第11章__細(xì)胞核與染色質(zhì)

1、翟中和 王喜忠 丁明孝 主編 細(xì)胞生物學(xué)（第細(xì)胞生物學(xué)（第4版）版）第第11章章 細(xì)胞核與染色質(zhì)細(xì)胞核與染色質(zhì)細(xì)胞核概述細(xì)胞核概述真核細(xì)胞中，除高等植物成熟的篩管和哺乳類成熟的紅細(xì)胞外，都有細(xì)胞核。真核細(xì)胞中，除高等植物成熟的篩管和哺乳類成熟的紅細(xì)胞外，都有細(xì)胞核。在原核細(xì)胞中，在原核細(xì)胞中，DNA集中，但無核膜包圍，故稱擬核（集中，但無核膜包圍，故稱擬核（nucleiod）。）。真核細(xì)胞真核細(xì)胞大多大多具細(xì)胞核具細(xì)胞核原原核核細(xì)細(xì)胞胞的的擬擬核核 分布：分布：所有真核細(xì)胞（高等植物韌皮部成熟的篩管和哺乳所有真核細(xì)胞（高等植物韌皮部成熟的篩管和哺乳動物成熟的紅細(xì)胞除外）動物成熟的紅細(xì)胞除外）

2、數(shù)量：數(shù)量：通常一個，成熟的篩管和紅細(xì)胞（通常一個，成熟的篩管和紅細(xì)胞（0 0）、肝細(xì)胞、）、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞心肌細(xì)胞(1-2(1-2）、破骨細(xì)胞）、破骨細(xì)胞(650(650）、骨骼肌細(xì)胞）、骨骼肌細(xì)胞( (數(shù)百數(shù)百) )、植物氈絨層細(xì)胞植物氈絨層細(xì)胞(24)(24)。 大?。捍笮。赫伎傮w積的占總體積的10%10%，高等動物一般，高等動物一般5-10 5-10 u um,m,高等植物高等植物5-20 5-20 u um,m,低等植物低等植物1-4 1-4 u umm。 形態(tài)：形態(tài)：一般呈圓球狀與卵圓形，隨物種和細(xì)胞類型不同有一般呈圓球狀與卵圓形，隨物種和細(xì)胞類型不同有很大變化。很大變化。 組成

3、：組成：核被膜、核纖層、染色質(zhì)、核仁及核體組成。核被膜、核纖層、染色質(zhì)、核仁及核體組成。 功能：功能：遺傳遺傳 發(fā)育。發(fā)育。細(xì)胞核特征細(xì)胞核特征肝細(xì)胞和肝細(xì)胞和心肌細(xì)胞心肌細(xì)胞可有雙核可有雙核哺乳類成哺乳類成熟紅細(xì)胞熟紅細(xì)胞無細(xì)胞核無細(xì)胞核植物成植物成熟篩管熟篩管細(xì)胞無細(xì)胞無細(xì)胞核細(xì)胞核aaaaa破骨細(xì)破骨細(xì)胞可有胞可有6-50個個細(xì)胞核細(xì)胞核本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 *核被膜 *染色質(zhì) 染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá) *染色體 *核仁與核體 核基質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 核被膜核被膜/djohnso2/44962/405/nucleus.html三部分構(gòu)成三部分構(gòu)

4、成核被膜結(jié)構(gòu)核被膜結(jié)構(gòu)雙層核膜雙層核膜核纖層核纖層 核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體一、核膜一、核膜第一節(jié)第一節(jié) 核被膜核被膜核周間隙核周間隙核纖層核纖層核孔復(fù)合核孔復(fù)合物物外核膜外核膜內(nèi)核膜內(nèi)核膜異染色質(zhì)異染色質(zhì)(雙層膜雙層膜)(異染色質(zhì)異染色質(zhì))電鏡圖電鏡圖l核被膜由內(nèi)外兩層平行但不連續(xù)的核被膜由內(nèi)外兩層平行但不連續(xù)的單位膜單位膜構(gòu)成。構(gòu)成。l外核膜胞質(zhì)面附有外核膜胞質(zhì)面附有核糖體核糖體，與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相聯(lián)。核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相聯(lián)。核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，外核膜是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分。腔相通，外核膜是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分。l核被膜內(nèi)層光滑，內(nèi)表面緊貼一層致密的核被膜內(nèi)層光滑，內(nèi)表面緊貼一層致密的核纖層核纖層

5、；可支持核膜，；可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。并與染色質(zhì)及核骨架相連。l 核周間隙核周間隙寬寬20-40nm20-40nm，腔內(nèi)電子密度低，一般不含固定的結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)電子密度低，一般不含固定的結(jié)構(gòu)，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。l雙層核膜在某些部位相互融合，形成環(huán)狀開口，稱為雙層核膜在某些部位相互融合，形成環(huán)狀開口，稱為核孔核孔。在核在核孔上鑲嵌著一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)叫做孔上鑲嵌著一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)叫做核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體。（一）核膜結(jié)構(gòu)（一）核膜結(jié)構(gòu)（二）核膜的崩解與組裝（二）核膜的崩解與組裝間期存在，分裂期解體間期存在，分裂期解體核膜的動態(tài)特點(diǎn)：核膜的動態(tài)特點(diǎn)：在真核細(xì)胞中，核膜伴隨著細(xì)胞周期

6、進(jìn)行有規(guī)律的解體與在真核細(xì)胞中，核膜伴隨著細(xì)胞周期進(jìn)行有規(guī)律的解體與重建。重建。分裂期：雙層核膜崩解成單層泡膜，核孔復(fù)合體解體，分裂期：雙層核膜崩解成單層泡膜，核孔復(fù)合體解體， 核纖層去裝配；核纖層去裝配；分裂末期：核被膜開始圍繞染色體重新形成。分裂末期：核被膜開始圍繞染色體重新形成。二、核孔復(fù)合體二、核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體 (Nuclear pore complex, NPC)一般哺乳動物細(xì)胞平均有一般哺乳動物細(xì)胞平均有30003000個核孔。個核孔。細(xì)胞核活動旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。細(xì)胞核活動旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。核被膜上由內(nèi)外兩層膜局部融合形成的許多核孔

