细胞核和染色体课件

1、一、核被膜（一）结构构成：是双层膜结构 内核膜（inner nuclear membrane） 外核膜（outer nuclear membrane） 核周间隙（perinuclear space）外核膜：内质网的一部分，胞质面附有核糖体。核周间隙：宽2040nm，与内质网腔相通。核纤层：位于内核膜的内表面的纤维网络，可支持核膜，并与染色质及核骨架相连。 第一节 核被膜与核孔复合体一、核被膜（一）结构构成：是双层膜结构第一节 核被膜与核孔复细胞核和染色体课件细胞核和染色体课件1 构成： 由核纤层蛋白（lamin）构成， 核纤肽一类中间纤维，分为A、B两型。2 作用：（1）保持核的形态：（2）参

2、与染色质和核的组装： 细胞分裂时：呈现出周期性的变化， 间期核中：提供染色质（异染色质）在核周边锚定的位点。 在前期结束时：核纤层被磷酸化，核膜解体。 B型核纤肽与核膜残余小泡结合， A型溶于胞质中。 分裂末期，核纤肽去磷酸化重新组装，介导了核膜的重建。 核纤层1 构成：核纤层（二）核被膜要细胞周期中的崩解与装配1 分裂期：双层核膜崩解成单层膜泡，核孔复合体解体，核纤内层去装配；2 分裂未期：核膜重新形成3 旧核膜参与新核膜的构建，新核膜来自旧核膜4 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性（domain-specific）。5 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节，调节作用可

3、能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关。 （二）核被膜要细胞周期中的崩解与装配1 分裂期：双层核膜崩解细胞核和染色体课件二、核孔复合体 （一）结构模型1 胞质环（cytoplasmic ring），外环2 核质环（nuclear ring），内环3 辐（spoke） 柱状亚单位（column subunit） 腔内亚单位(luminal subunit) 环带亚单位（annular subunit）4 中央栓（central plug）：transporter二、核孔复合体 （一）结构模型1 核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin）构成，称为核孔复合体（nucl

4、ear pore complex，NPC）。2 一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。3 细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。4 在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在一般认为其结构如fish-trap。 1 核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin）构细胞核和染色体课件抽提后核孔胞质面的结构（Cytoplasmic face， cytoplasmic particles）抽提后核孔胞质面的结构（Cytoplasmic face，抽提后核孔核质面的结构（Nuclear face basket inner complex）抽提后核孔核质面的结构（Nuclear face

5、bas（二）核孔复合体成分的研究核孔复合体主要由核孔蛋白构成，可能含有30余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。具有同源性，高度保守。所有的核孔复合体蛋白统一命名为核孔蛋白。其中gp210是第一个被鉴定出来的核孔蛋白，代表一类结构性跨膜蛋白。（二）核孔复合体成分的研究核孔复合体主要由核孔蛋白构成，可能（三）核孔复合体的功能核质交换的双向、双功能、选择性亲水性通道。双向：入核、出核；既介导蛋白质的入核转运，又介导RNA、核糖核蛋白颗粒的出核转运。双功能：被动运输、主动运输。（三）核孔复合体的功能核质交换的双向、双功能、选择性亲水性通1. 通过核孔复合体的被动运输NPC的中央通道在介导被动运输

6、时直径约为9nm，相当于可以允许60kDa以下的球形蛋白自由通过；由于各种因素的影响，并不是所有直径10nm以下的分子在核被膜两侧均匀分布。有些小分子蛋白可能会与其他大分子相结合，或与一些不溶性结构成分（如中间丝、核骨架等）结合被限制在细胞质或细胞核内。1. 通过核孔复合体的被动运输2. 通过核孔复合体的主动运输(1).选择性和双向性对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被调节约1020nm，甚至可达26nm； 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征；主动运输具有选择双向性，即选择性地对不同的物质进行核输入或核输出 。2. 通过核孔复合体的主动运输(1).选

