醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞核培訓(xùn)課件

1、核膜 nuclear membrane，又稱 核被膜 nuclear envelope，位于細(xì)胞核 最外層，使細(xì)胞核 成為相對(duì) 獨(dú)立的體系核膜的化學(xué)組成蛋白質(zhì) 占65%75%，脂質(zhì)次之，可能還有少量DNA、RNA蛋白質(zhì): 電泳分析 鑒定出20多種 核膜蛋白，分子量 16KD160KD；包括：組蛋白、基因調(diào)節(jié)蛋白、DNA/RNA聚合酶、RNA酶等核膜 所含酶類 與內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 類似，如 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)標(biāo)志酶 葡萄糖-6-磷酸酶、細(xì)胞色素類還原酶等脂類: 核膜所含脂類 也與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似，含有 不飽和脂肪酸卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、膽固醇、甘油三酯（前二者含量比較低，后二者含量較高，說(shuō)明核膜有一定 穩(wěn)定性）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核膜

2、關(guān)系密切，也稍有不同核 膜核膜 nuclear membrane，又稱 核被膜 nuc核膜的結(jié)構(gòu)核膜由內(nèi)外層核膜、核周隙、核孔復(fù)合體、核纖層等結(jié)構(gòu)組成核膜兩層，平行但連續(xù)有孔洞；但兩層的組成成分與結(jié)構(gòu)有差異外膜 outer nuclear membrane內(nèi)膜 inner nuclear membrane兩層膜 之間的間隙：核周間隙 intermembrane space內(nèi)外膜 在某些部位 相互融合，形成 核孔 nuclear pore核 膜核膜的結(jié)構(gòu)核 膜1.外核膜與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連續(xù)外核膜與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，使核周間隙 與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，其表面也常附著核糖體；故被看作 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的 特化區(qū)域，參

3、與了某些蛋白質(zhì)的合成外核膜 胞質(zhì)面 附著 中間纖維，還與微管相連固定、維持形態(tài)2.內(nèi)核膜表面光滑包圍核質(zhì)內(nèi)核膜表面光滑，下面與一層致密的 纖維網(wǎng)絡(luò)核纖層 緊密相連內(nèi)核膜上有 核纖層蛋白B受體，可與 核纖層蛋白B 特異性結(jié)合在細(xì)胞周期中，核膜的解體與重建， 都與 核纖層蛋白對(duì)核內(nèi)膜的連接有 關(guān)，即跟 核纖層蛋白B受體 與 核纖層蛋白B的 結(jié)合有關(guān)核 膜1.外核膜與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連續(xù)核 膜3.核周隙為內(nèi)外核膜之間的緩沖區(qū)內(nèi)外核膜 之間的空隙 寬2040nm，與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 相通，含有多種蛋白質(zhì)和酶4.核孔復(fù)合體是由多種蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)外核膜的 融合處 形成 環(huán)狀開口，稱 核孔。核孔的數(shù)目、密度

4、跟細(xì)胞類型、核功能狀態(tài)有關(guān)：代謝活躍的細(xì)胞 核孔數(shù)目較多，1220個(gè)/m2；代謝不活躍的細(xì)胞，13個(gè)/m2；典型哺乳動(dòng)物細(xì)胞核 分布34千個(gè)核孔 1949-1950年，H.G.Callan 和S.G.Tomlin 用電鏡觀察 兩棲類 卵母細(xì)胞 核膜時(shí)，發(fā)現(xiàn)核孔核孔是由多種蛋白質(zhì)以特定方式排列形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，1959年 被M.L.Waston 命名為 核孔復(fù)合體 nuclear pore complex, NPC核 膜3.核周隙為內(nèi)外核膜之間的緩沖區(qū)核 膜捕魚籠式 核孔復(fù)合體模型 被普遍接受：胞質(zhì)環(huán) cytoplasmic ring：核孔外邊緣，與柱狀亞單位相連；環(huán)上有8條纖維 對(duì)稱分布，伸向細(xì)

5、胞質(zhì)核質(zhì)環(huán) nucleoplasmic ring：核孔內(nèi)邊緣，與柱狀亞單位相連；環(huán)上也有8條100nm纖維 伸向核內(nèi)，纖維末端形成直徑60nm小環(huán)，稱“核籃”nuclear basket輻 spoke：是核孔邊緣 伸向核孔中心的 輻射狀8邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分為三部分：“柱狀亞單位”核孔邊緣，連接胞質(zhì)環(huán)與核質(zhì)環(huán)，支撐作用；“腔內(nèi)亞單位”位于柱狀亞單位外側(cè)，與核孔區(qū)域接觸，穿過(guò)核膜伸入核周隙，錨定核孔復(fù)合體；“環(huán)狀亞單位”位于柱狀亞單位之內(nèi)，靠近核孔復(fù)合體中心，由顆粒狀結(jié)構(gòu)環(huán)繞形成中央栓central plug/granule：位于核孔中央，呈棒狀、顆粒狀，可能參與核-質(zhì)交換；有人認(rèn)為是 正通過(guò)核孔的

6、被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)核 膜捕魚籠式 核孔復(fù)合體模型 被普遍接受：核 膜核 膜胞質(zhì)面 觀察核質(zhì)面 觀察脊椎動(dòng)物的核孔復(fù)合體蛋白成分約十多種，其中g(shù)p210和p62是最具代表性兩個(gè)成分。gp210代表結(jié)構(gòu)性穿膜蛋白，錨定核孔復(fù)合體；p62代表功能性核孔復(fù)合體，參與核孔的主動(dòng)運(yùn)輸核 膜胞質(zhì)面 觀察核質(zhì)面 觀察脊椎動(dòng)物的核孔復(fù)合體蛋白成分核孔蛋白 進(jìn)化上 高度保守，含有 一簇由 苯丙氨酸(Phe, F) 和 甘氨酸(Gly, G) 組成的 FG 重復(fù)序列FG重復(fù)序列 與 核轉(zhuǎn)運(yùn)受體入核素(imporin ) 或其同系物 相互作用，提供 結(jié)合位點(diǎn)，介導(dǎo) 親核蛋白 通過(guò)核孔復(fù)合體，進(jìn)入細(xì)胞核大多數(shù) 核孔蛋白 位于

7、核孔復(fù)合體 中央通道的 胞質(zhì)面或核質(zhì)面，少部分 不對(duì)稱地 分布于 中央通道的兩側(cè)核 膜核孔蛋白 進(jìn)化上 高度保守，含有 一簇由 苯丙氨酸(Phe,5.核纖層是緊貼內(nèi)核膜的纖維蛋白網(wǎng)核纖層 nuclear lamina：附著于 內(nèi)核膜下的 纖維蛋白網(wǎng)，外與 中間纖維、內(nèi)與 核骨架 相連接，在細(xì)胞分裂中 調(diào)節(jié)核膜破裂與重建核纖層位于 內(nèi)核膜 與染色質(zhì) 之間，一般厚1020nm，縱橫排列整齊組成 核纖層的 纖維蛋白，稱：核纖層蛋白 lamin / lamina多種動(dòng)物的 核纖層蛋白 同屬于一個(gè)蛋白家族，哺乳類與鳥類的 核纖層 均由 核纖層蛋白A、B、C三種蛋白構(gòu)成，克隆分析編碼核纖層蛋白的mRNA，