7、，核被膜上由內(nèi)外兩層膜局部融合形成的許多核孔，核孔是由一組蛋白質(zhì)（至少核孔是由一組蛋白質(zhì)（至少5050種不同的蛋白質(zhì)）以種不同的蛋白質(zhì)）以一定方式排布形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可溝通核質(zhì)和胞質(zhì)。一定方式排布形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可溝通核質(zhì)和胞質(zhì)。在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認(rèn)在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)如為其結(jié)構(gòu)如fish-trapfish-trap（魚籠）魚籠）。 （一）結(jié)構(gòu)模型（一）結(jié)構(gòu)模型 “fish-trap”(魚籠魚籠)胞質(zhì)面核質(zhì)面（一）結(jié)構(gòu)模型（一）結(jié)構(gòu)模型 “fish-trap”(魚籠魚籠) 胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmic ring） 核質(zhì)環(huán)（nucle

8、ar ring） 輻（spoke）：柱狀亞單位；腔內(nèi)亞單位；環(huán)帶亞單位 中央栓（central plug），中央顆粒 （central granule）（二）組成成分（二）組成成分Nature Reviews Molecular Cell Biology 11, 490-501 (July 2010) | doi:10.1038/nrm2928核孔蛋白核孔蛋白 （nucleoporin，Nup）核孔蛋白（核孔蛋白（nucleoporin，Nup） Gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白 介導(dǎo)NPC與核被膜連接 在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用 在核質(zhì)交換中起作用 p62：功能性：功能性

9、Nup 疏水性N 端區(qū)： 具有FXFG重復(fù)序列 C 端區(qū)：具有疏水性的7肽重復(fù)序列http:/npd.hgu.mrc.ac.uk/user/?page=nuc_pore 從功能上講，可看作一種特殊的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體（一個雙從功能上講，可看作一種特殊的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體（一個雙功能、雙向性的親水性核質(zhì)交換通道）功能、雙向性的親水性核質(zhì)交換通道） 雙功能雙功能有兩種運(yùn)輸方式：被動擴(kuò)散與主動運(yùn)輸。有兩種運(yùn)輸方式：被動擴(kuò)散與主動運(yùn)輸。 雙向性雙向性既介導(dǎo)蛋白質(zhì)的入核轉(zhuǎn)運(yùn)，又介導(dǎo)既介導(dǎo)蛋白質(zhì)的入核轉(zhuǎn)運(yùn)，又介導(dǎo)RNARNA、核糖核蛋、核糖核蛋白顆粒（白顆粒（RNPRNP）的出核轉(zhuǎn)運(yùn)。）的出核轉(zhuǎn)運(yùn)。（圖（

10、圖P P232232：通過核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁疽鈭D）通過核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁疽鈭D） （三）功能（三）功能v主動運(yùn)輸主動運(yùn)輸 通過通過轉(zhuǎn)運(yùn)受體轉(zhuǎn)運(yùn)受體把大分子把大分子 運(yùn)入和運(yùn)出核孔運(yùn)入和運(yùn)出核孔從胞質(zhì)運(yùn)入核的轉(zhuǎn)運(yùn)受從胞質(zhì)運(yùn)入核的轉(zhuǎn)運(yùn)受 體為體為importins,importins,從核運(yùn)從核運(yùn) 入胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)受體為入胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)受體為 exportinsexportins。v被動運(yùn)輸被動運(yùn)輸 簡單擴(kuò)散簡單擴(kuò)散 運(yùn)輸離子、小分子及運(yùn)輸離子、小分子及 直徑在直徑在10nm 10nm 以下的以下的 物質(zhì)。物質(zhì)。1通過核孔復(fù)合體的被動擴(kuò)散通過核孔復(fù)合體的被動擴(kuò)散10nm直徑直徑9-10nmN

11、PCNPC作為被動擴(kuò)散的親水通道，其有效直徑為作為被動擴(kuò)散的親水通道，其有效直徑為9 910nm10nm，有的可，有的可達(dá)達(dá)12.5nm12.5nm，即離子、小分子以及直徑在，即離子、小分子以及直徑在10nm10nm以下的物質(zhì)原則上以下的物質(zhì)原則上可以自由通過。擴(kuò)散速度與分子大小成反比?？梢宰杂赏ㄟ^。擴(kuò)散速度與分子大小成反比。1通過核孔復(fù)合體的被動擴(kuò)散通過核孔復(fù)合體的被動擴(kuò)散 這種有效直徑相當(dāng)于允許相對分子質(zhì)量在這種有效直徑相當(dāng)于允許相對分子質(zhì)量在404010103 3606010103 3以以下的蛋白質(zhì)分子自由穿過核孔。下的蛋白質(zhì)分子自由穿過核孔。 實(shí)際上并不是所有符合此條件的蛋白質(zhì)都可隨意

12、出入細(xì)胞核。實(shí)際上并不是所有符合此條件的蛋白質(zhì)都可隨意出入細(xì)胞核。有許多小分子量的蛋白質(zhì)，如組蛋白有許多小分子量的蛋白質(zhì)，如組蛋白H1H1，是通過主動運(yùn)輸進(jìn)入，是通過主動運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞核的。細(xì)胞核的。（其相對分子質(zhì)量雖只有（其相對分子質(zhì)量雖只有2.12.110103 3，它本身帶有具，它本身帶有具信號功能的氨基酸序列）信號功能的氨基酸序列）有的小分子量蛋白質(zhì)本身雖然沒有信有的小分子量蛋白質(zhì)本身雖然沒有信號序列，但可以與其它有信號序列的成份結(jié)合，一起被主動運(yùn)號序列，但可以與其它有信號序列的成份結(jié)合，一起被主動運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)。輸?shù)胶藘?nèi)。2核孔復(fù)合體的主動運(yùn)輸核孔復(fù)合體的主動運(yùn)輸A A 對運(yùn)輸顆粒對運(yùn)輸顆

13、粒大小的限制。大小的限制。主動運(yùn)輸?shù)墓δ苤睆剑s主動運(yùn)輸?shù)墓δ苤睆剑s101020nm20nm）比被動運(yùn)輸大，核孔復(fù)合體的有效直徑的大小是）比被動運(yùn)輸大，核孔復(fù)合體的有效直徑的大小是可被調(diào)節(jié)的；可被調(diào)節(jié)的；B B 是一個信號識別與載體介導(dǎo)的過程復(fù)合體，需要消耗是一個信號識別與載體介導(dǎo)的過程復(fù)合體，需要消耗ATPATP能量，表現(xiàn)出能量，表現(xiàn)出飽和動力學(xué)特征；飽和動力學(xué)特征；C C 有核輸出與核輸入有核輸出與核輸入雙向性。雙向性。1）親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)）親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn) （karyophilic protein） 親核蛋白：親核蛋白：指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要

