间期细胞核和染色体ppt课件

1、.,第十二章 间期细胞核和染色体,.,.,.,细胞核为最大的细胞器； 细胞核的数量、大小：一般一个细胞只有一个核，特殊细胞可多核，如肌细胞里，横纹肌多核，平滑肌1个核，心肌1个或多核。大小：高等动物10-15m ，高等植物5-20m ，低等植物1-4m 。 细胞核在生命活动中的地位：极为重要，是细胞遗传物质的集中区，对细胞的结构和生命活动具有调控作用。（核外也有遗传物质，如mit、chl、质中） 细胞核在细胞周期中的变化：变化显著，解体和重建,.,细胞核的形态结构,.,*细胞核的形态、结构： 球形、卵圆形、分枝状、带状 *间期细胞核的结构： 核被膜 染色质 核仁 核骨架,.,核被膜双层膜，具有

2、保护核内物质，控制核与细胞质之间物质运输和信息交换的功能。 染色质核内遗传物质的存在形式，分裂中期可凝缩为染色体。 核仁核内浓密小体，核糖体合成场所。 核基质无定形的液体和复杂的网络结构，即核骨架。,.,蓝：染色质；白：核基质,DNA及其结合蛋白,核仁,中心粒,微管,核纤层,核被膜,核孔,中间丝,内质网,.,.,第一节 核被膜与核孔复合体 第二节 染色质 第三节 中期染色体 第四节 核仁 第五节 核质及核体 第六节 核骨架,.,第一节 核被膜与核孔复合体,.,（一）核被膜（核膜） 1. 结构：双层膜结构界膜 外核膜：7.5nm,上有核糖体 内核膜：7.5nm,与核纤层相连 核周隙：2040nm

3、,或称核周池 （perinuclear cisternae）， 核孔核孔复合体 孔膜区：特征蛋白gp210,.,.,.,核被膜的TEM照片,.,.,核被膜的结构,.,（二）核孔复合体：核孔复合体的数量和大小随细胞种类和生理状态的变化而变化。代谢旺盛，则多。 1、核孔复合体的结构：四个假说 纤丝模型（1974）；滴漏样模型（1991）； 圆柱模型（1993）；核篮模型（1998）。,.,.,.,核篮模型的内容：八重对称辐射状的结构；胞质环；核质环；8根细纤丝；核篮；核环直接与核纤层相连。,胞质丝,核篮,端环,.,核孔结构模型 之核蓝模型,胞质丝,端环,核质环,胞质环,中央栓,核膜,外核膜,内核膜

4、,核篮,篮丝,.,2. 核孔复合体的组成： 50-100多种蛋白质； 核孔蛋白的通性：含有以二肽（ FG 苯丙+甘)结尾的重复区段 已了解的两类核孔蛋白： （1）gp210,跨膜的N-连接糖蛋白；将核孔复合体锚链到核膜上。 （2）O-连接糖蛋白：构成胞质和核质的丝状物，直接参与胞质和核质之间的物质交换。,.,3、核孔复合体的功能 物质运输 核孔复合体跨膜运输蛋白复合体 核孔复合体运输特点 双向性：细胞核 细胞质 选择性 亲水性 核孔复合体运输方式 被动扩散 主动运输,.,被动运输（自由扩散）， 核孔为亲水通道，离子和水溶性小分子可自由扩散， 有效直径（功能直径）9nm左右。 主动运输：具有严格

5、双向选择性。 (1)分子大小的选择：功能直径：1020nm，最大26nm (2)信号识别与载体介导性的选择,须消耗ATP (3)具有运入与运出核的双向性选择。,.,被动扩散60KD 主动运输25-30MD,.,主要功能： （1）核蛋白的运入：亲核蛋白类。 亲核蛋白：在细胞质基质中合成、运到核内执行功能的蛋白质，如DNA聚合酶、RNA聚合酶、组蛋白、核糖体蛋白等。,.,金标记的核质素穿越核孔,.,.,亲核蛋白进核的机制： A、核输入信号的作用：亲核蛋白上由48个带正电的氨基酸构成的、能使亲核蛋白进入核的短肽，称核输入信号（NLS)。无此信号时，亲核蛋白不能进入核。进入核后该信号不被切除。 例子：