8、發(fā)現(xiàn)具有中間纖維的同源序列核纖層蛋白A 與 核纖層蛋白C 是同一編碼基因 不同加工產(chǎn)物，僅在C端不同，都有一段350個(gè)aa的多肽序列，與中間纖維亞基的-螺旋區(qū)同源性高兩類 核纖層蛋白 并非同時(shí)存在于 所有細(xì)胞，在細(xì)胞分化過(guò)程中的表達(dá) 具有細(xì)胞特異性中間纖維的特征核 膜5.核纖層是緊貼內(nèi)核膜的纖維蛋白網(wǎng)核 膜A型 核纖層蛋白 僅見于 分化的細(xì)胞中；B型 核纖層蛋白 存在于所有 體細(xì)胞中核纖層在細(xì)胞核中起支架作用用高鹽溶液、非離子去垢劑、核酸酶等 去除大部分核質(zhì)，只有核孔復(fù)合體與核纖層 存留，并仍能維持 細(xì)胞核的輪廓核纖層與 核骨架、穿過(guò)核膜的 中間纖維 相連，使 胞質(zhì)骨架與 核骨架形成 連續(xù)網(wǎng)絡(luò)

9、結(jié)構(gòu)核纖層與核膜的崩解和重建密切相關(guān)核纖層與核膜一起，在細(xì)胞分裂中，經(jīng)歷解聚與聚合生化分析表明，三種 核纖層蛋白 均有 親膜結(jié)合特性：Lamin B 與核膜結(jié)合力最強(qiáng)，內(nèi)核膜上 存在 核纖層蛋白B受體，介導(dǎo) 核纖層與核膜的結(jié)合在細(xì)胞分裂前期，核纖層蛋白磷酸化，核纖層去組裝，發(fā)生解聚，核核 膜A型 核纖層蛋白 僅見于 分化的細(xì)胞中；B型 核纖層蛋白 存 膜崩解成小泡，B型核纖層蛋白 與核膜小泡結(jié)合，A型與C型核纖層蛋白 分散于胞質(zhì)中細(xì)胞分裂末期，核纖層蛋白 去磷酸化，重新組裝，介導(dǎo)核膜的重建點(diǎn)突變 核纖層蛋白的 磷酸化位點(diǎn)，可干擾 核纖層解聚、核膜崩解核纖層與染色質(zhì)凝集成染色體相關(guān)核纖層蛋白可與

10、染色質(zhì)上特殊位點(diǎn)結(jié)合，為染色質(zhì)提供結(jié)構(gòu)支架細(xì)胞分裂間期，染色質(zhì)與核纖層緊密結(jié)合，不能螺旋化成染色體；在有絲分裂前期，核纖層被磷酸化 解聚，染色質(zhì)與核纖層蛋白的結(jié)合喪失，染色質(zhì)逐漸凝集成染色體。給分裂期細(xì)胞注射Lamin A抗體，核纖層不能組裝，染色體不能解聚成染色質(zhì)核纖層與染色質(zhì)的相互作用，有助于維持和穩(wěn)定間期 染色質(zhì)的高度有序結(jié)構(gòu)，對(duì)基因表達(dá)調(diào)控非常重要核 膜 膜崩解成小泡，B型核纖層蛋白 與核膜小泡結(jié)合，A型核 膜HGPS: Hutchinson-Gilford progeria syndrome 早老衰綜合癥premature aging and death during teenage

11、 years from heartattack or stroke 書上333頁(yè) 圖片核 膜HGPS: Hutchinson-Gilford 核纖層參與DNA的復(fù)制利用爪蟾卵母細(xì)胞核 重建體系的研究發(fā)現(xiàn)，重建的沒有核纖層的細(xì)胞核，雖然含有DNA復(fù)制所需的蛋白質(zhì)和酶等，不能進(jìn)行DNA復(fù)制，提示核纖層參與了DNA復(fù)制核纖層與 核膜、核孔復(fù)合體 在結(jié)構(gòu)上 關(guān)系密切，推測(cè)其功能 除了為 核膜與染色質(zhì) 提供支架外，也參與DNA復(fù)制、RNA成熟及轉(zhuǎn)運(yùn)、核膜崩解及重建核膜的功能核膜穩(wěn)定核的形態(tài)與成分，控制核與胞質(zhì)的物質(zhì)交換，參與生物大分子的合成，及細(xì)胞分裂1.核膜為基因表達(dá)提供了時(shí)空隔離屏障真核細(xì)胞的核膜，

12、將核質(zhì)與胞質(zhì)限定在各自區(qū)域，使DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄與加工 在核內(nèi)進(jìn)行，而蛋白質(zhì)的翻譯 在胞質(zhì)，在空間上隔離，核 膜核纖層參與DNA的復(fù)制核 膜 建立了遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定活動(dòng)環(huán)境真核生物基因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，RNA轉(zhuǎn)錄后，需要復(fù)雜的加工。核膜的出現(xiàn)保證了RNA轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行加工、修飾，才能輸入細(xì)胞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)的合成，使遺傳信息的表達(dá)調(diào)控更加精確、高效2.核膜參與蛋白質(zhì)的合成外核膜附著的核糖體，被證實(shí)能夠合成 抗體、膜蛋白等3.核孔復(fù)合體控制著核-質(zhì)間的物質(zhì)交換核-質(zhì)間 頻繁的物質(zhì)交換，是生命活動(dòng)所必需；核孔復(fù)合體是被動(dòng)擴(kuò)散的親水通道，有效直徑為910nm水、某些離子和一些小分子，如 單糖、雙糖、氨基酸、核苷

13、酸等 可以自由擴(kuò)散 穿梭于核-質(zhì)之間大多數(shù)大分子物質(zhì)，通過(guò)核孔復(fù)合體以主動(dòng)運(yùn)輸方式 進(jìn)出核膜主動(dòng)運(yùn)輸有高度選擇性：a.核孔復(fù)合體的直徑大小可以調(diào)節(jié)，主動(dòng)運(yùn)核 膜 建立了遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定活動(dòng)環(huán)境核 膜 輸?shù)墓δ苤睆?比被動(dòng)運(yùn)輸?shù)拇?，?020nm，最大可達(dá)26nm； b.核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸是信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)的過(guò)程，許消耗能量； c.核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸 具有雙向性，核輸入與核輸出親核蛋白的核輸入親核蛋白 是在胞質(zhì)中 合成，需要 轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi) 發(fā)揮作用的 蛋白質(zhì)核質(zhì)蛋白nucleoplasmin 是一種 親核蛋白，5個(gè)亞基組成，具有頭尾兩個(gè)結(jié)構(gòu)域。蛋白水解酶可將其切成頭、尾兩部分。放射性標(biāo)記后，

14、完整核質(zhì)蛋白或尾部片段 被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)核，頭部片段停留在胞質(zhì)中經(jīng)過(guò) 親核蛋白的序列分析，發(fā)現(xiàn)具有一段特殊的氨基酸信號(hào)序列，命名為：核定位序列 nuclear localization sequence/signal, NLS大量研究發(fā)現(xiàn)，NLS是含有48個(gè)氨基酸 的短肽序列，不同親核蛋白的NLS不同，但都 富含 帶正電荷的 Arg、Lys、Pro等 堿性氨基酸 (an NLS identified as: -Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- )NLS可以位于 親核蛋白任何部位，指導(dǎo)完成 核輸入 后，不被切除核 膜 輸?shù)墓δ苤睆?比被動(dòng)運(yùn)輸?shù)拇螅瑸?020nm，最大量研究表明，

