸入核仁，能活跃的进行复制和转录。DNA包装比约为包装比约为1 0002 000分之一分之一单一序列单一序列 DNA 和中度重

32、复序列和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和如组蛋白基因和tRNA基因基因)并非所有基因都具有转录活性并非所有基因都具有转录活性异染色质（异染色质（heterochromatin）：）：概念：指间期细胞核中概念：指间期细胞核中, 折叠压缩程度高折叠压缩程度高, 处于聚缩状态的，染色时着处于聚缩状态的，染色时着色较深的染色质。色较深的染色质。异染色质特点：异染色质结构较紧密，位于内核膜边缘，转录不活跃。异染色质特点：异染色质结构较紧密，位于内核膜边缘，转录不活跃。异染色质类型：异染色质类型：结构异染色质（结构异染色质（constitutive heterochromatin）兼性异染色质（兼性异染

33、色质（facultative heterochromatin）结构异染色质（结构异染色质（constitutive heterochromatin）概念：除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，概念：除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，DNA组装比组装比在整个细胞周期中基本没有较大变化的异染色质，在间期核中，结构在整个细胞周期中基本没有较大变化的异染色质，在间期核中，结构异染色质聚集形成多个染色中心（异染色质聚集形成多个染色中心（chromocenter）结构异染色质特征：结构异染色质特征：在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段；在中期染色体上多定位于着丝

34、粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段；由相对简单、高度重复的由相对简单、高度重复的DNA序列构成序列构成, 如卫星如卫星DNA；具有显著的遗传惰性具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质；不转录也不编码蛋白质；在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩；在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩；在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区间性，作为核在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区间性，作为核DNA的转座元的转座元件，引起遗传变异。件，引起遗传变异。兼性异染色质（兼性异染色质（facultative heterochromatin）概念：在某些细胞类型或一定的发育阶段

35、概念：在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩原来的常染色质聚缩, 并丧失基因并丧失基因转录活性转录活性, 变为异染色质（异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径）变为异染色质（异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径）X染色质：染色质：巴氏小体（巴氏小体（barr body）常染色质和异染色质在螺旋化程度、常染色质和异染色质在螺旋化程度、DNA序列及功能具有明显的区别，但化序列及功能具有明显的区别，但化学本质是相同，是染色质的不同存在状态。在一定条件下是可以相互转化的。学本质是相同，是染色质的不同存在状态。在一定条件下是可以相互转化的。The inactive X chromosom

36、e: an example of facultative heterochromatin.染色质组装成染色体染色质组装成染色体主要实验证据：主要实验证据：铺展染色质的电镜观察：未经处理的染色质自然结构为铺展染色质的电镜观察：未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐溶的纤丝，经盐溶液处理后解聚的染色质呈现液处理后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构串珠状结构 染色质的基本结构单位染色质的基本结构单位核小体核小体(nucleosome)核小体：包括核小体：包括200bp左右的左右的DNA超螺旋超螺旋和一个和一个组蛋白八聚体组蛋白八聚体以及一个分子的以及一个分子的组蛋组蛋白白H1组蛋白八聚体构成

37、核小体的盘状核心颗粒，相对分子质量组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心颗粒，相对分子质量100103 ，由，由4个异二聚个异二聚体组成，包括两个体组成，包括两个H2AH2B和两个和两个H3H4146bp 的的DNA分子超螺旋欲绕组蛋内八聚体分子超螺旋欲绕组蛋内八聚体1.75 圈。组蛋白圈。组蛋白H1在核心颗粒外结合在核心颗粒外结合额外额外20bpDNA，锁住核小体，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。的进出端，起稳定核小体的作用。两个相邻核小体之间以连接两个相邻核小体之间以连接DNA (linker DNA) 相连，典型长度相连，典型长度60bp，不同物种变，不同物种变化值为化值为0-8