14、或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì)。核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì)。 大多數(shù)的親核蛋白往往在一個細(xì)胞周期中一次性地被轉(zhuǎn)大多數(shù)的親核蛋白往往在一個細(xì)胞周期中一次性地被轉(zhuǎn)運(yùn)到核內(nèi)，并一直停留在核內(nèi)行使功能活動，典型的如運(yùn)到核內(nèi)，并一直停留在核內(nèi)行使功能活動，典型的如組組蛋白、核纖層蛋白蛋白、核纖層蛋白等；等； 有一些親核蛋白需穿梭于核質(zhì)之間進(jìn)行功能活動，如有一些親核蛋白需穿梭于核質(zhì)之間進(jìn)行功能活動，如importinsimportins。 核定位序列或核定位信號（核定位序列或核定位信號（ NLS ） 親核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列，這些內(nèi)親核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列，這些內(nèi)含的特殊短肽保證

15、了整個蛋白質(zhì)能夠通過核孔復(fù)含的特殊短肽保證了整個蛋白質(zhì)能夠通過核孔復(fù)合體被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核內(nèi)。合體被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核內(nèi)。 這段具有這段具有“定向定向”、“定位定位”作用的序列被命名作用的序列被命名為核定位序列或核定位信號。為核定位序列或核定位信號。受體為受體為importinimportin。 NLSNLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，并且在指序列可存在于親核蛋白的不同部位，并且在指導(dǎo)親核蛋白導(dǎo)親核蛋白完成核輸入后并不被切除完成核輸入后并不被切除。Nuclear localization signals Normal pyruvate kinase: in cytosolChimeric pyruv

16、ate kinase containing SV40 NLS: in nucleusNuclear localization signals親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)過程親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)過程 親核蛋白除了本身具有親核蛋白除了本身具有NLSNLS外，其入核轉(zhuǎn)運(yùn)還需外，其入核轉(zhuǎn)運(yùn)還需要一些胞質(zhì)蛋白因子的幫助。要一些胞質(zhì)蛋白因子的幫助。 目前比較確定的因子有：目前比較確定的因子有： importin importin、importinimportin：核定位信號受體。核定位信號受體。 Ran Ran：一類一類G G蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形成。成。1. 1. 帶有核定位信

17、號帶有核定位信號(NSL)(NSL)片段的蛋白質(zhì)與受體片段的蛋白質(zhì)與受體importinimportin / / 結(jié)合；結(jié)合；2.2. 復(fù)合體與胞質(zhì)內(nèi)的纖絲結(jié)合；復(fù)合體與胞質(zhì)內(nèi)的纖絲結(jié)合；3.3. 復(fù)合體被送入核內(nèi)；復(fù)合體被送入核內(nèi)；4. 4. 與與Ran-GTPRan-GTP相互作用相互作用, ,復(fù)合體解散；復(fù)合體解散；5. importin5. importin 被被Ran-GTPRan-GTP送回胞質(zhì)送回胞質(zhì),Ran-GTP ,Ran-GTP 水解成水解成Ran-GDP, Ran-Ran-GDP, Ran-GDPGDP返回核內(nèi)返回核內(nèi),importin,importin 回到胞質(zhì)?；氐桨?/p>

18、質(zhì)。蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)經(jīng)核孔向細(xì)胞核的運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)從細(xì)胞質(zhì)經(jīng)核孔向細(xì)胞核的運(yùn)輸2） RNA及核糖體亞基的出核轉(zhuǎn)運(yùn)及核糖體亞基的出核轉(zhuǎn)運(yùn) 真核細(xì)胞中真核細(xì)胞中RNARNA一般要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工、修飾成為成熟的一般要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工、修飾成為成熟的RNARNA分子后才能被轉(zhuǎn)運(yùn)出核。分子后才能被轉(zhuǎn)運(yùn)出核。 核輸出信號（核輸出信號（nuclear export signal, NESnuclear export signal, NES）：引導(dǎo)）：引導(dǎo)RNPRNP輸出細(xì)胞核，對蛋白的出核轉(zhuǎn)運(yùn)起決定作用的氨基酸序列輸出細(xì)胞核，對蛋白的出核轉(zhuǎn)運(yùn)起決定作用的氨基酸序列，受體為受體為exportinexportin。 由

19、RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子。由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的5s rRNA與 tRNA由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的核內(nèi)異質(zhì)RNA （hn RNA ）核纖層核纖層(lamina)(lamina)核骨架核骨架為核膜內(nèi)表面由核纖層蛋白構(gòu)成的一為核膜內(nèi)表面由核纖層蛋白構(gòu)成的一層連續(xù)致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。層連續(xù)致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。核膜核膜核孔核孔核纖層核纖層核膜與核膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連處相連處染色質(zhì)染色質(zhì)三、核纖層三、核纖層功能：功能：對核被膜起支撐作用，為染色體提供支架；調(diào)節(jié)基對核被膜起支撐作用，為染色體提供支架；調(diào)節(jié)基因表達(dá)；調(diào)節(jié)因表達(dá)；調(diào)節(jié)DNA DNA 修復(fù)；與細(xì)胞周期有關(guān)。修復(fù)；與細(xì)胞周期有關(guān)。組成：組成：3 3 種

20、核纖層蛋白：種核纖層蛋白：lamin Alamin A、B B 、C C核纖層蛋白本身形成纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核纖層蛋白本身形成纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)特點(diǎn)：動態(tài)特點(diǎn)：在分裂期，核纖層解體，以蛋白單體形式存在于在分裂期，核纖層解體，以蛋白單體形式存在于胞質(zhì)中。胞質(zhì)中。三、核纖層三、核纖層第二節(jié)第二節(jié) 染色質(zhì)染色質(zhì) 染色質(zhì)是間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋組蛋白白、非組蛋白非組蛋白及少少量量RNA 組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)一、染色質(zhì)一、染色質(zhì)DNA 染色質(zhì)和染色體是在細(xì)胞周期不同階段可以互相轉(zhuǎn)變的形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）基因組大小比較（一）基因組大小比較（二）基因組（二）基因組DNA類型類型A A型是另一種右手雙螺旋型是另一種右

21、手雙螺旋DNADNA，與，與B B型的差別在于型的差別在于DNADNA的大小溝有所不的大小溝有所不同，同，A A型的更緊密。型的更緊密。Z(zig-zag)Z(zig-zag)型是左手螺旋型是左手螺旋DNADNA，在結(jié)構(gòu)上與，在結(jié)構(gòu)上與B B型很不同。發(fā)生在高鹽型很不同。發(fā)生在高鹽濃度下的濃度下的CGCGCGCGCGCG短鏈中，生物功能不詳。體現(xiàn)短鏈中，生物功能不詳。體現(xiàn)DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的可塑性。雙螺旋結(jié)構(gòu)的可塑性。DNA 3 種構(gòu)型種構(gòu)型 三種三種DNADNA構(gòu)型中構(gòu)型中, ,大溝的特征在遺傳信息表大溝的特征在遺傳信息表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用達(dá)過程中起關(guān)鍵作用, ,調(diào)控蛋白都是通過其分調(diào)控

