第八章細胞核與遺傳信息的儲存

1、第八章第八章 細胞核與遺傳信息的儲存細胞核與遺傳信息的儲存（nucleus and the storage of genetic information ） 概述概述 第一節(jié)第一節(jié) 核被膜核被膜第二節(jié)第二節(jié) 染色質(zhì)和染色體染色質(zhì)和染色體第三節(jié)第三節(jié) 核仁核仁第四節(jié)第四節(jié) 核基質(zhì)核基質(zhì)第五節(jié)第五節(jié) 細胞核的功能細胞核的功能第六節(jié)第六節(jié) 細胞核與疾病細胞核與疾病內(nèi)容內(nèi)容概概 述述3.是細胞生命活動的調(diào)控中心是細胞生命活動的調(diào)控中心一、一、細胞核最基本的功能細胞核最基本的功能1.貯存遺傳信息貯存遺傳信息（DNA）2.復(fù)制、轉(zhuǎn)錄遺傳信息并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄遺傳信息并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成二、細胞核的大小

2、、形態(tài)、數(shù)目二、細胞核的大小、形態(tài)、數(shù)目1.1.大小大小 生長旺盛的細胞，如卵細胞、腫瘤細胞核較大； 分化成熟的細胞核較??；幼稚細胞核較大； 細胞核的大小用核質(zhì)比表示； 核質(zhì)比=細胞核體積/細胞質(zhì)體積 核質(zhì)比大表示核大，核質(zhì)比小表示核小。2.2.形態(tài)形態(tài)細胞核常位于細胞的中央,但也有偏向細胞一端的，如在脂肪細胞,核被脂滴擠到邊緣。細胞核的形態(tài)一般為圓形或橢圓形,但肌細胞核呈桿狀,嗜中性細胞核呈分葉狀。3.3.數(shù)目數(shù)目每個細胞通常只有一個核，但有些細胞為雙核甚至多核，如人的肝細胞(12)和骨骼肌細胞(多個)。核 膜核 仁染色質(zhì)核基質(zhì) 細胞核的形態(tài)伴隨細胞的增殖過程呈現(xiàn)周期性的變化。處于間期的細胞

3、核叫間期核間期核。間期細胞核 一、核膜的結(jié)構(gòu)一、核膜的結(jié)構(gòu)外核膜（outer nuclear membrane)內(nèi)核膜（inner nuclear membrane)核周間隙（perinuclear space)核 孔（nuclear pores)核纖層（nuclear lamina)第一節(jié)第一節(jié) 核核 膜膜（一）內(nèi)、外核膜和核周間隙（一）內(nèi)、外核膜和核周間隙其表面附核糖體，形似粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),并與其相通，膜可與胞質(zhì)中的某些微管、微絲相連起固定核位置的作用。外核膜外核膜外核膜其內(nèi)表面有一層電子密度高的蛋白質(zhì)細絲附著，稱為核纖層。內(nèi)核膜核纖層 內(nèi)核膜內(nèi)核膜隙寬：2040nm,充滿液態(tài)物質(zhì),為蛋白質(zhì)和

4、酶。此間隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有臨時通道，可進行核質(zhì)物質(zhì)交換。核周間隙核周間隙核周間隙核膜上的圓形小孔，是核質(zhì)的通道，不與核周隙相通。核孔復(fù)合體：多種核孔蛋白質(zhì)以特定方式排列形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。核孔（二）核孔（二）核孔Cytoplasmic face（胞質(zhì)面）Nuclear face （核質(zhì)面）（核質(zhì)面）胞質(zhì)顆粒胞質(zhì)環(huán)中央栓輻胞質(zhì)纖維核質(zhì)環(huán) 核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)模型核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)模型核纖層（1）gp210代表一類結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白，為N連接甘露糖殘基寡糖修飾，位于核膜的“孔膜區(qū)”，在錨定核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)上起重要作用。功能： a.介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，為核孔復(fù)合體裝配提供起始位點。 b.在核質(zhì)交換功能活動中起作用

5、。（2）p62代表一類功能性的核孔復(fù)合體蛋白。它帶有O連接N乙酰葡萄糖胺殘基寡糖修飾。分兩個結(jié)構(gòu)域： N端區(qū)：具有XFXFX形式的重復(fù)序列（F：苯丙氨酸），直接參與核質(zhì)交換。 C端區(qū)：具有疏水性的七肽重復(fù)序列，適合形成 -螺旋。與其他核孔復(fù)合體蛋白成分相互作用, 將p62分子穩(wěn)定到核孔復(fù)合體上,為其N端進行核質(zhì)交換活動提供支持。核核 孔孔復(fù)復(fù) 合合 體體膜蛋白外 膜內(nèi) 膜 鑲 嵌 膜 蛋 白核核 周周 腔腔BBBBBBBAC ACACACACACAC核纖層核纖層染色質(zhì)染色質(zhì)（三）核纖層（三）核纖層（nuclear lamina） 由核纖層蛋白構(gòu)成，分別稱lamin A、 lamin B、lam

