細胞核與染色體ppt課件

1、CHAPTER 8 Cell Nucleus Cell Nucleus and Chromosomeand ChromosomeOUTLINEOUTLINE1.1.核被膜核被膜 nuclear envelope)nuclear envelope)2.2.核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體 (nuclear pore complex) (nuclear pore complex)3.3.染色質(zhì)染色質(zhì) (chromatin) (chromatin)4.4.染色體染色體 (chromosome) (chromosome)5.5.核仁核仁 (nucleolus) (nucleolus)6.6.核基質(zhì)與核體核基質(zhì)與核

2、體( nuclear matrix and ( nuclear matrix and nuclear body )nuclear body )DNA纖維纖維細胞核細胞核第一節(jié)第一節(jié) 核被膜與核孔復(fù)合體核被膜與核孔復(fù)合體一、一、 核被膜核被膜(nuclear envelope) 構(gòu)造組成構(gòu)造組成 功能功能 核被膜的解體與重建核被膜的解體與重建核核 被被 膜膜一一 核被膜的構(gòu)造核被膜的構(gòu)造(Structure of the Nuclear Envelope)普通構(gòu)造普通構(gòu)造 外核膜外核膜(Outer nuclear membrane) 內(nèi)核膜內(nèi)核膜(Inner nuclear membrane)

3、核周間隙核周間隙(Perinuclear space ，核周池、核，核周池、核周腔周腔) 兩層核膜之間的空隙兩層核膜之間的空隙, 寬寬15-30nm,其中充溢其中充溢無定形物質(zhì)無定形物質(zhì) 核纖層核纖層(lamina) 核孔核孔(nuclear pore)二二 核被膜的功能核被膜的功能(Functions of the Nuclear Envelope )基因表達的時空隔離基因表達的時空隔離核膜成為維護性屏障核膜成為維護性屏障, , 使核處于一微環(huán)境使核處于一微環(huán)境染色體的定位和酶分子的支架染色體的定位和酶分子的支架物質(zhì)運輸物質(zhì)運輸三三 核被膜的解體與重建核被膜的解體與重建 新核膜來自舊核膜新核

4、膜來自舊核膜 核被膜的去組裝是非隨機核被膜的去組裝是非隨機的，具有的，具有區(qū)域特異性區(qū)域特異性domain-specific。 核被膜的解體與重建的動核被膜的解體與重建的動態(tài)變化受細態(tài)變化受細 胞周期調(diào)控因子的調(diào)理，胞周期調(diào)控因子的調(diào)理，調(diào)理作用可調(diào)理作用可 能與核纖層蛋白、核孔復(fù)能與核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的合體蛋白的 磷酸化與去磷酸化修飾有磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。關(guān)。核孔復(fù)合體的構(gòu)造核孔復(fù)合體的構(gòu)造(魚籠模型魚籠模型) 胞質(zhì)環(huán)胞質(zhì)環(huán)(cytoplasmic ring),外外環(huán)環(huán) 細胞質(zhì)顆粒細胞質(zhì)顆粒(cytoplasmic granular) 核質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)(nucleoplasmic

5、ring),內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán) 中央栓中央栓(central plug),中央中央運輸?shù)斑\輸?shù)?白白(central transporter) 輻輻(spoke) 柱狀亞單位柱狀亞單位(column subunit) 腔 內(nèi) 亞 單 位腔 內(nèi) 亞 單 位(luminal subunit) 環(huán) 帶 亞 單 位環(huán) 帶 亞 單 位(annular subunit) 籠狀體籠狀體(basket) 二、 核孔復(fù)合體的構(gòu)造與功能一核孔復(fù)合體模型一核孔復(fù)合體模型Model of the nuclear pore complex 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125106，推測能夠含有100余種不同的

6、多 肽，共1 000多個蛋白質(zhì)分子。 gp210：構(gòu)造性跨膜蛋白 p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個功能結(jié) 構(gòu)域二 核孔復(fù)合體成分的研討蛋白稱號對應(yīng)的NPC構(gòu)造功能與特性gp210Pom121Nup153 Nup180 Nup155P62 P58P54P45Nup84大鼠或 Nup88人Nup214/CANNup107pNup98pNup155p260/Tpr孔膜區(qū)，跨膜蛋白孔膜區(qū)，跨膜蛋白“fish-trap 胞質(zhì)環(huán)及其纖維 核質(zhì)面與胞質(zhì)面中央顆粒 胞質(zhì)環(huán)纖維 胞質(zhì)環(huán)纖維能與ConA結(jié)合；N端位于膜間腔，C端將NPC錨定在核膜上。能與WGA結(jié)合；C端有FXFG反復(fù)序列。能與WGA結(jié)合；

