6.細(xì)胞核與遺傳信息的流向.ppt

第十三章 細(xì)胞核TheCellNucleus 前言 細(xì)胞核的出現(xiàn)是細(xì)胞進(jìn)化的重要標(biāo)志 其有無是原核與真核細(xì)胞區(qū)別的根本標(biāo)志 核進(jìn)化意義 保護(hù)DNA 使之免受胞質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的影響 使基因表達(dá)的兩步 轉(zhuǎn)錄和翻譯 在不同的時(shí)間和空間進(jìn)行 基因信息傳遞 轉(zhuǎn)錄 翻譯 DNA 核苷酸順序 RNA 蛋白質(zhì) 氨基酸順序 細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì) DNA復(fù)制蛋白質(zhì)合成 翻譯 RNA合成 轉(zhuǎn)錄 基因表達(dá)調(diào)控 特點(diǎn) 1 形狀 多樣 與細(xì)胞形態(tài)相適應(yīng)2 數(shù)量 通常只有一個(gè)核3 位置 常居中4 大小 直徑約5 10um5 核質(zhì)比約1 9核質(zhì)比 細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的體積比 間期細(xì)胞核 1 核被膜 核膜 2 染色質(zhì)3 核基質(zhì) 核纖層 核骨架 4 核仁 間期細(xì)胞核結(jié)構(gòu)N 常染色質(zhì) 核仁 標(biāo)注 異染色質(zhì) 第一節(jié) 核被膜 核膜 Nuclearenvelope nuclearmembrane 一 化學(xué)成分 蛋白質(zhì)和脂類與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似 濃度有差異 1 蛋白質(zhì)葡萄糖 6 磷酸酶 細(xì)胞色素P450 內(nèi)核膜中還含有核纖層相關(guān)蛋白 LAP 2 脂類膽固醇和甘油三酯較多 二 結(jié)構(gòu) 1 外核膜2 內(nèi)核膜3 核周間隙4 核孔復(fù)合體 1 外核膜與ER膜相連表面有核糖體附著分布有細(xì)胞骨架 與核在細(xì)胞內(nèi)的定位有關(guān)2 內(nèi)核膜有特殊蛋白結(jié)合于核纖層 3 核周間隙內(nèi)外核膜間的腔隙 與rER腔相通 4 核孔 nuclearpores 由內(nèi)外核膜融合形成的小孔細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ?電鏡下 核孔復(fù)合體 NPC 模型 捕魚籠式胞質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)輻中央栓功能 介導(dǎo)核質(zhì)間物質(zhì)運(yùn)輸 核孔復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模型 轉(zhuǎn)運(yùn) 轉(zhuǎn)運(yùn)各種物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核水溶性通道分子量MV5000以下的分子可自由轉(zhuǎn)運(yùn)大分子通過主動(dòng)運(yùn)輸過程完成轉(zhuǎn)運(yùn) 親核蛋白 karyophilicprotein 一類在胞質(zhì)內(nèi)合成 以主動(dòng)運(yùn)輸方式通過NPC 輸入細(xì)胞核發(fā)揮功能作用的蛋白質(zhì) 含有核輸入信號序列 P188 如 核質(zhì)蛋白 金標(biāo)記的核質(zhì)蛋白穿越核孔 核膜主要功能 1 區(qū)域化作用相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境 精確調(diào)控遺傳信息的表達(dá)2 合成生物大分子與蛋白質(zhì)的合成有關(guān) 3 控制細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)流和信息流小分子 蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 第二節(jié) 染色質(zhì)和染色體 Chromatinandchromosome 是遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在形式 化學(xué)組成是相同的 它們是細(xì)胞周期的不同時(shí)相表現(xiàn)不同的形態(tài) 主要成分1 核酸 DNA RNA 2 蛋白 組蛋白 非組蛋白 1 DNA 基因組 genome 真核細(xì)胞單倍染色體組中所含有的全部遺傳信息為一個(gè)基因組 DNA序列分三類 單一序列 單拷貝序列 非重復(fù)序列 多數(shù)結(jié)構(gòu)基因?qū)儆诖祟愔卸戎貜?fù)序列非編碼序列 如調(diào)控基因高度重復(fù)序列多分布于著絲粒區(qū)和端粒區(qū)多組成異染色質(zhì) 