6、in.C。其中l(wèi)aminB與核內(nèi)膜上的鑲嵌蛋白結(jié)合在一起， laminA和 laminC 又掛靠著 laminB，染色質(zhì)纖維一個或幾個部位與laminA和 laminC連接在一起，核纖層蛋白還可以與核基質(zhì)中的蛋白質(zhì)形成聯(lián)接。核纖層（核纖層（nuclear lamina）Lamins（核纖層）（核纖層） 1.支持和固定核膜，穩(wěn)定核的形狀。 核纖層的外層與內(nèi)核膜的脂雙分子層中的特殊蛋白相結(jié)合，與維持核孔的位置和核被膜的形狀有關(guān)。核纖層的功能核纖層的功能 2.對染色質(zhì)的有序排列起一定作用。 核纖層蛋白與染色質(zhì)上的一些特殊位點相結(jié)合，與核基質(zhì)也相互連接，為染色質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)支架，在維持染色質(zhì)高度有序性方

7、面起重要作用。前期：核纖層蛋白磷酸化，核纖層蛋白解聚成單體，導(dǎo)致核崩解、破裂。末期：核纖層蛋白去磷酸化，使核膜重建。 3. 參與核膜的解體和重建細胞有絲分裂細胞有絲分裂4. 參與DNA的復(fù)制： 沒有核纖層的細胞核不能復(fù)制DNA。Breakdown and reformation of nuclear envelope during mitosis二、核膜的功能二、核膜的功能（一）核膜為基因表達提供了時空隔離屏障（一）核膜為基因表達提供了時空隔離屏障 在真核細胞中，核膜的出現(xiàn)將胞核物質(zhì)與胞質(zhì)物質(zhì)限定在各自特定的區(qū)域， 建立遺傳物質(zhì)穩(wěn)定的活動環(huán)境，DNA復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄與蛋白合成有時空間隔，對真

8、核細胞的進一步演化具有重要意義。（二）核膜參與了生物大分子的合成（二）核膜參與了生物大分子的合成 在外核膜的表面附著核糖體，所以可進行蛋白質(zhì)的合成。通過免疫電鏡技術(shù)已證實，抗體的形成首先出現(xiàn)在核膜的外層。在核周間隙中存在多種結(jié)構(gòu)蛋白和酶類，它也能合成少量膜蛋白、脂質(zhì)。 （三）（三） 核質(zhì)之間的物質(zhì)運輸核質(zhì)之間的物質(zhì)運輸 1.被動擴散 無機離子和小分子物質(zhì)可以自由通過。2.主動運輸 大分子物質(zhì)通過核孔復(fù)合體的主動運輸。組蛋白， DNA聚合酶，RNA聚合酶，核糖體蛋白主動運輸RNA，核糖體亞基被動運輸012 離子，小分子1) 親核蛋白質(zhì)的核輸入親核蛋白質(zhì)的核輸入親核蛋白質(zhì)（karyophilic

9、protein) 在細胞質(zhì)中合成，運到核內(nèi)執(zhí)行功能的蛋白質(zhì)。如DNA聚合酶、RNA聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白等。 親核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列,保證了整個蛋白質(zhì)能夠通過核孔復(fù)合體被轉(zhuǎn)運到細胞核內(nèi)。這段具有“定向”、“定位”作用的序列被命名為核定位信號核定位信號(nuclear localization signal , NLS）。 NLS由48個氨基酸組成，不同的親核蛋白質(zhì)上的核定位信號不同，但都富含帶正電的賴氨酸和精氨酸，通常還有脯氨酸。這些信號可以位于親核蛋白質(zhì)的任何部位。在指導(dǎo)親核蛋白完成核輸入后不被切除。 研究表明僅有核定位信號的蛋白質(zhì)自身不能通過核孔復(fù)合體，它必須通過和NLS受

10、體結(jié)合才可通過核孔復(fù)合體，這種受體稱為輸入蛋白輸入蛋白（importin）。 輸入蛋白在被轉(zhuǎn)運的親核蛋白質(zhì)與核孔復(fù)合體運輸裝置之間作為一種接頭分子而起作用。v Active transport通過核孔攝取蛋白示意圖輸入蛋白的作用方式輸入蛋白的作用方式本身是核孔復(fù)合體組分之一，結(jié)合親核蛋白質(zhì)直接轉(zhuǎn)運到核內(nèi)；作為一種停泊受體,在細胞質(zhì)內(nèi)與NLS結(jié)合，然后把親核蛋白運輸?shù)胶丝讖?fù)合體，再向核內(nèi)轉(zhuǎn)運；作為一種穿梭受體，在細胞質(zhì)內(nèi)與親核蛋白質(zhì)結(jié)合， 一起穿過核孔復(fù)合體，在核內(nèi)解離，然后再返回細胞質(zhì)Process of Nuclear Import2）RNA及核糖體亞基的核輸出及核糖體亞基的核輸出膠體金顆粒

