細(xì)胞核(翟中和細(xì)胞生物學(xué)全套)

高分辨率的“受激發(fā)射顯微鏡”（Super-resolutionmicroscopy）Imagingchromophoreswithundetectablefluorescencebystimulatedemissionmicroscopy

要在衍射極限之外成像（比如說為了觀測(cè)細(xì)胞中的微小結(jié)構(gòu)），研究人員迄今為止必需依賴于用熒光發(fā)色團(tuán)對(duì)成像目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，或依賴于不利用熒光、但靈敏度也要差得多的其他顯微鏡技術(shù)?，F(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系的一個(gè)小組開發(fā)出了另外一種技術(shù)，被稱為“受激發(fā)射顯微鏡”，它結(jié)合了以前用在其他多光子顯微鏡中的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。該方法的靈敏度在包括無標(biāo)記微管成像和用一個(gè)“chromogenicreporter”來監(jiān)測(cè)lacZ基因表達(dá)的應(yīng)用中得到展示。該方法的靈敏度比吸收方法高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，不受樣品中其他發(fā)色團(tuán)的干擾，而且適用于三維切片觀測(cè)。重要的是，所有分子都是“受激發(fā)射顯微鏡”的潛在觀測(cè)目標(biāo)，所以它可用來對(duì)不發(fā)熒光的物質(zhì)進(jìn)行成像觀測(cè)，如血紅蛋白，這些物質(zhì)以前用超高分辨率的顯微鏡無法觀測(cè)。（Letterp.1105;News&Views）

現(xiàn)在是1頁\一共有77頁\編輯于星期三第十二章細(xì)胞核THECELLNUCLEUS現(xiàn)在是2頁\一共有77頁\編輯于星期三1781年Trontana發(fā)現(xiàn)于魚類細(xì)胞；1831年，Brown發(fā)現(xiàn)于植物。大?。褐参?~4μm，動(dòng)物10μm。正常細(xì)胞核質(zhì)比NP≈0.5，分裂期細(xì)胞NP>0.5，衰老細(xì)胞NP<0.5?，F(xiàn)在是3頁\一共有77頁\編輯于星期三形狀：圓形，胚乳(網(wǎng)狀）、蝶類絲腺(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)，成熟的篩管和哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞（0）、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞(1-2）、破骨細(xì)胞(6~50）、骨骼肌細(xì)胞(數(shù)百）、植物氈絨層細(xì)胞(2~4)?，F(xiàn)在是4頁\一共有77頁\編輯于星期三Nucleusstructure結(jié)構(gòu)：①核被膜、②核仁、③核基質(zhì)、④染色質(zhì)、⑤核纖層。功能：①遺傳、②發(fā)育?，F(xiàn)在是5頁\一共有77頁\編輯于星期三第一節(jié)核被膜

Nuclearenvelope現(xiàn)在是6頁\一共有77頁\編輯于星期三一、核被膜是雙層膜結(jié)構(gòu)外核膜：來源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，附有核糖體。核周隙：寬20~40nm，與ER腔相通。核纖層：內(nèi)核膜內(nèi)表面的纖維網(wǎng)絡(luò)，支持核膜，并與染色質(zhì)、核骨架相連?，F(xiàn)在是7頁\一共有77頁\編輯于星期三Thenuclearenvelope現(xiàn)在是8頁\一共有77頁\編輯于星期三核纖層由核纖肽構(gòu)成，屬IF，分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：M期核纖層被磷酸化，核膜解體。B型核纖肽與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)。分裂末期，核纖肽去磷酸化重新組裝，介導(dǎo)核膜重建?，F(xiàn)在是9頁\一共有77頁\編輯于星期三Thestructureoflamin現(xiàn)在是10頁\一共有77頁\編輯于星期三Lamins現(xiàn)在是11頁\一共有77頁\編輯于星期三現(xiàn)在是12頁\一共有77頁\編輯于星期三二、核孔是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ?/p>