22、蛋白都是通過其分子上氨基酸側(cè)鏈與溝中堿基對兩側(cè)潛在的氫子上氨基酸側(cè)鏈與溝中堿基對兩側(cè)潛在的氫原子供體原子供體(=NH)(=NH)或受體或受體(O(O和和N)N)形成氫鍵而識別形成氫鍵而識別DNADNA遺傳信息的。遺傳信息的。 另外另外, Z, Z型型DNADNA同細(xì)胞癌變有一定的關(guān)系。同細(xì)胞癌變有一定的關(guān)系。DNA 3 種構(gòu)型種構(gòu)型二、染色質(zhì)蛋白二、染色質(zhì)蛋白 組蛋白（組蛋白（histone） 與DNA 結(jié)合沒有序列特異性 非組蛋白（非組蛋白（nonhistone） 與特定 DNA 序列或組蛋白相結(jié)合Nature Reviews Nephrology 6, 332-341 (June 2010

23、)（一）組蛋白（一）組蛋白 屬堿性蛋白質(zhì)堿性蛋白質(zhì)，富含帶正電荷的Arg 和Lys 等堿性氨基酸，可以和酸性DNA 緊密結(jié)合，一般不要求特殊核苷酸序列 核小體組蛋白核小體組蛋白 H2A、H2B、H3 和H4 沒有種屬及組織特異性，進(jìn)化上十分保守 H1 組蛋白組蛋白 有一定的種屬和組織特異性（二）非組蛋白（二）非組蛋白 序列特異性 DNA結(jié)合蛋白 特性 多樣性多樣性 識別識別DNA具有特異性具有特異性 具有功能多樣性具有功能多樣性鋅指模式亮氨酸拉鏈模式螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模式凝膠延滯實(shí)驗(yàn)（凝膠延滯實(shí)驗(yàn)（gel retardation assay）/course

24、s/biol350/Transcriptome17/Review.html 序列特異性序列特異性DNA結(jié)合蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式：結(jié)合蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式： 1）螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- 螺旋模式（螺旋模式（helix-turn-helix motif）：）：最簡單、最普遍的最簡單、最普遍的DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)模式。結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)模式。結(jié)合時，形成結(jié)合時，形成對稱的同型二聚體對稱的同型二聚體（symmetric homodimer）結(jié)構(gòu)模式。）結(jié)構(gòu)模式。 2）鋅指模式（鋅指模式（Zinc finger motif）：）：RNA聚合酶聚合酶所必需的轉(zhuǎn)錄因子所必需的轉(zhuǎn)錄因子TF A，含，含9個有規(guī)律的鋅指重

25、個有規(guī)律的鋅指重復(fù)單位，每個單位復(fù)單位，每個單位30個氨基酸殘基，其中個氨基酸殘基，其中一對半胱一對半胱氨酸和一對組氨酸與氨酸和一對組氨酸與Zn2+形成配位鍵。形成配位鍵。 3）亮氨酸拉鏈模式（亮氨酸拉鏈模式（Leucine zipper motif，ZIP):形成二聚體形成二聚體是識別特異是識別特異DNA序列蛋白的相互的共同序列蛋白的相互的共同原則。原則。染色質(zhì)蛋白染色質(zhì)蛋白螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋模式螺旋模式 這類蛋白質(zhì)在與這類蛋白質(zhì)在與DNADNA結(jié)合結(jié)合的結(jié)構(gòu)域形成對稱的同型的結(jié)構(gòu)域形成對稱的同型二聚體二聚體； 二聚體的每個單體由二聚體的每個單體由2020個個氨基酸組成，氨基酸組成

26、，2 2個單體各個單體各構(gòu)成一個構(gòu)成一個螺旋螺旋，由中間，由中間的的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角相連相連, ,組成了組成了螺螺旋旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)；螺旋結(jié)構(gòu)； 其中其中C C端端的的螺旋為識別螺旋為識別螺旋，負(fù)責(zé)識別螺旋，負(fù)責(zé)識別DNADNA大溝大溝的特異堿基信息。的特異堿基信息。 三、染色質(zhì)蛋白三、染色質(zhì)蛋白鋅指模式鋅指模式（Zinc-finger motifZinc-finger motif） 如轉(zhuǎn)錄因子如轉(zhuǎn)錄因子（TFATFA）。）。 這類這類蛋白在與蛋白在與DNADNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域結(jié)合的結(jié)構(gòu)域由多個有規(guī)律的由多個有規(guī)律的重復(fù)單位重復(fù)單位構(gòu)成；構(gòu)成； 每個單位有每個單位有3030個氨基酸和個氨基酸和

27、1 1個個ZnZn2+2+, ,中間的中間的ZnZn2+2+與周圍的與周圍的1 1對對CysCys和和1 1對對HisHis形成配位鍵，從而形成形成配位鍵，從而形成一個手指狀結(jié)構(gòu)一個手指狀結(jié)構(gòu)鋅指單位鋅指單位； 每個鋅指單位是一個每個鋅指單位是一個DNADNA結(jié)合結(jié)結(jié)合結(jié)構(gòu)域，每個鋅指的構(gòu)域，每個鋅指的C C末端形成末端形成螺旋負(fù)責(zé)與螺旋負(fù)責(zé)與DNADNA結(jié)合。結(jié)合。 在有些鋅指模式中，含有在有些鋅指模式中，含有2 2對對CysCys，而不含有，而不含有HisHis。 三、染色質(zhì)蛋白三、染色質(zhì)蛋白亮氨酸拉鏈模式亮氨酸拉鏈模式 這類蛋白質(zhì)在與這類蛋白質(zhì)在與DNADNA結(jié)合的結(jié)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域附近形成

28、構(gòu)域附近形成螺旋，每兩螺旋，每兩圈（圈（7 7個氨基酸殘基）有一個個氨基酸殘基）有一個leuleu，共含有，共含有4 4或或5 5個個leuleu，在，在螺旋一側(cè)的螺旋一側(cè)的leuleu排成一排。排成一排。 兩個蛋白質(zhì)分子兩個蛋白質(zhì)分子螺旋之間螺旋之間靠靠LeuLeu之間的疏水作用形成一之間的疏水作用形成一條條拉鏈拉鏈，故名亮氨酸拉鏈模，故名亮氨酸拉鏈模式。式。螺旋螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋模式螺旋模式HMGHMG框模式框模式 4）螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式（螺旋結(jié)構(gòu)模式（helix-loop-helix motif，HLH):具有螺旋具有螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)的蛋白家族螺旋結(jié)構(gòu)的蛋白家族成員之

