細(xì)胞生物學(xué)課件08細(xì)胞核與染色體

1、第八章 細(xì)胞核與染色體形狀：圓形，胚乳細(xì)胞(網(wǎng)狀）蝶類(lèi)絲腺細(xì)胞(分支狀)。位置：細(xì)胞中央 ，成熟植物細(xì)胞的邊緣。數(shù)目：通常一個(gè)，成熟的篩管和紅細(xì)胞（0）、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞(1-2）、破骨細(xì)胞(650）、骨骼肌細(xì)胞(數(shù)百）、植物氈絨層細(xì)胞(24)。結(jié)構(gòu)：核被膜、核仁、核基質(zhì)、染色質(zhì)、核纖層。功能：遺傳、發(fā)育。 第一節(jié) 核被膜Nuclear envelope 一、核被膜是雙層膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成：內(nèi)核膜（inner nuclear membrane）外核膜（outer nuclear membrane）核周隙（perinuclear space）外核膜：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分，胞質(zhì)面附有核糖體。核周隙：寬2040n

2、m，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。核纖層：位于內(nèi)核膜的內(nèi)表面的纖維網(wǎng)絡(luò)，可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。 核纖層由核纖肽（lamin）構(gòu)成，核纖肽一類(lèi)中間纖維，分為A、B兩型。作用：1保持核的形態(tài)：2參與染色質(zhì)和核的組裝：核纖層在細(xì)胞分裂時(shí)呈現(xiàn)出周期性的變化，在間期核中，核纖層提供了染色質(zhì)（異染色質(zhì)）在核周邊錨定的位點(diǎn)。在前期結(jié)束時(shí)，核纖層被磷酸化，核膜解體。其中B型核纖肽與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)中。在分裂末期，核纖肽去磷酸化重新組裝，介導(dǎo)了核膜的重建。 二、核孔是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ?核孔由至少50種不同的蛋白質(zhì)（nucleoporin）構(gòu)成，稱為核孔復(fù)合體（nuclear pore complex

3、，NPC）。一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞平均有3000個(gè)核孔。細(xì)胞核活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。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fish-trap。 核定位信號(hào)（nuclear localization signal，NLS）：引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核的一段信號(hào)序列。第一個(gè)被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，序列為：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val。NLS對(duì)連接的蛋白質(zhì)無(wú)特殊要求，完成輸入后不被切除。核輸出信號(hào)（nuclear export signal, NES），引導(dǎo)RNP輸出細(xì)胞核。Ran蛋白，一類(lèi)G蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形成。三

4、、通過(guò)核孔的物質(zhì)運(yùn)輸與信號(hào)序列有關(guān)第二節(jié)、染色體一、染色質(zhì)的化學(xué)組成組成：DNA、組蛋白、非組蛋白、少量RNA比例：1:1:(1-1.5):0.05。（一）DNA3種序列：?jiǎn)我恍蛄校恢卸戎貜?fù)序列（1015）；高度重復(fù)序列（105）。3種構(gòu)像：B-DNA、Z-DNA、A-DNA。3種基本元素：自主復(fù)制序列(ARS)，是DNA復(fù)制的起點(diǎn)。著絲粒序列(CEN) ，含衛(wèi)星DNA。端粒序列(TEL)。酵母人工染色體(YAC )：含上述3種成分，用于轉(zhuǎn)基因。帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種，分為：核心組蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4；連接組蛋白（linker h

5、istone）：H1。結(jié)構(gòu)：高度保守，尤其是H4。核心組蛋白由球形部和尾部構(gòu)成，球形部借Arg與磷酸二脂骨架間的靜電作用使DNA分子纏繞在組蛋白核心上，形成核小體，尾部含有大量Arg和Lys，為組蛋白轉(zhuǎn)譯后進(jìn)行修飾的部位。H1多樣性，具有屬(genus)和組織特異性。（二）組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白。特性：含有較多天冬氨酸、谷氨酸，帶負(fù)電荷，屬酸性蛋白質(zhì)。整個(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行合成，組蛋白只在S期合成。能識(shí)別特異的DNA序列，識(shí)別與結(jié)合籍氫鍵和離子鍵。功能：幫助DNA折疊；協(xié)助DNA復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達(dá)。（三）非組蛋白二、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)人體的一個(gè)細(xì)胞核中有23對(duì)染色體，每條染色體的DNA雙螺旋若伸

6、展開(kāi)，平均長(zhǎng)為5cm，核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來(lái)約1.72.0m。nucleosomes (10 nm)condensed form (30 nm)二、從DNA到染色體核小體（nucleosome）：一種串珠狀結(jié)構(gòu)，由核心顆粒和連結(jié)線DNA兩部分組成，通過(guò)酶消化實(shí)驗(yàn)建立。每個(gè)核小體單位包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白核心和一個(gè)H1；由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒；DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1鎖合；相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線DNA。 通過(guò)核小體，DNA長(zhǎng)度壓縮7倍，形成11nm的纖維。但是在