11、tRNA或5SrRNA注入蛙卵核內(nèi)細胞質(zhì)RNP: ribonucleoproteinNES: (nuclear export signal)Exportin: transport receptor which can recognize NES and then carry RNPs through nuclear envelope to the cytoplasm. 染色質(zhì)染色質(zhì)與染色體染色體是由DNA、組蛋白、非組蛋白及RNA等組成的核蛋白復(fù)合體，是遺傳信息的載體。是同一種物質(zhì)在細胞周期的不同時期中所表現(xiàn)的兩種不同的存在形式。 染色質(zhì)染色質(zhì)是細胞間期核內(nèi)伸展開的DNA蛋白纖維。 染色體染色

12、體是高度螺旋化的DNA蛋白纖維，是在細胞分裂期看得見的可用染料染色的條狀結(jié)構(gòu)。 第二節(jié)第二節(jié) 染色質(zhì)和染色體染色質(zhì)和染色體一、染色質(zhì)的化學(xué)組成一、染色質(zhì)的化學(xué)組成核 酸蛋白質(zhì)成 分DNARNA組蛋白非組蛋白所占比例10.0（一）（一）DNA單一序列（unique seq.) 中度重復(fù)序列（middle repetitive seq.)高度重復(fù)序列（highly repetitive seq.)1.單一序列（unique sequence) 在基因組中僅有一個或幾個拷貝，負責(zé)蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息,以三聯(lián)體密碼方式進行編碼。大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)(酶)的結(jié)構(gòu)基因?qū)龠@種結(jié)構(gòu)形式 。

13、2.中度重復(fù)序列（middle repetitive sequence) 重復(fù)次數(shù)在10105之間。多數(shù)是不編碼的序列，構(gòu)成基因的間隔序列，在基因調(diào)控中起重要作用，涉及DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后加工等方面。有一些是有編碼功能的基因，如rRNA基因，tRNA基因，組蛋白的基因、核糖體蛋白的基因等。3.高度重復(fù)序列（highly repetitive sequence) 由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復(fù)排列，一般為幾個、十幾個或幾十個bp，但重復(fù)拷貝數(shù)超過105，在染色體的端粒、著絲粒，構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因的間隔，維系染色體結(jié)構(gòu)，與減數(shù)分裂中同源染色體聯(lián)會配對有關(guān)。（二）組蛋白（二）組蛋白 組蛋白是真核

14、細胞染色質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸，屬堿性蛋白質(zhì)。其含量恒定，在真核細胞中共有5種。組蛋白的分類及特性組蛋白的分類及特性 種類賴氨酸/精氨酸殘基數(shù)分子量 (kD)保守性存在部位及結(jié)構(gòu)作用存在部位及結(jié)構(gòu)作用H1存在于核心顆粒，形成存在于核心顆粒，形成核小體核小體存在于核心顆粒，形成存在于核心顆粒，形成核小體核小體存在于核心顆粒，形成核存在于核心顆粒，形成核小體小體存在于核心顆粒，形成存在于核心顆粒，形成核小體核小體29.0021523.0低高高極高極高H2AH2BH3H41.2212914.02.6612513.60.7713515.30.7910211.3存在于連接線上存在

15、于連接線上核小體蛋白，核小體蛋白，幫助幫助DNA卷卷曲形成核小曲形成核小體體組蛋白的化學(xué)修飾組蛋白的化學(xué)修飾 乙酰化：可改變賴氨酸所帶的電荷，降低組蛋白與DNA的結(jié)合，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的進行。 磷酸化：同乙?；?甲基化：可增強組蛋白和DNA的相互作用，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性（三）非組蛋白（三）非組蛋白 酸性蛋白質(zhì)，帶負電荷,富含天門冬AA，谷AA等酸性AA 種類多 具有種屬和組織特異性 整個周期都能合成 特性非組蛋白的功能 參與構(gòu)建染色體 啟動DNA的復(fù)制 調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄 二、染色質(zhì)的類型二、染色質(zhì)的類型1. 伸展狀態(tài)，螺旋化程度低，用堿性染料染色時著色淺而均勻的染色質(zhì)。 2. 單一序列DNA和中度重復(fù)序列DN