6、病毒SV40的T抗原，上有核输入信号，若突变，不能进入核。,.,亲核蛋白经核孔复合体主动被运进核，除要依赖NLS外，还是一个载体介导的过程。 B、核输入受体的作用：核输入信号的结合蛋白（NBP)输入蛋白或接载蛋白或核输入受体，其作用是协助亲核蛋白进入核，然后再返回细胞质，参与再循环。此过程需要能量。,.,.,核质素输入细胞核的过程,.,（2）RNA和核糖体亚单位的运出 运出机制不清。推断：受体介导的主动运输。 RNA加工成熟后才能出核；mRNA 和scRNA（小胞质RNA）依赖于m7G帽才能出核。 成熟的rRNA在核内结合上核糖体蛋白而变成核糖体亚单位，以RNP的形式依赖于受体的介导被运出核。

7、,.,.,总之：亲核蛋白的入核，RNA和核糖体亚单位的出核均具有高度选择性，是一种信号识别和载体介导的耗能过程。,.,.,细胞内有小核RNA(small nuclearRNA，snRNA)。它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体（spilceosome）的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。现在发现有五种snRNA，其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中，与40种左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体，在RNA转录后加工中起重要作用。另外，还有端粒酶RNA(telomeraseRNA)，它与染色体末端的复制有关；以及反义RNA(antisenseRNA)，

8、它参与基因表达的调控。,.,（三）核纤层 核纤层是结合在内层核膜的内表面、由中间纤维相互交织而成的一层高电子密度的蛋白质网络结构，在所有真核细胞中普遍存在，一般厚约10-20nm。 1、组成 laminA 、laminB、laminC laminB + laminB受体 （LBR） laminA 、laminC染色体,.,B,C,A,外核膜,内核膜,核纤层蛋白,染色质纤维,胞质,受体,.,核纤层结构,.,末期,前期,间期,富含LBR,富含gp210,.,核膜的装配核膜去组装、重组装 膜泡前体模型 Courvalin等人实验（HeLa细胞） 核膜去组装，得到两种膜泡 一组：富含LBR 一组：富含

9、gp210 核膜重组装 ：先LBR膜泡、后gp210膜泡 LBR、gp210 周期性磷酸化、去磷酸化,.,2、核纤层功能： （1）维持核孔位置和核被膜的形态； （2）为间期染色质提供附着位点； （3）有丝分裂中，与核被膜的解体和重建有关。,.,第二节、染色质,染色质：光学显微镜下可见间期核中有一种嗜碱性很强的的物质，称为染色质，是遗传物质的存在形式。间期核中染色质以两种形式存在： 常染色质：伸展开的呈电子透亮状态 异染色质：卷曲凝缩。（Giemsa染，常浅异深） 染色体：和染色质是遗传物质在细胞周期不同阶段的存在形式，是在细胞分裂过程中由染色质凝缩而成的棒状结构，二者的化学组成没有多大差异。,

10、.,（一）染色质的分子结构 1、核小体染色质的基本结构单位。 （1）核小体的结构和组分 30nm(粗纤维） 10nm（细纤维） 2-4nm,螯合剂,尿素,.,用非特异性核酸酶（如微球菌核酸酶）处理染色质，大多数情况下可得到大约200bp的片段，但处理裸露的DNA分子会得到随机降解的片段。以这个实验为基础，R.Kornberg 1974年提出了核小体模型（念珠模型）。,.,念珠模型的主要内容： 染色质基本结构DNA和蛋白质重复亚单位 1个亚单位=200 bp 的DNA链+9分子组蛋白=核小体 9 个组蛋白分子 1 分子连接组蛋白（H1） 8 分子核心组蛋白（H2A、H2B 、H3 、H4） 各2

11、 分子 若干核小体串连成念珠状染色质丝（细纤维）,.,核小体结构 核心组蛋白八聚体 核小体核心 核心DNA H1连接组蛋白 连接区DNA,.,核小体组装程序 1、核心组蛋白八聚体 （H3）2（H4）2四聚体 + H2A、H2B八聚体 2、DNA缠绕 147bpDNA绕核心组蛋白1.8圈，H1结合上去； 共用165bp绕核心组蛋白2圈 3 、连接区DNA 染色质小体之间0-100bp,.,.,核小体和螺线管的结构,.,.,.,由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一圈，构成外径30nm的中空管，长度压缩6倍； 由核小体纤维Z字形折叠而成，长度压缩40倍。 30nm纤维的形成与核小体之间蛋白质的相互作

12、用有关，连接组蛋白H1和核心组蛋白尾部均参与这种相互作用。,.,（2）核小体中各组分的作用： A：只有H3和H4时能形成核小体，但是，只有H2A和H2B时不能形成核小体颗粒。 B：H1组蛋白的作用：保持染色质的结构，保护核心上的165bp DNA不被核酸酶消化，在10纳米染色质丝进一步盘绕时起重要作用。 C：组蛋白疏水区向着核心内部，带正电荷区分布在颗粒表面，可以与DNA紧密结合。,.,（3）染色质中的酶敏感区：微球菌核酸酶；DNA酶（超敏感位点）。 （4）核小体装配：2.0mol/L Nacl,核心蛋白可以去掉，降低Nacl的浓度，DNA和组蛋白重新构成核小体。 （5）离子强度对染色质纤维结

