細(xì)胞生物學(xué)課件：第11章 細(xì)胞核與染色質(zhì)

細(xì)胞核與染色質(zhì)

第十一章細(xì)胞質(zhì)-蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞新陳代謝的場所細(xì)胞核-遺傳信息儲(chǔ)存的場所

-遺傳信息復(fù)制和表達(dá)（DNA和RNA合成

）及表達(dá)產(chǎn)物加工的場所真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模式細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞核線粒體高爾基復(fù)合體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體復(fù)習(xí)

沒有細(xì)胞內(nèi)膜性結(jié)構(gòu);沒有細(xì)胞核.原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模式復(fù)習(xí)真核細(xì)胞中由雙層膜所包被的，包含染色質(zhì)的細(xì)胞器，是基因組復(fù)制、RNA合成和加工、核糖體亞基組裝的場所。

細(xì)胞核細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)層第一節(jié)：核被膜（核膜、核孔復(fù)合體、核纖層）第二節(jié)：染色質(zhì)第三節(jié)：染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)第四節(jié)：染色體第五節(jié)：核仁與核體第六節(jié)：核基質(zhì)核膜、核孔、核纖層、染色質(zhì)、核仁、核基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核核周間隙核孔復(fù)合體：胞質(zhì)環(huán)、核質(zhì)環(huán)、輻、栓第一節(jié)

核被膜(NuclearEnvelope)輻栓輻(spoke)：腔內(nèi)亞單位柱狀亞單位環(huán)帶亞單位80-120nm60nm核孔復(fù)合體冰凍蝕刻電鏡掃描電鏡核孔復(fù)合體(nuclearporecomplex)親水通道，有效直徑在9-10nm平均每個(gè)核表面有3000-4000個(gè)核孔復(fù)合體DNASynthesisRNASynthesisProteinSynthesis通過核孔的物質(zhì)交換（入核與出核）通過核孔復(fù)合體的物質(zhì)運(yùn)輸方式親核蛋白(karyophilicprotein)的入核過程親核蛋白上的核定位序列（信號(hào)）(NLS)與受體/載體介導(dǎo)入核過程轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白上的核輸出信號(hào)(NES)與受體/載體介導(dǎo)出核過程：由RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA，與核糖體蛋白形成核糖體亞基(RNP)；由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5SrRNA和tRNA與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白形成RNP；由RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hnRNA，經(jīng)5’加帽、3’加poly(A)、剪接后成mRNA，與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白形成RNPRNA、核糖體亞基的出核過程RNP：核糖核蛋白，核糖核蛋白顆粒核纖層(

nuclearlamina)

主要含核纖層蛋白laminA/CandB，形成直徑10nm纖維，組成纖維網(wǎng)絡(luò)冰凍蝕刻電鏡結(jié)構(gòu)支撐調(diào)節(jié)基因表達(dá)調(diào)節(jié)DNA修復(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期位于核膜內(nèi)側(cè)，由核纖層蛋白組成的纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)和染色體：是同一種細(xì)胞核內(nèi)結(jié)構(gòu)的兩種不同包裝形式，都是DNA存在的地方，這些DNA由蛋白質(zhì)包裝成高度舒展的線性結(jié)構(gòu)（染色質(zhì)）或高度聚縮的棒狀結(jié)構(gòu)（染色體）。第二節(jié)

染色質(zhì)(chromatin)染色質(zhì)存在于間期，而染色體存在于分裂期。主要成分：DNA和組蛋白，以及不等量的非組蛋白和少量RNA.染色質(zhì)DNA基因組：每種生物的全部遺傳信息，相當(dāng)于該物種單倍染色體組所含有的DNA