16、A，具有轉(zhuǎn)錄活性。3. 大部分位于間期核的中央，一部分介于異染色質(zhì)之間。4. 在細胞分裂期，常染色質(zhì)位于染色體的臂。5. 并非所有常染色質(zhì)均有轉(zhuǎn)錄活性，處于常染色質(zhì)狀態(tài)是轉(zhuǎn)錄的必要條件。(一一)常染色質(zhì)（常染色質(zhì)（euchromatin) （二）異染色質(zhì)（二）異染色質(zhì)（heterochromatin) 1.1.螺旋化程度高，處于凝集狀態(tài)，堿性染料染色時著色較深。2.一般位于核的邊緣或圍繞在核仁的周圍。3.轉(zhuǎn)錄不活躍或無轉(zhuǎn)錄活性。4.可分為組成性異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)組成性異染色質(zhì)（constitutive heterochromatin) 又稱為恒定性異染色質(zhì)：在各種細胞類型的細胞周期中（除復(fù)

17、制期外）都呈濃縮狀態(tài)，由高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成；在中期染色體上常位于染色體的著絲粒區(qū)，端粒區(qū)、次縊痕等部位；具有遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；在復(fù)制行為上，較常染色質(zhì)早聚縮晚復(fù)制。 兼性異染色性（facultative heterochromatin) 在某些細胞類型或在一定發(fā)育階段，處于凝縮失活狀態(tài)，而在其他時期松展為常染色質(zhì)。兼性異染色質(zhì)的總量隨細胞類型而變化，一般胚胎細胞含量少，高度分化的細胞含量較多，說明隨著細胞分化，較多的基因漸次以聚縮狀態(tài)而關(guān)閉。因此，染色質(zhì)的壓縮折疊可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。常、異染色質(zhì)的區(qū)別常、異染色質(zhì)的區(qū)別 常染色質(zhì) 異染色質(zhì)螺旋化程度低高染 色 較淺

18、較深 間 期核中央核邊緣 分裂期染色體臂著絲粒區(qū)和端粒區(qū) 活 性常轉(zhuǎn)錄很少轉(zhuǎn)錄 復(fù)制時間S 早、中期S 晚期染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：核小體染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：螺線管染色質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：超螺線管染色質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：染色單體（一）染色質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)模型（一）染色質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)模型三、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與包裝三、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與包裝1.一級結(jié)構(gòu) 核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，為染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)， 10nm。染色體的基本結(jié)構(gòu)染色體的基本結(jié)構(gòu)- -核小體核小體球狀組蛋白核心球狀組蛋白核心H4DNA雙螺旋雙螺旋(140-160bp、1.75圈）圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B 10

19、nm連接連接DNA（60bp） H1 H1核小體核小體核心部核心部連接部連接部DNA分子：分子：140160bp、1.75圈圈組組 蛋蛋 白：白：2（H2A、H2B、H3、H4）八）八聚體聚體組組 蛋蛋 白：白：H1DNA分子：分子：60bp核小體核小體2 .二級結(jié)構(gòu) 螺線管是染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，6個核小體纏繞一圈形成的中空性管. 外30nm; 內(nèi)10nm,組蛋白H1位于螺旋管內(nèi)側(cè)。染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)螺線管內(nèi)10nm組蛋白H13 .三級結(jié)構(gòu)超螺線管為染色質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，它是由螺旋管進一步盤曲而形成。4 .四級結(jié)構(gòu)超螺線管進一步折疊成為四級結(jié)構(gòu)染色單體。（DNA分子長度壓縮至1/80001/10 00

20、0）。（二）染色質(zhì)的袢環(huán)結(jié)構(gòu)模型（二）染色質(zhì)的袢環(huán)結(jié)構(gòu)模型 (loop model)一、二級結(jié)構(gòu)與四級結(jié)構(gòu)模型一致：核小體（10nm），螺線管（30nm）30nm螺形成袢環(huán)袢環(huán)模型（loop model）染色體支架（非組蛋白）袢環(huán)（ 30nm螺線管）123456789101112131415161718四、染色體四、染色體（一）染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色單體次縊痕短臂（p）長臂（q）隨體常染色質(zhì)區(qū)異染色質(zhì)區(qū)主縊痕（初級縊痕）中期染色體按著絲粒的位置分為： 1/25/8中央著絲粒染色體5/87/8亞中著絲粒染色體7/8 近端著絲粒染色體中部亞中部近端部端部 末端處染色體的類型主縊