15、僅有NLS 不能通過(guò)核孔復(fù)合體，必須通過(guò)與NLS受體 結(jié)合才能通過(guò) 核孔復(fù)合體；這種受體稱為：輸入蛋白 importin目前比較確定的 輸入蛋白受體 有：核輸入受體、核輸入受體 和Ran（一種GTP結(jié)合蛋白）在這幾種蛋白參與下，親核蛋白完成入核轉(zhuǎn)運(yùn)：a. 親核蛋白 通過(guò)NLS識(shí)別 核輸入受體，與核輸入受體/ 異二聚體 結(jié)合，形成轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物；b. 在核輸入受體的介導(dǎo)下，轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物與核孔復(fù)合體的胞質(zhì)纖維結(jié)合；c. 轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物在核孔復(fù)合體中移動(dòng)，從胞質(zhì)面轉(zhuǎn)移到核質(zhì)面；d. 轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物在核質(zhì)面與Ran-GTP結(jié)合，導(dǎo)致復(fù)合物解離，親核蛋白釋放；e. 受體的亞基與結(jié)合的Ran-GTP返回細(xì)胞質(zhì)，在胞質(zhì)中

16、Ran-GTP水解成 Ran-GDP，并與核輸入受體解離，Ran-GDP返回核內(nèi)，轉(zhuǎn)換成Ran-GTP狀態(tài)核 膜大量研究表明，僅有NLS 不能通過(guò)核孔復(fù)合體，必須通過(guò)與NL核 膜Nucleoplasmin is a protein present in high concentration in the nucleoplasm of Xenopus oocytes. When gold particles are coated with nucleoplasmin and injected into the cytoplasm of a Xenopus oocyte, they are see

17、n to bind to the cytoplasmic filaments (CF) projecting from the outer ring of the nuclear pore complex.Several particles are also seen in transit through the pore (NP) into the nucleus.核 膜Nucleoplasmin is a proteinRNA及核糖體亞基的核輸出核中形成的核糖體大、小亞基，mRNA、tRNA等 從核孔復(fù)合體 輸出到細(xì)胞質(zhì)，有識(shí)別這些輸出核的成分的受體，稱：輸出蛋白 exportin膠體金顆

18、粒包裹RNA，注射入細(xì)胞核，發(fā)現(xiàn)被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中；而膠體金顆粒包裹NLS，則被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞核；可見 核孔復(fù)合體的雙向主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)核 膜RNA及核糖體亞基的核輸出核 膜1879年，W.Flemming提出 染色質(zhì) 術(shù)語(yǔ)來(lái)描述 核內(nèi) 強(qiáng)嗜堿性物質(zhì)1888年，W.Waldeyer 提出 染色體 命名染色質(zhì) 與 染色體 是遺傳物質(zhì) 在不同階段 的不同存在形式染色質(zhì) chromatin 是間期細(xì)胞 遺傳物質(zhì) 存在形式；由DNA、組蛋白、非組蛋白、少量RNA等 構(gòu)成的 細(xì)絲狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，形態(tài)不規(guī)則，彌散于細(xì)胞核內(nèi)染色體 chromosome 是分裂期細(xì)胞中，染色質(zhì)經(jīng)復(fù)制后，反復(fù)纏繞凝集成的 條狀或棒狀結(jié)構(gòu)，借此保

19、證DNA被準(zhǔn)確 分配到子代細(xì)胞中染色質(zhì)與染色體的組成成分生化分析表明，染色質(zhì) 成分：98%以上是 1:1 的DNA：組蛋白；此外 含有少量 RNA與 非組蛋白1.DNA是遺傳信息的載體除少數(shù) 病毒外，所有生物的遺傳物質(zhì) 均為DNA染色質(zhì)與染色體1879年，W.Flemming提出 染色質(zhì) 術(shù)語(yǔ)來(lái)描述 核真核生物中 每條未復(fù)制的 染色體 均含 一條 線型 DNA分子一個(gè)真核細(xì)胞 單倍染色體組中 全部遺傳信息 稱：一個(gè) 基因組genome根據(jù)DNA序列 在基因組中的 重復(fù)頻率，DNA的核苷酸序列 可分為3類：?jiǎn)我恍蛄?、中度重?fù)序列、高度重復(fù)序列單一序列unique sequence/single-

20、copy sequence：在基因組中只有單一拷貝或幾個(gè)拷貝；真核生物多數(shù)編碼基因是單一序列中度重復(fù)序列middle repetitive sequence：重復(fù)次數(shù)10105之間，序列長(zhǎng)度幾百到幾千個(gè)堿基對(duì)；多數(shù)是非編碼序列，在基因調(diào)控中起重要作用；部分有編碼功能：rRNA基因、tRNA基因、組蛋白基因、核糖體蛋白基因高度重復(fù)序列highly repetitive sequence：幾個(gè)到幾十個(gè)堿基對(duì)，重復(fù)次數(shù)超過(guò)105，主要分布在染色體端粒、著絲粒區(qū)；構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因的間隔，維系染色體結(jié)構(gòu)，參與減數(shù)分裂的同源染色體聯(lián)會(huì)染色質(zhì)與染色體真核生物中 每條未復(fù)制的 染色體 均含 一條 線型 DNA分一

21、條 功能性染色質(zhì)DNA分子，能自我復(fù)制，得到兩個(gè)完全相同的DNA分子，平分給子細(xì)胞，保證遺傳信息的穩(wěn)定傳代功能性染色質(zhì)分子 必須包含三類 功能序列：復(fù)制源序列：是DNA分子復(fù)制的起始點(diǎn)，真核生物的復(fù)制源序列可被成串激活，該序列處的DNA雙鏈 被解旋打開，形成復(fù)制叉；所有復(fù)制源序列DNA均有一段1114bp的同源性很高的富含AT的保守序列，這段序列及其上下游各200bp的區(qū)域是維持復(fù)制源功能所必需著絲點(diǎn)centromere序列：是復(fù)制完成后 兩個(gè)姊妹染色單體 連接部位，是高度重復(fù)序列；共同特點(diǎn)：8090bp的AT區(qū)，高度保守的11bp區(qū)域TGATTTCCGAA；這兩段區(qū)域突變，著絲粒喪失功能端粒

22、telomere序列：富含TG的簡(jiǎn)單重復(fù)序列，維持DNA兩個(gè)末端復(fù)制的完整性、染色體的穩(wěn)定性，在進(jìn)化中高度保守人工染色體：用分子克隆的方法，將上述三類序列 拼接在人造染色體上，用于科學(xué)研究染色質(zhì)與染色體一條 功能性染色質(zhì)DNA分子，能自我復(fù)制，得到兩個(gè)完全相同的染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體2.組蛋白是真核細(xì)胞染色質(zhì)中的基本結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組蛋白histone 是一組 pH大于10.0的堿性蛋白質(zhì)，富含帶正電荷的堿性氨基酸：賴氨酸和精氨酸；可與帶負(fù)電荷呈酸性的DNA緊密結(jié)合根據(jù) 精氨酸/賴氨酸 比值，組蛋白 分為5種：H1、H2A、H2B、H3、H4按照 組蛋白的功能，分為兩類：核小體組蛋白，包括 H

23、2A、H2B、H3、H4，分子量較小，各兩分子組成8聚體，協(xié)助DNA卷曲成 核小體結(jié)構(gòu)；沒有種屬、組織 特異性，進(jìn)化上高度保守 H1組蛋白，構(gòu)成核小體時(shí) 起連接作用，與核小體進(jìn)一步包裝有關(guān)；分子量較大，有一定種屬特異性、組織特異性，哺乳類 H1組蛋白 有6個(gè)亞型組蛋白 在S期 于胞質(zhì)中 合成后轉(zhuǎn)入核內(nèi)，協(xié)助DNA折疊包裝成染色體，并保護(hù)DNA不被酶消化；組蛋白 可通過(guò) 甲基化、磷酸化、乙?；?，來(lái)抑制或激活 某些基因的轉(zhuǎn)錄，參與基因的調(diào)控染色質(zhì)與染色體2.組蛋白是真核細(xì)胞染色質(zhì)中的基本結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)染色質(zhì)與染色體3.非組蛋白能從多方面影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能非組蛋白nonhistone 是除 組蛋白

