第八章細胞核與染色體詳解演示文稿

第八章細胞核與染色體詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有50頁\編輯于星期五優(yōu)選第八章細胞核與染色體現(xiàn)在是2頁\一共有50頁\編輯于星期五Nucleus&ChromosomeⅧ細胞核與染色體現(xiàn)在是3頁\一共有50頁\編輯于星期五》1781年Trontana發(fā)現(xiàn)于魚類細胞；》1831年，Brown發(fā)現(xiàn)于植物。》大?。旱偷戎参?~4μm，高等植物5-20μm,動物5-10μm。常以核質(zhì)比來估算核的大小。形狀：圓形，胚乳細胞(網(wǎng)狀）蝶類絲腺細胞(分支狀)?！肺恢茫杭毎醒?，成熟植物細胞的邊緣?！窋?shù)目：通常一個，成熟的篩管和紅細胞（0）、肝細胞、心肌細胞(1-2）、破骨細胞(6~50）、骨骼肌細胞(數(shù)百）、植物氈絨層細胞(2~4)。1現(xiàn)在是4頁\一共有50頁\編輯于星期五》結(jié)構(gòu)：①核被膜、②核仁、③核骨架、④染色質(zhì)。

》功能：①遺傳、②發(fā)育。2現(xiàn)在是5頁\一共有50頁\編輯于星期五1NuclearEnvelope》NuclearEnvelope,位于間期細胞核的最外層，是細胞核和細胞質(zhì)之間的界膜?！飞飳W(xué)意義：一方面構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障；避免生命活動的彼此干擾；保護DNA不受細胞骨架運動所產(chǎn)生的機械力的損傷。另一方面介導(dǎo)核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流。3現(xiàn)在是6頁\一共有50頁\編輯于星期五1.1核被膜是雙層膜結(jié)構(gòu)1.1.1Structure》外核膜outernuclearmembrane，附有核糖體顆?！穬?nèi)核膜innernuclearmembrane，有特有的蛋白成份（如LBR）》核纖層nuclearlamina》核周間隙perinuclearspace》核孔nuclearpore4現(xiàn)在是7頁\一共有50頁\編輯于星期五主要有以下三方面的意義:①基因表達的時空隔離②核膜作為保護性屏障,使核處于一微環(huán)境中③染色體的定位和酶分子的支架核被膜的形成對細胞生命活動的意義5現(xiàn)在是8頁\一共有50頁\編輯于星期五核孔運輸?shù)奶攸c1.既有被動運輸,又有主動運輸2.核孔運輸?shù)碾p向性3.核孔運輸?shù)男盘栔笇?dǎo)

核孔的運輸作用從細胞核向細胞質(zhì)運輸需要5ˊ帽子結(jié)構(gòu)的試驗證明5現(xiàn)在是9頁\一共有50頁\編輯于星期五1.1.2核被膜在細胞周期中的崩解與裝配》新核膜來自舊核膜，且核被膜的去組裝是非隨機的，具有區(qū)域特異性domain-specific。7現(xiàn)在是10頁\一共有50頁\編輯于星期五1.2NuclearPoreComplex,NPC》內(nèi)外核膜在某些部位相互融合，形成環(huán)狀開口，稱為核孔Nuclearpore,在核孔上鑲嵌著由多種蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，稱為核孔復(fù)合體NuclearPoreComplex,NPC?！芬话悴溉閯游锛毎骄?000個核孔。》細胞核活動旺盛的細胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。8現(xiàn)在是11頁\一共有50頁\編輯于星期五1.2.1ThestructuralmodelofNPC》核孔直徑80-120nm，NPC的直徑120-150nm.》研究NPC形態(tài)結(jié)構(gòu)的經(jīng)典方法：超薄切片技術(shù)；負染色技術(shù)；冷凍蝕刻技術(shù)。20世紀80年代后，SEM技術(shù)和快速冷凍-冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用，為NPC結(jié)構(gòu)研究提供條件?！吩陔婄R下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認為其結(jié)構(gòu)如fish-trap（捕魚籠/魚籃模型）model。9現(xiàn)在是12頁\一共有50頁\編輯于星期五高分辯率掃描電鏡觀察的核孔復(fù)合物照片