38、0bp不等不等组蛋白与组蛋白与DNA 之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列核小体串珠的形成使核小体串珠的形成使DNA分子压缩了约分子压缩了约7倍倍染色质组装成染色体染色质组装成染色体 (a) Schematic diagram showing the structure of a nucleosome core particle and an associated histone H1 molecule. The core particle itself consists of approximately 1.8

39、turns (146 base pairs) of negatively supercoiled DNA wrapped around eight core histone molecules (two each of H2A, H2B, H3, and H4). The H1 linker histone binds near the sites where DNA enters and exits the nucleosome. Two alternate positions of the H1 molecule are shown. (b) Electron micrograph of

40、chromatin fibers released from the nucleus of a Drosophila cell in a buffer of low ionic strength. The nucleosome core particles are approximately 10 nm in diameter and are connected by short strands of naked linker DNA, which are approximately 2 nm in diameter螺线管螺线管染色质的二级结构染色质的二级结构 概念：螺线管（概念：螺线管（so

41、lenoid）是在组）是在组蛋白蛋白H1协助下，由核小体串珠结构协助下，由核小体串珠结构盘旋而成的中空结构。盘旋而成的中空结构。 组装：螺线管每圈组装：螺线管每圈6个核小体，螺个核小体，螺距距11nm，外径，外径30nm，内径，内径10nm。 螺线管的形成使核小体串珠结构压螺线管的形成使核小体串珠结构压缩了约缩了约6倍。倍。 染色质组装成染色体染色质组装成染色体染色质组装成染色体染色质组装成染色体多级螺旋模型（多级螺旋模型（multiple coiling model）：）：又称四级结构模型，超螺旋螺旋模型。又称四级结构模型，超螺旋螺旋模型。2nmDNA以核小体形式，形成以核小体形式，形成11

42、nm染色质丝（长染色质丝（长度压缩度压缩7倍，一级结构）倍，一级结构）染色质丝螺旋化，形成中空管状结构（螺线管），染色质丝螺旋化，形成中空管状结构（螺线管），30nm（压缩（压缩6倍，二级结构）倍，二级结构）30nm 螺线管进一步螺旋化，形成螺线管进一步螺旋化，形成700nm螺旋管结螺旋管结构，称超螺旋管（压缩构，称超螺旋管（压缩40倍，三级结构）倍，三级结构）超螺旋管再螺旋和折叠，压缩超螺旋管再螺旋和折叠，压缩5倍，形成染色单体倍，形成染色单体（中期染色体，四级结构）（中期染色体，四级结构） 压缩压缩7倍倍 压缩压缩6倍倍 压缩压缩40倍倍 压缩压缩5倍倍 DNA 核小体核小体 螺线管螺线管

43、 超螺线管超螺线管 染色单体染色单体 染色质组装的多级螺旋模型染色质组装的多级螺旋模型直径直径2nm的的DNA双螺旋与组蛋白构建成直径为双螺旋与组蛋白构建成直径为11nm的核小体串珠结构。的核小体串珠结构。串珠链以每圈串珠链以每圈6个核小体为单位盘绕成直径为个核小体为单位盘绕成直径为30nm的螺线管。的螺线管。螺线管折叠成连续的襻环，沿染色体纵轴由中央向四周伸出，形成放射环，环的螺线管折叠成连续的襻环，沿染色体纵轴由中央向四周伸出，形成放射环，环的基部连接在染色体中央由非组蛋白构成的染色体支架上，每个襻环平均包含基部连接在染色体中央由非组蛋白构成的染色体支架上，每个襻环平均包含315个个核小体

44、，约核小体，约63000bp，长度为，长度为21um。襻环是染色质独立的功能单位，即襻环是染色质独立的功能单位，即DNA复制和转录的单位。因此，襻环是间期染复制和转录的单位。因此，襻环是间期染色质的基本存在形式。色质的基本存在形式。每每18个襻环以染色体支架为轴心呈放射状平面排列形成微带（个襻环以染色体支架为轴心呈放射状平面排列形成微带（miniband），微带），微带是染色体的高级结构单位。是染色体的高级结构单位。大约大约106 个微带沿纵轴支架纵向排列，便构建成染色单体。个微带沿纵轴支架纵向排列，便构建成染色单体。染色体的骨架染色体的骨架-放射环结构模型（襻环模型）放射环结构模型（襻环模型