7、择性和双向性核输入：复制、转录、染色体构建和核糖体亚单位组成等所需要的各种因子如DNA聚合酶、RNA聚合酶、组蛋白等运输到核内。核输出：翻译所需要的RNA、组装好的核糖体亚单位从核内运输到细胞质。有些蛋白质或RNA分子甚至两次或多次穿越核孔复合体，如核糖体蛋白、snRNA（小核RNA，参与RNA的剪切）等。核输入：复制、转录、染色体构建和核糖体亚单位组成等所需要的各(2).亲核蛋白与核定位信号亲核蛋白（karyophilic protein）: 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.典型的如组蛋白、核纤层蛋白停留在核内，有的亲核蛋白则需穿梭于核质之间进行功能活动，如im

8、portin核定位信号（nuclear localization signal，NLS）：引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。受体为importin。如果将NLS连接到非亲核蛋白上则可引导其入核。(2).亲核蛋白与核定位信号亲核蛋白（karyophil亲核蛋白通过NLS识别受体importin并结合形成转运复合物。不需能量，依赖NLS.在importinB 的介导下，转运复合体与核孔复合体的胞质纤维结合转运复合物通过改变构象的核孔复合体从从胞质面转移到核质面转运复合物在核质面与Ran-GTP结合，并导致复合物解离，亲核蛋白释放。受体的亚基与结合的Ran返回胞质，在胞质内Ran-GTP水解形成R

9、an-GDP并与importinB解离， Ran-GDP返回核内再转换成Ran-GTP状态亲核蛋白通过NLS识别受体importin并结合形成转运(3)出核转运和核输出信号不同RNA的出核转运：RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核，需要能量；P318RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核输出由蛋白质介导；RNA聚合酶II转录的hn RNA，在核内进行5端加帽和3端附加PolyA序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核；(3)出核转运和核输出信号不同RNA的出核转运：核输出信号（nuclear export signal, NES），引导RNP输出

10、细胞核，受体为exportin。mRNA的出核转运过程是有极性的，其5端在前，3端在后。所谓RNA出核转运实际上是RNA-蛋白复合体的转运，即RNA的核输出离不开特殊的蛋白因子的参与，这些蛋白因子本身含有核输出信号。核输出信号（nuclear export signal, 小结：核膜主要功能1.区域化作用 相对稳定的内环境，精确调控遗传信息的表达2.合成生物大分子 与蛋白质的合成有关。3.控制细胞核与细胞质进行物质流和信息流 小分子、蛋白质的跨膜运输。 双向、双功能、选择性亲水性通道。 亲核蛋白 核定位信号序列小结：核膜主要功能1.区域化作用一、染色质和染色体染色质（chromatin）: 指

11、间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量 RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式。 染色体(Chromosome): 指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构。第二节 染色质一、染色质和染色体染色质（chromatin）: 指间期细染色质和染色体的化学成分组成： DNA 组蛋白Histone 非组蛋白Nonhistone 少量RNA染色质和染色体的化学成分组成：二、染色质 DNA（一）基因组（Genome）：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。一条DNA分子:在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子。基因：存在于D

12、NA分子上。基因（遗传因子）是遗传的物质基础，是DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。atgct gctgc agtct. tagca atcgt gtgtc 二、染色质 DNA（一）基因组（Genome）：（二）染色质DNA分子的类型1.单一序列；2.中度重复DNA序列 ；短散在重复元件长散在重复元件3.高度重复DNA序列 卫星DNA，主要分布在染色体着丝粒部位；小卫星DNA，又称数量可变的的串联重复序列，常 用于DNA指纹技术作个体鉴定；微卫星DNA，重复单位序列最短，具高度多态性，在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。DNA一级结构

13、多样性（二）染色质DNA分子的类型1.单一序列；DNA一级结构多样DNA二级结构具有多形性B-DNA：右手螺旋DNA，经典的Watson-Crick结构。Z-DNA：B-DNA的重要变构形式，右手螺旋。A-DNA：左手螺旋，是B-DNA的变构形式DNA二级结构具有多形性B-DNA：右手螺旋DNA，经典三、染色质蛋白与染色质DNA结合的蛋白负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读。组蛋白：与DNA结合但没有序列特异性非组蛋白：与特定DNA序列或组蛋白相结合三、染色质蛋白与染色质DNA结合的蛋白负责DNA分子遗传信息（一）组蛋白 真核生物染色体的基本结构蛋白，富含Arg，Lys，属碱性蛋白，可以和