10現(xiàn)在是13頁\一共有50頁\編輯于星期五抽提后核孔核質(zhì)面的結(jié)構(gòu)（SEM）11現(xiàn)在是14頁\一共有50頁\編輯于星期五1.胞質(zhì)環(huán)cytoplasmicring，外環(huán)；2.核質(zhì)環(huán)nuclearring，內(nèi)環(huán)；3.輻spoke,可分三個結(jié)構(gòu)域－柱狀亞單位（columnsubunit）－腔內(nèi)亞單位(luminalsubunit)－環(huán)帶亞單位（annularsubunit）4.中央栓centralplug，又稱transporter。FishTrapModel呈八重對稱分布：核孔復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模型中央運輸?shù)鞍咨斐龅?個輻條與胞質(zhì)環(huán)和核質(zhì)環(huán)相連,另有8個籃和8個細胞質(zhì)顆粒在核孔復(fù)合物中呈現(xiàn)8重對稱分布。12現(xiàn)在是15頁\一共有50頁\編輯于星期五1.2.2ThecompositionofNPC》構(gòu)成核孔復(fù)合體的蛋白統(tǒng)稱為“核孔蛋白”nucleoporin，Nup。》核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其總相對分子質(zhì)量約為125×106，推測可能含有100余種不同的多肽，共1000多個蛋白質(zhì)分子。13現(xiàn)在是16頁\一共有50頁\編輯于星期五14現(xiàn)在是17頁\一共有50頁\編輯于星期五1.2.3ThefunctionofNPC》NPC的功能：核質(zhì)交換的雙向、雙功能、選擇性親水性通道。－雙向：入核、出核；－雙功能：被動運輸、主動運輸。15現(xiàn)在是18頁\一共有50頁\編輯于星期五(一)通過NPC的被動運輸》根據(jù)資料推測，NPC的中央通道在介導(dǎo)被動運輸時直徑約為9nm，相當于可以允許60kDa以下的球形蛋白自由通過；》由于各種因素的影響，并不是所有直徑10nm以下的分子在核被膜兩側(cè)均勻分布；16現(xiàn)在是19頁\一共有50頁\編輯于星期五(二)通過NPC的主動運輸1.選擇性和雙向性－對運輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被調(diào)節(jié)約10～20nm，甚至可達26nm；－是一個信號識別與載體介導(dǎo)的過程，需要消耗能量，并表現(xiàn)出飽和動力學(xué)特征；－具有選擇雙向性，即選擇性地對不同的物質(zhì)進行核輸入或核輸出。17現(xiàn)在是20頁\一共有50頁\編輯于星期五NPC主動運輸?shù)碾p向性18現(xiàn)在是21頁\一共有50頁\編輯于星期五2.親核蛋白與核定位信號》親核蛋白（karyophilicprotein）:在細胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進入細胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì).》核定位信號（nuclearlocalizationsignal，NLS）：引導(dǎo)蛋白質(zhì)進入細胞核的一段信號序列。受體為importin(輸入蛋白)。–第一個被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，序列為：pro-pro-lyslys-lys-Arg-Lys-val。–NLS對連接的蛋白質(zhì)無特殊要求，可存在于親核蛋白的不同部位，完成輸入后不被切除?！稲an蛋白，一類G蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形成。19現(xiàn)在是22頁\一共有50頁\編輯于星期五T抗原NLS突變實驗富含賴氨酸的核定位信號是輸入蛋白的一個重要特征進入細胞核保留在細胞質(zhì)20現(xiàn)在是23頁\一共有50頁\編輯于星期五核質(zhì)蛋白輸入細胞核的實驗這一實驗結(jié)果說明尾部具有核定位信號,并且只要有一個尾部結(jié)構(gòu),就可將全部的頭部帶入細胞核21現(xiàn)在是24頁\一共有50頁\編輯于星期五圖親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運結(jié)合：需核定位信號識別并結(jié)合輸入蛋白；轉(zhuǎn)運：需GTP水解提供能量22現(xiàn)在是25頁\一共有50頁\編輯于星期五3.出核轉(zhuǎn)運和核輸出信號》不同RNA的出核轉(zhuǎn)運：－RNApolI轉(zhuǎn)錄的rRNA分子：以RNP的形式離開細胞核，需要能量；－RNApolIII轉(zhuǎn)錄的5srRNA與tRNA的核輸出由蛋白質(zhì)介導(dǎo)；－RNApolII轉(zhuǎn)錄的hnRNA，在核內(nèi)進行5’端加帽和3’端附加PolyA序列以及剪接等加工過程，然后形成成熟的mRNA出核；》核輸出信號（nuclearexportsignal,NES），引導(dǎo)RNP輸出細胞核，受體為exportin。23現(xiàn)在是26頁\一共有50頁\編輯于星期五》mRNA的出核轉(zhuǎn)運過程是有極性的，其5’端在前，3’端在后。24現(xiàn)在是27頁\一共有50頁\編輯于星期五2Chromatin》1848年，Hofmeister發(fā)現(xiàn)于鴨跖草的小孢子母細胞?！?879年，W.Flemming提出Chromatin?！?888年，Waldeyer提出Chromosome。25現(xiàn)在是28頁\一共有50頁\編輯于星期五》染色質(zhì)（chromatin）:指間期細胞核內(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),是間期細胞遺傳物質(zhì)存在的形式。》染色體(Chromosome):指細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中,由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)?！啡旧|(zhì)與染色體是在細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。Chromatin