24、 外，染色質(zhì)結(jié)合蛋白的總稱，經(jīng)常富含酸性氨基酸，參與維持染色體結(jié)構(gòu)、催化酶促反應(yīng)與組蛋白相比，非組蛋白種類較多，數(shù)量較少，有組織種屬特異性非組蛋白 多以復(fù)合物形式與染色體上 特異DNA序列 結(jié)合，協(xié)助DNA分子折疊，參與啟動(dòng)DNA復(fù)制，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄含量最豐富的 非組蛋白高遷移率組high mobility group, HMG 在聚丙烯凝膠電泳中 遷移率高而得名HMG可與 染色質(zhì)動(dòng)態(tài)、可逆結(jié)合，常附著于 活性基因部位，調(diào)控DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組、參與DNA損傷后的修復(fù) 等HMG通過(guò)與DNA發(fā)生結(jié)合，使其變形、彎折，影響 其形成基因表達(dá)復(fù)合體，而促進(jìn)其他調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合，從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄染色體的

25、非組蛋白支架，幫助染色質(zhì)折疊盤曲成 染色體染色質(zhì)與染色體3.非組蛋白能從多方面影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能染色質(zhì)與染色體常染色質(zhì)與異染色質(zhì)間期 染色質(zhì) 根據(jù)形態(tài)特征 和染色性質(zhì)，分為兩類：常染色質(zhì)、異染色質(zhì) 二者螺旋化不同，對(duì)堿性染料著色不同1.常染色質(zhì)是處于功能活躍呈伸展?fàn)顟B(tài)的染色質(zhì)纖維常染色質(zhì)euchromatin：間期核內(nèi) 堿性染料染色 著色較淺，螺旋化程度較低，處于伸展?fàn)顟B(tài)的染色質(zhì)細(xì)絲，含有 基因轉(zhuǎn)錄活躍部位常染色質(zhì)的DNA 主要由 單一序列DNA 和少量 中度重復(fù)DNA(組蛋白基因、tRNA基因)構(gòu)成，存在 核酸酶 敏感位點(diǎn)，易被降解常染色質(zhì) 在核內(nèi)均勻分布，多位于核中央；一部分常染色質(zhì)

26、以袢環(huán)形式 伸入核仁rDNA常染色質(zhì) 多在S期的 早、中期 復(fù)制常染色質(zhì)是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件染色質(zhì)與染色體常染色質(zhì)與異染色質(zhì)染色質(zhì)與染色體2.異染色質(zhì)是處于功能惰性呈凝縮狀態(tài)的染色質(zhì)纖維異染色質(zhì) heterochromatin 在間期核中 處于凝縮狀態(tài)，結(jié)構(gòu)致密，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性，用堿性染料染色 著色較深異染色質(zhì) 在電鏡下 常位于核周，在核膜下異染色質(zhì) 分為兩大類：組成性異染色質(zhì) constitutive heterochromatin、兼性異染色質(zhì) facultative heterochromatin組成性異染色質(zhì) 是主要類型，在所有類型細(xì)胞、在各個(gè)發(fā)育階段，均處于 凝集狀態(tài)；多定位于 染色體的

27、 著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕；由相對(duì)簡(jiǎn)單的 高度重復(fù)序列 組成，參與 染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成；與常染色質(zhì)相比，晚復(fù)制、早凝縮兼性異染色質(zhì) 在某些細(xì)胞類型、一定發(fā)育階段，由常染色質(zhì) 凝聚 并喪失轉(zhuǎn)錄活性，而變成的 異染色質(zhì)；高度分化的細(xì)胞含量多如 雌性哺乳動(dòng)物 一對(duì)X染色體，一條為常染色質(zhì)，另一條為異染色質(zhì)染色質(zhì)與染色體2.異染色質(zhì)是處于功能惰性呈凝縮狀態(tài)的染色質(zhì)纖維染色質(zhì)與染色成了 異染色質(zhì)的 那條X染色體，在間期核內(nèi) 固縮成 巴氏小體 Barr body 減數(shù)分裂時(shí)，被激活，變成常染色質(zhì)人胚16天，一條X染色體 就變成 巴氏小體，檢查羊水細(xì)胞 可判定胎兒性別兼性異染色質(zhì) 總量變化 與細(xì)胞類型有關(guān)，

28、低分化的細(xì)胞 含量少，高分化的細(xì)胞 含量多隨細(xì)胞分化，一些基因 因染色質(zhì)凝集 而逐漸關(guān)閉，喪失活性；因此，染色質(zhì) 緊密折疊壓縮 可能是 關(guān)閉基因活性的 途徑之一染色質(zhì)與染色體成了 異染色質(zhì)的 那條X染色體，在間期核內(nèi) 固縮成 巴氏小體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)經(jīng)組裝形成染色體人一個(gè)細(xì)胞核中的DNA約30億個(gè)堿基對(duì)，總長(zhǎng)2米；而細(xì)胞核直徑 只有58m，所以 染色質(zhì)DNA 必須包裝壓縮近萬(wàn)倍1.核小體為染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位用核酸酶 消化染色質(zhì)，得到大約 200bp的片段；而如果用核酸酶處理裸露的DNA分子，會(huì)得到長(zhǎng)度不等的隨機(jī)降解片段；R.Kornberg 以此實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，1974年，建立

29、了 核小體模型核小體 nucleosome 是染色體的基本結(jié)構(gòu)單位，為直徑11nm的圓盤狀 顆粒，由200bp左右的DNA分子 及一個(gè)組蛋白八聚體形成又稱 染色體組裝的一級(jí)結(jié)構(gòu)組蛋白八聚體：四個(gè)異二聚體，兩個(gè) H2AH2B，兩個(gè)H3H4每個(gè)組蛋白八聚體外 纏繞1.75圈DNA，長(zhǎng)146bp相鄰兩個(gè)核小體間 有一段DNA，稱 連接DNA (linker DNA)，在不同物質(zhì)中，此 片段長(zhǎng)度不同，080bp，平均60bp染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)經(jīng)組裝形成染色體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體H1組蛋白 結(jié)合部分linker DNA 和組蛋白八聚體核心，穩(wěn)定 核小體146+60200bp，故每

30、200bp便出現(xiàn)一個(gè)核小體，形成 核小體串珠 組蛋白核心 常以特定的位點(diǎn) 結(jié)合DNA雙螺旋 小溝中 富含A-T的區(qū)域，有利于DNA分子在 組蛋白八聚體上的 彎曲纏繞；核小體 自我裝配染色質(zhì)與染色體H1組蛋白 結(jié)合部分linker DNA 和組蛋白八聚體核心核小體 將DNA分子壓縮了約7倍2.核小體進(jìn)一步螺旋形成螺線管電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)染色質(zhì) 以一種直徑30nm的 染色質(zhì)纖維 形式存在；這是在 核小體基礎(chǔ)上，在H1組蛋白參與下，形成的一種更緊密的結(jié)構(gòu)，叫 螺線管 solenoid，是 染色質(zhì)組裝的二級(jí)結(jié)構(gòu)螺線管 是核小體串珠結(jié)構(gòu) 盤旋纏繞形成的 中空管狀結(jié)構(gòu)，每圈螺線管 有6個(gè)核小體，外徑30

