《凌细胞五》PPT课件

1、第五章 细胞核与遗传信息的流向,细胞核（nucleus）是细胞遗传物质的集中区,细胞生命活动的控制中心。 间期核，由核被膜、染色质、核仁、核液和核基质五部分组成。,第一节 核被膜 核被膜（nuclear envelope），核膜（nuclear membrane）。 核被膜由外核膜、内核膜、核周间隙、核孔和核纤层五部分组成。,一、外核膜（outer nuclear membrane） 胞质面上有核糖体附着，有些部位与粗面内质网膜连续。,二、内核膜（inner nuclear membrane） 三、核周间隙（perinuclear space） 四、核孔（nuclear pore） 核孔复合体

2、（nuclear pore complex）。 核孔蛋白（nucleoporin）。,（一）核孔复合体的结构 纤丝模型：孔环颗粒；边围颗粒；中央颗粒；细纤丝。 核篮模型：柱状成分亚单位；环形成分亚单位；腔成分亚单位；环带亚单位；细纤维，端环 ，核篮（nuclear basket）。,（二）核孔复合体的功能 细胞核与细胞质间的物质运输。 1、通过核孔复合体的被动运输 通过核孔复合体的扩散速度与分子大小成反比。 小于5kDa的小分子：可以自由进出；17kDa的蛋白质：2min内可达到核质间平衡；44kDa的蛋白质：30min左右达到平衡；大于60kDa的蛋白质：几乎不能进入核内。由此推断，核孔复合

3、体通道的直径为9nm左右。,蛋白质分子量变化范围很大，从大约6kDa到1,000kDa或更大一些。真核生物DNA聚合酶的分子量为110-220kDa，RNA聚合酶的分子量为500kDa左右。,2、通过核孔复合体的主动运输 （1）核输入 核质蛋白（nucleoplasmin, 165kDa）。直径20nm的胶体金颗粒。,核定位信号（nuclear localization signal, NLS）：指导蛋白质由细胞质进入细胞核的氨基酸序列，可以位于蛋白质的任何部位，一般由4-8个氨基酸组成，富含带正电荷的赖氨酸、精氨酸，通常还有脯氨酸。,病毒SV40的T抗原（92kD）的NLS：脯-赖-赖-赖-

4、精-赖-缬。 核质蛋白的NLS：赖-精-10氨基酸-赖-赖-赖-赖。,丙酮酸激酶（pyruvate kinase），SV40 NLS。,核输入受体（nuclear import receptor）：能识别并与NLS结合。,（2）核输出 核输出信号（nuclear export signal,NES）。 核输出受体（nuclear export receptor）。,五、核纤层（nuclear lamina） 核纤层蛋白（lamin）A、B和C。,第二节 染色质和染色体 染色质（chromatin）是指间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白蛋白质及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存

5、在的形式。染色体（chromosome）是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。 所以，染色质与染色体是同一物质周期性相互转化的不同形态表现。,一、染色质的化学组成及种类 （一）染色质的化学组成 染色质的化学组成主要是DNA、RNA、组蛋白和非组蛋白蛋白质，比例大致为1:0.05:1:0.5-1.5。 1、DNA,染色体DNA稳定遗传的三个必需序列： 复制源序列。 着丝粒序列。 端粒序列。 四膜虫：TTGGGG，重复约20-70次。 人类：TTAGGG，重复约500-5000次。 能够保证DNA分子两个末端复制的完整性。 端粒酶，由RNA和蛋白质构成。反转录酶。,2、蛋

6、白质 组蛋白（histone）和非组蛋白蛋白质（nonhistone protein）。 （1）组蛋白 等电点pH10，带有正电荷，属碱性蛋白质。H1、H2A、H2B、H3、H4和H5，其中H5只存在于鱼类、两栖类和鸟类的红细胞中。 （2）非组蛋白蛋白质 等电点pH4-9，与组蛋白相比，为酸性蛋白质。 3、RNA,（二）染色质的种类 可以分为两类：常染色质（euchromatin）和异染色质（heterochromatin）。 1、常染色质 在间期细胞中结构较为松散,碱性染料着色较浅的染色质。 2、异染色质 在间期细胞中结构较为紧密,碱性染料着色较深的染色质。 异染色质通常具有三个特点：（1）