由至少50種不同的pr構(gòu)成，稱為核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex，NPC）。一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞約3000個(gè)核孔。電鏡下觀察核孔呈圓形或八角形，一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)如fish-trap。現(xiàn)在是13頁\一共有77頁\編輯于星期三Cytoplasmicface

cytoplasmicparticles現(xiàn)在是14頁\一共有77頁\編輯于星期三Nuclearface

basketinnercomplex現(xiàn)在是15頁\一共有77頁\編輯于星期三TheNuclearPore現(xiàn)在是16頁\一共有77頁\編輯于星期三三、通過核孔的物質(zhì)運(yùn)輸與信號(hào)序列有關(guān)核定位信號(hào)（NLS）：引導(dǎo)蛋白進(jìn)入細(xì)胞核，受體為importin，4-8個(gè)氨基酸組成，含Pro、Lys和Arg。完成核輸入后不被切除。第一個(gè)被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，其NLS為：Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val現(xiàn)在是17頁\一共有77頁\編輯于星期三核輸出信號(hào)（NES），引導(dǎo)RNP輸出細(xì)胞核，受體為exportin。Ran蛋白，屬G蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形成。蛋白輸入過程參見下圖：現(xiàn)在是18頁\一共有77頁\編輯于星期三ProcessofNuclearImport現(xiàn)在是19頁\一共有77頁\編輯于星期三ColloidalgoldlabeledNucleoplasminweretransportedintonucleus.Mitochondrion現(xiàn)在是20頁\一共有77頁\編輯于星期三第二節(jié)染色體1848年，Hofmeister發(fā)現(xiàn)于鴨跖草的小孢子母細(xì)胞。1879年，F(xiàn)lemming提出Chromatin。1888年，Waldeyer提出Chromosome?，F(xiàn)在是21頁\一共有77頁\編輯于星期三一、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。現(xiàn)在是22頁\一共有77頁\編輯于星期三（一）DNA3種序列：①單一序列；②中度重復(fù)序列（101~5）；③高度重復(fù)序列（>105）。3種構(gòu)像：①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。3種基本元素：①自主復(fù)制序列(ARS)；②著絲粒序列(CEN)；③端粒序列(TEL)。YAC與BAC：含上述3種成分，用于轉(zhuǎn)基因?，F(xiàn)在是23頁\一共有77頁\編輯于星期三THREE

DNA

CONFORMATIONS現(xiàn)在是24頁\一共有77頁\編輯于星期三主要特征螺旋類型ABZ螺旋直徑螺旋方向螺旋值／bpbp／每圈螺旋垂直升距／bp螺旋軸位置大溝小溝23A右手+34.7o11.02.56A位于大溝，不穿過堿基對(duì)窄而深寬而淺19A右手+34.6o10.43.38A穿過堿基對(duì)寬而深窄而淺12A左手-30o12.05.71A位于小溝，不穿過堿基對(duì)平坦窄而深現(xiàn)在是25頁\一共有77頁\編輯于星期三THREEKEYREGIONSOFACHROMOSOME現(xiàn)在是26頁\一共有77頁\編輯于星期三（二）組蛋白帶正電荷，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。現(xiàn)在是27頁\一共有77頁\編輯于星期三結(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，為轉(zhuǎn)譯后修飾的部位。H1多樣性，具有屬和組織特異性。現(xiàn)在是28頁\一共有77頁\編輯于星期三（三）非組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白。特性：帶負(fù)電，屬酸性蛋白。整個(gè)細(xì)胞周期都合成，組蛋白只在S期合成。能識(shí)別特異DNA序列，結(jié)合籍氫鍵和離子鍵。功能：幫助DNA折疊、復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達(dá)。現(xiàn)在是29頁\一共有77頁\編輯于星期三二、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，通過酶消化實(shí)驗(yàn)建立。核小體單位包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白核心和一個(gè)H1。現(xiàn)在是30頁\一共有77頁\編輯于星期三由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。