31、nm，內(nèi)徑10nm組蛋白H1分子 球狀、有兩個(gè)氨基酸臂，位于螺線管內(nèi)部，其球形中心 與核小體上 特異性位點(diǎn) 結(jié)合，而兩個(gè)氨基酸臂 與核小體的組蛋白核心的 特異位點(diǎn)結(jié)合，協(xié)助核小體包裝H1組蛋白 對(duì)螺線管的穩(wěn)定 起重要作用；螺線管 壓縮了 核小體 6倍染色質(zhì)與染色體核小體 將DNA分子壓縮了約7倍染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體3.螺線管進(jìn)一步包裝成染色體關(guān)于螺線管的進(jìn)一步包裝，尚存爭(zhēng)議，有兩種模型：多級(jí)螺旋化模型、染色體骨架-放射環(huán)模型染色體多級(jí)螺旋模型 multiple coiling model：30nm螺線管 進(jìn)一步螺旋化，形成直徑0.4m的圓筒狀結(jié)構(gòu)，稱：超螺線管supers

32、olenoid，是染色質(zhì)包裝的三級(jí)結(jié)構(gòu)；該過(guò)程螺線管結(jié)構(gòu) 被壓縮了近40倍超螺線管超螺線管進(jìn)一步螺旋折疊，纏繞形成 染色體的 四級(jí)結(jié)構(gòu)染色單體，此過(guò)程 超螺線管 被壓縮了5倍根據(jù) 多級(jí)螺旋化模型，從DNA到染色體，經(jīng)過(guò)四級(jí)包裝，DNA長(zhǎng)度被壓縮了 共 8400倍（ 764058400倍）染色質(zhì)與染色體3.螺線管進(jìn)一步包裝成染色體染色質(zhì)與染色體染色體骨架-放射環(huán)模型 scaffold-radial loop structure model：30nm的 螺線管纖維 折疊形成 袢環(huán)，沿 染色體縱軸 由中央向周圍 伸出，形成 放射環(huán)；每個(gè)袢環(huán) 長(zhǎng)約21m，包括核小體315個(gè)，每18個(gè) 袢環(huán) 呈放射狀

33、排列于同一平面上，并結(jié)合在 核骨架上，形成 微帶 miniband微帶 是染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的 組成單位，微帶 是染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的 組成單位，約106個(gè) 微帶 沿縱軸 排列形成 染色單體該模型 與細(xì)胞分裂中期染色體 電鏡形態(tài)吻合，并在某些特殊染色體，如 果蠅唾液腺細(xì)胞的 多線染色體和 兩棲類的卵母細(xì)胞的 燈刷染色體 中得到驗(yàn)證；提示 袢環(huán)結(jié)構(gòu) 可能是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的普遍特征染色質(zhì)與染色體染色體骨架-放射環(huán)模型 scaffold-radial l染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色體 是有絲分裂時(shí)，遺傳物質(zhì)的存在形式，在不同周期時(shí)相，形態(tài)有差異。間期染色質(zhì)；分

34、裂期染色體1.著絲粒將兩條姐妹染色單體相連主縊痕 primary constriction：中期 兩條姊妹染色單體的連接處，向內(nèi)凹陷、著色較淺的縊痕著絲粒 centromere：主縊痕處的染色質(zhì)部分，由高度重復(fù)序列的異染色質(zhì)組成，將染色體分成兩個(gè)臂根據(jù) 著絲粒 在染色體上的位置，中期染色體 分為四類：中著絲粒染色體：兩臂大致相等亞中著絲粒染色體：兩臂長(zhǎng)(q)短(p)不等端著絲粒染色體：著絲粒位于染色體一端，故只有一個(gè)臂近端著絲粒染色體：著絲?？拷旧w的一端，短臂很短染色質(zhì)與染色體染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)與染色體2.著絲粒-動(dòng)粒復(fù)合體介導(dǎo)紡錘絲與染色體的結(jié)合動(dòng)粒 kinetochore ：存在于

35、主縊痕兩側(cè)的特化的圓盤狀結(jié)構(gòu)，由多種蛋白質(zhì)組成，是細(xì)胞分裂時(shí)紡錘絲動(dòng)粒微管的附著部位著絲粒-動(dòng)粒區(qū)域是一種高度有序的整合結(jié)構(gòu)，稱為 著絲粒-動(dòng)粒復(fù)合體，可包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域：動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域：位于著絲粒外表面，由動(dòng)粒和纖維冠 組成，動(dòng)粒是3層板狀結(jié)構(gòu)致密的外層、低密度的中層、致密的內(nèi)層(連接染色質(zhì))中心結(jié)構(gòu)域：動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域內(nèi)面，是著絲粒主體，含高度重復(fù)DNA；對(duì) 著絲粒-動(dòng)力復(fù)合體 的形成和功能 有重要作用配對(duì)結(jié)構(gòu)域：中心結(jié)構(gòu)域內(nèi)表面，姊妹 染色單體連接位點(diǎn)，與姊妹染色單體配對(duì) 及分離關(guān)系密切；此區(qū)域兩類蛋白： 內(nèi)著絲粒蛋白、染色單體連接蛋白染色質(zhì)與染色體動(dòng)粒微管染色體中部（異染色質(zhì)區(qū)）2.著絲粒-動(dòng)粒復(fù)

36、合體介導(dǎo)紡錘絲與染色體的結(jié)合染色質(zhì)與染色體動(dòng)粒著絲粒周圍異染色質(zhì)著絲粒異染色質(zhì) 動(dòng)粒內(nèi)層 Interzone 動(dòng)粒外層 CENP-E Corona fiber 微管動(dòng)力蛋白 微管亞基在正端加上或者解離 含有多種蛋白結(jié)合到著絲粒異染色質(zhì)上 結(jié)合馬達(dá)蛋白，參與染色體運(yùn)動(dòng)，從而將微管維系在動(dòng)粒上作為 驅(qū)動(dòng)蛋白超家族成員，向微管正端移動(dòng) 染色質(zhì)與染色體向微管負(fù)端移動(dòng) 動(dòng)粒著絲粒周圍異染色質(zhì)著絲粒異染色質(zhì) 動(dòng)粒內(nèi)層 Inte3.次縊痕并非存在所有染色體上次縊痕 secondary constriction：是染色體上 除主縊痕之外的 淺染縊縮部位，并非存在于所有染色體上；其數(shù)量、位置、大小 是某些染色體

37、的形態(tài)特征鑒別 標(biāo)記4.隨體是位于染色體末端的球狀結(jié)構(gòu)隨體 satellite：是位于染色體末端的球狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)柄部凹陷縮窄的次縊痕與染色體主體部分相連；主要由異染色質(zhì)構(gòu)成，含高度重復(fù)序列，其形態(tài)、大小在染色體上恒定，是識(shí)別染色體的重要形態(tài)特征與隨體相連的次縊痕，含有多拷貝rRNA基因（5SrRNA除外），具有組織形成核仁能力的染色質(zhì)區(qū)，稱：核仁組織區(qū)（nucleolus organizing region, NOR）染色質(zhì)與染色體3.次縊痕并非存在所有染色體上染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體5.端粒是染色體末端的特化部分端粒 telomere：染色體末端的特化部位，富含G的高度重復(fù)

38、序列 與蛋白質(zhì)構(gòu)成，是染色體末端必不可少的結(jié)構(gòu)基因組內(nèi)所有端粒，由相同的 短串聯(lián)重復(fù)序列構(gòu)成， 該重復(fù)序列具有種屬特異性；端粒蛋白 保護(hù)端粒 免受酶類降解端粒的功能：保證染色體末端的完全復(fù)制，端粒DNA提供了復(fù)制線性DNA的模板在染色體兩端形成保護(hù)性帽結(jié)構(gòu)，使DNA免于被破壞，并保持染色體結(jié)構(gòu)完整在細(xì)胞的壽命、衰老和死亡以及腫瘤的發(fā)生和治療中起作用腫瘤細(xì)胞內(nèi)的 端粒酶 基因激活，由蛋白質(zhì)和 與端粒DNA序列 互補(bǔ)的RNA 構(gòu)成；以此RNA為模板 合成端粒DNA，彌補(bǔ)隨分裂丟失的 端粒DNA片段腫瘤永生化 原因之一染色質(zhì)與染色體5.端粒是染色體末端的特化部分染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染

