細(xì)胞核與染色體

1、1會(huì)計(jì)學(xué)細(xì)胞核與染色體細(xì)胞核與染色體 細(xì)胞核(nucleus)真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器，體積占細(xì)胞的10% 核直徑：- 高等動(dòng)物：510m - 高等植物：520m- 低等植物：14m 細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心- 遺傳信息的貯存- DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄初 產(chǎn)物的加工 組成- 核被膜- 染色質(zhì)- 核仁- 核骨架牛牛文庫文檔分享牛牛文庫文檔分享 由內(nèi)外兩層平行但不連續(xù)的單位膜構(gòu)成，位于間期細(xì)胞核的最外層，是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的界膜 外核膜(outer nuclear membrane)，表面常附有核糖體顆粒，且常常與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通連 內(nèi)核膜(inner nuclear membrane)，表

2、面光滑，無核糖體顆粒附著，但緊貼其內(nèi)表面有一層致密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核纖層(nuclear lamina)。內(nèi)核膜上有一些特有的蛋白成分，如核纖層蛋白B受體(lamin B receptor, LBR) 兩層膜厚7.5 nm，其間為20-40 nm的透明空隙，即核周間隙(perinuclear space)或核周池(perinuclear cisternae) 內(nèi)、外膜常在某些部位融合形成環(huán)狀開口，稱核孔(nuclear pore)，即核孔復(fù)合體(nuclear pore complex)牛牛文庫文檔分享 功能：核被膜構(gòu)成了核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障，將細(xì)胞分成核與質(zhì)兩大結(jié)構(gòu)與功能區(qū)域，使細(xì)胞的生

3、命活動(dòng)更加秩序井然，同時(shí)保護(hù)核內(nèi)的DNA分子免受由于細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械力的損傷；通過核被膜上的核孔復(fù)合體進(jìn)行核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流 在真核細(xì)胞的細(xì)胞周期中，核被膜有規(guī)律地解體與重建- 解體：分裂期，雙層核膜崩解成單層膜泡，核孔復(fù)合體解 體，核纖層去裝配- 重建：分裂末期，核被膜開始圍繞染色體重新形成，某些 部位內(nèi)外膜融合，形成核孔復(fù)合體- 解體與重建的動(dòng)態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子調(diào)節(jié)，可能與 核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的磷酸化與去磷酸化有關(guān)牛牛文庫文檔分享牛牛文庫文檔分享 所有的真核細(xì)胞，從酵母到人，間期細(xì)胞核普遍存在核孔復(fù)合體(nuclear pore complex, NPC)

4、核孔復(fù)合體在核被膜上的數(shù)量、分布密度與分布形式隨細(xì)胞類型、細(xì)胞核的功能狀態(tài)而有很大的差異，轉(zhuǎn)錄功能活躍的細(xì)胞核孔復(fù)合體數(shù)量較多。典型3000-4000個(gè)，10-60個(gè)/m2牛牛文庫文檔分享 胞質(zhì)環(huán)(cytoplasmic ring)，外環(huán)，上有8條短纖維對(duì)稱分布，伸向胞質(zhì) 核質(zhì)環(huán)(nuclear ring)，內(nèi)環(huán)，連有8條細(xì)長(zhǎng)的纖維，末瑞形成一個(gè)直徑為60 nm的小環(huán)(由8個(gè)顆粒構(gòu)成)捕魚籠(fish trap)樣的結(jié)構(gòu)，也稱為核籃(nuclear basket) 輻(spoke)：由核孔邊緣伸向中心，呈輻射狀八重對(duì)稱- 柱狀亞單位(column subunit)- 腔內(nèi)亞單位(luminal

5、 subunit)- 環(huán)帶亞單位(annular subunit) 中央栓(central plug)，位于核孔的中心，呈顆粒狀或棒狀，中央顆粒(central granule)，transporter牛牛文庫文檔分享牛牛文庫文檔分享 主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，總相對(duì)分子質(zhì)量約為125106，推測(cè)可能含有100余種不同的多肽，共1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子 gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白- 介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，將核孔復(fù)合體錨定在“孔 膜區(qū)”，從而為核孔復(fù)合體裝配提供一個(gè)起始位點(diǎn)- 在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用- 在核孔復(fù)合體的核質(zhì)交換功能活動(dòng)中起一定作用 p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩

6、個(gè)功能結(jié)構(gòu)域- 疏水性N端區(qū)，可能在核孔復(fù)合體功能活動(dòng)中直接參與核質(zhì) 交換- C端區(qū)，可能通過與其它核孔復(fù)合體蛋白相互作用，從而將 p62分子穩(wěn)定到核孔復(fù)合體上，為其N端進(jìn)行核質(zhì)交換活動(dòng) 提供支持牛牛文庫文檔分享 核孔復(fù)合體可以看作是一種特殊的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體，是一個(gè)雙功能、雙向性的親水性核質(zhì)交換通道 雙功能性：被動(dòng)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸 雙向性：介導(dǎo)蛋白質(zhì)的入核轉(zhuǎn)運(yùn)，介導(dǎo)RNA、核糖核蛋白顆粒(RNP)的出核轉(zhuǎn)運(yùn) 核孔復(fù)合體作為被動(dòng)擴(kuò)散的親水性通道，有效直徑為9-10 nm，長(zhǎng)約15 nm 離子、小分子及直徑10 nm以下的物質(zhì)原則上可以自由通過 但有些小分子并不能隨意進(jìn)出細(xì)胞核- 具信號(hào)序列的小

7、分子蛋白，籍主動(dòng)運(yùn)輸入核，如組蛋白H1- 與具信號(hào)序列結(jié)合的小分子蛋白- 與其他大分子結(jié)合，或與不溶性結(jié)構(gòu)成分結(jié)合的牛牛文庫文檔分享牛牛文庫文檔分享牛牛文庫文檔分享 生物大分子的核質(zhì)分配主要通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸完成 典型的哺乳類細(xì)胞的核被膜上有3000-4000個(gè)核孔。如果細(xì)胞正在合成DNA，為了確保染色質(zhì)包裝，則需要每個(gè)核孔每分鐘運(yùn)進(jìn)100個(gè)組蛋白分子；如果細(xì)胞在迅速生長(zhǎng)，則需要每個(gè)核孔每分鐘從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)輸出三對(duì)核糖體大小亞基，以確保蛋白質(zhì)合成的需要 主動(dòng)運(yùn)輸具有高度的選擇性，表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：- 對(duì)運(yùn)輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被調(diào)節(jié)，約10-20 nm，甚至可達(dá)26 nm-

8、 主動(dòng)運(yùn)輸是一個(gè)信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)的過程，需要消耗能 量，并表現(xiàn)出飽和動(dòng)力學(xué)特征- 主動(dòng)運(yùn)輸具有雙向性，即親核蛋白的核輸入、RNA分子及 RNP顆粒的核輸出牛牛文庫文檔分享 親核蛋白(karyophilic protein)是指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì) 通過研究核質(zhì)蛋白(nucleoplasmin)在非洲爪蟾卵母細(xì)胞的入核轉(zhuǎn)運(yùn)，發(fā)現(xiàn)了核定位信號(hào)(nuclear localization signal, NLS)牛牛文庫文檔分享核定位信號(hào)(NLS) NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段，富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，此外還常含有Pro NL

9、S的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列(T抗原)，也可以分成兩段，兩段之間間隔約10個(gè)氨基酸殘基(核質(zhì)蛋白) NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導(dǎo)完成核輸入后并不被切除 NLS只是親核蛋白入核的一個(gè)必要條件而非充分條件，已發(fā)現(xiàn)帶有NLS的蛋白質(zhì)滯留在胞質(zhì)內(nèi)，原因：NLS的活性被封閉，如磷酸化修飾；由于與“胞質(zhì)滯留因子”結(jié)合，如與細(xì)胞骨架的結(jié)合導(dǎo)致親核蛋白不能自由活動(dòng) 牛牛文庫文檔分享親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的步驟 結(jié)合(binding)：需NLS識(shí)別并結(jié)合importin，不需要能量 轉(zhuǎn)移(轉(zhuǎn)運(yùn), translocation)：需GTP水解提供能量，還需要Ran(一種GTP結(jié)合蛋白，分子開關(guān))