現(xiàn)在是31頁\一共有77頁\編輯于星期三在低鹽親水介質(zhì)中展開的染色質(zhì)，示串珠狀的核小體（JA，Gall1981）現(xiàn)在是32頁\一共有77頁\編輯于星期三通過核小體長(zhǎng)度壓縮7倍，形成11nm纖維。電鏡下觀察用溫和方法分離的染色質(zhì)是直徑30nm的纖維，有兩種解釋：①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；②由核小體纖維Z字形折疊而成，長(zhǎng)度壓縮40倍。現(xiàn)在是33頁\一共有77頁\編輯于星期三現(xiàn)在是34頁\一共有77頁\編輯于星期三solenoid現(xiàn)在是35頁\一共有77頁\編輯于星期三對(duì)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?，F(xiàn)在是36頁\一共有77頁\編輯于星期三ChromatinPacking現(xiàn)在是37頁\一共有77頁\編輯于星期三ChromatinPacking現(xiàn)在是38頁\一共有77頁\編輯于星期三Nucleoidspreadwith2longaxesmadeupofbundlesoffibres現(xiàn)在是39頁\一共有77頁\編輯于星期三Radialloopsofchromatininundisruptedchromosomes現(xiàn)在是40頁\一共有77頁\編輯于星期三humanchromosome2現(xiàn)在是41頁\一共有77頁\編輯于星期三三、異染色質(zhì)和常染色質(zhì)常染色質(zhì)是具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，結(jié)構(gòu)疏松，電子密度低。異染色質(zhì)的特點(diǎn)：①凝縮狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性、是遺傳惰性區(qū)。②在細(xì)胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制、早凝縮。③分為兩類：結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)、兼性異染色質(zhì)現(xiàn)在是42頁\一共有77頁\編輯于星期三雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞中一條異固縮化的X染色體。人胚胎發(fā)育16天后出現(xiàn)巴氏小體。barrbody巴氏小體現(xiàn)在是43頁\一共有77頁\編輯于星期三四、染色體一、染色體相關(guān)的術(shù)語現(xiàn)在是44頁\一共有77頁\編輯于星期三核仁組織區(qū)（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?，F(xiàn)在是45頁\一共有77頁\編輯于星期三Howanucleolusisorganized現(xiàn)在是46頁\一共有77頁\編輯于星期三端粒（telomere）：由高度重復(fù)的短序列組成。作用：維持染色體穩(wěn)定性。起細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用。DNA每復(fù)制一次端粒減少50~100bp?，F(xiàn)在是47頁\一共有77頁\編輯于星期三（二）染色體的數(shù)目性細(xì)胞染色體為單倍體，用n表示；體細(xì)胞為2倍體，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。現(xiàn)在是48頁\一共有77頁\編輯于星期三（三）著絲粒的結(jié)構(gòu)著絲粒（centromere）和著絲點(diǎn)（kinetochore）是兩個(gè)不同的概念。著絲粒包含3個(gè)結(jié)構(gòu)域：1.著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）位于著絲粒的表面，包括三層板狀結(jié)構(gòu)和圍繞外層的纖維冠(fibrouscorona)?，F(xiàn)在是49頁\一共有77頁\編輯于星期三2.中央結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方，含α衛(wèi)星DNA。3.配對(duì)結(jié)構(gòu)域位于著絲粒內(nèi)層，中期連結(jié)染色單體。4.著絲點(diǎn)蛋白用ACAs發(fā)現(xiàn)的著絲粒蛋白主要有6種（CENPA-F）現(xiàn)在是50頁\一共有77頁\編輯于星期三OPinterzoneIP現(xiàn)在是51頁\一共有77頁\編輯于星期三SatelliteDNA(FISHimage)現(xiàn)在是52頁\一共有77頁\編輯于星期三ProteinsassociatedwiththecentromerehavebeenidentifiedusingantibodiesfromsclerodermapatientsCENPproteinsCENP-A

centromere-specifichistoneCENP-B

bindscentraldomainsatelliteDNACENP-C

bindskinetochoreCENP-D

bindskinetochoreCENP-E

kinesin-likemotor,involvedinchromatidsegregationCENP-F

bindskinetochoreINCENPproteinsINCENP-A sisterchromatidassociationINCENP-B sisterchromatidassociationCentromericproteins