21、痕模式圖主縊痕模式圖動粒結(jié)構(gòu)域動粒結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域中心結(jié)構(gòu)域中心結(jié)構(gòu)域 動粒動粒：由蛋白質(zhì)組成的存在于著絲粒兩側(cè)的特化圓盤狀結(jié)構(gòu)。每一中期染色體含有兩個動粒，是細胞分裂時紡錘絲微管附著的部位，與細胞分裂過程中染色體的運動密切相關(guān)。在細胞分裂后期，微管牽引著兩條染色單體向細胞兩極移動，動粒起著核心作用，控制著微管的裝配和染色體的移動。 著絲粒著絲粒-動粒復(fù)合體動粒復(fù)合體：有著絲粒、動粒共同組成的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，兩者的結(jié)構(gòu)成分互相穿插，在功能上緊密聯(lián)系，共同介導(dǎo)紡錘絲與染色體的結(jié)合。包括3種結(jié)構(gòu)域：動粒域、中心域、配對域。隨體隨體染色體的臂上凹陷縮窄染色體的臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁的

22、形成次縊痕，與核仁的形成有關(guān)，稱為核仁組形成有關(guān)，稱為核仁組織區(qū)（織區(qū)（NOR)。端粒（端粒（telomere） 生殖細胞、胚胎干細胞和腫瘤細胞含有端粒酶，可以使端粒恢復(fù)原長。 端粒是存在于染色體末端的特化部位。通常由一簡單重復(fù)的序列組成,進化上高度保守。可以保護染色體末端不被降解，并防止與其它染色體的末端融合。 正常染色體每復(fù)制一次,端粒序列減少50100個bp,因而端粒也被稱為細胞的生命鐘,當(dāng)端粒縮短到一定程度，即是細胞衰老的標志。端粒端粒（telomere） 端粒酶是一種由蛋白質(zhì)和RNA組成的核糖核蛋白酶。具有延長端粒末端重復(fù)序列的功能，如果端粒酶活性喪失，端粒將逐漸縮短，從而導(dǎo)致細胞衰

23、老。端粒酶端粒酶端粒酶與端粒的關(guān)系 2009年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒給三名科學(xué)家，他們解決了生物學(xué)的一個重大問題：在細胞分裂時染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護以免于退化。這三位諾貝爾獎獲得者向我們展示，解決辦法存在于染色體末端端粒，以及形成端粒的酶端粒酶。 Elizabeth H. Blackburn 伊麗莎白-布萊克本Carol W. Greider 卡羅爾-格雷德Jack W. Szostak杰克-紹斯塔克University of California San Francisco, CA, USA美國加州大學(xué)舊金山分校Johns Hopkins University Sc

24、hool of Medicine Baltimore, MD, USA 巴爾的摩約翰-霍普金斯醫(yī)學(xué)院Harvard Medical School; Massachusetts General Hospital Boston, MA, USA; 哈佛醫(yī)學(xué)院（二）染色體穩(wěn)定遺傳的功能序列（二）染色體穩(wěn)定遺傳的功能序列.自主復(fù)制序列（autonomously replicating sequence, ARS） 是DNA復(fù)制的起點；均有一段保守序列： 200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp, 2.著絲粒序列 (centromere DNA sequence, CEN)

25、 其功能是形成著絲粒，使細胞分裂中染色體能夠準確地分離。由串聯(lián)重復(fù)序列組成；含有11個高度保守的堿基序列： -TGATTTCCGAA-， 草履蟲的：TTGGGG 錐蟲的：TAGGG 擬南芥的：TTTAGGG 人的：TTAGGG3.端粒序列 (telomeric sequence, TEL) 不同生物的端粒序列都很相似，由長5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成。 保證染色體末端的完全復(fù)制，端粒DNA提供復(fù)制線性DNA末端的模板。 在兩端形成保護性的帽結(jié)構(gòu)，使DNA免受核酸酶和其他不穩(wěn)定因素的破壞和影響。使染色體的末端不會與其他染色體的末端融合，保持染色體結(jié)構(gòu)的完整。 在細胞的壽命、衰老和死亡中起作用。

26、端粒的功能：端粒的功能：（三）人類的正常核型（三）人類的正常核型 一個體細胞（somatic cell）中的全部染色體，按其大小和形態(tài)特征排列所構(gòu)成的圖像。 1. 核型（Karyotype）2.染色體的顯帶技術(shù) 用特殊的染色方法使染色體在其長軸上顯出明暗交替或染色深淺不同的橫紋帶（band）。采血接種培養(yǎng)秋水仙素處理收集細胞低滲固定制片染色觀察染色體標本的制備染色體標本的制備3)羊水細胞培養(yǎng)及染色體標本制備2)骨髓細胞染色體標本制備1)人類外周血淋巴細胞培養(yǎng)及染 色體標本制備抽羊水最佳時間妊娠1620周顯帶顯帶技術(shù)技術(shù)整條顯帶整條顯帶局部顯帶局部顯帶Q Q帶：帶：喹吖因或熒光染料喹吖因或熒光染