1.51.5編碼序列衛(wèi)星DNA: 5-100bp,位于著絲粒和端粒.小衛(wèi)星DNA: 12-100bp,>3000copies。DNA指紋技術(shù)做個(gè)體鑒定.微衛(wèi)星DNA: 1-5bp,串聯(lián)成50-100bp。具高度多態(tài)性，用于個(gè)體鑒定和構(gòu)建遺傳圖譜。組蛋白染色質(zhì)、染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，屬帶正電的堿性蛋白，與酸性的DNA結(jié)合。在細(xì)胞內(nèi)含量非常豐富，包括：核小體組蛋白H2A,H2B,H2,H4：在所有生物中幾乎都一樣，幫助DNA卷曲形成核小體；H1組蛋白：協(xié)助核小體的形成和調(diào)節(jié)染色質(zhì)的活性II.染色質(zhì)蛋白-組蛋白、非組蛋白非組蛋白

5種組蛋白之外的所有染色質(zhì)蛋白都是非組蛋白；

是序列特異性DNA結(jié)合蛋白；

與DNA復(fù)制、損傷的修復(fù)、基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。多樣性：不同細(xì)胞內(nèi)的種類和數(shù)量都不一樣；DNA序列特異性：只與特異的DNA序列結(jié)合；功能多樣性：調(diào)控基因表達(dá)、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成、DNA的復(fù)制等。

一些非組蛋白所含有的功能性結(jié)構(gòu)域：Helix-turn-helixmotifZincfingermotifLeucinezippermotifHelix-loop-helixmotifHMG-boxmotifIII.核小體核小體為染色體組裝的基本結(jié)構(gòu)單位；染色質(zhì)是以核小體為基本結(jié)構(gòu)單位的“串珠”狀結(jié)構(gòu)。透射電鏡顯示的串珠狀11nm的核小體X射線衍射揭示的核小體三維結(jié)構(gòu)模式核裂解后電鏡觀察：未處理時(shí)30nm纖絲，鹽處理后解聚成10nm的核小體串珠；DNA電泳分析：nx200bp的梯狀條帶；X射線衍射、中子衍射和電鏡：核小體顆粒直徑為10nm.每個(gè)核小體包括200bpDNA，一個(gè)組蛋白八聚體，一個(gè)H1組蛋白；組蛋白八聚體為核小體核心顆粒，含2個(gè)四聚體： (H3+H3)(H4+H4)

(H2A+H2B)(H2A+H2B)

146bpDNA盤繞八聚體1.75圈，20bpDNA與H1結(jié)合，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，穩(wěn)定核小體；核小體之間有~60bp的DNA連接(linkerDNA)；非組蛋白與特異DNA序列的結(jié)合可影響核小體的相位。核小體的結(jié)構(gòu)IV.染色質(zhì)組裝人細(xì)胞含6x109bpDNA,總長2m，高度壓縮在直徑5-8um的細(xì)胞核內(nèi)H130nm的螺線管10nm的核小體串珠染色質(zhì)的組裝:

由DNA到10nm核小體串珠 壓縮7倍 由核小體到30nm螺線管 壓縮6倍 由螺線管到400nm超螺線管 壓縮40倍 由超螺線管到染色單體 壓縮5倍=8400倍常染色質(zhì)：壓縮程度低(1000-2000倍)、著色淺的染色質(zhì)。主要為單一序列和中度重復(fù)序列 DNA?；蜣D(zhuǎn)錄的必要條件，但非充分條件。異染色質(zhì)：折疊壓縮程度高、處于聚縮狀態(tài)、著色深、不轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)。

-結(jié)構(gòu)（組成型）異染色質(zhì)：整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)、變化不大。形成染色中心。

-聚集于著絲粒、端粒、次縊痕及染色體特殊部位；

-高度重復(fù)的DNA；不轉(zhuǎn)錄、不編碼蛋白；

-復(fù)制晚、聚縮早；

-參與染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)形成或?yàn)镈NA轉(zhuǎn)座子引起遺傳變異。