現(xiàn)在是53頁\一共有77頁\編輯于星期三（四）核型與帶型1.核型：物種中期染色體特征的總和（染色體數(shù)目、大小、形態(tài)）。2.帶型：染色體經(jīng)理化因素處理后染色，呈現(xiàn)穩(wěn)定的帶紋（band）。分帶技術(shù)分兩類：一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整過染色體的長(zhǎng)度上如：Q、G和R帶，另一類是局部性的顯帶，如C、Cd、T和N帶?，F(xiàn)在是54頁\一共有77頁\編輯于星期三現(xiàn)在是55頁\一共有77頁\編輯于星期三現(xiàn)在是56頁\一共有77頁\編輯于星期三現(xiàn)在是57頁\一共有77頁\編輯于星期三現(xiàn)在是58頁\一共有77頁\編輯于星期三（五）幾類的特殊的染色體1.多線染色體：Balbiani(1881)發(fā)現(xiàn)于搖蚊幼蟲唾腺細(xì)胞，特點(diǎn)：①體積巨大，是由于核內(nèi)有絲分裂的結(jié)果；②多線性；③體細(xì)胞聯(lián)會(huì)；④橫帶紋；⑤膨突和環(huán)。在幼蟲發(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（puff），或巴氏環(huán)（Balbianiring）。用H3-UdR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)錄的區(qū)域?，F(xiàn)在是59頁\一共有77頁\編輯于星期三Polytenechromosomes現(xiàn)在是60頁\一共有77頁\編輯于星期三2.燈刷染色體見于魚類、兩棲類、爬行類雙線期卵母細(xì)胞，雙線期是卵黃合成的旺盛期。染色體主軸兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名。側(cè)環(huán)是轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域。3.B染色體Randolph（1928）把生物的正常染色體叫做A染色體，把形態(tài)和行為不同為A染色體的超數(shù)染色體稱B染色體?，F(xiàn)在是61頁\一共有77頁\編輯于星期三（六）間期染色體非隨機(jī)分布，不同染色體具有各自的分布域，稱為染色體域（chromosometerritory）?；蛎芏雀叩娜旧w（如19號(hào)）分布于核中心，基因密度低的（如18號(hào)）分布于核的周邊區(qū)域。同一染色體上，活動(dòng)染色質(zhì)可能位于細(xì)胞核的中心、遠(yuǎn)著絲點(diǎn)區(qū)域、或形成疏松的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在是62頁\一共有77頁\編輯于星期三(a)12號(hào)染色體紅色;14號(hào)黃色;15號(hào)綠色，（注意同源染色體的分布）；(b,c)12號(hào)染色體綠色,14號(hào)紅色

，15號(hào)藍(lán)色；(d)染色體域模式圖小鼠淋巴細(xì)胞染色體的空間分布（LA.Parada和TMisteli2002）現(xiàn)在是63頁\一共有77頁\編輯于星期三第三節(jié)核仁間期細(xì)胞核內(nèi)呈圓球形的結(jié)構(gòu)，一般1~2個(gè)。功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體亞單位。蛋白合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞有較大和較多的核仁，反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失，末期又重新出現(xiàn)?，F(xiàn)在是64頁\一共有77頁\編輯于星期三一、核仁形態(tài)①纖維中心：是致密纖維包圍的低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶和rDNA。②致密纖維組分：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密纖維構(gòu)成，是新合成的RNP。③顆粒組分：由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP?，F(xiàn)在是65頁\一共有77頁\編輯于星期三Nucleolus現(xiàn)在是66頁\一共有77頁\編輯于星期三（一）結(jié)構(gòu)含40%蛋白、60%RNA，2亞單位構(gòu)成。分為70S和80S兩類。大小亞單位只在合成蛋白時(shí)結(jié)合在一起，合成終止后解離。多個(gè)核糖體結(jié)合在一條mRNA上，稱多聚核糖體。二、核糖體ribosome現(xiàn)在是67頁\一共有77頁\編輯于星期三核糖體的組成現(xiàn)在是68頁\一共有77頁\編輯于星期三ProteinSynthesis現(xiàn)在是69頁\一共有77頁\編輯于星期三（二）核糖體組裝rDNA為重復(fù)基因，人體細(xì)胞中約有200個(gè)拷貝，rDNA沒有組蛋白核心，