医学细胞生物学第八章细胞核和染色体.ppt

1、细胞核,Cell Nucleus 组蛋白的修饰（乙酰化或甲基化）可调控基因的表达。,高,极高,染色质/染色体的化学组成,无,染色体的非组蛋白支架,非组蛋白,指与染色质DNA结合的除组蛋白以外的蛋白质成分，其作用包括： 1、参与维持染色体的结构 2、为DNA折叠及复制提供支架 3、参与基因的表达和调控,染色质/染色体的化学组成,高迁移率组（HMG）非组蛋白： 1、含量最为丰富的非组蛋白 2、动态、可逆地结合于染色质的活性基因部位，参与调节基因的转录及表达。,染色质/染色体的化学组成 常染色质与异染色质 染色质如何组装成染色体 中期染色体形态结构 核型与染色体带型,染色质与染色体,常染色质,常染色

2、质：间期细胞核内染色较浅，螺旋化程度较低，处于伸展状态的染色质细丝，具有活跃的转录活性，多位于核中央，均匀分布。,常染色质与异染色质,间期细胞染色质按形态特征及功能状态分为两类：,异染色质：间期细胞核内染色深、呈凝缩状态，无转录活性的染色质，多位于核周近核膜处，结构致密。,常染色质(E)和异染色质(H)的电镜照片,Nu为核仁,兼性异染色质：指在某些细胞类型，或特定发育阶段中，原有的常染色质发生凝聚并丧失转录活性后转变为异染色质，如女性的巴氏小体、淋巴细胞的异染色质。在特定条件下兼性异染色质可转变回常染色质。,结构异染色质：指在所有细胞类型和各个发育阶段，都处于凝集状态的异染色质，如着丝粒、端粒

3、等,常染色质与异染色质,异染色质的分类,结构异染色质：指在所有细胞类型和各个发育阶段，都处于凝集状态的异染色质，如着丝粒、端粒等,常染色质与异染色质,异染色质的分类,兼性异染色质：指在某些细胞类型，或特定发育阶段中，原有的常染色质发生凝聚并丧失转录活性后转变为异染色质，如女性的巴氏小体、淋巴细胞的异染色质。在特定条件下兼性异染色质可转变回常染色质。,核内染色质的区域化定位,染色质/染色体的化学组成 常染色质与异染色质 染色质如何组装成染色体 中期染色体形态结构 核型与染色体带型,染色质与染色体,染色质组装成染色体,细胞内线性DNA分子需经多级压缩才能蜗居于细胞核中,染色质组装成染色体,细胞内线

4、性DNA分子需经多级压缩才能蜗居于细胞核中,电镜下的染色质,染色质组装成染色体,染色质包装:一级/二级结构,二级结构 （生理）,一级结构 （低盐）,染色质包装的一级结构：核小体,核小体结构示意图,核小体（nucleosome）是染色质包装的一级结构，是染色体的基本结构单位，由约200bp的DNA及组蛋白八聚体构成，电镜下形成串珠状，核小体的形成使DNA纤维压缩了约7倍。,组蛋白H1稳定核小体,染色质组装成染色体,染色质包装的二级结构：螺线管,电镜下的染色质,二级结构,一级结构,螺线管（solenoid）是染色质包装的二级结构，是在组蛋白H1的协助下，核小体串珠进一步盘旋而成的中空结构。螺线管的

5、形成使核小体串珠结构压缩了约6倍。,染色质组装成染色体,染色质包装的二级结构：螺线管,染色体的包装,一级结构：核小体,二级结构：螺线管,染色体,染色质（分裂间期）,染色体（分裂期）,染色质组装成染色体,染色体的包装-多级螺旋化模型,染色质组装成染色体,染色体骨架放射环结构模型,DNA,核小体,螺线管,伸展的袢环,浓缩的袢环,染色体,染色质/染色体的化学组成 常染色质与异染色质 染色质如何组装成染色体 中期染色体形态结构 核型与染色体带型,染色质与染色体,中期染色体的结构,中期染色体的形态结构,染色单体 主缢痕、着丝粒与动粒 次缢痕与核仁组织者 随体和端粒,中期染色体的形态结构,着丝粒及相关结构