功能性染色體組成 多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)能夠進(jìn)行自我復(fù)制一個(gè)著絲粒分裂時(shí)兩拷貝分離兩個(gè)端粒維持自身在傳代中的完整 2 組蛋白 特性堿性蛋白帶正電荷分類 核小體蛋白 H2A H2B H3 H4無種屬 組織特異性形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)H1組蛋白 有種屬 組織特異性在構(gòu)成核小體中起連接作用化學(xué)修飾 磷酸化 乙酰化和甲基化 3 非組蛋白 特性酸性蛋白有種屬和組織特異性作用 維持染色體結(jié)構(gòu)催化酶促反應(yīng)參與基因表達(dá)調(diào)控 4 RNA 染色質(zhì)中含量極低的生物大分子 多為新合成的RNA前體 二 分類 1 常染色質(zhì) euchromatin 2 異染色質(zhì) heterochromatin 分類 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì) 常染色質(zhì)與異染色質(zhì)比較 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì) 整個(gè)細(xì)胞周期中處于凝集狀態(tài)的染色質(zhì) 多位于著絲粒 端粒和染色體臂的凹陷部位 合成于S期 兼性異染色質(zhì) 含有一系列重復(fù)序列的DNA 在一定細(xì)胞類型 一定發(fā)育階段凝集成異染色質(zhì)狀態(tài) 可向常染色質(zhì)轉(zhuǎn)變 深染區(qū) 異染色質(zhì) 淺染區(qū) 常染色質(zhì) 常染色質(zhì)和異染色質(zhì)雖有許多不同 但二者的化學(xué)本質(zhì)相同 是同一物質(zhì)的不同存在狀態(tài) 二者在一定條件下可以互換 2m長的DNA存在于5 m的核內(nèi) DNA分子有多長 1 7 2m DNA分子存在于哪個(gè)細(xì)胞器里面 細(xì)胞核 三 染色體的構(gòu)建 一級結(jié)構(gòu) 核小體二級結(jié)構(gòu) 螺線管三級結(jié)構(gòu) 超螺線管四級結(jié)構(gòu) 染色單體 一級結(jié)構(gòu) 核小體 組成 DNA1 75圈約146個(gè)bp組蛋白八聚體一個(gè) 二級結(jié)構(gòu) 螺線管 多以30nm染色質(zhì)纖維的形式存在在 1參與下形成每周含 個(gè)核小體 核小體和螺線管的結(jié)構(gòu) 螺線管 三級結(jié)構(gòu) 超螺線管 直徑400nm 四級結(jié)構(gòu) 染色單體 超螺線管再一次折疊螺旋化 即成四級結(jié)構(gòu) 袢環(huán)模型 螺線管模型 組蛋白核心核小體串珠鏈30nm染色質(zhì)纖維袢環(huán)分裂期染色體 一級結(jié)構(gòu)7 10 二級結(jié)構(gòu) 螺線管6 三級結(jié)構(gòu) 超螺線管40 四級結(jié)構(gòu) 染色單體4 5 1號染色體中的DNA包裝倍數(shù) 四 形態(tài)特征 姐妹染色單體 sisterchrommatid 中期染色體由兩條染色單體組成 它們由一個(gè)DNA分子復(fù)制而來 通過一個(gè)著絲粒相連 稱 主縊痕 primaryconstriction 著絲粒處出現(xiàn)的一個(gè)向內(nèi)凹陷的縊痕 又稱初級縊痕 1 著絲粒區(qū) 著絲粒 centromere 主縊痕的中心部位 為中期染色體的主要功能結(jié)構(gòu)域 是高度重復(fù)的異染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 著絲點(diǎn) 動(dòng)粒 kinetochore 位于主縊痕處兩條染色單體的外側(cè)表層部位 由蛋白質(zhì)組成 是紡錘絲微管的聚合中心之一 分類 中央著絲粒染色體亞中著絲粒染色體近端著絲粒染色體端著絲粒染色體 2 次縊痕 secondaryconstriction 染色體上主縊痕以外的縊縮狹窄部位 位置 大小相對恒定 可作為鑒別特定染色體的一個(gè)標(biāo)志 3 端粒 telomere 是染色體末端富含 的串聯(lián)重復(fù)序列可維持染色體的穩(wěn)定性 保證染色體DNA的完全復(fù)制 維持染色體的穩(wěn)定及參與染色體在核內(nèi)的空間排布 端粒酶 由蛋白質(zhì)和端粒DNA互補(bǔ)的RNA構(gòu)成 可以自身RNA為模板合成端粒DNA 使端粒得以補(bǔ)充 細(xì)胞逃避死亡 4 隨體 satellite 是某些染色體粒末端的棒狀或球狀結(jié)構(gòu) 通過次縊痕的染色質(zhì)絲與染色體相連 是識別染色體的重要特征之一 位于 第13 14 15 21 22號染色體上 5 核仁組織區(qū) nuclearorganizerregion NOR 位置 有隨體染色體的次縊痕部位 含有編碼核糖體18 和28 的rRNA基因 