27、料G G帶：帶：Giemsa染色染色R R帶：帶：Q、G反帶反帶高分辨帶高分辨帶C C帶：帶：著絲粒等區(qū)的異染色質(zhì)著絲粒等區(qū)的異染色質(zhì)T T帶：帶：端粒端粒N N帶：帶：NOR區(qū)酸性蛋白區(qū)酸性蛋白（四）（四） 巨型染色體是一類形態(tài)特殊、體積巨型染色體是一類形態(tài)特殊、體積巨大的染色體巨大的染色體 在某些生物的細胞中，可以觀察到一些特殊的、體積巨大的染色體，被稱為巨型染色體（giant chromosome），包括燈刷染色體（lampbrush chromosome）和多線染色體（polytene chromosome）。 燈刷染色體為一類普遍存在于魚類、兩棲類等動物卵母細胞中、處于第一次減數(shù)分裂

28、雙線期的染色體，它是一個二價體，包含4條染色單體。該類染色體中央存在由染色粒構(gòu)成的主軸，從染色粒向兩側(cè)伸出一系列對稱的側(cè)環(huán)，呈現(xiàn)“燈刷樣”形態(tài)。1. 燈刷染色體呈燈刷樣形態(tài)結(jié)構(gòu)燈刷染色體呈燈刷樣形態(tài)結(jié)構(gòu)兩棲類卵母細胞中的燈刷染色體兩棲類卵母細胞中的燈刷染色體 大部分DNA以染色粒形式存在，無轉(zhuǎn)錄活性，而側(cè)環(huán)是RNA轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域，每一個側(cè)環(huán)往往是一個大的轉(zhuǎn)錄單位，或由幾個轉(zhuǎn)錄單位構(gòu)成，是一個固定的染色質(zhì)功能單位，常有新轉(zhuǎn)錄RNA結(jié)合其上。 燈刷染色體側(cè)環(huán)上的RNA主要是mRNA，mRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成無活性的RNP顆粒，這些顆粒存在于卵母細胞中，以便受精之后使用。因此燈刷染色體的形態(tài)與卵子發(fā)

29、生過程中營養(yǎng)儲備密切相關(guān)。2. 多線染色體是由多條染色體組成的結(jié)構(gòu)多線染色體是由多條染色體組成的結(jié)構(gòu) 多線染色體存在于雙翅目昆蟲幼蟲的唾液腺、腸、氣管等組織細胞中，因染色體DNA多次復(fù)制但不分離，子染色體呈平行排列相互連接在一起，由此形成體積巨大的由多條染色體組成的結(jié)構(gòu)，即多線染色體，如果蠅唾液腺細胞的多線染色體。果蠅唾液腺細胞的多線染色體果蠅唾液腺細胞的多線染色體 光鏡下多線染色體沿其縱軸可見一系列交替的帶與間帶，多數(shù)基因分布于帶上。果蠅發(fā)育中，多線染色體某些帶將膨大形成許多蓬松點，其上具有袢環(huán)樣結(jié)構(gòu)。每個袢環(huán)具有一個基因，隨著基因轉(zhuǎn)錄的進行，袢環(huán)染色質(zhì)將逐漸由折疊狀態(tài)變?yōu)樯煺?，以適應(yīng)基因的

30、轉(zhuǎn)錄。 同種屬不同個體間多線染色體的帶型基本一致，但不同種果蠅多線染色體的帶型差異很大，研究發(fā)現(xiàn)帶型與基因有關(guān)。多線染色體并非細胞內(nèi)的惰性結(jié)構(gòu)，而是動態(tài)的，含有許多在發(fā)育的特定階段形成的蓬松點區(qū)域，是DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的結(jié)果。核仁核仁(nucleolus)第三節(jié)第三節(jié) 核核 仁仁核仁電鏡照片光鏡：核仁通常是勻質(zhì)的球體，具較強的折光性，易被酸性或堿性染料著色電鏡：核仁裸露無膜、由纖維絲構(gòu)成，包括纖維成分、顆粒成分、核仁相隨染色質(zhì)和核仁基質(zhì)。一、核仁的結(jié)構(gòu)一、核仁的結(jié)構(gòu) 纖維中心：由具有rRNA基因的染色質(zhì)構(gòu)成 致密纖維組分：不同轉(zhuǎn)錄階段的rRNA分子 顆粒組分：正在加工的rRNA及蛋白質(zhì)構(gòu)成核仁