6、,中期染色体两条姐妹染色单体的连接处，有一向内凹陷的缢痕，称为主缢痕。主缢痕的染色质部分，称为着丝粒（序列），由高度重复的异染色质构成，是染色质的必须功能序列之一。,基于着丝粒位置的染色体分类,各类型染色体示意图,中期染色体的形态结构,着丝粒及相关结构,主缢痕两侧的圆盘状结构称为动粒，由蛋白质构成，是细胞分裂时纺锤丝的附着位点，参与染色体的定位和移动。,中期染色体的形态结构,次缢痕及相关结构,次缢痕是染色体上除主缢痕以外的缢缩部位，次缢痕部位的染色体为rDNA序列，能编码rRNA，参与核仁的组装，因此称为核仁组织区（NOR），而rDNA则称为核仁组织者。 随体是位于染色体末端的球状或棒状结构，

7、通过次缢痕与染色体主体相连。,端粒是染色体两端的特化结构 端粒的生物学功能： 维持染色体的稳定性； 维持染色体的完整性； 参与染色体在核内的空间排布及同源染色体的正确配对。,原位杂交实验显示人染色体末端的端粒,中期染色体的形态结构,端粒及其功能,中期染色体的形态结构,特殊类型的染色体,多线染色体,存在于双翅目昆虫幼虫细胞中 复制后的染色单体并不分开，而是平行排列，经多个细胞周期后，形成多线染色体,光镜下呈现深浅交替的带与间带； 局部出现膨松区，为基因活跃转录区。,果蝇的多线染色体，箭头所指膨松区 域为RNA活跃转录区,多线染色体中的转录区在不同 时相的变化,中期染色体的形态结构,特殊类型的染色

8、体,灯刷染色体,多存在于鱼类、两栖类动物的卵母细胞中，出现于第一次减数分裂的双线期； 染色体轴两侧有侧环，形如灯刷为RNA活跃转录区。,染色质/染色体的化学组成 常染色质与异染色质 染色质如何组装成染色体 中期染色体形态结构 核型与染色体带型,染色质与染色体,动物细胞的染色体组,核型（染色体组型）,核型与染色体带型,一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析,

9、染色体G显带技术,核型（染色体组型）,核型与染色体带型,一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析,G显带染色体组型,核型与染色体带型,核型（染色体组型）,一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中

10、所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析,借助计算机软件进行核型分析,人类染色体核型(女性),核型与染色体带型,核型（染色体组型）,一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析,人类染色体核型(男性),核型与染色体带型,核型（染色体组型）,一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间

11、的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析,染色质与染色体小结,染色质/染色体的化学组成：DNA（三个必须功能序列）、组蛋白（核小体组蛋白、H1组蛋白）、非组蛋白 常染色质与异染色质：1、二者的差异（凝集程度、位置、功能）；2、异染色质的分类（结构异染色质、兼性异染色质） 染色质组装为染色体：1、染色质的包装（一级结构核小体、二级结构螺线管）；2、染色体的包装（多级螺旋化模型及骨架-放射环模型） 中期染色体的形态：主缢痕（着丝粒、动粒）；次缢痕（核

12、仁组织者、随体）；端粒；特殊染色体（多线、灯刷染色体） 核型与染色体带型,细胞核,细胞核概述 核被膜 染色质与染色体 核仁与核糖体的发生 核骨架 细胞核与疾病,核仁为间期细胞核内形成的无膜包被的海绵状球体,12个或多个，核仁常趋向核的边缘，称为“趋边效应”； 核仁大小与细胞代谢活跃程度呈正相关（干细胞、肿瘤细胞/特化细胞如精子、肌细胞、神经细胞）。 核仁的化学组成为RNA和蛋白质（RNP）及少量的DNA等。,核仁与核糖体的发生,核仁的形态结构和化学组成,核仁的形态结构和化学组成,电镜下核仁包括：纤维中心和致密纤维组分、颗粒组分。 纤维中心是包埋于颗粒组分内部的低电子密度的圆形结构，是rDNA的

13、存在部位； rDNA以袢环的形式伸出染色质，并大量转录形成rRNA，组织形成核仁，因此，每个rDNA袢环就称为一个核仁组织者，位于染色体次缢痕区域； 人类rDNA位于5条染色体（13、14、15、21，22）上，因此体细胞就有10个rDNA构成纤维中心，参与核仁的形成。,核仁与核糖体的发生,纤维中心(fc)；致密纤维组分(dfc)；颗粒组分（gc）,核仁的形态结构和化学组成,电镜下核仁包括：纤维中心和致密纤维组分、颗粒组分。 致密纤维组分电子密度按最高，围绕浅染 的纤维中心呈环形或半月形，含有不同转录阶段的rRNA分子。 颗粒组分位于核仁的外周，由正在加工的核糖体亚单位构成。,核仁与核糖体的发