39、色體核仁組織者區(qū) 位于染色體的次縊痕部位核仁組織區(qū) nuclear organizing region：含有rRNA基因(5SrRNA基因除外)的一段染色體區(qū)域，該部位rRNA基因 轉(zhuǎn)錄活躍，染色質(zhì)凝集程度低，是 淺染色的次縊痕，與核仁形成有關(guān)并非所有的次縊痕部分都是 核仁組織者區(qū)，rRNA基因從染色體上 伸出DNA袢環(huán)，每個(gè)rDNA袢環(huán) 就是一個(gè)核仁組織者區(qū)特殊類型的染色體1.多線染色體 polytene chromosome：是指一條染色體含有多條染色單體的現(xiàn)象（在雙翅目 搖蚊幼蟲唾液腺細(xì)胞中 發(fā)現(xiàn)）復(fù)制后染色單體不分離，平行排列相互連接在一起細(xì)胞周期 循環(huán)次數(shù)增多，多線性 逐漸提高，在光

40、鏡下表現(xiàn)為 沿染色體縱軸的 一系列 深淺交替的 帶與間帶大多數(shù)基因 分布于帶上，間帶上僅存少數(shù)基因染色質(zhì)與染色體補(bǔ)充ppt核仁組織者區(qū) 位于染色體的次縊痕部位染色質(zhì)與染色體補(bǔ)充ppt 在果蠅發(fā)育中，多線染色體的某些帶膨大，形成蓬松的袢環(huán)結(jié)構(gòu)，每個(gè)袢環(huán) 有一個(gè)基因，隨著轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，袢環(huán)將逐漸由折疊狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài) 圖示：果蠅幼蟲 唾液腺多線染色體；不同時(shí)間內(nèi)，代表活躍轉(zhuǎn)錄的 膨脹區(qū)域的 增大和消退染色質(zhì)與染色體補(bǔ)充ppt 在果蠅發(fā)育中，多線染色體的某些帶膨大，形成蓬松的袢環(huán)2.燈刷染色體 lampbrush chromosome：普遍存在與魚類、兩棲類等動(dòng)物 卵母細(xì)胞中的 形似燈刷的 特殊巨大染

41、色體通常出現(xiàn)在 卵母細(xì)胞的 雙線期，兩條同源染色體 交叉相連，含4條單體由 染色粒chromomere深染的高密度顆粒，串聯(lián)組成 染色單體的主軸，為染色單體 緊密折疊區(qū)域，由主軸向兩側(cè) 伸出側(cè)環(huán)，為DNA轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域一套燈刷染色體約有10,000個(gè)側(cè)環(huán)，每個(gè)側(cè)環(huán)由 一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位 或幾個(gè)轉(zhuǎn)錄單位 組成染色質(zhì)與染色體Fluorescence light micrograph showing a portion of lampbrush chromosome補(bǔ)充ppt2.燈刷染色體 lampbrush chromosome：普核型與染色體帶型核型 karyotype：是指一個(gè)體細(xì)胞中的 全部染色體，

42、按其大小、形態(tài)特征順序排列所構(gòu)成的圖像核型分析：將待測(cè)細(xì)胞的核型進(jìn)行染色體數(shù)目、形態(tài)特征的分析染色質(zhì)與染色體核型與染色體帶型染色質(zhì)與染色體通常采用普通染色和顯帶染色技術(shù)來(lái)鑒別染色體，普通染色使整條染色體著色 如 Giemsa染色，不能辨別染色體，精確度不高顯帶染色將染色體經(jīng)過(guò)一定的處理，用特定染料染色，是染色體 沿其長(zhǎng)軸顯示 深淺各異、寬窄不同的條紋，構(gòu)成 染色體的帶型。如：G顯帶(先用堿或胰蛋白酶處理)、 Q顯帶、C顯帶、高分辨顯帶（對(duì)前中期染色體處理） 顯帶染色 可精確識(shí)別 每一條染色體，還能檢測(cè) 各條染色體的微小結(jié)構(gòu)變化，如 缺失、易位等染色體顯帶技術(shù)的重要應(yīng)用是：明確鑒別任何一條染色體

43、，甚至某一易位片段；探討遺傳病的發(fā)病機(jī)制、物種間的親緣關(guān)系、遠(yuǎn)緣雜交的鑒定染色質(zhì)與染色體人類1號(hào)染色體與另外幾種靈長(zhǎng)類的1號(hào)染色體的G顯帶比較顯示人類與黑猩猩親緣關(guān)系最近通常采用普通染色和顯帶染色技術(shù)來(lái)鑒別染色體，普通染色使整染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體著絲粒位置人類染色體帶型可見13, 14, 15, 21, 22號(hào)染色體，具有隨體，其次縊痕處DNA序列含有rRNA基因，編碼rRNA即此處為核仁組織者染色質(zhì)與染色體著絲粒位置人類染色體帶型染色質(zhì)與染色體按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，核型的描述：染色體總數(shù)（包括性染色體）；性染色體組成，兩者間用逗號(hào)隔開。46，XX；46，XY巴黎會(huì)議染色體命名規(guī)則：染色體短臂p

44、、長(zhǎng)臂q從著絲粒起，向外沿著染色體臂按順序編號(hào)分成區(qū)，區(qū)內(nèi)再分成帶，帶內(nèi)再按順序細(xì)分：亞帶亞帶本身再分，則只加數(shù)字，不用 標(biāo)點(diǎn)：如14q32.31表示14號(hào) 染色體長(zhǎng)臂區(qū)帶3亞帶1位染色質(zhì)與染色體按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，核型的描述：染色體總數(shù)（包括性染色體）；性染色體核仁 Nucleolous：真核細(xì)胞 間期核中 最明顯的結(jié)構(gòu)，光鏡下 均勻、海綿狀的球體，其形狀、大小、數(shù)目與細(xì)胞種類、生理狀態(tài)有關(guān)每個(gè)細(xì)胞中 有核仁12個(gè)，甚至多個(gè)蛋白質(zhì)合成旺盛、生長(zhǎng)活躍的細(xì)胞，核仁很大；蛋白質(zhì)合成不活躍的細(xì)胞，核仁很小或不明顯在核中的 位置不固定，生長(zhǎng)旺盛的細(xì)胞，常有“核仁趨邊”現(xiàn)象，可能有利于 核內(nèi)外物質(zhì)交換1.核仁的

45、主要成分核仁的主要三種化學(xué)成分：RNA、DNA、蛋白質(zhì)干重中，蛋白質(zhì) 占80%左右、RNA占10%左右、DNA占8%2.核仁的結(jié)構(gòu)核仁無(wú)膜包裹，電鏡下是多種成分構(gòu)成的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分為三個(gè)區(qū)域：纖維中心 FC、致密纖維組分 DFC、顆粒成分 GC核 仁核仁 Nucleolous：真核細(xì)胞 間期核中 最明顯的結(jié)構(gòu)核仁致密纖維組分纖維中心顆粒成分核 仁核仁致密纖維組分纖維中心顆粒成分核 仁核仁的纖維中心是分布有rRNA基因的染色質(zhì)區(qū)纖維中心 fibrillar center, FC，在電鏡下包埋于顆粒組分內(nèi)部的，低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)體，是rRNA基因rDNA的存在部位rDNA是 從染色體上伸展出來(lái)