29、間形成成員之間形成同源或異源二聚體同源或異源二聚體是這類蛋白與是這類蛋白與DNA結(jié)合的必要條件，卻少結(jié)合的必要條件，卻少螺旋的二聚體不能螺旋的二聚體不能牢固結(jié)合牢固結(jié)合DNA。 5)HMG框結(jié)構(gòu)模式（框結(jié)構(gòu)模式（HMG-box motif）：）：有三個有三個螺旋組成的結(jié)構(gòu)模式，具有螺旋組成的結(jié)構(gòu)模式，具有彎曲彎曲DNA的能力，的能力，因此，具有因此，具有HMG框結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子又稱框結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子又稱“構(gòu)件因構(gòu)件因子子”（architectural factors），它們通過彎曲），它們通過彎曲DNA、促進(jìn)與鄰近位點(diǎn)相結(jié)合的其他轉(zhuǎn)錄因子的、促進(jìn)與鄰近位點(diǎn)相結(jié)合的其他轉(zhuǎn)錄因子的相互作用而激活轉(zhuǎn)錄。

30、如相互作用而激活轉(zhuǎn)錄。如SRY。三、核小體三、核小體（一）核小體的發(fā)現(xiàn)（一）核小體的發(fā)現(xiàn) 透射電鏡顯示串珠狀11 nm 的核小體結(jié)構(gòu)Figure 4-22 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)串珠結(jié)構(gòu)螺線管30nm在在20世紀(jì)世紀(jì)70年代初期年代初期, 發(fā)現(xiàn)用非特異性的核酸酶處理染色質(zhì)發(fā)現(xiàn)用非特異性的核酸酶處理染色質(zhì), 大多數(shù)大多數(shù)DNA都會形成長度為都會形成長度為200bp的片段的片段。如果用同樣的核酸酶處理裸露。如果用同樣的核酸酶處理裸露的的DNA, 產(chǎn)生隨機(jī)大小的產(chǎn)生隨機(jī)大小的DNA片段。據(jù)此推測染色體片段。據(jù)此推測染

31、色體DNA中除了某中除了某些位點(diǎn)外些位點(diǎn)外, 受到了保護(hù)受到了保護(hù), 使核酸酶不能隨機(jī)切割使核酸酶不能隨機(jī)切割, 并推測這種保護(hù)作并推測這種保護(hù)作用與用與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)有關(guān)。結(jié)合的蛋白質(zhì)有關(guān)。 1974年年, 美國哈佛大學(xué)的美國哈佛大學(xué)的Kornberg R提出提出:DNA和組蛋白組成重復(fù)的亞單位和組蛋白組成重復(fù)的亞單位:核小體。核小體。證證據(jù)據(jù)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)（一）核小體的發(fā)現(xiàn) X 射線晶體衍射揭示核小體三維結(jié)構(gòu)（一）核小體的發(fā)現(xiàn)（一）核小體的發(fā)現(xiàn) SV40 微小染色體（minichromosome）分析Virology, 2009, 384(2): 352-359http:/ 包括2

32、00 bp 左右的DNA 超螺 旋和一個組蛋白八聚體以及一個分子的組蛋白H1 組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心顆粒，由4 個異二聚體組成，包括兩 個H2A H2B 和兩個H3 H4（二）核小體的結(jié)構(gòu)（二）核小體的結(jié)構(gòu) 146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈。組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bp DNA，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作用。 兩個相鄰核小體之間以連接DNA（linker DNA）相連，典型長度60bp，不同物種變化值為080bp不等。（二）核小體的結(jié)構(gòu)（二）核小體的結(jié)構(gòu) 組蛋白與組蛋白與DNA 之間的相之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，

33、基本不依賴于核苷酸，基本不依賴于核苷酸的特異序列的特異序列 核小體沿核小體沿DNA 的定位受的定位受不同因素的影響不同因素的影響,進(jìn)而通進(jìn)而通過核小體相位改變影響過核小體相位改變影響基因表達(dá)基因表達(dá) 。Figure 4-27 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)DNA盤繞組蛋白核心的彎曲盤繞組蛋白核心的彎曲也是核小體相位的影響因素，也是核小體相位的影響因素，因?yàn)楦缓驗(yàn)楦缓珹T的的DNA片段優(yōu)先片段優(yōu)先存在于存在于DNA雙螺旋的雙螺旋的小溝小溝，面向組蛋白八聚體，而富含面向組蛋白八聚體，而富含GC的的DNA片段優(yōu)先存在于片段

34、優(yōu)先存在于DNA雙螺旋的雙螺旋的大溝大溝，背向組，背向組蛋白八聚體，結(jié)構(gòu)核小體傾蛋白八聚體，結(jié)構(gòu)核小體傾向于形成富含向于形成富含AT和富含和富含GC區(qū)的理想分布，從而通過核區(qū)的理想分布，從而通過核小體相位改變影響基因表達(dá)。小體相位改變影響基因表達(dá)。四、染色質(zhì)組裝四、染色質(zhì)組裝 人體細(xì)胞46條染色體含DNA約6109 bp，總長如何計(jì)算？http:/www.chromatintoronto.ca/projects.html（一）染色質(zhì)組裝的前期過程（一）染色質(zhì)組裝的前期過程 裸露DNA 組裝直徑30 nm 螺線管 H3 H4 兩個異二聚體結(jié)合 兩個H2A H2B 異二聚體加入 組蛋白的去乙酰化，

35、H1組蛋白結(jié)合伴隨著核小體的折疊 6 個核小體組成一個螺旋 進(jìn)一步的折疊事件（二）染色質(zhì)組裝的多級螺旋模型（二）染色質(zhì)組裝的多級螺旋模型Nature Structural & Molecular Biology 12, 6 (2005) 核小體核小體 基本結(jié)構(gòu)單位基本結(jié)構(gòu)單位螺線管螺線管 染色質(zhì)二級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)二級結(jié)構(gòu)超螺線管染色質(zhì)三級結(jié)構(gòu)超螺線管染色質(zhì)三級結(jié)構(gòu)染色單體染色質(zhì)四級結(jié)構(gòu)染色單體染色質(zhì)四級結(jié)構(gòu) 根據(jù)多級螺旋模型從DNA到染色體經(jīng)過四級 包裝：DNADNA核小體核小體螺線管螺線管超螺線管超螺線管染色單體染色單體壓縮壓縮7 7倍倍壓縮壓縮6 6倍倍壓縮壓縮4040倍倍壓縮壓縮5