&

Chromosome26現(xiàn)在是29頁\一共有50頁\編輯于星期五2.1Chemicalcomposition》組成：DNA、組蛋白Histone、非組蛋白Nonhistone、少量RNA?！稤NA:Histone較為穩(wěn)定，約1:1；DNA:Nonhistone變化較大；DNA:RNA約為10:1。27現(xiàn)在是30頁\一共有50頁\編輯于星期五2.1.1DNA》凡是具有細胞形態(tài)的所有生物其遺傳物質(zhì)都是DNA。在真核細胞中，每條未復(fù)制的染色體包裝一條DNA分子?！稧enome：一個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。28現(xiàn)在是31頁\一共有50頁\編輯于星期五（一）DNA分子一級結(jié)構(gòu)具有多樣性1.單一序列；2.中度重復(fù)DNA序列；－短散在重復(fù)元件（shortinterspersedelements，SINEs）－長散在重復(fù)元件（longinterspersedelements，LINEs）

3.高度重復(fù)DNA序列－衛(wèi)星DNA（satelliteDNA），主要分布在染色體著絲粒部位；－小衛(wèi)星DNA（minisatelliteDNA），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)（DNAfinger-printing）作個體鑒定；－微衛(wèi)星DNA（microsatelliteDNA）重復(fù)單位序列最短，具高度多態(tài)性，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標志。29現(xiàn)在是32頁\一共有50頁\編輯于星期五DNAfinger-printing作個體鑒定30現(xiàn)在是33頁\一共有50頁\編輯于星期五（二）DNA二級結(jié)構(gòu)具有多形性》①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。31現(xiàn)在是34頁\一共有50頁\編輯于星期五2.1.2Histone》真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，帶正電荷(?)，富含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種，分為：–核心組蛋白（corehistone）：H2A、H2B、H3、H4；–連接組蛋白（linkerhistone）：H1。結(jié)構(gòu)：》核心組蛋白高度保守，沒有種屬及組織特異性，尤其是H4?！?/p>

H1是多樣性，具有一定的屬(genus)和組織特異性。大多數(shù)細胞中都有部分組蛋白的某些堿性氨基酸側(cè)鏈被磷酸化、乙酰化或甲基化以及ADP的核糖化等修飾32現(xiàn)在是35頁\一共有50頁\編輯于星期五組蛋白的修飾作用33現(xiàn)在是36頁\一共有50頁\編輯于星期五2.1.3Nonhistone》非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性；》對DNA具有識別特異性，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)；》功能：幫助DNA折疊；協(xié)助DNA復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達。非組蛋白在染色體構(gòu)建中的作用34現(xiàn)在是37頁\一共有50頁\編輯于星期五非組蛋白和DNA不同的結(jié)合模式1.α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)2.鋅指模式(Zincfingermotif)3.亮氨酸拉鏈模式(Leucinezippermotif，ZIP)4.螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helixmotif，HLH)5.HMG-盒結(jié)構(gòu)模式（HMG-boxmotif）：35現(xiàn)在是38頁\一共有50頁\編輯于星期五》多以α-helix和DNA大溝識別并結(jié)合，進而影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。36現(xiàn)在是39頁\一共有50頁\編輯于星期五2.2Nucleosome》染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位—核小體(nucleosome)。37現(xiàn)在是40頁\一共有50頁\編輯于星期五2.2.1Mainexperimentalproof1.鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察38現(xiàn)在是41頁\一共有50頁\編輯于星期五2.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.39現(xiàn)在是42頁\一共有50頁\編輯于星期五3.應(yīng)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究.》核小體顆粒是直徑為11nm、高6.0nm的扁園柱體，具有二分對稱性。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H2A﹒H2B異二聚體結(jié)合形成八聚體圖X-射線晶體衍射(2.8A)所揭示的核小體三維結(jié)構(gòu)40現(xiàn)在是43頁\一共有50頁\編輯于星期五2.2.2核小體結(jié)構(gòu)要點1.每個核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個組蛋白八聚體核心(Core)及一個分子H1；2.由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒；3.146bp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20bpDNA，鎖住核小體DNA的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用；4.兩個相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長度60bp，不同物種變化值為0～80bp；41現(xiàn)在是44頁\一共有50頁\編輯于星期五5.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；6.核小體沿DNA的定位受不同因素的影響，進而通過核小體相位改變影響基因表達。42現(xiàn)在是45頁\一共有50頁\編輯于星期五