46、的 DNA袢環(huán)，袢環(huán)上rRNA基因串聯(lián)排列，進(jìn)行高速轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生rRNA，組織形成核仁，故每一個(gè)rDNA袢環(huán)稱為 一個(gè) 核仁組織區(qū)（nucleolar organizing region, NOR）或 核仁組織者（nucleolar organizer）人類rRNA基因位于5對(duì)染色體的次縊痕部位， 13, 14, 15, 21, 22號(hào)染色體，共有10條染色體分布有rDNA；主要定位在 核仁染色體次縊痕部位核 仁核仁的纖維中心是分布有rRNA基因的染色質(zhì)區(qū)核 仁電鏡下 串聯(lián)排列的rRNA基因的轉(zhuǎn)錄 （V.E. Foe, 1978）核 仁電鏡下 串聯(lián)排列的rRNA基因的轉(zhuǎn)錄 （V.E. Foe,

47、核 仁核 仁核仁的致密纖維組分包含處于不同轉(zhuǎn)錄階段的rRNA分子致密纖維組分 dense fibrillar component，DFC：是核仁內(nèi) 電子密度最高的區(qū)域，由致密的纖維構(gòu)成，呈環(huán)形或半月形 包圍 纖維中心電鏡下 該區(qū)由緊密排列的細(xì)纖維絲組成，直徑510nm，長(zhǎng)度約2040nm，主要含正在轉(zhuǎn)錄的rRNA分子、核糖體蛋白、某些特異性RNA結(jié)合蛋白，如：核仁纖維蛋白fibrillarin、核仁素nucleolin電鏡下原位分子雜交表明，rRNA以很高的密度存在于致密纖維組分內(nèi)核仁的顆粒組分由正在加工的rRNA及蛋白質(zhì)構(gòu)成顆粒組分 granular component, GC，電子密度大的

48、顆粒，直徑1520nm，圍繞在纖維組分外側(cè)該區(qū)域是rRNA基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)一步加工、成熟的部位顆粒組分主要由 rRNA和蛋白質(zhì) 組成的核糖核蛋白顆粒，為處于不同加工、成熟階段的 核糖體亞基前體核 仁核仁的致密纖維組分包含處于不同轉(zhuǎn)錄階段的rRNA分子核 核 仁核仁的大小 主要由 顆粒組分 決定核 仁核仁的大小 主要由 顆粒組分 決定核仁區(qū) 含有一些 無(wú)定形的蛋白質(zhì)性液體物質(zhì)，稱 核仁基質(zhì)nucleolar matrix，包裹著 纖維中心、致密纖維組分、顆粒組分，電子密度低，與核基質(zhì)相通rDNA 存在區(qū)域纖維中心rRNA轉(zhuǎn)錄纖維中心 與 致密纖維組分 rRNA轉(zhuǎn)錄出來(lái)后，首先在 致密纖維組分 處開

49、始 加工，有些加工在 顆粒成分 處進(jìn)行核糖體 大小亞基 裝配顆粒成分 處進(jìn)行核 仁核仁區(qū) 含有一些 無(wú)定形的蛋白質(zhì)性液體物質(zhì)，稱 核仁基質(zhì)nu3.核仁的功能除5S rRNA外，真核生物所有rRNA都在 核仁內(nèi)合成構(gòu)成核糖體的多種蛋白成分，在細(xì)胞質(zhì)中合成后，轉(zhuǎn)運(yùn)到核仁，在顆粒成分區(qū) 裝配成核糖體大小亞基，再轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)中核仁是rRNA基因轉(zhuǎn)錄和加工的場(chǎng)所哺乳類的核仁中 有串聯(lián)排列的rRNA基因，在RNA聚合酶作用下，每個(gè)基因轉(zhuǎn)錄 長(zhǎng)13 000bp的初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，即45S rRNArDNA分布于很小的 核仁組織者區(qū)，成簇串聯(lián)重復(fù)排列，有利于 RNA聚合酶的 高效、連續(xù)運(yùn)作人類每個(gè)基因組(單倍染色體

50、上的所有序列)約有200拷貝 rRNA基因，成簇串聯(lián)排列在 5條不同的染色體上：13, 14, 15, 21, 22號(hào)電鏡觀察可見，新合成的rRNA 沿rDNA長(zhǎng)軸 垂直分布，類似 圣誕樹；每個(gè)圣誕樹是一個(gè)rDNA和多個(gè)轉(zhuǎn)錄中rRNA，rDNA的串聯(lián)有間隔序列核 仁3.核仁的功能核 仁45S rRNA前體 經(jīng)過(guò)加工，形成5.8S、18S和28S rRNA小核仁RNA (small nulceolar RNA, snoRNA) 在這一加工過(guò)程中 起重要作用5SrRNA基因 也串聯(lián)成簇排列，由 RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄，經(jīng)加工后 轉(zhuǎn)運(yùn)到核仁處，參與核糖體亞基的組裝核仁是核糖體亞基裝配的場(chǎng)所rRNA前體的

51、加工，是先與組成核糖體的蛋白質(zhì) 形成 核糖核蛋白體 后再進(jìn)行加工，一邊轉(zhuǎn)錄一邊進(jìn)行核糖體亞基的組裝核 仁2個(gè)正在轉(zhuǎn)錄的rRNA基因 許多RNA聚合酶分子同時(shí)轉(zhuǎn)錄, 轉(zhuǎn)錄方向從左到右45S rRNA前體 經(jīng)過(guò)加工，形成5.8S、18S和28S“S ”指超速離心中顆粒的沉降速度，一般，顆粒越大，沉降系數(shù)越大45S RNA前體化學(xué)修飾剪接降解的核苷酸序列由他處生成的5SRNA并入核糖體小亞基并入核糖體大亞基45S rRNA的剪接核 仁“S ”指超速離心中顆粒的沉降速度，一般，顆粒越大，沉降系數(shù)核 仁核 仁 45S rRNA前體 結(jié)合來(lái)自胞質(zhì)的80多種蛋白質(zhì)，然后在酶的催化下，失去一些RNA與蛋白質(zhì)，

52、裂解形成： 28SrRNA、18SrRNA、5.8SrRNA 核 仁 45S rRNA前體 結(jié)合來(lái)自胞質(zhì)的80多種蛋白質(zhì)4.核仁周期核仁 在細(xì)胞周期出現(xiàn)的 一系列結(jié)構(gòu)和功能的 周期性變化，稱：核仁周期 nucleolar cycle有絲分裂前期，染色質(zhì)凝集，所有RNA 合成停止，rDNA袢環(huán) 收縮回到 相應(yīng)染色體的 核仁組織區(qū)；核仁先變形變小，顆粒組分、纖維組分 逐漸消失在 周圍核質(zhì)中中期和后期核仁消失有絲分裂末期，核仁組織者區(qū)的 rDNA去凝集，重新開始轉(zhuǎn)錄rRNA，核仁的纖維組分和顆粒組分開始生成，核仁出現(xiàn)在核仁周期變化中，rRNA基因的活性表達(dá)是核仁重建的必要條件；核仁開始出現(xiàn)時(shí)較小，數(shù)

53、目較多，融合形成大核仁核膜核仁核仁解聚核仁形成G1MitosisSG2核 仁4.核仁周期核膜核仁核仁核仁G1MitosisSG2核 核骨架 nuclear scaffold，又稱 核基質(zhì) nuclear matrix：是指 真核細(xì)胞 間期細(xì)胞核中 除核膜、染色質(zhì)和核仁 外的部分，是一個(gè)以 非組蛋白為主 構(gòu)成的纖維網(wǎng)架 結(jié)構(gòu)；其基本形態(tài)與細(xì)胞骨架相似，與細(xì)胞骨架有一定連系，稱為 核骨架核基質(zhì) 廣義概念：包括 核纖層、核孔復(fù)合體、殘存的核仁、不溶的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)核基質(zhì) 狹義概念：只單純指 網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)核 基 質(zhì)核骨架 nuclear scaffold，又稱 核基質(zhì) nu1.核基質(zhì)的組成成分與形態(tài)結(jié)構(gòu)核基