14、酸性的DNA 结合： 核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4； 连接组蛋白（linker histone）：H1。结构： 核心组蛋白高度保守，没有种属及组织特异性，尤其是H4。 H1是多样性的，具有一定的属(genus)和组织特异性。（一）组蛋白 真核生物染色体的基本结构蛋白，富含Arg细胞核和染色体课件（二）非组蛋白Nonhistone非组蛋白具多样性和异质性；对DNA具有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白 (sequence specific DNA binding proteins)；功能多样性：帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达。（二）非组蛋

15、白Nonhistone非组蛋白具多样性和异质非组蛋白和DNA不同的结合模式(图10-8)（1）螺旋-转角-螺旋模式(helix-turn-helix motif) （2）锌指模式(Zinc finger motif) （3）亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif，ZIP)（4）螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif，HLH) （5）HMG-盒结构模式（HMG-box motif）。非组蛋白和DNA不同的结合模式(图10-8)（1）螺旋-（二）核小体结构要点P3271.每单位包括200bp左右的DNA和一个组蛋白八聚体以及一个组蛋白H12.组蛋白八

16、聚体构成核小体的盘状核心颗粒，由4个异二聚体组成：各2个H2AH2BH3H43.146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈。组蛋白H1在核心颗粒外结合20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。4.两个核小体之间以连接DNA相连，典型长度为60bp.5.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顺序。6. 核小体沿DNA的定位受不同因素的影响。（二）核小体结构要点P3271.每单位包括200bp左右的D五、染色质的组装模型1. 多级螺旋模型multiple coiling model一级结构：核小体Nucleosome二级结构：螺线管(sole

17、noid)电镜下观察用温和方法分离的染色质是直径30nm的纤维，这种纤维的由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一圈，长度压缩6倍。三级结构：超螺线管(supersolenoid)四级结构：染色单体（chromatid）五、染色质的组装模型1. 多级螺旋模型multiple co据多级螺旋模型DNA 压缩7倍 核小体 压缩6倍 螺线管 压缩40倍 超螺线管 压缩5倍 染色单体。经过四级螺旋组装形成的染色体结构，共压缩了8400倍。2米, 细胞核只有58微米压缩近万倍（网球内包含2千米长的细线。）据多级螺旋模型DNA 压缩7倍 核小体 压缩6倍 细胞核和染色体课件细胞核和染色体课件染色体的多级螺旋模

18、型7倍6倍40倍5倍共8400倍染色体的多级螺旋模型7倍6倍40倍5倍共8400倍2 骨架-放射环结构模型scaffold radial loop structure model认为30nm的纤维折叠为一系列的环（loop），沿染色体纵轴结合在染色体骨架chromsomal scaffold。由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平面排列, 结合在核基质上形成微带(miniband)。染色体包装的不同组织水平：染色体包装的实际形式可能是多种机制（模型）的融合。2 骨架-放射环结构模型scaffold radial lo六、常染色质和异染色质常染色质(enchromatin）：指间期核

19、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那些染色质。异染色质heterochromatin）：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高, 处于聚缩状态, 用碱性染料染色时着色深的那些染色质。六、常染色质和异染色质常染色质(enchromatin）：指第四节 染色体一、中期染色体的形态结构（着丝点）（核仁组织区）第四节 染色体一、中期染色体的形态结构（着丝点）（核仁组织区中期染色体的形态结构稳定、明显、含有两条相同的姐妹染色单体，共有一个着丝粒。中期染色体的形态结构稳定、明显、含有两条相同的姐妹染色单体，染色体各部的主要结构1.着丝粒与动粒（着丝点）连接两个染色单体，并将