45、）.Electron micrograph of a mitotic chromosome that had been treated with a solution of dextran sulfate to remove histones. The histone depleted chromosome displays loops of DNA that are attached at their bases to a residual protein scaffold.染色体的形态和结构在同种生物中相对恒定，在不同种染色体的形态和结构在同种生物中相对恒定，在不同种类的生物中各不相同类的

46、生物中各不相同单倍体（单倍体（haploid）、二倍体（）、二倍体（diploid）、多倍体）、多倍体（polyploidy）中期染色体的形态结构：中期染色体的形态结构：姊妹染色单体姊妹染色单体(sister chromatids) 着丝粒着丝粒(centromere)：主缢痕主缢痕(primary constriction) 或初级缢痕；或初级缢痕；短臂短臂(p) 和长臂和长臂( q) 。动粒动粒(kinetochore)次缢痕次缢痕(secondary constriction)核仁组织区核仁组织区 (nucleolar organizing region,NOR)随体随体(satelli

47、te)端粒端粒(telomere) 中央着丝粒染色体（中央着丝粒染色体（metacentric chromosome）亚中着丝粒染色体（亚中着丝粒染色体（submetacentric chromosome）近端着丝粒染色体（近端着丝粒染色体（subtelocentric chromosome）端着丝粒染色体（端着丝粒染色体（telocentric chromosome）。）。着丝粒（着丝粒（centromere）与动粒（）与动粒（kinetochore）着丝粒着丝粒( centromere)： 位于主缢痕的中位于主缢痕的中心部位，是主缢痕内部高度重复的异染心部位，是主缢痕内部高度重复的异染色质

48、结构。色质结构。动粒动粒(kinetochore) ：又称着丝点，位于：又称着丝点，位于主缢痕处主缢痕处2条染色单体的外侧表层部位，条染色单体的外侧表层部位，由蛋白质组成的盘状或球状结构的特化由蛋白质组成的盘状或球状结构的特化部位，是纺锤丝微管的聚合中心之一。部位，是纺锤丝微管的聚合中心之一。着丝粒着丝粒-动粒复合体介导纺锤丝与染色体动粒复合体介导纺锤丝与染色体的结合的结合着丝粒超微结构：着丝粒超微结构： 着丝粒着丝粒-动粒复合体（动粒复合体（centromere-kinetochore complex） 动粒结构域（动粒结构域（kinetochore domain）；）；中心结构域（中心结构

49、域（central domain）；）；配对结构域（配对结构域（paring domain）：）：动粒的超微结构：动粒的超微结构：内板内板(inner plate)中间间隙中间间隙(middle space，innerzone)外板外板(outer plate)纤维冠纤维冠(fibrouscorona)次缢痕（次缢痕（secondary constriction）：）：指染色体上除主缢痕之外的缢缩部位，数量、位置和大小可作鉴别染色体的标记指染色体上除主缢痕之外的缢缩部位，数量、位置和大小可作鉴别染色体的标记随体（随体（satellite）：）：随体是某些染色体末端的棒状或球状结随体是某些染色体

50、末端的棒状或球状结构，通过次缢痕的染色质丝与染色体臂构，通过次缢痕的染色质丝与染色体臂相连，是识别染色体的重要特征之一。相连，是识别染色体的重要特征之一。在人类染色体中，随体位于第在人类染色体中，随体位于第13 、14 、15 、21 、22 号染色体上。号染色体上。核仁组织区（核仁组织区（nucleolar organizing region，NOR）：）：是细胞核特定染色体的次缢痕处，含有是细胞核特定染色体的次缢痕处，含有rRNA基因的一段染色体区域，与核仁的形成有基因的一段染色体区域，与核仁的形成有关，故称为核仁组织区。其精细结构呈灯刷状。能够合成核糖体的关，故称为核仁组织区。其精细结构