36、5倍倍（二）染色質(zhì)組裝的多級螺旋模型（二）染色質(zhì)組裝的多級螺旋模型五、染色質(zhì)類型五、染色質(zhì)類型 常染色質(zhì)（euchromatin） 異染色質(zhì) （heterochromatin） 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)（constitutive heterochromatin） 兼性異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì) （facultative heterochromatin）（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì) 常染色質(zhì)常染色質(zhì)是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低，處于伸是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)，用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。展?fàn)顟B(tài)，用堿性染料染色

37、時著色淺的那些染色質(zhì)。 異染色質(zhì)異染色質(zhì)是指間期核中，染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于是指間期核中，染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時著色深的那些染色質(zhì)。聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時著色深的那些染色質(zhì)。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)指的是各種類型的細(xì)胞，除復(fù)制指的是各種類型的細(xì)胞，除復(fù)制期以外，在整個細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，期以外，在整個細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，DNADNA包裝比在整個包裝比在整個細(xì)胞周期中基本沒有較大變化的異染色質(zhì)。細(xì)胞周期中基本沒有較大變化的異染色質(zhì)。兼性異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)是指在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，原來的常染是指在某些

38、細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)聚縮，并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。色質(zhì)聚縮，并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)特征：結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)特征： 在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色體臂的某些節(jié)段； 由相對簡單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成，如衛(wèi)星DNA； 具有顯著的遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)； 在復(fù)制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮； 占有較大部分核DNA，在功能上參與染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致染色質(zhì)區(qū)間性，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起遺傳變異。 （一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基

39、因活性的一種途徑。兼性異染色質(zhì)中了解最多的是雌性哺乳類動物的X染色體。兩個X染色體中的一個染色體常表現(xiàn)為異染色質(zhì)，稱巴氏小體（Barr body）。人的胚胎發(fā)育到16天以后， 出現(xiàn)巴氏小體。一條一條 X染色體轉(zhuǎn)變?yōu)榘腿旧w轉(zhuǎn)變?yōu)榘褪闲◇w，呈塊狀緊靠核膜，染色反應(yīng)表現(xiàn)為深染。因此通過檢氏小體，呈塊狀緊靠核膜，染色反應(yīng)表現(xiàn)為深染。因此通過檢查羊水中胚胎細(xì)胞的巴氏小體可預(yù)測胎兒的性別和性染色體異查羊水中胚胎細(xì)胞的巴氏小體可預(yù)測胎兒的性別和性染色體異常的患者。常的患者。 Barr bodyBarr body（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)（一）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)（二）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)間的轉(zhuǎn)變（二）常染色質(zhì)與

40、異染色質(zhì)間的轉(zhuǎn)變 異染色質(zhì)或常染色質(zhì)之間隨著發(fā)育時期或細(xì)胞周期的變化可能相互轉(zhuǎn)化 異染色質(zhì)與常染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變 常常需要組蛋白與DNA 修飾（三）活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)（三）活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì) 活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)(active chromatin) 具有轉(zhuǎn)錄活性 具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 非活性染色質(zhì)非活性染色質(zhì)(inactive chromatin) 沒有轉(zhuǎn)錄活性活性染色質(zhì)的標(biāo)志是：活性染色質(zhì)的標(biāo)志是：H3 N 端第端第4 個賴氨酸的甲個賴氨酸的甲 基化，第基化，第9 和和14 個賴氨酸的個賴氨酸的乙?；约暗谝阴；约暗?0 個絲氨酸個絲氨酸 的磷酸化；的磷酸化；非活性染色質(zhì)的標(biāo)志是

41、：非活性染色質(zhì)的標(biāo)志是：H3 N 端第端第9 個賴氨酸甲基化而不是乙?；瘋€賴氨酸甲基化而不是乙?；?活性染色質(zhì)對活性染色質(zhì)對DNase 超敏感超敏感2活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾變化活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾變化 活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1 與其結(jié)合 與非活性染色質(zhì)相比，活性染色質(zhì)上組蛋白乙?；潭雀?與非活性染色質(zhì)相比，活性染色質(zhì)核小體組蛋白H2B很少被磷酸化 核小體組蛋白H2A 在活性染色質(zhì)中很少有變異形式存在 組蛋白H3 變種H3.3 只在活躍轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)中出現(xiàn) HMG14 和HMG17 只存在于活性染色質(zhì)中，與DNA 結(jié)合2活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾變化活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾變化 活

42、性染色質(zhì)標(biāo)志：活性染色質(zhì)標(biāo)志：H3 N 端第4 個賴氨酸的甲基化，第9 和14 個賴氨酸的乙?；约暗?0 個絲氨酸 的磷酸化； 非活性染色質(zhì)標(biāo)志：非活性染色質(zhì)標(biāo)志：H3 N 端第9 個賴氨酸甲基化而不是乙酰化 核被膜生物學(xué)意義：一方面構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障；另一方面介導(dǎo)核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流 。 核孔復(fù)合體：1.胞質(zhì)環(huán)；2.核質(zhì)環(huán)；3.輻；4.中央栓。 NPC的功能：核質(zhì)交換的雙向、雙功能、選擇性親水性通道。 核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn) 染色質(zhì)組裝模型：多級螺旋模型、骨架-放射環(huán)模型小結(jié)小結(jié)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 *核被膜 *染色質(zhì) 染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá) *染色體 *核仁與核體 核基質(zhì)第三

43、節(jié)第三節(jié) 染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)http:/www.scottishchromatin.co.uk/SCG7%20Glasgow%20June%202010/Image1.gif四、染色質(zhì)與表觀遺傳四、染色質(zhì)與表觀遺傳 P251影響基因表達(dá)的遺傳變異因素影響基因表達(dá)的遺傳變異因素l基因突變（錯義突變）基因突變（錯義突變）l基因缺失基因缺失/倍增倍增l染色體結(jié)構(gòu)及數(shù)目變異染色體結(jié)構(gòu)及數(shù)目變異問題：問題：基因表達(dá)的變化（或性狀的變化）一定是基因表達(dá)的變化（或性狀的變化）一定是DNA序列變異的結(jié)果嗎？序列變異的結(jié)果嗎？xx馬騾驢騾騾子更象誰？同卵雙生的雙胞胎雖然具有相同的DNA序列，卻