10、 牛牛文庫文檔分享 RNA通常需加工、修飾成成熟RNA分子后才被轉(zhuǎn)運(yùn)出核- RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子，以RNP形式離核，需能量- RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5S rRNA與tRNA的核輸出由蛋白介導(dǎo)- RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hn RNA，經(jīng)5端加帽、3端附加polyA 序列、剪接等形成成熟的mRNA出核，5端的m7GpppG“帽 子”結(jié)構(gòu)對(duì)mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)是必要的 核中有正調(diào)控信號(hào)保證mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)，也有負(fù)調(diào)控信號(hào)防m(xù)RNA前體被錯(cuò)誤運(yùn)輸，后者與剪接體(spliceosome)有關(guān) mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)過程有極性，5端在前，3端在后 RNA分子的出核轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)際上是RNA-蛋白復(fù)合體的轉(zhuǎn)

11、運(yùn)，這些蛋白因子本身含有核輸出信號(hào)(nuclear export signal, NES) 入核轉(zhuǎn)運(yùn)與出核轉(zhuǎn)運(yùn)之間有某種聯(lián)系，它們可能需要某些共同的因子牛牛文庫文檔分享 中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 染色體DNA的三種功能元件 核型與染色體顯帶 巨大染色體牛牛文庫文檔分享 1879年，F(xiàn)lemming提出了染色質(zhì)這一術(shù)語，用以描述細(xì)胞核中能被堿性染料強(qiáng)烈著色的物質(zhì)。1888年，Waldeyer正式提出染色體的命名 染色質(zhì)(chromatin)，指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式 染色體(chromosome)，指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂

12、過程中, 由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu) 染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu) 染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學(xué)組成，但包裝程度不同、構(gòu)象不同牛牛文庫文檔分享 具有細(xì)胞形態(tài)的所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA，真核細(xì)胞的每條未復(fù)制的染色體包裝一條DNA分子，一個(gè)生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組(genome) 基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性而增加物種 基因組大小 平均基因長(zhǎng) 基因數(shù)目大腸桿菌 4.2106 bp 1.2 kb 約2 350酵母 1.3107 bp 1.4 kb 約6 100 果蠅 1.4108 bp 11.3 kb 約8 750人 310

13、9 bp 16.3 kb 約125 000 必需基因(essential gene)與非必需基因(nonessential gene) 基因組中兩類遺傳信息- 編碼序列：負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息，非重復(fù)序列- 調(diào)控序列：關(guān)于基因選擇性表達(dá)的信息，中度重復(fù)序列牛牛文庫文檔分享 非重復(fù)DNA序列 中度重復(fù)DNA序列，在物種進(jìn)化過程中是基因組中可移動(dòng)的遺傳元件，并且影響基因表達(dá)- 短散在重復(fù)元件(short interspersed elements, SINEs)- 長(zhǎng)散在重復(fù)元件(long interspersed elements, LINEs) 高度重復(fù)DNA序列- 衛(wèi)星DNA(satel

14、lite DNA)，主要分布在染色體著絲粒部位- 小衛(wèi)星DNA(minisatellite DNA)，又稱數(shù)量可變的的串聯(lián)重 復(fù)序列，常用于DNA指紋技術(shù)(DNA finger-printing)作個(gè)體 鑒定- 微衛(wèi)星DNA(microsatellite DNA)，重復(fù)單位序列最短，具高 度多態(tài)性，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標(biāo)志DNA分子一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性牛牛文庫文檔分享 DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，三種構(gòu)型：- B型DNA，右手螺旋，活性最高的DNA構(gòu)象- A型DNA，右手螺旋， B型DNA的重要變構(gòu)形 式，仍有活性- Z型DNA，左手螺旋， B型DNA