51、呈灯刷状。能够合成核糖体的28S、18S和和5.8S rRNA。具有核仁组织区的染色体数目依不同细胞种类而异，人有具有核仁组织区的染色体数目依不同细胞种类而异，人有5对染色体即对染色体即13、14、15、21、22号染色体上有核仁组织区。号染色体上有核仁组织区。端粒（端粒（telomere）：）：端粒端粒( telomere) 是染色体末端的特化部位，可维持染色体的稳定性，保证染是染色体末端的特化部位，可维持染色体的稳定性，保证染色体色体DNA 的完全复制及参与染色体在核内的空间排布。的完全复制及参与染色体在核内的空间排布。端粒由端粒端粒由端粒DNA和端粒结构蛋白构成，和端粒结构蛋白构成，端粒

52、结构蛋白属非组蛋白，可使端粒免受酶或化学试剂降解端粒结构蛋白属非组蛋白，可使端粒免受酶或化学试剂降解;端粒端粒DNA 是是5-8bp 富含富含G 的短串联高度重复序列（人的序列为的短串联高度重复序列（人的序列为TTAGGG/CCCTAA ），进化上高度保守，在），进化上高度保守，在DNA 复制过程中，引物被切除后留复制过程中，引物被切除后留下的下的5端空隙由端粒端空隙由端粒DNA 填补，可防止染色体末端填补，可防止染色体末端DNA 在复制中丢失。在复制中丢失。端粒酶（端粒酶（telomerase）是由蛋白质和与端粒）是由蛋白质和与端粒DNA 互补的互补的RNA 所组成，它能以所组成，它能以自身

53、的自身的RNA 为模板合成端粒为模板合成端粒DNA. 使端粒得到补充。使端粒得到补充。The importance of telomerase in maintaining chromosome integrity核型（核型（karyotype）：是指染色体组在有丝分裂中期的表型：是指染色体组在有丝分裂中期的表型, 是染色体数目、是染色体数目、大小、形态特征的总和。大小、形态特征的总和。将成对的染色体按形状、大小依顺序排列起来叫将成对的染色体按形状、大小依顺序排列起来叫核型图（核型图（karyogram）对这些图像进行染色体数目、形态结构特征的分析叫对这些图像进行染色体数目、形态结构特征的分析

54、叫核型分析核型分析（karyotype analysis）人类体细胞的正常核型有人类体细胞的正常核型有46条染色体（条染色体（2n=46），其中），其中22对为常染色体对为常染色体（autosome），），1对为性染色体（对为性染色体（sex chromosome）。）。核型与染色体显带核型与染色体显带丹佛体制（丹佛体制（Denver System）：根据染色体的长度和着丝粒的位置，）：根据染色体的长度和着丝粒的位置，将人体细胞的将人体细胞的46条染色体进行配对、顺序排列、编号、分组及核型描条染色体进行配对、顺序排列、编号、分组及核型描述述正常人类体细胞的正常人类体细胞的46条染色体分为条染色

55、体分为23对、对、7个组（个组（A、B、C、D、E、F、G组）。组）。核型描述：染色体总数（包括性染色体）及性染色体核型描述：染色体总数（包括性染色体）及性染色体正常的男性核型描述为正常的男性核型描述为46，XY；女性为；女性为46，XX。核型与染色体显带核型与染色体显带正常男性：正常男性：46，XY正常女性：正常女性：46，XX染色体显带技术：经物理、化学因素（如通过热、碱、酶等）处理后，染色体显带技术：经物理、化学因素（如通过热、碱、酶等）处理后，再用染料对染色体进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（再用染料对染色体进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（band）的方法。的方法。分