13、构的影响：低离子浓度，染色质丝为10纳米，离子强度增加，H1分子间相互作用增大，10纳米的核小体丝卷曲为30纳米螺旋管状的染色质粗纤维。,.,.,2、常染色质和异染色质： 间期核中染色质可分为： 常染色质是进行活跃转录的部位，呈疏松的环状，电镜下表现为浅染，易被核酸酶在一些敏感的位点降解。 （伸展开的染色质） 异染色质在间期核中处于凝缩状态，无转录活性，也叫非活动染色质(inactive chromatin)；是遗传惰性区；在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩，即异固缩现象(heteropycnosis)。存在部位：着丝粒、端粒和核仁组织区附近。（凝缩状态的染色质）,.,异染色质的特异性：（1）间

14、期凝缩，（2）遗传惰性区；(3)复制晚。 异染色质分类： (A) 恒定型异染色质：在所有细胞内都呈异固缩的染色质，多定位于着丝粒区，端粒，次缢痕及染色体臂的某些节段，在间期聚集成多个染色中心，由相对简单的高度重复序列构成。,.,荧光原位杂交显示的着丝粒卫星DNA（黄）,.,(B) 兼性异染色质（仅在某些细胞的特定发育阶段出现）：是指不同细胞类型或不同发育时期出现的异染色质区。 巴氏小体（barr body）。雌性哺乳动物细胞中一条异固缩化的X染色体。 人的胚胎发育到16天以后， 出现巴氏小体。,barr body,.,第三节 中期染色体 1、中期染色体结构的形成： 从DNA到染色体经过四级包装

15、： DNA双螺旋 10纳米核小体丝 （一级结构） 30纳米粗纤维（二级结构） 大于1000倍（三级结构） 超粗纤维染色体,大于10000倍（四级结构）。,压缩7倍,压缩6倍,.,压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 DNA核小体螺线管 压缩5倍 超螺线管染色单体,.,对于更高级染色体包装方式，至今尚不明确。 目前多认为30nm的纤维折叠为一系列的环（loop）结合在核骨架上（或称染色体骨架），结合点是富含AT的区域，这种环状的结构散布于细胞核中。用盐溶液去除组蛋白，在电镜下可以看到，无论有丝分裂的染色体、灯刷染色体、间期的唾腺染色体上，都有大量的结合在骨架上的放射环，说明这种环并不是有丝分裂染色体所

16、特有的。,.,染色质结合在核骨架/染色体骨架上,.,中期染色体骨架： 中期染色体将组蛋白去掉后，染色体周围布满了松展开的裸露的DNA丝，由非组蛋白构成的支架仍可保持着染色体的基本轮廓，特称为染色体骨架，为核骨架成员之一。,.,染色体骨架放射环模型 螺线管 复制环 18个复制环 微带 106微带 染色体,.,.,一个典型的有丝分裂中期的染色体近末端区域的扫描电镜照片,一个有丝分裂染色体的染色单体的透射电镜照片,.,2中期染色体的类型和结构： 一条中期染色体两条姊妹染色单体 两条姊妹染色单体着丝粒相连 着丝粒位置 中部：中央着丝粒染色体 亚中部：亚中央着丝粒染色体 亚端部：近端着丝粒染色体 端部：

17、端着丝粒染色体,.,（1）根据着丝粒的位置将染色体分四种： 中央着丝粒染色体；亚中央着丝粒染色体；近端着丝粒染色体；端着丝粒染色体。,.,染色体结构 1、着丝粒(初级缢痕) 2、次（级）缢痕 3、核仁组织区（NOR） 4、随体：sat-染色体、随体染色体 5、端粒：端粒DNA和端粒蛋白构成,.,染色体的较细处称为缢痕。 着丝粒处叫主缢痕；其它处的缢痕叫次缢痕；有的染色体在一末端附近有一次缢痕，有组织核仁的功能，称核仁组织区，有核仁组织区的染色体叫核仁组织染色体。 染色体臂：着丝粒两侧的部分,.,染色体各部分的名称,Satellite,.,（2）染色体倍性变化情况 各种生物的体细胞的染色体一般成