15、的另一種變構(gòu) 形式，活性明顯降低 DNA雙螺旋能進(jìn)一步扭曲盤繞形成特定的高級(jí)結(jié)構(gòu)，主要形式為正、負(fù)超螺旋DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)具有多形性(polymorphism) B-DNA A-DNA Z-DNA牛牛文庫文檔分享 溝(特別是大溝)的特征在遺傳信息表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用 溝的寬窄及深淺影響調(diào)控蛋白對(duì)DNA信息的識(shí)別 三種構(gòu)型的DNA處于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變之中 DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化與高級(jí)結(jié)構(gòu)的變化是相互關(guān)聯(lián)的，這種變化在DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄中具有重要的生物學(xué)意義DNA構(gòu)型的生物學(xué)意義 牛牛文庫文檔分享 DNA結(jié)合蛋白負(fù)責(zé)DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀- 組蛋白(histone)，與DNA非特異性結(jié)合- 非組蛋白

16、(nonhistone)，與DNA特異性相結(jié)合 組蛋白特點(diǎn)：是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合(非特異性結(jié)合) 組蛋白分為兩組：核小體組蛋白(nucleosomal histone)， H2B、H2A、H3、H4，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié) 構(gòu)，沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守H1組蛋白，在構(gòu)成核小體時(shí)H1起連接作用，賦予染色質(zhì)以 極性，在進(jìn)化上不如核小體組蛋白保守，有一定的種屬和 組織特異性牛牛文庫文檔分享 非組蛋白主要是指染色體上與特異DNA序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequ

17、ence specific DNA binding proteins) 非組蛋白的特性：非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性，占60-70%，包括多種酶類等對(duì)DNA具有識(shí)別特異性，對(duì)DNA雙螺旋的大溝進(jìn)行識(shí)別具有多種功能，包括基因表達(dá)調(diào)控和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)形成 非組蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式：螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模式(helix-turn-helix motif)鋅指模式(Zinc finger motif)亮氨酸拉鏈模式(Leucine zipper motif，ZIP)螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helix motif，HLH)HMG-盒結(jié)構(gòu)模式(HMG-box motif)牛牛文庫文檔分享牛牛文

18、庫文檔分享 每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體及一個(gè)分子H1 組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(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。包括組蛋白H1和166bp DNA的核小體結(jié)構(gòu)又稱染色質(zhì)小體牛牛文庫文檔分享 兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA 相連，典型長(zhǎng)度60bp，不同物種變化值為080bp 組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列，核小體具有自組裝(self-assemble)性質(zhì) 核小體沿DNA的定位受不同因素

19、的影響，進(jìn)而通過核小體相位改變影響基因表達(dá) 牛牛文庫文檔分享 鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察：未經(jīng)處理染色質(zhì)自然結(jié)構(gòu)為30 nm的纖絲，經(jīng)鹽溶液處理后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)10 nm串珠狀結(jié)構(gòu) 用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)，部分酶解片段分析結(jié)果牛牛文庫文檔分享 應(yīng)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)核小體顆粒是直徑11nm、高6nm的扁園柱體，具有二分對(duì)稱性(dyad symmetry)，核心組蛋白的構(gòu)成是先形成(H3)2(H4)2四聚體，然后再與兩個(gè)H2AH2B異二聚體結(jié)合形成八聚體 SV40微小染色體(minichromosome)分析與電鏡觀察牛牛文庫文檔分享 一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體，直徑約

20、10 nm的串珠結(jié)構(gòu) 二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid)，由核小體串珠結(jié)構(gòu)螺旋盤繞而成，每圈6個(gè)核小體，外徑30 nm，內(nèi)徑10 nm，螺距11 nm 三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid)，螺線管進(jìn)一步螺旋化而成的直徑400 nm的圓筒狀結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體(chromatid)，超螺線管進(jìn)一步螺旋折疊而成 根據(jù)多級(jí)螺旋模型(multiple coiling model)，從DNA到染色體經(jīng)過四級(jí)包裝，共壓縮了8400倍DNA核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮40倍壓縮5倍壓縮7倍壓縮6倍牛牛文庫文檔分享 對(duì)于直徑30 nm螺線管至染色體的包裝，骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型(scaff

21、old radial loop structure modle)認(rèn)為： 非組蛋白構(gòu)成染色體骨架(chromsomal scaffold) 螺線管折疊形成DNA復(fù)制環(huán)，每18個(gè)復(fù)制環(huán)沿染色體骨架縱軸呈放射狀平面排列， 由中央向四周伸出，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband) 微帶是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的單位，大約106個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體牛牛文庫文檔分享牛牛文庫文檔分享牛牛文庫文檔分享 常染色質(zhì)(euchromatin)：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)(典型包裝率750倍)，用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì) 常染色質(zhì)的DNA實(shí)際長(zhǎng)度為染色質(zhì)纖維長(zhǎng)度的10002 000倍