14、生,纤维中心(fc)；致密纤维组分(dfc)；颗粒组分（gc）,核仁的功能核糖体亚基的加工,rRNA的转录和加工,核仁与核糖体的发生,核糖体的组装,核仁与核糖体的发生,核仁的功能核糖体亚基的加工,核仁周期,在进行有丝分裂的细胞中，核仁出现一系列结构和功能的周期性变化，称为核仁周期。 核仁的周期性变化： 1、前期（ rDNA开始收回到染色体中，核仁分散成许多小核仁，染色质凝集形成染色体，rRNA合成停止）； 2、中期和后期（rDNA完全收进染色体中，核仁消失）； 3、末期（rRNA重新开始合成，形成多个小核仁，并进一步汇合成一个大核仁）,核仁与核糖体的发生,核仁分散,核仁聚合,细胞核,细胞核概述

15、 核被膜 染色质与染色体 核仁与核糖体的发生 核骨架 细胞核与疾病,核骨架，是指核内一个由非组蛋白为主构成的网架结构体系,对细胞核及染色质起支持作用，也称核基质。 从狭义上讲是指核内的纤维蛋白网络；从广义上讲核骨架还包括核纤层、核孔复合体，并与中间纤维相连。 核骨架主要由非组蛋白构成在细胞分裂间期充满整个核质空间，在细胞分裂期则压缩为染色体骨架。,核骨架（核基质）,核骨架的概念,经核酸酶消化及盐抽提后，核骨架和DNA纤维相互分离,核骨架,核骨架的概念,核骨架，是指核内一个由非组蛋白为主构成的网架结构体系,对细胞核及染色质起支持作用，也称核基质。 从狭义上讲是指核内的纤维蛋白网络；从广义上讲核骨

16、架还包括核纤层、核孔复合体，并与中间纤维相连。 核骨架主要由非组蛋白构成在细胞分裂间期充满整个核质空间，在细胞分裂期则压缩为染色体骨架。,核质,胞质,核基质,核纤层,核骨架、核纤层、细胞质骨架的联合作用,核骨架,核骨架的概念,核骨架，是指核内一个由非组蛋白为主构成的网架结构体系,对细胞核及染色质起支持作用，也称核基质。 从狭义上讲是指核内的纤维蛋白网络；从广义上讲核骨架还包括核纤层、核孔复合体，并与中间纤维相连。 核骨架主要由非组蛋白构成在细胞分裂间期充满整个核质空间，在细胞分裂期则压缩为染色体骨架。,核骨架的功能,核骨架,核骨架参与DNA的复制 是DNA的高效精确复制的结构支架 DNA复制必

17、需的酶（DNA聚合酶及拓扑异构酶）与核骨架上特定的位点结合而被激活。DNA附着于核骨架上与此类酶形成复合体，启动复制。,核骨架的功能,核骨架,核骨架与基因转录 某些关键的转录因子与核骨架结合，基因只有结合在核骨架上才能高效转录； 细胞内三种RNA都在核骨架上合成、其后的成熟过程可能也发生在核骨架。,核骨架的功能,核骨架,核骨架参与染色体和核膜的构建 核骨架为核内染色质DNA的空间构型起维系和支架作用 可能作为染色体支架参与形成染色体,细胞核,细胞核概述 核被膜 染色质与染色体 核仁与核糖体的发生 核骨架 细胞核与疾病,细胞核与疾病,细胞核形态异常与肿瘤,肿瘤细胞通常具有较高的核质比 细胞核外形

18、不规则 核仁体积增大，数目增加 染色质纤维变粗，染色变深 核孔数目显著增加,1、21三体综合症 2、睾丸退化症(Klinefelters syndrome) 核型一般为47 XXY,少数为48 XXXY 3 、卵巢退化症(Turners syndrome) 核型一般为45 XO,此外还有XO/XX嵌合体 4、慢性粒细胞白血病（CML） 费城染色体：由22号染色体的长臂与9号染色体长臂之间的部分区段发生易位形成 5、视网膜母细胞瘤 13号染色体长臂的中间缺失,常见人类染色体疾病,细胞核与疾病,染色体异常与疾病染色体数目、结构变化引起的遗传病,21三体综合征（Downs syndrome）,18三

19、体综合征（Edwards Syndrome）,耳廓低位,距离过远,鼻子宽大,下颚小,摇椅底足,指2/3、4/5交叠握拳,13三体综合征（Trisomy 13, Patau syndrome）,多指畸形,距离过远,鼻宽扁 唇颚裂 低耳廓,卵巢退化综合征（Turners syndrome）,核型一般为45 XO,此外还有XO/XX嵌合体,Symptoms:Low-set ears, webbed neck, broad chest, non-working ovaries, hypothyroidism, diabetes, vision problems, neuro/cognitive def