7、在间期中处于凝缩状态；（2）是遗传惰性区，不转录或转录不活跃；（3）复制时间晚于常染色质。,可将异染色质划分为两种类型：结构异染色质（constitutive heterochromatin）和兼性异染色质（facultative heterochromatin）。 （1）结构异染色质 各种类型细胞中在整个细胞周期内都处于凝集状态的染色质,即永久性地呈现凝集状态的染色质。 （2）兼性异染色质 在一定的细胞类型或一定的发育阶段呈现凝集状态的异染色质。 巴氏小体（Barr body）:雌性哺乳动物间期细胞中异固缩的X染色体。巴氏小体的形成保证了雌性和雄性都只有一条具有完全活性的X染色体,合成基本等

8、量的X染色体基因编码的产物。,二、染色质的包装 （一）染色质的基本结构单位-核小体（nucleosome）,核小体结构要点： 每个核小体是由200bp左右的DNA链结合有9个组蛋白分子组成。 核小体的核心结构由组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2分子所组成的八聚体和在八聚体上缠绕约13/4圈的146bp左右DNA所组成。在八聚体中，2个H3-H4二聚体相互结合在中央形成四聚体，2个H2A-H2B二聚体位于H3-H4四聚体的外侧。结合上1个分子的组蛋白H1，则DNA双螺旋共缠绕约2圈，有166bp左右。 连接DNA（linker DNA）长度为0-80bp不等。 核小体的直径约为10nm。,（二

9、）染色质包装的结构模型 以人为例，每条DNA分子的平均长度约5cm，而细胞核的直径只有5-10m左右（5-1010-4cm左右）。这就意味着包装要压缩近万倍。 1、染色质包装的多级螺旋模型 核小体串珠结构，一级结构。 每圈6个核小体，螺线管（solenoid），直径约30nm，二级结构。 超螺线管（supersolenoid），三级结构。 染色单体（chromatid），四级结构。,压缩约7倍 压缩约6倍 DNA-核小体-螺线管 压缩约40倍 压缩约5倍 -超螺线管-染色单体 四级包装结构共压缩了约8，400倍。 2、染色质包装的袢环结构模型 核小体串珠结构。 螺线管。 染色体支架（chrom

10、osome scaffold）, 螺线管形成的袢环（loop）。袢环基部连在染色体支架上最后形成染色单体。,三、染色体 （一）染色体的形态特征 1、中期染色体的形态结构 （1）染色单体 姐妹染色单体（sister chromatid）。 （2）着丝粒（centromere）和主缢痕（primary constriction） 动粒（kinetochore）。 短臂（p）和长臂（q）。,中着丝粒染色体; 近中着丝粒染色体; 近端着丝粒染色体; 端着丝粒染色体。 （3）次缢痕（secondary constriction） （4）核仁组织区 核仁组织区（nucleolar organizing r

11、egion，NOR）：具有组织形成核仁的能力的染色质区，其含有rRNA基因。 （5）随体（satellite） （6）端粒（telomere）,2、染色体的数目 人类46条染色体。 n，2n。 （二）基因组与核型 基因组（genome）：指一种生物的细胞中所包含的全部遗传信息。通常以细胞核内单倍数染色体带有的所有遗传信息作为一个基因组，它含有一种生物完整的一套基因。 核型（karyotype）：一个个体或细胞所具有的独特的染色体的形态特征和数目。,第三节 核液和核基质 核液（nucleoplasm）。 核基质（nuclear matrix），核骨架（nuclear skeleton）。 一、核

12、基质的形态结构和化学组成,二、核基质的功能 （一）核基质与DNA的复制 核基质是DNA复制的基本位点和空间支架。,（二）核基质与基因表达调控 基因转录也是在核基质上进行的。 核基质还可能是细胞核内RNA前体的加工场所。 （三）核基质与染色体的构建,第四节 核仁 核仁（nucleolus）。,一、核仁的形态结构和化学组成 （一）纤维中心（fibrillar center） 是核仁组织区所在的部位，其含有rRNA基因。 （二）致密纤维成分（dense fibrillar component） 含有新合成的rRNA及与其结合的蛋白质。 （三）颗粒成分（granular component） 是处于不