-兼性異染色質(zhì)：為常染色質(zhì)在一定發(fā)育階段、或功能狀態(tài)下失去轉(zhuǎn)錄活性聚縮而成。V.染色質(zhì)類型常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的轉(zhuǎn)換Su(var)3-9:H3K9methyltransferaseSuV4-20:H4K20methyltransferaseHP1:heterochromatinprotein1LSD1:H3K4demethylaseJIL-1:H3S10kiase活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)：有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。

活性染色質(zhì)的DNaseI超敏感位點(diǎn)：100-200bp暴露的DNA活性染色質(zhì)的蛋白組成與修飾發(fā)生了變化：

-不含H1組蛋白，

-組蛋白乙?；潭雀撸?/p>

-甲基化、磷酸化、泛素化等。H3組蛋白的修飾與染色質(zhì)活性的關(guān)系第三節(jié)

染色質(zhì)的復(fù)制與表達(dá)(一）核小體相位變化調(diào)節(jié)染色質(zhì)活性（二）組蛋白的修飾調(diào)節(jié)染色質(zhì)活性賴氨酸殘基的乙?；腿ヒ阴；o助激活因子使組蛋白乙?；瑫r(shí)促使轉(zhuǎn)錄裝置的組裝酵母中的激活因子GCN4與UAS結(jié)合并與組蛋白乙?；瘡?fù)合物GCN5結(jié)合，促使組蛋白N端大量乙?；突A(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子的組裝酵母中的抑制因子UME6與URS1結(jié)合并與組蛋白去乙?；瘡?fù)合物SIN3/RPD3結(jié)合，促使組蛋白N端去乙?；?，阻止基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子的結(jié)合。UAS:上游激活序列DBD:DNA結(jié)合域AD:激活結(jié)構(gòu)域URS:上游抑制序列RD:抑制結(jié)構(gòu)域酵母激活因子及輔激活因子在染色質(zhì)水平調(diào)節(jié)HO基因表達(dá)1。激活因子SWI5與增強(qiáng)子結(jié)合并與SWI/SNF染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合物作用2-3。SWI/SNF使染色質(zhì)解聚，GCN5與SWI5結(jié)合使組蛋白乙?；?。SBF與啟動(dòng)子附近DNA結(jié)合5。SBF與轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)因子復(fù)合物結(jié)合6。RNA聚合酶II與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子組裝成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物通用轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶：與啟動(dòng)子結(jié)合特異轉(zhuǎn)錄因子：與調(diào)控位點(diǎn)（增強(qiáng)子）結(jié)合轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子DNA結(jié)合域激活結(jié)構(gòu)域抑制結(jié)構(gòu)域（三）X染色體失活XistRNA覆蓋于某一X染色體表面使之失活Xic:XinactivationcenterXistRNA:XinactivationspecifictranscriptRNA第四節(jié)

染色體(chromosome)著絲粒：2條姐妹染色單體相連的地方著絲粒位置決定的染色體分類著絲粒、主縊痕

–動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域：內(nèi)板、中間間隙、外板、纖維冠（動(dòng)粒、著絲點(diǎn)）中央結(jié)構(gòu)域：串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星DNA，與動(dòng)力蛋白CENP結(jié)合配對(duì)結(jié)構(gòu)域：姐妹染色單體相互作用的位點(diǎn)，含內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP和染色單體連接蛋白CLIPS染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)次縊痕NOR隨體核仁組織區(qū)(NOR)–