31、相隨染色質(zhì)核仁相隨染色質(zhì)核仁周圍染色質(zhì)：核仁周圍染色質(zhì)：核仁內(nèi)染色質(zhì)核仁內(nèi)染色質(zhì) ：包圍在核仁周圍的染色質(zhì)，高度螺旋，屬異染色質(zhì)。伸入核仁內(nèi)的染色質(zhì)，處于非螺旋狀態(tài)，屬常染色質(zhì)，載有rRNA基因（rDNA）,此段DNA稱核仁組織區(qū)（NOR）,它是形成核仁的部位。直徑58nm，多在核仁的中心部位?？杀籖NA酶和蛋白酶消化，故纖維成分為RNA與蛋白質(zhì)的復(fù)合物，它可在核仁內(nèi)構(gòu)成海綿狀網(wǎng)架。 纖維成份纖維成份顆粒成份顆粒成份核仁的周邊部分，電子密度較高，顆粒直徑1520nm，為核糖體的前體。核仁基質(zhì)核仁基質(zhì)低電子密度、無定形的蛋白質(zhì)物質(zhì)，為上述三種結(jié)構(gòu)的存在環(huán)境。二、核仁的形成二、核仁的形成 核仁隨細

32、胞的周期性變化而變化， 而核仁染色體的凝集（前期）與解凝集（末期），決定核仁的消失和重現(xiàn)。核仁組織區(qū)（nucleolar organizer region NOR) 人類有5對染色體上存在核仁組織區(qū)，它們都是短臂上帶有隨體的染色體（D組：13、14、15；G組：21、22）這些染色體稱核仁染色體。其短臂末端與隨體之間有染色質(zhì)細絲相連（DNA袢環(huán)），含rRNA基因，可指導(dǎo)rRNA的合成。核膜核仁含有rDNA的10個伸展的間期染色體袢環(huán)進入核仁中 間 期有12個或多個核仁。分裂前期染色質(zhì)濃縮、rRNA合成停止，rDNA袢環(huán)逐漸縮回到染色體，核仁消失。 分裂末期染色體解旋，rDNA伸展，合成rRNA

33、，組建成新的核仁。三、核仁的功能三、核仁的功能合成、加工rRNA和裝配核糖體亞基的重要場所。（一）（一）rRNA合成和加工合成和加工定位在核仁組織區(qū)（NOR）的rDNA呈串狀重復(fù)排列（中度重復(fù)順序）rDNArRNA轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位3nm間隔間隔片段片段轉(zhuǎn)錄的起點轉(zhuǎn)錄的起點轉(zhuǎn)錄的終點轉(zhuǎn)錄的終點RNA聚合酶聚合酶蛋白質(zhì)顆粒蛋白質(zhì)顆粒rDNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄rRNA(45S rRNA前體、纖維狀前體、纖維狀)顆粒狀顆粒狀（18s 5.8s 28srRNA、蛋白、蛋白質(zhì)顆粒）質(zhì)顆粒）剪切、加工剪切、加工加工、包裝加工、包裝核糖體的亞基核糖體的亞基核仁是裝配核糖體大小亞基的場所，核糖體的大小亞基在核仁中裝配成熟

34、后，通過核孔轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)中，形成有功能的核糖體。（二）核糖體亞基的組裝（二）核糖體亞基的組裝45S rRNA核糖體蛋白共同加工裝配核仁在核糖體合成和組裝中的作用狹義：核基質(zhì)(nuclear skeleton)核骨架廣義：包括核基質(zhì)、核纖層、核 孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)體系、染色 體骨架 核基質(zhì)又稱核骨架（nuclear skeleton）第四節(jié)第四節(jié) 核核 基基 質(zhì)質(zhì) 真核細胞核內(nèi)除去核膜、核纖層、染色質(zhì)與核仁以外的一個以纖維蛋白成分為主的精密網(wǎng)架體系。核基質(zhì)充滿整個核內(nèi)空間。核基質(zhì)(inner nulear matrix)一、形態(tài)結(jié)構(gòu)和基本組分一、形態(tài)結(jié)構(gòu)和基本組分核基質(zhì)基本組分(非組蛋白性質(zhì))纖維蛋白

35、核基質(zhì)蛋白是各種類型細胞共有的蛋白質(zhì)核基質(zhì)結(jié)合蛋白是與細胞類型及分化程度相關(guān)的蛋白質(zhì)RNA：RNA與蛋白質(zhì)結(jié)合成RNP復(fù)合物 DNA：可能是染色質(zhì)殘余部分 二、核基質(zhì)的功能二、核基質(zhì)的功能（一）與（一）與DNA復(fù)制有關(guān)復(fù)制有關(guān)(DNA復(fù)制位點結(jié)合于核基質(zhì)上)體外培養(yǎng)的3T3成纖維細胞大鼠再生肝細胞3H-TdR進行脈沖標記分離核基質(zhì)30分鐘內(nèi)，發(fā)現(xiàn)與核基質(zhì)緊密結(jié)合的DNA中有90%是新合成的DNA。(二）參與基因表達的調(diào)控二）參與基因表達的調(diào)控3H-尿核苷脈沖標記Hela細胞95%以上的放射性存在于核基質(zhì)上 1. 核基質(zhì)與基因轉(zhuǎn)錄活性說明RNA是在核基質(zhì)上進行合成的 Volgestin等(198