rDNA 功能 在間期締合核仁 核仁組織者中心形成核仁 五 數(shù)目 核型和帶型 1 核型 karyotype 一個(gè)體細(xì)胞中的全套染色體按形態(tài)特征進(jìn)行分組排列 即構(gòu)成核型 數(shù)目 人類正常體細(xì)胞有46條染色體 表示法 正常男性 46 XY正常女性 46 XX分類 常染色體 autosome 性染色體 sexchromosome 染色體核型 2 帶型 band 染色體經(jīng)過一定的處理 其中的非組蛋白和DNA所呈現(xiàn)的特定帶紋 染色體顯帶 A TG帶 G CR帶 第三節(jié) 核纖層和核基質(zhì) Nuclearlamina nuclearmatrix nuclearskeleton 核纖層 核板 nuclearlamina結(jié)構(gòu)外表面與內(nèi)核膜的特殊部位結(jié)合內(nèi)表面與染色質(zhì)的特殊位點(diǎn)結(jié)合 分子組成核纖層蛋白A B C 中間纖維蛋白 功能細(xì)胞間期 維持核孔位置及核被膜形狀 為染色質(zhì)提供錨定部位分裂期 對核膜崩解及重組起調(diào)控作用 3 核基質(zhì)nuclearmatrix 核骨架 組成 間期細(xì)胞中 除染色質(zhì) 核仁 核被膜以外的精密的網(wǎng)架系統(tǒng)成分 非組蛋白性的纖維蛋白功能 參與DNA包裝和染色體構(gòu)建染色體組成 DNA 組蛋白 與DNA復(fù)制有關(guān)方法 用3H TdR標(biāo)記DNA的合成原料T 新合成的DNA將被3H所標(biāo)記 DNA復(fù)制過程的發(fā)生部位將可以被檢測 參與基因表達(dá)調(diào)控方法 3H UTP 與mRNA加工有關(guān) 4 核仁nucleolus是真核細(xì)胞間期核中最明顯的結(jié)構(gòu) 光鏡下為均質(zhì) 無包膜的球形小體 1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 纖維中心電鏡下為淺染的低電子密度區(qū)域所含主要成分為rDNA核仁組織者 rDNArRNA核仁 nucleolusorganizer 一個(gè)核仁組織者由一個(gè)DNA袢環(huán)組成 人類rRNA基因位于5條不同的染色體上 13 14 15 21 22 致密纖維成分核仁內(nèi)電子密度最高的區(qū)域 位于淺染區(qū)的周圍所含主要成分為正在轉(zhuǎn)錄的rRNA 此外還有一些RNA結(jié)合蛋白 顆粒成分鏡下呈致密的顆粒結(jié)構(gòu) 位于核仁的外周 在核仁中占比例最大所含主要成分為核糖體前體顆粒 rRNA前體顆粒 2 功能 rRNA的合成和加工rDNA的初級產(chǎn)物為45SrRNA45SrRNA32SrRNA28SrRNA5 8SrRNA20SrRNA18SrRNA 核糖體的裝配核糖體組成 蛋白質(zhì) rRNA由胞質(zhì)輸入 核仁周期 概念 核仁是一高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu) 在細(xì)胞周期出現(xiàn)一系列結(jié)構(gòu)與功能的周期性變化 稱為核仁周期 nucleolarcycle 核仁重建的模型 NOR解凝集 前核仁體 小核仁 核仁 三 細(xì)胞核與疾病1 細(xì)胞核形態(tài)結(jié)構(gòu)異常與腫瘤細(xì)胞核 體積 核體積增大 具有高核質(zhì)比 形狀 核異形性 數(shù)量 增多 多核 位置 邊集核孔 數(shù)量增加核仁 體積大 數(shù)目多分子 組蛋白磷酸化加強(qiáng) 2 染色體病數(shù)目異常 結(jié)構(gòu)異常 染色體發(fā)生結(jié)構(gòu)畸變的基礎(chǔ)是斷裂及斷裂后的重接 缺失 重復(fù) 倒位 易位 真核細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄水平 最重要 RNA加工水平RNA轉(zhuǎn)運(yùn)水平翻譯水平mRNA降解水平蛋白質(zhì)活性水平 核被膜外核膜結(jié)構(gòu) 與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜連續(xù)表面有骨架成分分布功能 與蛋白合成有關(guān)內(nèi)核膜分布 內(nèi)核膜內(nèi)表面核纖層組成 核纖層蛋白功能 間期染色質(zhì)錨定分裂期調(diào)控核膜核間隙核孔結(jié)構(gòu) 核孔復(fù)合體功能 核內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)大分子小分子 核基質(zhì)結(jié)構(gòu) 核骨架功能 核仁結(jié)構(gòu) 三個(gè)特征性功能區(qū)纖維中心rDNA 核仁組織者 原纖維成分rRNA顆粒成分成熟的rRNA前體功能 rRNA合成 加工核糖體裝配 染色體染色體DNA復(fù)制源 DNA復(fù)制起始點(diǎn)使染色體能夠進(jìn)行復(fù)制著絲粒