18、对存在，每一对染色体的形状、大小和着丝粒的位置相同，这一对染色体互称为同源染色体。 性细胞染色体为单倍体（haploid），用n表示; 体细胞为2倍体（diploid）以2n表示，还有一些物种的染色体成倍增加成为4n、6n、8n等，称为多倍体。 染色体的数目因物种而异，如人类2n=46，黑猩猩2n=48，果蝇2n=8，家蚕2n=56，小麦2n=42，水稻2n=24，洋葱2n=16.,.,不同生物物种的染色体数目相对恒定，对保持物种的稳定性有重要意义。 一般，正常细胞的染色体呈整倍性（n的整倍数），但一些转化细胞如肿瘤细胞的染色体数往往呈非整倍性（一般大于2n）。,.,名词： 染色体组(chro

19、mosome complement)：指一个配子或合子核，或体细胞所携带的全部染色体，故可指单倍体，也可指二倍体或多倍体和所含的全部染色体。 染色体套(chromosome set):在真核生物中由物种的必需染色体各1条所成的有活力的最小染色体组。在基本染色体套中的染色体数称为基数，一般染色体套代表1n染色体。 基因组(genome):真核生物1个物种的基本染色体套所含的全部基因。,.,（3）染色体主要区域的分子结构 着丝粒与着丝点的形态结构 着丝粒异染色质组成 着丝点纺锤丝附着位点 三层结构 内板：连中央结构域 中间间隙 外板,.,.,.,.,着丝粒动粒复合体（主缢痕区） A、着丝点结构域（

20、kinetochore domain） B、中央结构域（central domain） C、配对结构域（paring domain）,.,A、着丝点结构域着丝粒外附加结构 直径：0.2-0.5um 结构： 着丝点三层结构 内板：连中央结构域 中间间隙 外板 三层结构外： 纤维冠（微管蛋白构成）：有马达蛋白，如胞质Dynein和属于kinesin家族的CENP-E，为染色体的分离提供动力 组成成分：蛋白质、DNA,.,B、中央结构域着丝粒主体 由高度重复序列DNA和着丝粒蛋白构成 异染色质构成 人类着丝粒区DNA类家族 类家族 卫星DNA 17bp的基本序列 可与CENP-B蛋白结合CENP-B

21、盒 着丝粒蛋白：CENP- A、-B、-C、-D、-E,.,C、配对结构域姊妹染色单体连接区 位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结， 在此区域发现有两类蛋白， 内着丝粒蛋白INCENP（inner centromere protein）， 染色单体连接蛋白CLIP（chromatid linking protein）.,.,.,着丝粒的3个结构域,.,（B）端粒 是染色体端部的特化部分，由端粒DNA和端粒蛋白构成，其生物学作用在于维持染色体的稳定性。如果用X射线将染色体打断，不具端粒的染色体末端有粘性，会与其它片段相连或两端相连而成环状。,.,荧光原位杂交显示的端粒（上）和端粒

22、序列（下）,.,端粒由高度重复的短序列串联而成，在进化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，人的序列为GGGTTA。端粒起到细胞分裂计时器的作用，端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100bp，其复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶（telomerase）来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。,.,.,（C）次缢痕： 除着丝粒区主缢痕以外的其它缢痕。此处部分DNA松解，变细而形成。次缢痕的位置相对稳定，是鉴定染色体个别性的一个显著特征。,.,（D）核仁组织区（ NORs ） 核仁组织区位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是NORs。 是核糖体RNA基

23、因所在的区域，其精细结构呈灯刷状，可伸出DNA环（核糖体DNA）。能够合成核糖体的28S、18S和5.8S rRNA。,.,核仁组织者中心形成核仁,核仁组织染色体,.,（E）随体（satellite)： 指位于染色体末端的球形或圆柱形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。位于染色体末端的随体称为端随体，位于两个次缢痕中间的称中间随体。,.,3、染色体DNA的关键序列： 自我复制DNA序列ARS DNA复制起点 着丝粒DNA序列CEN 保证染色单体分离 端粒DNA序列TEL 维持染色体稳定性 保证染色体完整复制,.,染色体的三种基本序列,.,人造微小染色体 ARS均具有一段1114bp的

24、同源性很强的富含AT的共有序列 CEN两个彼此相临的核心区 一个是8090bp的AT区 一个是11bp的保守区 TEL端粒DNA+端粒蛋白 端粒蛋白：RNA+蛋白质，又称端粒酶 端粒序列： 5 CCCCAA 3 3 GGGGTT 5,.,4、特殊染色体 （1）多线染色体 210（1024）条染色体 明暗相间条纹 暗条纹带：奢侈基因（luxury gene） 明条纹间带：管家基因（家政基因）(house keeping ) 胀泡(蓬突)Balbiani环,果蝇幼虫唾液腺多线染色体,伸展开的放射环,.,唾腺染色体,.,（2）灯刷染色体 这种染色体最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线