44、存在表型的差異和疾病易感性的差異?？梢栽诓挥绊懣梢栽诓挥绊慏NA序列的情況下改變基因組的修飾這種改變序列的情況下改變基因組的修飾這種改變不僅可以影響個體的發(fā)育，而且還可以遺傳下去。不僅可以影響個體的發(fā)育，而且還可以遺傳下去。（一）表觀遺傳與遺傳（一）表觀遺傳與遺傳 遺傳學(xué)變化遺傳學(xué)變化通過DNA 序列突變實(shí)現(xiàn)的，通過生殖細(xì)胞得以遺傳 表觀遺傳變化表觀遺傳變化通過組蛋白和DNA 不同修飾實(shí)現(xiàn)，只在體細(xì)胞中出現(xiàn)。Cell Research (2006) 16: 742749概念：指基因的概念：指基因的DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達(dá)水平序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達(dá)水平與功能發(fā)生改變，

45、并產(chǎn)生可遺傳表型的遺傳學(xué)分支學(xué)科。與功能發(fā)生改變，并產(chǎn)生可遺傳表型的遺傳學(xué)分支學(xué)科。表觀遺傳學(xué)的研究內(nèi)容：表觀遺傳學(xué)的研究內(nèi)容：l 基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控的調(diào)控uDNA甲基化u基因印記u組蛋白共價修飾u染色質(zhì)重塑l 基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控u基因組中非編碼RNAu微小RNA（miRNA）u反義RNAu內(nèi)含子、核糖開關(guān)等表觀遺傳學(xué)機(jī)制 DNA甲基化 組蛋白修飾 染色質(zhì)重塑 RNA調(diào)控 其他表觀遺傳機(jī)制遺傳印記X染色體失活DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，在基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5碳位以共價鍵結(jié)合一個甲基基團(tuán)。染色質(zhì)重塑是指在能量驅(qū)動下核小體的置換或重

46、新排列。它改變了核小體在基因啟動子區(qū)的排列，增加了基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置和啟動子的可接近性?；蚪M印記（Genomic imprinting）：又稱遺傳印記，是指基因的表達(dá)與否取決于它們是在父源染色體上還是在母源染色體上。是通過生化途徑，在一個基因或基因組域上標(biāo)記其雙親來源信息的生物學(xué)過程。有些印記基因只從母源染色體上表達(dá)，而有些則只從父源染色體上表達(dá)。第四節(jié)第四節(jié) 染色體染色體http:/ 由兩條相同的姐妹染色單體（chromatid）構(gòu)成，彼此以著絲粒 （centromere）相連 根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，分為4 種類型一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)著絲粒與動粒著絲粒與動粒著絲粒著絲粒

47、指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位；指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位；動粒動粒指主縊痕處兩個染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與指主縊痕處兩個染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與紡錘絲微管相接觸。紡錘絲微管相接觸。著絲粒著絲粒中央結(jié)構(gòu)域中央結(jié)構(gòu)域動粒結(jié)構(gòu)域動粒結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域外板外板內(nèi)板內(nèi)板中間間隙中間間隙圍繞外層的纖維冠圍繞外層的纖維冠熒光原位雜交顯示著絲粒衛(wèi)星熒光原位雜交顯示著絲粒衛(wèi)星DNA一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)著絲粒與動粒著絲粒與動粒一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu) 次縊痕 核仁組織區(qū) 隨體 端粒次縊痕（次縊痕（secondary constrict

48、ionsecondary constriction） 除主縊痕外，染色體上第二個呈淺縊縮的部分稱次縊除主縊痕外，染色體上第二個呈淺縊縮的部分稱次縊痕，次縊痕的位置相對穩(wěn)定，數(shù)目、位置和大小是鑒定染痕，次縊痕的位置相對穩(wěn)定，數(shù)目、位置和大小是鑒定染色體個別性的一個顯著特征。色體個別性的一個顯著特征。核仁組織區(qū)（核仁組織區(qū)（nucleolar organizing regions, NORsnucleolar organizing regions, NORs） 核糖體核糖體RNARNA基因（基因（5SrRNA5SrRNA基因除外）所在的區(qū)域。核基因除外）所在的區(qū)域。核仁組織區(qū)位于染色體的次縊痕區(qū)，

49、但并非所有的次縊痕都仁組織區(qū)位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是是NORsNORs。一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)隨體（隨體（satellitesatellite） 指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。與染色體主體部分相連。端粒（端粒（telomeretelomere） 染色體端部的特化部分，作用是維持染色體的完整性染色體端部的特化部分，作用是維持染色體的完整性和個體性。端粒由高度重復(fù)的短序列串聯(lián)而成，在進(jìn)化和個體性。端粒由高度重復(fù)的短序列串聯(lián)而成，在進(jìn)化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳類的

50、上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳類的序列為序列為TTAGGGTTAGGG，500-3000500-3000次重復(fù)。端粒起次重復(fù)。端粒起細(xì)胞分裂計(jì)時細(xì)胞分裂計(jì)時器器作用。作用。一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)Chromosome centromere and telomere shown by Fluorescence In situ Hybridization一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)一、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009for the discovery of how chromosomes are protec

51、ted by telomeres and the enzyme telomerase 三名科學(xué)家，他們解決了生物學(xué)的一個重大問題：在細(xì)胞分裂時染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護(hù)以免于退化。這三位諾貝爾獎獲得者已經(jīng)向我們展示，解決辦法存在于染色體末端端粒，以及形成端粒的酶端粒酶。 “攜帶基因信息的DNA線狀長分子擠壓形成染色體，端粒就像一頂高帽子置于染色體頭上?！盩he Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009二、染色體的功能元件二、染色體的功能元件 DNA 復(fù)制起點(diǎn) 著絲粒 端粒自主復(fù)制序列自主復(fù)制序列DNADNA復(fù)制的起點(diǎn)復(fù)制的起點(diǎn)具有

52、一個具有一個11-14 bp11-14 bp，富含，富含ATAT的共有序列的共有序列著絲粒序列著絲粒序列端粒序列端粒序列具有兩個彼此相鄰的核心區(qū)，一個是具有兩個彼此相鄰的核心區(qū)，一個是80-90 80-90 bpbp的的ATAT區(qū)，另一個是區(qū)，另一個是11 bp11 bp的保守區(qū)的保守區(qū)參與形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠參與形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離準(zhǔn)確地分離大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNA長長5-10 bp5-10 bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成的重復(fù)單位串聯(lián)而成由端粒酶（由端粒酶（telomerasetelomerase）合成后添加到染

