第五章细胞核与遗传信息的流向2h

1、第五章 细胞核与遗传信息的流向,细胞核:,最大的细胞器 遗传物质储存、复制和转录的场所 生命活动的控制中心 真核细胞与原核细胞最大的区别,高等动物的细胞核直径约为5-10uM,高等动物细胞核的直径约为5-10uM,第一节 核被（nuclear envelope）,外核膜：面向胞质，与粗面内质网膜连续，有核糖体附着 内核膜：面向核质，外表面无核糖体，内表面附有核纤层 膜间隙：内、外膜之间的空隙，与粗面内质网腔相通 核 孔：内外核膜融合所致的圆环结构 核纤层：附着于内核膜下的纤维状蛋白网，一侧结合于内核膜， 一侧结合于染色质,包被核内容物的双层膜结构,旧核孔复合体:,新核孔复合体:,功能： 介导核

2、质间的各种成分的定向输 结构：直径9nM，长15nM 运输：小于孔径可自由通过；大分子物质与相应受体识别后主动运输；核孔大小有可调性,核纤层: 内核膜下的纤维状蛋白网，一侧结合于内核膜，一 侧结合于染色质。分三种核纤层蛋白（A、 B、C ） 属于中间丝。,功能：1）维持核孔的位置和核被膜的形状，为核膜和染 色质提供了结构支架，介导染色质与核膜的相 互作用 2）参与核膜重建及染色体凝集及 DNA的复制和 基因的表达,The nuclear envelope,第二节 染色质(chromatin)和 染色体(chromosome) 同一物质在不同时相的不同表现形态 间期染色质细网状、不规则形态 分裂

3、期高度凝集为染色体,一染色质的化学组成、种类（一）化学组成 特点: 碱性染料染色 DNA与组蛋白结合成复合体 组成：DNA 组蛋白 非组蛋白 少量RNA 比例： 1 1 0.5-1.5 0.05-1,1染色体（质）DNA DNA是染色质的主要成分，是遗传信息的携带者，含量稳定。真核细胞中有多少个DNA分子就有多少条染色体（一条染色体由一条线型DNA分子构成）,基因组（genome）： 一个生物储存在单倍染色体组中总遗传信息 人类基因组：22条常染色体+2条性染色体,1) 复制源 (replication origin)： DNA复制的起点有多个， 不同区域多点同时进行 2) 着丝粒（centr

4、omer ): 两条染色单体连接部位，分裂期与纺锤丝相连，保证染色体平均分配。 3) 端粒（telomere )： 染色体末端富含G重复序列 保证 DNA分子的完整性,染色体（质）DNA必须含有的三个特殊序列：,染色体（质）DNA必须含有的三个特殊序列：,Three key regions of a chromosome,2染色体（质）蛋白 （1）组蛋白（histone）： 真核细胞特有的蛋白质，为硷性蛋白，与DNA分子紧密结 合，维持染色体结构的稳定性，其合成与DNA同时进行。 核小体组蛋白：H2A、 H2B、 H3、 H4 H1组蛋白： 构建染色体的高级结构特点：合成于S期，合成后立即进入

5、核内与DNA装配成染色质，与DNA紧密结合可抑制DNA的复制和RNA的转录。,核小体,（2）非组蛋白( nonhistone ): 酸性蛋白, 含量很少，但种类可达500多种，有种属和组织特异性，在整个细胞周期中都能合成，只与DNA上特异的核苷酸序列结合。功能：1）帮助DNA分子折叠以维持染色质的结构 2）协助启动DNA的复制 3）控制基因的转录和调节基因的表达 3RNA：含量很低,(二). 染色质的种类,常染色质 异染色质 Euchromatin Heterochromatin 结构松散 结构紧密 着色较浅 着色较深 螺旋化程度低 螺旋化程高 有功能，可活跃 转录不活跃 地进行复制和转录 无

6、活性 均匀分布在核内 位于核的边缘 位于中央 部分与核仁结合,结构异染色质：所有的细胞类型、全部的发育阶段中（除复 制期）都处于凝集状态，既不转录也不编码 蛋白，为高度重复序列，见于着丝粒、端 粒、次缢痕等部位，在 S期合成 兼性异染色质：只在特定阶段凝集而成（由原来的常染色质 因丧失基因转录活性而来） 常/异染色质的化学本质相同，但以不同的状态存在而已，一定条件下可互相转化。,巴氏小体（barr body）： 哺乳类雌性动物一对X染色体，一条为常染色体，另一条为异染色体（浓缩染色较深），即为巴氏小体，又称X小体。通常位于间期核膜边缘，其直径约1微米，位于细胞核周缘部，略呈三角形、尖端向内。通