54、質(zhì)是充滿 核空間的 三維纖維蛋白網(wǎng)架，電鏡下是 粗細(xì)不均，直徑330nm的纖維組成；纖維單體 直徑34nm，較粗的是纖維單體聚合成經(jīng)過(guò) 鹽溶液與去垢劑處理，得到核骨架結(jié)構(gòu)，分布于整個(gè)核空間，縱橫交錯(cuò)，構(gòu)成網(wǎng)架；并連接 核纖層 與核孔復(fù)合體，并 與核外表的 中間纖維 相互聯(lián)系核基質(zhì)的主要成分是蛋白質(zhì)，其含量達(dá)90%以上，含少量RNA，但是RNA對(duì)維持核基質(zhì)三維網(wǎng)絡(luò)的完整性是必需的組成核基質(zhì)的蛋白質(zhì)成分較復(fù)雜，在不同類型細(xì)胞或不同生理狀態(tài)，均有明顯差異；用不同蛋白提取方法，得到的核骨架成分 有一定差異核基質(zhì)蛋白(非組蛋白的纖維蛋白) 多達(dá)200余種，分為兩類：核基質(zhì)蛋白、功能性的核基質(zhì)結(jié)合蛋白核

55、基 質(zhì)1.核基質(zhì)的組成成分與形態(tài)結(jié)構(gòu)核 基 質(zhì)核基質(zhì)蛋白NMP：多為纖維蛋白，有硫蛋白，是各類細(xì)胞共有的核基質(zhì)結(jié)合蛋白NMAP：其組成與細(xì)胞類型、分化程度、生理及病理狀態(tài) 有關(guān)2.核基質(zhì)的功能核基質(zhì)參與DNA復(fù)制 a.核基質(zhì)上錨泊DNA復(fù)制復(fù)合體DNA袢環(huán)與DNA復(fù)制有關(guān)的酶和因子，錨定在核基質(zhì)上，形成DNA復(fù)制復(fù)合體；DNA聚合酶在核基質(zhì)上 可能有特定結(jié)合位點(diǎn)；核基質(zhì)是DNA復(fù)制的空間支架b.核基質(zhì)上結(jié)合新合成的DNADNA袢環(huán)通過(guò) 特定位點(diǎn)（核基質(zhì)結(jié)合序列，富含AT）結(jié)合在核基質(zhì)上，條件復(fù)制的起始，新合成的DNA都最早出現(xiàn)在 核基質(zhì)上核 基 質(zhì)核基質(zhì)蛋白NMP：多為纖維蛋白，有硫蛋白，是各

56、類細(xì)胞共有的核c.核基質(zhì)上的DNA復(fù)制效率提高體外DNA復(fù)制時(shí)，效率很低，錯(cuò)誤很多；加入核基質(zhì)組分，效率大增核基質(zhì)參與基因轉(zhuǎn)錄和加工a.核基質(zhì)與基因轉(zhuǎn)錄活性密切相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，新合成的RNA存在于核基質(zhì)上，只有活躍轉(zhuǎn)錄基因才結(jié)合于核基質(zhì)，只有結(jié)合核基質(zhì)才能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄b.核基質(zhì)參與RNA的加工修飾核基質(zhì)與hnRNA的加工過(guò)程有密切聯(lián)系，hnRNA的加工常以RNP復(fù)合物的形態(tài)進(jìn)行，其中的蛋白質(zhì)有核基質(zhì)成分有人認(rèn)為hnRNA的polyA 可能就是hnRNA在核基質(zhì)上的附著點(diǎn)核基質(zhì)參與染色體構(gòu)建染色體組裝的放射環(huán)模型中，螺線管結(jié)構(gòu)折疊成的袢環(huán) 錨定在核基質(zhì)上，每18個(gè)袢環(huán)呈放射狀排列結(jié)合在核基質(zhì)上，構(gòu)成微

57、帶；核基質(zhì)可核 基 質(zhì)c.核基質(zhì)上的DNA復(fù)制效率提高核 基 質(zhì)能對(duì)間期細(xì)胞核內(nèi)DNA的空間構(gòu)型起維系和支架的作用核基質(zhì)與細(xì)胞分化相關(guān)核基質(zhì)的發(fā)達(dá)狀況與核內(nèi)RNA合成能力、細(xì)胞分化程度密切相關(guān)；分化程度高的細(xì)胞 RNA合成能力強(qiáng)，核基質(zhì)發(fā)達(dá)核基質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變，可導(dǎo)致基因選擇性轉(zhuǎn)錄活性的變化，引起細(xì)胞分化腫瘤細(xì)胞核基質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成異常，許多癌基因可結(jié)合于核基質(zhì)上，核基質(zhì)上也存在致癌物作用位點(diǎn)核 基 質(zhì)能對(duì)間期細(xì)胞核內(nèi)DNA的空間構(gòu)型起維系和支架的作用核 基遺傳信息的貯存和復(fù)制1.DNA復(fù)制是在多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)上進(jìn)行的半保留復(fù)制復(fù)制起始點(diǎn)處的 DNA雙鏈，在DNA解旋酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶 協(xié)助下，解開雙

58、螺旋結(jié)構(gòu)，然后單鏈DNA結(jié)合 單鏈結(jié)合蛋白，此時(shí) 解開的雙鏈與未解開的雙鏈間，形成 叉狀結(jié)構(gòu)，稱為”復(fù)制叉 replication fork“復(fù)制從 起始點(diǎn)開始，雙向進(jìn)行 直至到終點(diǎn)，每個(gè)這樣的 DNA單位復(fù)制子 replicon真核生物 每條染色體有 多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，人類基因組 有104105個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)細(xì)胞核的功能遺傳信息的貯存和復(fù)制細(xì)胞核的功能細(xì)胞核的功能細(xì)胞核的功能2.DNA復(fù)制為半不連續(xù)性復(fù)制DNA聚合酶 催化合成DNA鏈的方向 只能是53，需要3末端以35方向?yàn)槟０彐?，DNA沿53方向連續(xù)復(fù)制，速度快，稱為“前導(dǎo)鏈”而以53方向?yàn)槟０彐?，DNA合成方向與復(fù)制叉推進(jìn)方向相反，合成過(guò)程需

59、要 引物primer，即約10bp的RNA序列，提供3端每個(gè)引物只能起始合成一段100200bp的DNA片段，稱“岡崎片段”因此 在53方向模板鏈上，DNA復(fù)制不連續(xù)，此鏈合成減慢，稱“后隨鏈”細(xì)胞核的功能2.DNA復(fù)制為半不連續(xù)性復(fù)制細(xì)胞核的功能細(xì)胞核的功能前導(dǎo)鏈后隨鏈岡崎片段細(xì)胞核的功能前導(dǎo)鏈后隨鏈岡崎片段3.端粒酶能夠保持DNA復(fù)制時(shí)染色體末端的完整性端粒由端粒酶合成，端粒酶是由RNA和具有逆轉(zhuǎn)錄活性的蛋白質(zhì)(酶)組成的復(fù)合體；其RNA長(zhǎng)159bp，含 CAACCCCAA序列，為端粒DNA的合成提供模板，合成方向是53核內(nèi)DNA復(fù)制結(jié)束后，5 端的引物 被切除，因此雙鏈兩端的3 都有一段單鏈端粒酶激活后，結(jié)合在3 單鏈上，以其RNA為模板，延長(zhǎng)端粒DNA的3 端，從而補(bǔ)充因細(xì)胞分裂不斷變短的端粒DNA遺傳信息的