7、N端有FXFG反復(fù)序列；具有鋅指構(gòu)造，可以結(jié)合DNAin vitro。不能與WGA結(jié)合；其抗體對核質(zhì)交換沒有抑制造用；介導(dǎo)NPC與胞質(zhì)骨架的聯(lián)絡(luò)。不能與WGA結(jié)合。能與WGA結(jié)合；具有FXFG反復(fù)序列；其抗體對核質(zhì)交換有抑制造用；能與p58，p54，p45構(gòu)成p62復(fù)合體；與酵母的Nsp1p 同源。具有FG反復(fù)序列；與酵母的Nup49p同源。具有FG反復(fù)序列；與酵母的Nup57p同源。具有FG反復(fù)序列。 能與WGA結(jié)合。 酵母的Nup84p同源。具有GLFG反復(fù)序列；與酵母的Nup116p同源。與酵母的Nup170同源。不能與WGA結(jié)合。知的脊椎動物核孔復(fù)合體的蛋白成份簡表知的脊椎動物核孔復(fù)合

8、體的蛋白成份簡表 介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的銜接，將核孔復(fù)合體介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的銜接，將核孔復(fù)合體 錨定在錨定在“孔膜區(qū)，從而為核孔復(fù)合體裝配孔膜區(qū)，從而為核孔復(fù)合體裝配提供一提供一 個起始位點個起始位點 在內(nèi)、外核膜交融構(gòu)成核孔中起重要作用在內(nèi)、外核膜交融構(gòu)成核孔中起重要作用 在核孔復(fù)合體的核質(zhì)交換功能活動中起一定作用在核孔復(fù)合體的核質(zhì)交換功能活動中起一定作用體蛋白相體蛋白相互作用，從而將互作用，從而將p62分分子穩(wěn)定到核子穩(wěn)定到核孔復(fù)合體上，為其孔復(fù)合體上，為其N端端進展核質(zhì)交進展核質(zhì)交換活動提供支持。換活動提供支持。進展物質(zhì)運輸進展物質(zhì)運輸: 包括自動運輸和被動運輸包括自動運輸和被動

9、運輸核孔運輸特點核孔運輸特點 被動運輸被動運輸 自動運輸自動運輸 信號引導(dǎo)信號引導(dǎo) 雙向性雙向性經(jīng)過核孔復(fù)合體物質(zhì)運輸?shù)墓δ鼙硎緢D引自B.Talcott等，1999 a自在分散 b協(xié)助分散c信號介導(dǎo)的核輸入 d 信號介導(dǎo)的核輸出核核質(zhì)質(zhì)素素的的核核定定位位信信號號及及其其作作用用四四 核蛋白運輸機制核蛋白運輸機制 根本概念根本概念 核蛋白核蛋白(nuclear protein)：在細胞質(zhì)內(nèi)合成后，：在細胞質(zhì)內(nèi)合成后，需求需求 或可以進入細胞核內(nèi)發(fā)揚功能的一類或可以進入細胞核內(nèi)發(fā)揚功能的一類蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 核定位信號核定位信號(nuclear localization signals ,NLS)：

10、 具有定向、定位作用的特殊氨基酸系列具有定向、定位作用的特殊氨基酸系列 NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段，列片段， 富含堿性氨基酸殘基，如富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，此外還，此外還常含有常含有Pro。NLS的氨基酸殘基片段可以是一段延續(xù)的序的氨基酸殘基片段可以是一段延續(xù)的序列列T抗原，也可抗原，也可 以分成兩段，兩段之間間隔約以分成兩段，兩段之間間隔約10個氨基酸殘個氨基酸殘基核質(zhì)蛋白。基核質(zhì)蛋白。NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指點完成核輸入后并指點完成核輸入后并 不被切除。不被切除。NL

11、S只是親核蛋白入核的一個必要條件而非只是親核蛋白入核的一個必要條件而非充分條件充分條件 核輸出信號核輸出信號(nuclear export signals, NES(nuclear export signals, NES輸入蛋白輸入蛋白(importin)(importin)：僅有核定位信號的蛋：僅有核定位信號的蛋白質(zhì)自白質(zhì)自 身不能經(jīng)過核孔復(fù)合體，它必需與水身不能經(jīng)過核孔復(fù)合體，它必需與水溶性的溶性的NLSNLS受體受體 結(jié)合才可穿過結(jié)合才可穿過NPCNPC，這種受體稱為輸入，這種受體稱為輸入蛋白。蛋白。輸出蛋白輸出蛋白(exportin)(exportin)：存在于細胞核中，可：存在于細胞