13、同成熟程度的核糖体亚基的前体。,核仁相随染色质（nucleolar associated chromatin），包括核仁内染色质（intranucleolar chromatin）和核仁周围染色质（perinucleolar chromatin）。,核仁基质（nucleolar matrix）。,二、核仁的功能 rRNA的合成、加工和核糖体亚基的组装。 核仁功能活动的顺序是纤维中心致密纤维成分颗粒成分。 三、核仁周期,第五节 基因与基因转录 一、遗传的中心法则 遗传信息：核酸分子核苷酸的排列顺序。 中心法则（central dogma）：遗传信息流动的基本法则。,二、基因与基因转录 基因（ge

14、ne）：合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的核酸序列（通常指DNA序列）。,（一）原核细胞的基因结构 （二）真核细胞的基因结构 人类基因组，约3109bp，约含2.5万-3万个基因。 断裂基因（split gene）：基因DNA序列是由编码顺序和非编码顺序构成，编码顺序是不连续的，被非编码顺序分隔开来，称为断裂基因。,（1）外显子（exon）和内含子（intron） 外显子:基因内部具有编码功能的序列。 内含子:基因内部外显子之间无编码功能的序列。 GT-AG法则（GT-AG rule）：每个内含子和外显子接头处都有高度保守的一致顺序，即内含子5末端大多是GT开始，3末端大多是AG结束，称

15、为GT-AG法则，是普遍存在于真核基因中RNA剪接的识别信号。,内含子的作用： （1）进化灵活性。 DNA中大量内含子的存在提高了不同基因外显子之间发生遗传重组的可能性。这就意味着编码新蛋白质的基因，可通过已有基因的部分组合快速进化而来，就象由已有的功能部件组装成一台新型机器一样。事实上，现今细胞内的许多蛋白质就象是由一套共同的蛋白质片段（蛋白质域）组成的拼件一样。,（2）基因表达控制机会 RNA拼接使真核生物比原核生物又多了一重优势。许多真核生物基因的初级转录物可以以不同方式被拼接，从而产生不同的mRNA。这样从同一基因可以产生不同的蛋白质。,（2）启动子（promoter） 能衩RNA聚合

16、酶识别并结合的特异性DNA序列,决定基因转录的起始。 TATA框（TATA box） Hogness框（Hogness box）。位于-25-30处，TATAA/TAA/T。 是RNA聚合酶的结合部位，可决定转录的起始点，保证起始点的精确性。 CAAT框（CAAT box） 位于-70-80处，GGC/TCAATCT。 可决定转录起始的频率。,GC框（GC box） 位于-40-110之间，GGGCGG。 可决定转录起始的频率。 （3）增强子（enhancer） 能够促进基因转录的序列。,（4）沉默子（silencer） 能够抑制基因转录的序列。 （5）终止子（terminator） 存在于基

17、因末端具有转录终止功能的序列。,（三）基因转录 转录（transcription）：以DNA为模板合成RNA的过程。,一个基因的转录只能以双链DNA分子中的一条链作为模板。作为转录模板的链称为模板链或反义链，与其互补的另一条链称为编码链或有义链。 RNA聚合酶。 RNA以5-3方向延伸。RNA链与模板DNA链方向相反。,DNA双链： 5-TACGTAGAAGCG-3 编码链 3-ATGCATCTTCGC-5 模板链 转录的RNA：5-UACGUAGAAGCG-3,第六节 遗传信息翻译 翻译（translation）：以mRNA为模板合成蛋白质多肽链的过程。 一、遗传密码与mRNA 密码子（codon）。 遗传密码（genetic code）。,密码子的特点： 密码子的通用性； 密码子的简并性（degeneracy）； 遗传密码阅读的无间隔性。,二、反密码子与tRNA 运输工具，接合器。 反密码子(anticodon)。,三、反密码子与密码子的相互作用 摆动假说（wobble hypothesis）。 常见的摆动现象有：反密码子的第一位I-密码子的第三位C、U或A；反密码子的第一位G-密码子的第