22、，主要是單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA(如組蛋白基因和tRNA基因)，常染色質(zhì)狀態(tài)是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件 異染色質(zhì)(heterochromatin)：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(shí)著色深的那些染色質(zhì)，分為：- 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)(facultative heterochromatin)牛牛文庫文檔分享 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)：除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，DNA包裝比在整個(gè)細(xì)胞周期中基本沒有變化的異染色質(zhì)。在間期核中，聚集形成多個(gè)染色中心(chromoc

23、enter) 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特征：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(duì)簡(jiǎn)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(jí)結(jié)構(gòu)的形 成，導(dǎo)致染色質(zhì)的區(qū)間性，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起 遺傳變異牛牛文庫文檔分享 兼性異染色質(zhì)：在某些細(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) 一般胚胎細(xì)胞含量很少，而高度特化的細(xì)胞含量較多，說明隨著細(xì)胞分化，較多的基因漸次以聚縮狀態(tài)而關(guān)閉，從而再也不能接近基因活化蛋白 因此

24、，染色質(zhì)通過緊密折疊壓縮可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑 哺乳類細(xì)胞的X染色體隨機(jī)失活巴爾氏小體(Barr body)，胎兒性別預(yù)報(bào)牛牛文庫文檔分享由兩條相同的姐妹染色單體(sister chromatid)構(gòu)成，彼此以著絲粒相連牛牛文庫文檔分享 中著絲粒染色體(metacentric chromosome) 近中著絲粒染色體(submetacentric chromosome) 近端著絲粒染色體(acrocentric chromosome) 端著絲粒染色體(telocentric chromosome)牛牛文庫文檔分享 著絲粒(centromere)與著絲點(diǎn)(動(dòng)粒，kinetochore)，連

25、接兩個(gè)染色單體，并將染色單體分為兩臂短臂(p)和長(zhǎng)臂(q)，也叫主縊痕(primary constriction) 次縊痕(secondary constriction)，可作為鑒定染色體的標(biāo)記 核仁組織區(qū)(nucleolar organizing region, NOR)，rRNA基因所在部位，與間期核仁形成有關(guān) 隨體(satellite)，位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)與主體相連 端粒(telomere)，染色體端部的特化部分，其生物學(xué)作用在于維持染色體的穩(wěn)定性牛牛文庫文檔分享 外表面的動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域(kinetochore domain)- 與中央結(jié)構(gòu)域相聯(lián)系的內(nèi)板(inner

26、 plate)- 中間間隙(middle space)，電子密度低，半透明區(qū)- 外板(outer plate)- 纖維冠(fibrouscorona) 中央結(jié)構(gòu)域(central domain)，著絲粒的主體，由串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星DNA組成，物種專一 內(nèi)表面的配對(duì)結(jié)構(gòu)域(pairing domain)- 內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP (inner centromere protein)- 染色單體連接蛋白clips (chromatid linking proteins) 牛牛文庫文檔分享 染色體復(fù)制與穩(wěn)定遺傳所必需的三種功能元件(functional elements) ：DNA復(fù)制起點(diǎn)；著絲粒；

27、端粒牛牛文庫文檔分享 DNA復(fù)制起點(diǎn)，自主復(fù)制DNA序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS)，具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列，上下游各200bp左右的區(qū)域?yàn)榫S持ARS功能所必需 著絲粒，著絲粒DNA序列(centromere DNA sequence, CEN)，由大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如衛(wèi)星DNA，包括兩個(gè)相鄰的核心區(qū)：80-90bp的AT區(qū)、11bp的保守區(qū)。功能是參與形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離 端粒，端粒DNA序列(telomere DNA sequence, TEL)，不同生物的端粒序列都很