7、过巴氏小体检查可确定胎儿性别。,barr body,二染色质的包装 6109bpDNA / 46条染色体 / 细胞 （总长度1.74米） 包装、压缩、折叠染色单体（几微米）,5cm DNA / 染色体 / 条,细胞核 5m,（一）染色质的一级结构 核小体(nucleosome) 染色体基本结构单位,八聚体/组蛋白（H3 H4和H2A H2B） + 140bpDNA分子 （缠绕1.75圈） 核心颗粒 之间为60bp的连接DNA片段（linker)直径11nm圆盘状颗粒核小体。(压缩1/7),要点：一个完整的核小体单位是由200bp 的DNA分子和一个组蛋白八聚体及一分子组蛋白H1组成，即：组蛋白

8、八聚体构成核小体的核心结构（由4种组蛋白各2个分子组成），140bp 的DNA在八聚体外缠绕1.75圈,构成核心颗粒，两个核心颗粒之间是60bp的DNA连线(linker)，组蛋白H1位于连线上，与DNA结合，锁住核小体DNA的进出口，从而稳定了核小体的结构。 若干个核小体重复排列，形成直径11nm的串珠纤维。,（二）染色质的二级结构螺线管 H1参与下，核小体紧密连接、螺旋缠绕（6个/圈） 染色质纤维（30nm/直径）,（四）染色质的四级结构染色单体（chromatid） DNA长度:5cm 2-10um 染色单体压缩了近万倍,（三）染色质的三级结构 超螺线管 进一步盘绕形成，直径400nm,

9、再次折叠 2-10um染色单体,从DNA到染色体经历4次包装： DNA （1.74m） 核小体螺线管超螺线管 染色单体（2-10m）,长度压缩了近万倍四级结构螺旋模型。,袢环结构模型： 染色质纤维 （30nm、螺线管）袢环结构域（沿染色体纵轴向中央四周伸出，形成放射环）染色单体,折叠,再多次折叠盘曲,三染色体（一）染色体的形态特征 1有丝分裂中期染色体的形态结构,（1）染色单体 ：DNA双链盘曲折叠一条染色单体 着丝粒相连两条姐妹染色单体 一条染色体,(chromatid),（2）主缢痕、着丝粒与动粒 主缢痕：(primary constriction) 着丝粒的两侧向内凹陷处，光镜下相对不着

10、色,着丝粒： 两条染色单体相连的中心部位，一段高度重复的 DNA序列，不与组蛋白结合，而与纺锤丝结合参与 染色体向两极的移动。,动粒：主缢痕两侧的一对三层结构的特化部位 动粒结构域-外， 微管组织中心，为蛋白质 中心结构域-中， 高度重复的DNA序列 配对结构域 -内， 连接姐妹染色单体,着丝粒-动粒结构域,分类 ： 长臂（q）,短臂（p） 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）次缢痕和随体：次缢痕：近端着丝粒染色体的短臂上，常与核仁的形成有关 核仁组织区（NOR） 随 体：染色体末端、与次缢痕相连的棒状小体（satellite） 由异染色质组成。是识别染色

11、体形态的重要特征之一,（4）端粒（telomere） 染色体末端的特化部位 简单的重复序列组成（人：TTAGGG） 维持染色体结构的稳定性，防止末端的相互粘连 正常染色体每复制一次丢失50-120bp 细胞的生命钟，衰老的标志 肿瘤细胞因具有端粒酶活性而自行合成端粒-细胞无限繁殖,2染色体的数目 数目恒定，多为二倍体细胞（2n），生殖细胞为n.,(二)基因组与核型 基因组（genome）： 生物体内单倍体染色体的组成 代表生物体储存的全部遗传信息 人拥有两套基因组,核型（karyotype）： 一个物种的全部染色体数目、大小和每条染色体 所特有的形态特征的总和，是有丝分裂中期的表型。,人46条

12、染色体，同源染色体配成23对，分7组，1-22对男女共有w为常染色体，另一对为性染色体。女性为46XX，男性为46XY。,核型分析: 对染色体进行分组、排列、配对而做的形态分析,第三节 核基质（nuclear matrix） 除核被膜、染色质和核仁以外的网架系统，又称核骨架 (nuclear skeleton),一.形态结构和化学成 纤维蛋白成分构成的纤维网架结构，分布于核空间，与核纤层和核孔复合体相连。是非组蛋白构成的纤维状结构。,1. DNA的复制： 可能是DNA复制的支撑物2.基因表达调控：基因只有结合于核基质才能进行转录3.染色体的构建：参与DNA的超螺旋化,二.核基质的功能,第四节