12、核中，可以識別以識別 輸出信號并與之結(jié)合的蛋白質(zhì)。輸出信號并與之結(jié)合的蛋白質(zhì)。核定位信號核定位信號核蛋白輸入機理核蛋白輸入機理核內(nèi)蛋白質(zhì)的輸出核內(nèi)蛋白質(zhì)的輸出mRNAmRNA的輸出的輸出 mRNA的前體被錯誤地運輸，后者與剪接體(spliceosome)有關(guān)。 mRNA的出核轉(zhuǎn)運過程是有極性的，其5端在前，3端在后。 入核轉(zhuǎn)運與出核轉(zhuǎn)運之間有某種聯(lián)絡(luò)，它們能夠需求某些共同的因子。第二節(jié)第二節(jié) 染色質(zhì)染色質(zhì)(chromatin)染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成 染色質(zhì)的根本構(gòu)造單位染色質(zhì)的根本構(gòu)造單位核小體核小體(nucleosome) 染色質(zhì)包裝的構(gòu)造模型染色質(zhì)包裝的構(gòu)造模型 常染

13、色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)和異染色質(zhì)一、染色質(zhì)的概念一、染色質(zhì)的概念染色質(zhì)染色質(zhì)(Chromatin):(Chromatin):指間期細胞核內(nèi)由指間期細胞核內(nèi)由DNADNA、組蛋、組蛋白、非白、非 組蛋白及少量組蛋白及少量RNARNA組成的線性復(fù)組成的線性復(fù)合構(gòu)造合構(gòu)造, , 是間期細胞遺傳物質(zhì)是間期細胞遺傳物質(zhì) 存在的方式存在的方式染色體染色體(chromosome):(chromosome):指細胞在有絲分裂或減數(shù)分指細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中裂過程中, , 由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀構(gòu)造由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀構(gòu)造染色體與染色質(zhì)比較染色體與染色質(zhì)比較 在化學(xué)本質(zhì)上沒有差別在化學(xué)本質(zhì)上沒有差別

14、在構(gòu)型上不同在構(gòu)型上不同 是遺傳物質(zhì)在細胞周期不同階段的不同表現(xiàn)是遺傳物質(zhì)在細胞周期不同階段的不同表現(xiàn)方式。方式。二、染色質(zhì)二、染色質(zhì)DNA基因組基因組genome：一個生物儲存在單：一個生物儲存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組。物的基因組。 基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性而添加而添加 基因組中兩類遺傳信息基因組中兩類遺傳信息 編碼序列編碼序列 調(diào)控序列調(diào)控序列物種 基因組大小 平均基因長bp 基因數(shù)目 大腸桿菌 4.2106bp， 1.2Kb 約2 350酵母 1.3107bp 1.4Kb 約6 100 果蠅 1.4

15、108bp 11.3Kb 約8 750 人 3109bp 16.3Kb 約125 000 幾種生物基因組比較幾種生物基因組比較DNA分子一級構(gòu)造具有多樣性分子一級構(gòu)造具有多樣性非反復(fù)序列DNA(單一序列或1-5個拷貝)中度反復(fù)DNA序列 拷貝數(shù)在10個以上的序列稱為反復(fù)序列，反復(fù)次數(shù)在102-105為中度反復(fù)序列短散在反復(fù)元件short interspersed elements，SINEs長散在反復(fù)元件long interspersed elements，LINEs 在物種進化過程中是基因組中可挪動的遺傳元件，并且 影響基因表達。高度反復(fù)DNA序列 反復(fù)次數(shù)在105以上 衛(wèi)星DNAsatel

16、lite DNA，主要分布在染色體著絲粒部位； 小衛(wèi)星DNAminisatellite DNA，又稱數(shù)量可變的的串聯(lián)反復(fù) 序列，常用于DNA指紋技術(shù)DNA finger-printing作個體鑒定； 衛(wèi)星DNAmicrosatellite DNA反復(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(biāo)志。DNA二級構(gòu)造具有多形性二級構(gòu)造具有多形性(polymorphism)三種構(gòu)型DNA：B型DNA右手雙螺旋DNA；活性最高的DNA構(gòu)象；A型DNA，B型DNA的重要變構(gòu)方式，仍有活性；Z型DNA，Z型DNA是左手螺旋，B型DNA的另一種 變構(gòu)方式，活性明顯降低三種構(gòu)型DNA的主要特征 DNA構(gòu)型的生物學(xué)意義 三種不同構(gòu)型三種不同構(gòu)型DNADNA的主要特征的主要特征 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23 A右手+34.7o 11.02.56A位于大溝，不穿過堿基對窄而深寬而淺19 A右手+34.6o10.43.38A穿過堿基對寬而深窄而淺12 A左手-30 o12.05.71A位于小溝，不穿過堿基對平坦窄而深A(yù)