位于次縊痕，rRNA基因所在部位，與間期細(xì)胞核仁形成有關(guān)隨體

-

染色體末端通過次縊痕與染色體主體相連的球形染色體節(jié)段端粒

–染色體端部由相同的重復(fù)序列組成的特化結(jié)構(gòu)，保護(hù)染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性。哺乳類的重復(fù)單元為TTAGGG,重復(fù)數(shù)千次，達(dá)2-20kb長。隨細(xì)胞的分裂次數(shù)增加而縮短，與細(xì)胞壽命有關(guān)。TTAGGG染色體的功能元件自主復(fù)制DNA序列著絲粒DNA序列端粒DNA序列端粒酶的作用染色體帶型（核型，karyotype）1。用植物凝集素(PHA)刺激淋巴細(xì)胞分裂；2。用秋水仙素使細(xì)胞停留于分裂中期；3。用低滲鹽溶液處理使中期染色體分散；4。染色體顯帶技術(shù)：Q、G、R、C、T、N帶；5。核型：將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按大小、形態(tài)特征進(jìn)行測量、計(jì)算，分組、配對(duì)排列起來的圖像。人細(xì)胞的核型第五節(jié)

核仁(nucleolus)與核體(nuclearbody)纖維中心：rDNA致密纖維：rRNA加工顆粒組分：核糖體亞基成熟、儲(chǔ)存核仁細(xì)胞核內(nèi)rRNA轉(zhuǎn)錄及加工產(chǎn)生核糖體亞基的結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成包括纖維中心、致密纖維組分和顆粒組分。核糖體DNA(rDNA)及其轉(zhuǎn)錄含rDNA的人染色體：13\14\15\21\22核仁組織區(qū)(NOR)核體(nuclearbody)I。

Cajal體與GEMS(Geminiofcoiledbody)snRNA和snoRNA最后加工、組裝場所，參與RNA剪接；Cajal體含TCAB1(telomeraseCajalbodyprotein1)，參與端粒的維持GEMS含SMN(survivalofmotorneurons)蛋白，與spinalmuscularatrophy有關(guān)II。染色質(zhì)間顆粒成熟snRNP儲(chǔ)存地點(diǎn)第六節(jié)

核基質(zhì)(nuclearmatrix)核基質(zhì)(nuclearmatrix)核骨架(nuclearskeleton)是細(xì)胞核內(nèi)除了核膜、核纖層、染色質(zhì)與核仁外、抗抽提的不溶性纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；基本形態(tài)與細(xì)胞骨架相似并與之有一定的聯(lián)系，又稱為核骨架；與核纖層、中間絲相互連接、貫穿于核與質(zhì)的相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；主要成份為多種非組蛋白和少量RNA；與DNA復(fù)制、基因表達(dá)、染色體組裝和構(gòu)建相關(guān)。第11章細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器，是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心。細(xì)胞核主要由核被膜（包括核孔復(fù)合體）、核纖層、染色質(zhì)、核仁及核體組成。核被膜與核孔復(fù)合體是真核細(xì)胞所特有的結(jié)構(gòu)。核被膜作為細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的界膜，將細(xì)胞分成核與質(zhì)兩大結(jié)構(gòu)與功能區(qū)域。與核被膜相聯(lián)系的核孔復(fù)合體是一種復(fù)雜的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體。核質(zhì)之間的大分子主要通過核孔復(fù)合體實(shí)現(xiàn)頻繁的物質(zhì)交換與信息交流。染色質(zhì)是間期細(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)。一個(gè)雙倍體體細(xì)胞內(nèi)所有DNA的總和的一半構(gòu)成該生物基因組。到目前為止，包括人類在內(nèi)的許多生物（特別是諸多模式生物）的基因組序列已得到解析。真核細(xì)胞染色質(zhì)DNA序列的組成復(fù)雜，包括單一序列、中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序列。構(gòu)成染色質(zhì)的蛋白參與DNA遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀。其中組蛋白是染色質(zhì)的基本組成蛋白，與DNA的結(jié)合沒有序列特異性；非組蛋白多數(shù)是序列特異性DNA結(jié)合蛋白，是重要的基因表達(dá)調(diào)控蛋白。它們具有不同的結(jié)構(gòu)模式，形成不同的DNA結(jié)合蛋白家族。核小體是構(gòu)成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，每個(gè)核小體由組蛋白八聚體核心及200

bp左右的DNA和一分子組蛋白H1組成。染色質(zhì)組裝是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，它與DNA復(fù)制、修