13、核仁（nucleolus） 在间期细胞的核中最明显，光镜下为均匀、海绵状的球体，1-2个/细胞，与蛋白质的合成密切相关。 在核中的位置不固定 ，生长旺盛的细胞“核仁趋边”现象。 一. 核仁的形态结构和化学组成 组成：RNA (11%)、DNA (8%) 、蛋白质(80%)和酶类 无膜包裹,电镜下形态结构： 1纤维中心 2致密纤维成分 3. 颗粒成分,二核仁的功能 1）合成rRNA；2）装配核糖体的大、小亚基三核仁周期 有丝分裂期：核仁变小、消失分裂末期：核仁重现,第五节 基因与基因转录,一. 遗传的中心法则（central dogma ）,二. 基因与基因转录 基因（gene)：能产生特定蛋白

14、质的DNA序列 具有一定生物功能的DNA序列（tRNA、rRNA） 结构基因：能编码蛋白质的基因,（一）原核细胞的基因结构 基因组DNA可编码大部分蛋白质 结构基因串联排列（无内含子），基因序列是连续的 转录后不需剪切和加工, 转录和翻译同时进行,（二）真核细胞的基因结构 基因组DNA含量很大，3109硷基/单倍体基因组/人 基因序列由编码和非编码序列组成断裂基因（split gene) 存在许多重复序列 真核细胞基因大小相差悬殊,1. DNA 重复序列：序列相同的拷贝 （1）单一序列：只有一个或几个拷贝的序列，常为结构 基因，占60%-65% （2）中度重复序列：非编码序列（rRNA、tRN

15、A基因） 与基因调控有关 （3）高度重复序列：占20%，分布在着丝粒和端粒部位,2.多基因家族：来源相同、结构相似、功能相关的一组基因3.结构基因的特点：（1）外显子和内含子：（2）启动子(promotor)：能被RNA聚合酶识别和结合 的特异性DNA序列，决定真核细胞基因转录起始,（3）增强子（enhance)：能够加速基因转录的调节性序列 （4）终止子（terminator)：具有转录终止功能的特定顺序 （三）原核细胞的基因转录 （四）真核细胞的基因转录 第六节 遗传信息翻译 第七节 真核细胞基因表达的调控,第八节 细胞核与疾病,一. 细胞核形态异常与肿瘤 肿瘤细胞： 高核/质比；异型核结

16、构；染色质近核膜处， 颗粒状；核仁rRNA高转录活性，体积大， 数目多；组蛋白磷酸化高，结合DNA能力下降； 核孔数目增多显著。 二. 染色体异常与肿瘤 数目异常： 超二倍体、亚二倍体和多倍体 结构异常：易位、重复、缺失、倒位、环状 慢粒：费城小体22号长臂与9号长臂部分区段异位标记染色体 （95%） 视网膜母细胞瘤：13号长臂中间缺失 Wilms瘤：11号染色体短臂中间缺失,Summary of Chapter 5 The nucleus is a spherical, sometimes elongated structure that contains the genetic mater

17、ial, the DNA of the cell. The highly organized chromatin is enveloped by a nuclear membrane that contains numerous pores for the transport of large macromolecules and ribosomal subunits to the cytoplasm. The nuclear envelope is actually two parallel unit membranes with an intervening space. Ribosome

18、s are often attached to the outside membrane and it is sometimes continuous with the rough ER.,Functional aspects of nuclear,It is the largest organelle in the cell and the place for genetic storage, replication and transcription. It is the control center of living activity and the hallmark to disti

19、nguish eucaryotic cells from prokaryotic ones. Chromatin consists of coiled DNA bound to basic proteins called histones and non-histone proteins. The degree of coiling of the chromatin varies during cell activity. From microscopic examination, two types of chromatin can be seen: 1) dark, dense heter

20、ochromatin and 2) light euchromatin. Cells with light nuclei / uncoiled chromatin are more active than those with condensed, dark nuclei. Lightly coiled DNA facilitates transcription because there is more surface area available.,A DNA molecule is an enormously long, unbranched, linear polymer that c

21、an contain many millions of nucleotides arranged in an irregular but nonrandom sequence. The genetic information is contained in the linear order of the nucleotides. Each DNA molecule is packaged in a separate chromosome, and the total genetic information stored in the chromosomes of an organism is said to constitute its genome.,Each chromosome is formed from a single long DNA molecule. Each DNA molecule that forms a chromosome must contain a centromere, two telomeres and replicating origins. Most chromosomal DNA does n