56、带技术可分为两大类分带技术可分为两大类整体显带：整体显带：G、Q和和R带带局部显带，如局部显带，如C、T和和N带。带。人类的人类的24种染色体都可以显示出各自的特异的带纹，称为带型（种染色体都可以显示出各自的特异的带纹，称为带型（banding pattern）。）。核型与染色体显带核型与染色体显带G显带核型歌谣显带核型歌谣一秃二蛇三蝶飘，四像鞭炮五黑腰；一秃二蛇三蝶飘，四像鞭炮五黑腰；六号像个小白脸，七盖八下九苗条；六号像个小白脸，七盖八下九苗条；十号长臂近带号，十一低来十二高；十号长臂近带号，十一低来十二高；十三、四、五一二一，十六长臂缢痕大；十三、四、五一二一，十六长臂缢痕大；十七长臂戴

57、脚镣，十八白头肚子饱；十七长臂戴脚镣，十八白头肚子饱；十九中间一点腰，二十头重脚飘飘；十九中间一点腰，二十头重脚飘飘；二十一好像葫芦瓢，二十二头上一点黑；二十一好像葫芦瓢，二十二头上一点黑；X染色体一担挑，染色体一担挑，Y染色体长臂戴黑脚。染色体长臂戴黑脚。人类C带核型，C带显示的是着丝粒异染色质 巨大染色体：（巨大染色体：（giant chromosome）某些生物的细胞中某些生物的细胞中, 特别是在发育的某些阶段特别是在发育的某些阶段, 可以观察到一些特殊的可以观察到一些特殊的体积巨大的染色体，称为巨大染色体体积巨大的染色体，称为巨大染色体多线染色体（多线染色体（polytene chro

58、mosome）灯刷染色体（灯刷染色体（lampbrush chromosome） 多线染色体（多线染色体（polytene chromosome）存在于双翅目昆虫的幼虫组织细胞、某些植物细胞存在于双翅目昆虫的幼虫组织细胞、某些植物细胞多线染色体的来源：核内有丝分裂多线染色体的来源：核内有丝分裂(endomitosis) 多线染色体的带及间带：多线染色体的带及间带：带和间带都含有基因，可能带和间带都含有基因，可能“管家管家”基因基因(housekeeping gene)位于间带位于间带,“奢侈奢侈”基基因因(luxury gene) 位于带上。位于带上。多线染色体与基因活性：胀泡是基因活跃转录的

59、形态学标志多线染色体与基因活性：胀泡是基因活跃转录的形态学标志灯刷染色体（灯刷染色体（lampbrush chromosome）灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型灯刷染色体的来源：卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体。灯刷染色体的来源：卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体。灯刷染色体的超微结构灯刷染色体的超微结构灯刷染色体的转录功能灯刷染色体的转录功能 概述概述核仁的主要成分核仁的主要成分核仁的超微结构核仁的超微结构 核仁的功能核仁的功能 核仁周期核仁周期 核核 仁

60、（仁（nucleolus）概述概述核仁（核仁（nucleolus）：真核细胞间期细胞核中最明显的结构，光镜下为）：真核细胞间期细胞核中最明显的结构，光镜下为均匀、海绵状的球体。均匀、海绵状的球体。 每个细胞中有核仁每个细胞中有核仁12个，甚至多个。个，甚至多个。蛋白质合成旺盛的细胞核仁大，如卵母细胞、分泌细胞；不具备蛋白合成能力的蛋白质合成旺盛的细胞核仁大，如卵母细胞、分泌细胞；不具备蛋白合成能力的细胞核仁小。细胞核仁小。 在细胞核中的位置通常不固定，在生长旺盛的细胞中，常趋向核的边缘。在细胞核中的位置通常不固定，在生长旺盛的细胞中，常趋向核的边缘。 核仁的主要成分核仁的主要成分核仁的分子组成：核酸和