7、電鏡下觀察用溫和方法分離的染色質(zhì)是直徑30nm的纖維，這種纖維的形成有兩種解釋：由核小體螺旋化形成，每6個(gè)核小體繞一圈，長(zhǎng)度壓縮6倍；由核小體纖維Z字形折疊而成，長(zhǎng)度壓縮40倍。對(duì)于更高級(jí)染色體包裝方式，至今尚不明確。目前多認(rèn)為30nm的纖維折疊為一系列的環(huán)（loop）結(jié)合在核骨架上（或稱染色體骨架），結(jié)合點(diǎn)是富含AT的區(qū)域 。三、異染色質(zhì)和常染色質(zhì)間期核中染色質(zhì)可分為異染色質(zhì)（heterochromatin）和常染色質(zhì)（enchromatin）。異染色質(zhì)的特點(diǎn)：在間期核中處于凝縮狀態(tài)，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性、是遺傳惰性區(qū)。在細(xì)胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制、早凝縮（異固縮現(xiàn)象）。分為兩類(lèi)：結(jié)構(gòu)（恒定）異染色質(zhì)（c

8、onstitutive heterochromatin）、兼性（功能）異染色質(zhì)（facultative heterochromatin）巴氏小體（barr body）。雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞中一條異固縮化的X染色體。人的胚胎發(fā)育到16天以后， 出現(xiàn)巴氏小體。barr body四、染色體一、染色體相關(guān)的術(shù)語(yǔ)隨體次縊痕主縊痕端粒長(zhǎng)臂短臂核仁組織區(qū)（nucleolar orgnizing regions NORs）構(gòu)成核仁，位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是NORs。端粒（telomere）：由高度重復(fù)的短序列組成，高度保守。作用：維持染色體的穩(wěn)定性。起細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用。端粒核苷酸復(fù)制和基因

9、DNA不同，每復(fù)制一次減少50100bp，其復(fù)制要靠具有反轉(zhuǎn)錄酶性質(zhì)的端粒酶來(lái)完成，正常體細(xì)胞缺乏此酶，故隨細(xì)胞分裂而變短，細(xì)胞隨之衰老。性細(xì)胞染色體為單倍體（haploid），用n表示;體細(xì)胞為2倍體（diploid）以2n表示，還有一些物種的染色體成倍增加成為4n、6n、8n等，稱為多倍體。染色體的數(shù)目因物種而異，如人類(lèi)2n=46，黑猩猩2n=48，果蠅2n=8，家蠶2n=56，小麥2n=42，水稻2n=24，洋蔥2n=16.（二）染色體的數(shù)目著絲粒（centromere）和著絲點(diǎn)（kinetochore）是兩個(gè)不同的概念，前者指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位，后者指主縊痕處兩個(gè)染色

10、單體外側(cè)與紡錘體微管連接的部位。（三） 著絲粒的結(jié)構(gòu)1. 核型：即細(xì)胞分裂中期染色體特征的總和。包括染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征等方面。2. 帶型：染色體經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法。分帶技術(shù)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是產(chǎn)生的染色帶分布在整過(guò)染色體的長(zhǎng)度上如：Q、G和R帶，另一類(lèi)是局部性的顯帶，如C、Cd、T和N帶。（四）核型與帶型1. 多線染色體：由Balbiani(1881)發(fā)現(xiàn)于搖蚊幼蟲(chóng)唾腺細(xì)胞，特點(diǎn)：體積巨大，是由于核內(nèi)有絲分裂的結(jié)果；多線性；體細(xì)胞聯(lián)會(huì)；橫帶紋。膨突和環(huán)。在幼蟲(chóng)發(fā)育的某個(gè)階段，多線染色體的某些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突（puf

11、f），或巴氏環(huán)（Balbiani ring）。用H3-UdR處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)膨突被標(biāo)記，說(shuō)明膨突是基因活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域。 （五）幾類(lèi)的特殊的染色體2、燈刷染色體最早發(fā)現(xiàn)于魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)和爬行類(lèi)卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的雙線期，雙線期是卵黃合成的旺盛期。由于染色體主軸兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名燈刷染色體。側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域。3、B染色體1928年倫道夫（Randolph）把生物的正常染色體叫做A染色體，而把存在于許多動(dòng)、植物中，形態(tài)和行為不同為A染色體的超數(shù)染色體呈B染色體。 第三節(jié) 核仁核仁（nucleolus）見(jiàn)于間期的細(xì)胞核內(nèi)，呈圓球形，一般12個(gè)，有時(shí)多達(dá)35個(gè)。主要功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體單位。一般蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞有較大和數(shù)目較多的核仁，反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。（一）核糖體的結(jié)構(gòu)含40%的蛋白質(zhì)、60%的RNA，由兩個(gè)亞單體構(gòu)成。分為70S和80S兩種類(lèi)型。由大小兩個(gè)亞基構(gòu)成，只在以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時(shí)才結(jié)合在一