28、相似，由長(zhǎng)5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成，人的重復(fù)序列為GGGTTA，保持染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性 “人造微小染色體”(artificial minichromosome)牛牛文庫文檔分享 核型(karyotype)是指染色體組在有絲分裂中期的表型，即染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。核型分析是在對(duì)染色體進(jìn)行測(cè)量計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分組、排隊(duì)、配對(duì)及形態(tài)分析的過程 將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按其特征繪制下來，再按長(zhǎng)短、形態(tài)等特征排列起來的圖象稱為核型模式圖(idiogram)，它代表一個(gè)物種的核型模式 染色體顯帶技術(shù)牛牛文庫文檔分享 在某些生物的細(xì)胞中，特別是在發(fā)育的某些階段，可以觀察到一些特

29、殊的、體積很大的染色體，稱為巨大染色體(giant chromosome)，包括多線染色體(polytene chromosome)和燈刷染色體(lampbrush chromosome) 1881年意大利細(xì)胞學(xué)家Balbiani首先在雙翅目搖蚊幼蟲的唾腺細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)多線染色體，存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞唾腺、氣管、腸等，在植物不同類型的細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)牛牛文庫文檔分享 多線染色體來源于核內(nèi)有絲分裂(endomitosis)，即核內(nèi)DNA多次復(fù)制而細(xì)胞不分裂，產(chǎn)生的子染色體并行排列，且體細(xì)胞內(nèi)同源染色體配對(duì)，緊密結(jié)合在一起，從而阻止染色質(zhì)纖維進(jìn)一步聚縮，形成體積很大的多線染色體。多線化細(xì)胞處于永

30、久間期，體積也相應(yīng)增大 光鏡下，可見一系列交替分布的帶和間帶(interbands)，每條帶和間帶代表了由 1024個(gè)拷貝并行排列的染色質(zhì)環(huán)狀結(jié)構(gòu)域彼此對(duì)應(yīng)包裝的結(jié)果。帶和間帶都含有基因，持家基因(housekeeping gene)可能位于間帶，奢侈基因(luxury gene) 位于帶上牛牛文庫文檔分享 多線染色體與基因活性：在果蠅個(gè)體發(fā)育的某個(gè)階段，多線染色體的某些帶區(qū)變得疏松膨大而形成脹泡(puff)，脹泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志牛牛文庫文檔分享 燈刷染色體幾乎普遍存在于動(dòng)物界的卵母細(xì)胞中，其中兩棲類卵母細(xì)胞的燈刷染色體最典型。植物中也有報(bào)道 來源：是卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)第一次分裂時(shí)停留

31、在雙線期的染色體，它是一個(gè)二價(jià)體，包含4 條染色單體，此時(shí)同源染色體尚未完全解除聯(lián)會(huì)，因此可見到幾處交叉。這一狀態(tài)在卵母細(xì)胞中可維持?jǐn)?shù)月或數(shù)年之久牛牛文庫文檔分享 燈刷染色體的轉(zhuǎn)錄功能- 燈刷染色體形態(tài)與卵子發(fā)生過程中營(yíng)養(yǎng)物儲(chǔ)備密切相關(guān)- 大部分DNA以染色粒形式存在，沒有轉(zhuǎn)錄活性；而側(cè)環(huán)是 RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域牛牛文庫文檔分享牛牛文庫文檔分享 核仁(nucleolus)是真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，通常表現(xiàn)為單一或多個(gè)勻質(zhì)的球形小體，其大小、形狀和數(shù)目隨生物的種類、細(xì)胞類型和細(xì)胞代謝狀態(tài)而變化 在細(xì)胞周期過程中，核仁是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，在有絲分裂期間表現(xiàn)出周期性的消失與重建牛牛文庫文檔分

32、享 纖維中心(fibrillar centers, FC) 致密纖維組分(dense fibrillar component, DFC) 顆粒組分(granular component, GC) 核仁相隨染色質(zhì)(nucleolar associated chromatin)- 核仁內(nèi)染色質(zhì) (interanucleolar chromatin)- 核仁周邊染色質(zhì) (perinucleolar chromatin) 核仁基質(zhì)(nucleolar matrix)牛牛文庫文檔分享 纖維中心(FC)，包埋在顆粒組分內(nèi)部的一個(gè)或幾個(gè)淺染的低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)小島，包含rDNA(rRNA基因)、RNA聚合