25、期。由于染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。,由两条同源染色体组成，二价体或四分体 组成 染色粒：染色质紧密螺旋化的部位 侧环： RNA活跃转录的区域，基质组成 DNA 基质：RNP（RNA+蛋白质）,.,灯刷染色体,.,四分体 二价体,染色质侧环 染色粒,转录单位/侧环,.,.,（三） 大肠杆菌染色体,.,三、核仁 核仁（necleolus）见于间期的细胞核内，呈圆球形，核仁的位置不固定，或位于核中央，或靠近内核膜， 核仁的数量和大小因细胞种类和功能而异 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，反之核仁很小或缺失。 一般1-2个，也有多达3-5个的。 核仁超

26、微结构 核仁功能: 转录rRNA和组装核糖体单位。 核仁周期: 在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。,.,1、核仁超微结构 核仁与其他的细胞器不同，周围没有界膜包围，由五部分组成： 原纤维中心(fibrilar area)：为DNP复合物（rDNA，RNA聚合酶1，转录因子）。 致密纤维组分：核仁中电子密度最高，为新合成的RNP 颗粒组分(granular area)：位于核仁边缘部分，是不同加工阶段的核糖体亚单位前体（RNP）。,.,核仁染色质：核仁染色质分为两部分，一部分位于核仁周围，称为核仁周染色质，属异染色质，一部分位于核仁内，为常染色质，即核仁组织区，是rDNA所在的位置。 核仁基质

27、：悬浮前三种成分的无结构的蛋白质性溶液。,.,核仁结构,纤维中心,致密纤维成分,颗粒成分,.,A、纤维中心 B、致密纤维组分（DFC） 组成 r DNA转录产物r RNA 特异结合蛋白 fibrillarin、核仁素、Ag -NOR蛋白 C、颗粒组分（GC） 组分：RNP颗粒核糖体亚单位前体,.,D、其它 核仁相关染色质 核仁周边染色质 核仁内染色质 核仁组织区（NOR） 核仁基质 核液,.,2、核仁功能 r DNA转录 r RNA加工 核糖体亚单位的装配,.,A、r RNA基因（r DNA）转录 r DNA成簇排列 RNA聚合酶I 催化 一个转录单位 一个r DNA重复单位 若干转录产物（r

28、 RNA） 若干RNA聚合酶I 一个转录单位有多个转录产物 r RNA与蛋白质结合形成RNP颗粒,.,B、 r RNA加工 初始转录产物 哺乳类45Sr RNA前体 果蝇38S 酵母37S 中间前体物,.,C、核糖体亚单位的装配 核糖体蛋白质：细胞质核仁内 5S rRNA : 核仁外核仁内 核糖体大、小亚单位：核仁细胞质,.,.,核糖体的组装,.,3、核仁周期 分裂间期核仁明显 分裂前期核仁开始变小消失 分裂中期、后期核仁完全消失 分裂末期核仁重建,.,四、核基质 核基质（nuclear matrix ）或称核骨架（nucleoskeleton）为真核细胞核内的网络结构，是指除核被膜、核纤层-

29、核孔复合体体系、染色体骨架及核仁以外的核内网架体系。（狭义） 广义：核骨架包括核基质、核纤层-核孔复合体体系、残存的核仁、染色体骨架。,.,1、形态：核骨架纤维粗细不等，直径为3-30nm，形成三维网络结构与核纤层，与核孔复合体相接，将染色质和核仁网络在其中。核骨架-核纤层-中间纤维三者相互联系形成一个贯穿于核、质间的统一网络系统。这一系统较微管、微丝具有更高的稳定性。,.,2、化学组成：主要为蛋白，已知的四类蛋白：核基质蛋白；Nuc2+蛋白；核内肌动蛋白；附着区结合蛋白。 3、核基质功能：（1）与DNA复制有关；（2）与RNA转录有关；（3）与RNA的加工有关；（4）与染色体DNA的有序包装和染色体构建有关。,.,核骨架的功能 1为DNA的复制提供支架，DNA是以复制环的形式锚定在核骨架上的，核骨架上有DNA复制所需要的酶，如：DNA聚合酶、DNA引物酶、DNA拓朴异构酶II等。DNA的自主复制序列（ARS）也是结合在核骨架上。 2是基因转录加工的场所，RNA的转录同样需要DNA锚定在核骨架上才能进行，核骨架上有RNA聚合酶的结合位点，使之固定于核骨架上，RNA的合成是在核骨架上进行的。新合成的RNA也结合在核骨架上，并在这里进行加工和修饰。,.,3与染