53、）合成后添加到染色體末端色體末端功能元件功能元件二、染色體的功能元件二、染色體的功能元件端粒酶端粒酶端端粒酶自身蛋白組分具粒酶自身蛋白組分具有催化活性，用它自身有催化活性，用它自身 RNA組分為模板，以端組分為模板，以端粒粒3末端為引物末端為引物,反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄成成DNA，使，使DNA鏈不斷鏈不斷加長，然后在加長，然后在DNA聚合聚合酶的作用下將酶的作用下將DNA雙鏈雙鏈中的未合成的缺口填補(bǔ)。中的未合成的缺口填補(bǔ)。三、染色體帶型三、染色體帶型 核型核型 (karyotype) 是指染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和 核型模式圖核型模式圖 (idiogram) 將一

54、個染色體組的全部染色體逐個按其特征繪制下來, 再按長短、形態(tài)等特征排列起來的圖象 染色體顯帶技術(shù)染色體顯帶技術(shù) 經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對染色體進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法 一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整過染色體長度上如：G、Q和R 帶， 一類是局部性顯帶，它只能使少數(shù)特定區(qū)域顯帶，如C、T和N 帶核型核型(Karyotype)(Karyotype)：染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色：染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征等。體數(shù)目、大小、形態(tài)特征等。核型核型是物種特異的。是物種特異的。低滲處理低滲處理：中期：中期細(xì)胞的染色體分細(xì)胞

55、的染色體分散良好散良好秋水仙素秋水仙素的應(yīng)用：的應(yīng)用：富集中期細(xì)胞分富集中期細(xì)胞分裂相裂相植物凝集素植物凝集素：刺：刺激血淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)激血淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化、分裂化、分裂三、染色體帶型三、染色體帶型核型分析：核型分析：l是對染色體進(jìn)行測量計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分組、排隊(duì)、是對染色體進(jìn)行測量計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分組、排隊(duì)、配對并進(jìn)行配對并進(jìn)行 形態(tài)分析的過程；形態(tài)分析的過程；l主要依據(jù)：染色體形態(tài)和著絲粒位置的差別主要依據(jù)：染色體形態(tài)和著絲粒位置的差別l對于探討人類遺傳病的機(jī)制，研究物種親緣關(guān)系、進(jìn)化，對于探討人類遺傳病的機(jī)制，研究物種親緣關(guān)系、進(jìn)化，研究人細(xì)胞癌變機(jī)理等都有重要意義研究人細(xì)胞癌變機(jī)理等都有重

56、要意義。三、染色體帶型三、染色體帶型果蠅唾涎細(xì)胞中全套多線染色體果蠅唾涎細(xì)胞中全套多線染色體四、特殊染色體四、特殊染色體多線染色體多線染色體存在于存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞內(nèi)體積巨大，染色體比其它體細(xì)胞染色體長100-200倍，體積大1000-2000倍多線性，每條染色體由500-4000條解旋的染色體合并在一起形成體細(xì)胞聯(lián)會，同源染色體緊密配對，并合并成一個染色體橫帶紋，染色后呈現(xiàn)出明暗相間的帶紋膨突和環(huán)，在幼蟲發(fā)育的某個階段，多線染色體的某些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突（puff），或巴氏環(huán)（Balbiani ring）。用H3-TdR處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)膨突被標(biāo)記，說明膨突是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)

57、標(biāo)志。多線染色體是由于是由于核內(nèi)有絲分裂核內(nèi)有絲分裂的結(jié)果，即的結(jié)果，即染色體多次復(fù)制而不分染色體多次復(fù)制而不分離離的結(jié)果的結(jié)果四、特殊染色體四、特殊染色體多線染色體多線染色體Lampbrush Lampbrush chromosomechromosome( (兩棲類卵兩棲類卵母細(xì)胞中母細(xì)胞中) )光鏡免疫組化四、特殊染色體四、特殊染色體燈刷染色體燈刷染色體發(fā)現(xiàn)于魚類、兩棲類和爬行類卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的雙線期卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂第一次分裂時停留在雙線期的染色體，即由兩條同源染色體組成，在交叉處結(jié)合，每條同源染色體含2條染色單體形態(tài)與卵子發(fā)生過程中營養(yǎng)物儲備密切相關(guān)。燈刷染色體中大部分DNA以染色

58、粒形式存在，沒有轉(zhuǎn)錄活性。側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，側(cè)環(huán)的粗細(xì)與轉(zhuǎn)錄狀態(tài)有關(guān)。合成的RNA 主要為前體mRNA。四、特殊染色體四、特殊染色體燈刷染色體燈刷染色體第五節(jié)第五節(jié) 核仁與核體核仁與核體Nucleoli （nucleolus 的復(fù)數(shù)）的復(fù)數(shù)）HeLa cell, GFP-ribosomal protein 見于細(xì)胞核內(nèi)的圓球狀結(jié)構(gòu)，見于細(xì)胞核內(nèi)的圓球狀結(jié)構(gòu)，大小、形狀、數(shù)目隨物種大小、形狀、數(shù)目隨物種、細(xì)胞類型和代謝狀態(tài)而變，、細(xì)胞類型和代謝狀態(tài)而變，在蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂在蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞中有較大和較多的核仁，反之核仁很小增殖較快的細(xì)胞中有較大和較多的核仁，反之核

59、仁很小或缺失?；蛉笔?。 真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，核仁在分裂前期消失真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。，分裂末期又重新出現(xiàn)。 主要功能是轉(zhuǎn)錄主要功能是轉(zhuǎn)錄rRNArRNA和組裝核糖體亞單位。和組裝核糖體亞單位。第五節(jié)第五節(jié) 核仁與核體核仁與核體一、核仁的結(jié)構(gòu)一、核仁的結(jié)構(gòu) 纖維中心纖維中心 致密纖維組分致密纖維組分 顆粒組分顆粒組分一、核仁的結(jié)構(gòu)一、核仁的結(jié)構(gòu) 纖維中心纖維中心(fibrillar centers，F(xiàn)C)：是被致密纖維包圍的一個或幾個低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶聚合酶和和rDNA，這些rDNA是裸露的分子 致密纖維組分致密纖維組分(dense fibrillar component，DFC)：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，是新合成的新合成的rRNA和特異性結(jié)合蛋白和特異性結(jié)合蛋白，轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處 顆粒組分顆粒組分(granular component，GC)：由直徑15-20 nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的不同加工階段的RNP主要功能是核糖體的生物發(fā)生:包括rRNA的合成、加工和核糖體的亞單位的