20、染色体分为长、短臂，也叫主缢痕。染色体各部的主要结构1.着丝粒与动粒（着丝点）着丝粒的三个结构域1）配对结构域：位于着丝粒内表面，是姐妹染色单体相互作用的位点。含有着丝粒蛋白和染色单体连接蛋白。2）中央结构域：串联高度重复的卫星DNA序列。具有物种的专一性，保守性强。3）动粒结构域：位于着丝粒外表面，外板结合动粒微管。三者共同作用保证染色体与纺锤体整合及染色单体的分离。着丝粒的三个结构域1）配对结构域：位于着丝粒内表面，是姐妹染2.次缢痕：除主缢痕外，其它的缢缩部位。数目位置大小不等，是染色体鉴定的标记之一。3.核仁组织区（NOR）：主要位于次缢痕部位 ，是rRNA基因所在区域，形成28s、1

21、8s、5.8s rRNA（5s rRNA除外），间期与核仁形成有关。2.次缢痕：除主缢痕外，其它的缢缩部位。数目位置大小不等，是4.随体：染色体末端的球形染色体，通过次缢痕与主体部分相连。5.端粒：染色体两个端部特化结构。富含G的短重复序列，保守性强。端粒作用 ：1）维持染色体的完整性和稳定性，并与染色体的分布及同源染色体配对有关。2）起细胞分裂计时器的作用。 端粒核苷酸复制和基因DNA不同，不能随DNA的复制而复制，必须由端粒酶的催化作用，一般体细胞内则没有该活性酶（生殖细胞及部分干细胞内有），故每复制一次减少50100bp，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。4.随体：染色体末端的球形染色体

22、，通过次缢痕与主体部分相连。端粒的复制(端粒酶及其作用）端粒酶是一个蛋白质和RNA的复合体,它使用RNA为模板合成一个GT丰富的重复序列,然后DNA聚合酶a以此链合成另一条DNA链。端粒的复制(端粒酶及其作用）端粒酶是一个蛋白质和RNA的复合二、染色体DNA的3种功能元件自主复制DNA序列（ARS）复制起点序列酵母：11个富含AT的碱基对，其两侧有200bp是正常复制所必须的真核生物：大多包含一个富含AT的序列着丝粒DNA序列（CEN）动粒装配与染色体分离有两个彼此相连的核心区，一个是8090bp的AT区，另一个是11bp的保守区端粒DNA序列（TEL）长度约1000bp，富含G的短串联重复序

23、列二、染色体DNA的3种功能元件自主复制DNA序列（ARS）复真核细胞染色体的3种功能元件真核细胞染色体的3种功能元件端粒能够保持染色体的完整性端粒能够保持染色体的完整性第五节 核仁1 核仁（nucleolus）见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般12个，有时多达35个。主要功能是转录rRNA和组装核糖体单位。2 一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和数目较多的核仁，反之核仁很小或缺如。3核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。第五节 核仁1 核仁（nucleolus）见于间期的细胞核一、核仁的超微结构纤维中心(FC)：是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚

24、合酶 I，rDNA和结合的转录因子，这些rDNA是裸露的分子。致密纤维组分(DFC)：呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是新合成的RNP，转录主要发生在FC与DFC的交界处。颗粒组分(GC)：由直径15-20 nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP。一、核仁的超微结构纤维中心(FC)：是被致密纤维包围的一个二、核仁的功能与核糖体的生物发生相关从核仁纤维组分开始再向颗粒组分延续，包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的组装。（一）核糖体的结构含40%的蛋白质、60%的RNA，由两个亚单体构成。分为70S和80S两种类型。由大小两个亚基构成，只在以mRNA为模板合成蛋白质时才结合在一起，肽

25、链合成终止后，大小亚单位又解离。核糖体并不是单独工作的，而是由多个甚至几十个串连在一条mRNA分子上，称多聚核糖体（polyribosome）。二、核仁的功能与核糖体的生物发生相关（一）核糖体的结构核糖体的组成核糖体的组成Protein SynthesisProtein Synthesis（二）核糖体组装rRNA基因是重复的多拷贝基因。人的一个细胞中约有200个拷贝，rDNA没有组蛋白核心，是裸露的DNA节段，相邻基因之间为非转录的间隔DNA。（一）rRNA基因的转录（二）核糖体组装rRNA基因是重复的多拷贝基因。人的一个细胞转录时，RNA聚合酶沿DNA分子排列，此酶由基因头端向末端移动，转录好的rRNA分子从聚合酶处伸出