33、酶、轉(zhuǎn)錄因子，通常認(rèn)為FC代表染色體NORs在間期核的副本 致密纖維組分(DFC)，呈環(huán)形或半月形包圍FC ，是電子密度最高的部分，由致密的纖維構(gòu)成，通常見不到顆粒，包含rRNA、特異性結(jié)合蛋白如fibrillarin、核仁素、Ag-NOR蛋白 顆粒組分(GC)，是核仁的主要結(jié)構(gòu)，由直徑15-20 nm的核糖核蛋白(RNP)顆粒構(gòu)成 上述組分和rRNA的轉(zhuǎn)錄與加工形成RNP的不同事件有關(guān)：- FC是rRNA基因的儲(chǔ)存位點(diǎn)- 轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與 DFC的交界處，并加工初始轉(zhuǎn)錄本- 顆粒組分區(qū)(GC)負(fù)責(zé)裝配核糖體亞單位，是核糖體亞單位成 熟和儲(chǔ)存的位點(diǎn)牛牛文庫文檔分享 核仁的主要功能涉及核糖體

34、的生物發(fā)生(ribosome biogenesis)，包括rRNA的合成、加工和核糖體亞單位的裝配，是一個(gè)向量過程(vetorical process)，從核仁纖維組分開始，再向顆粒組分延續(xù) 核仁的另一個(gè)功能涉及mRNA的輸出與降解18 S rRNA28 S rRNA5.8 S rRNA5 S rRNA核糖體小亞單位大亞單位rDNA定位于NORsrDNA不定位于NORs牛牛文庫文檔分享 rRNA基因在染色質(zhì)軸絲上呈串聯(lián)重復(fù)排列，沿轉(zhuǎn)錄方向，新生的rRNA鏈逐漸增長(zhǎng)，形成“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu) 5.8、18、28S rDNA組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，1005000個(gè)基因拷貝串聯(lián)成重復(fù)序列，由專一性的RNA聚合

35、酶進(jìn)行轉(zhuǎn)錄 約2000個(gè)(人) 5S rDNA(120 bp)拷貝串聯(lián)成重復(fù)序列，不定位在NORs，由RNA聚合酶進(jìn)行轉(zhuǎn)錄牛牛文庫文檔分享 由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄生成的45S rRNA前體(哺乳類)很快與蛋白質(zhì)結(jié)合，包裝成80S的RNP復(fù)合體，再切割成小的5.8、18、28S rRNA-蛋白復(fù)合體 由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄生成的5S rRNA經(jīng)適當(dāng)加工即參與裝配核糖體大亞單位牛牛文庫文檔分享 18 rRNA及相關(guān)蛋白裝配成核糖體小亞單位，速度較快(30 min) 28S、5.8S、5S rRNA及相關(guān)蛋白裝配成大亞單位, 速度稍慢(1h) 加工下來的蛋白質(zhì)和小的RNA存留在核仁中，可能起著催化核糖體構(gòu)建

36、的作用 核糖體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)以后才成熟，從而阻止有功能的核糖體與核內(nèi)加工不完全的hnRNA分子接近牛牛文庫文檔分享 有絲分裂時(shí)，核仁變形、變小，隨著染色質(zhì)凝集而消失，所有RNA合成停止，致使中期和后期細(xì)胞中沒有核仁；進(jìn)入末期rRNA合成重新開始，核仁成分聚集成分散的前核仁體，然后在NORs周圍融合、發(fā)育成核仁 核仁周期(nucleolar cycle)依賴于rDNA轉(zhuǎn)錄活性和細(xì)胞周期的運(yùn)行牛牛文庫文檔分享 活性染色質(zhì)(active chromatin)是指具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，少于10%?；钚匀旧|(zhì)的核小體發(fā)生構(gòu)象改變，具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 非活性染色質(zhì)(inactive chromatin)是指沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì) 問題：真核生物的DNA與組蛋白形成核小體，那么RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子如何作用于DNA？ 與基因轉(zhuǎn)錄相關(guān)的內(nèi)容：- 疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成- 染色質(zhì)的區(qū)間性