36、3) 用雌激素刺激雞輸卵管細胞中卵清蛋白基因的表達。發(fā)現(xiàn)只有活躍轉(zhuǎn)錄的卵清蛋白基因才能結(jié)合于核基質(zhì)上，而不轉(zhuǎn)錄的珠蛋白基因不結(jié)合。 Hentzen等(1984) 報道了成紅細胞中正在轉(zhuǎn)錄的珠蛋白基因結(jié)合于核基質(zhì)上。 上述實驗表明，具有轉(zhuǎn)錄活性的基因結(jié)合在核基質(zhì)上，核基質(zhì)上有RNA聚合酶的結(jié)合位點。 2.核基質(zhì)與hnRNA的加工 Ciejek(1982)等以小雞輸卵管細胞為材料，在-20低溫條件下（降低內(nèi)源核糖核酸酶活性）分離出核基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)所有的卵清蛋白和卵黏蛋白mRNA的前體都僅存在于核基質(zhì)中。有人則具體指出hnRNA上的polyA區(qū)可能就是hnRNA在核基質(zhì)中的附著點。 （三）參與（三）參與

37、DNA的包裝與染色體的構(gòu)建的包裝與染色體的構(gòu)建(染色體“袢環(huán)”模型) （四）核基質(zhì)與病毒復(fù)制（四）核基質(zhì)與病毒復(fù)制 核內(nèi)病毒的發(fā)生與核基質(zhì)相關(guān)。單純皰疹病毒核衣殼在核基質(zhì)上裝配。腺病毒的hnRNA在拼接過程中能與核基質(zhì)結(jié)合。腺病毒（核內(nèi)DNA病毒）的復(fù)制和裝配與核基質(zhì)關(guān)系密切。 一方面它是遺傳信息的主要貯存庫，整套的遺傳信息貯存在細胞核內(nèi)。在細胞分裂周期中，這些遺傳信息可通過復(fù)制傳遞給下一代細胞。 另一方面，遺傳信息表達時，帶有指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成信息的mRNA，以及在蛋白質(zhì)合成中起重要作用的rRNA和tRNA都來自于細胞核。細胞核的功能主要有兩個方面：第五節(jié)第五節(jié) 細胞核的功能細胞核的功能一、貯存

38、、傳遞遺傳信息一、貯存、傳遞遺傳信息 DNA分子合成一個與自己相同的DNA分子的過程。其結(jié)果DNA含量增加一倍。1.DNA復(fù)制(replication )DNA復(fù)制的基本形式和過程DNA復(fù)制的特點半保留性半不連續(xù)性TAATGCCGTAA-TA-TATCGGCGCA-TT AT AA T C GG CT AT AAACGCTTGCG半保留復(fù)制C GG CA TA TAACGCTTGCGATGCAAA-TA-TATCGCGGCGCATTTATGCCGA-TA-TATCGGCGCA -TATGCTACGTAA-TA-TATCGGCG-C5 3 5 3 復(fù)制起始點復(fù)制起始點復(fù)制叉復(fù)制叉5 3 5 3

39、5 3 5 3 復(fù)制起始點復(fù)制起始點復(fù)制叉復(fù)制叉先導(dǎo)鏈先導(dǎo)鏈后導(dǎo)鏈（延遲鏈）后導(dǎo)鏈（延遲鏈）RNARNA引物引物崗崎片段崗崎片段轉(zhuǎn)錄(transcription) ： 以DNA分子為模板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的過程。 2.基因的轉(zhuǎn)錄細胞核的功能是由其各部分共同完成的。二、指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成二、指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成DNA分子攜帶遺傳信息；DNA復(fù)制和mRNA、tRNA以及5SrRNA的轉(zhuǎn)錄在核基質(zhì)進行；核仁合成大部分rRNA并把它們和其他成分一起裝配成糖體的大、小亞基；核膜調(diào)節(jié)核質(zhì)間的物質(zhì)交換。DNARNARNA聚合酶聚合酶IIIIIIIIhnRNA45SrRNA5SrRNAtRNA剪接、戴帽剪

40、接、戴帽加尾加尾18SrRNA28SrRNA5.8SrRNA小亞基小亞基大亞基大亞基mRNAPro.Pro.合成信息合成信息核糖體核糖體Pro.Pro.合成合成 場所場所AA-tRNAAA-tRNA復(fù)合物復(fù)合物Pro.Pro.合成中的轉(zhuǎn)運合成中的轉(zhuǎn)運 DNA分子在誘變因子直接或間接的作用下，會發(fā)生堿基組成或排列順序的變化，從而導(dǎo)致遺傳信息的改變。在體細胞發(fā)生的DNA損傷可能影響其功能或生存，而在生殖細胞發(fā)生的則可能影響到后代。 盡管環(huán)境中各種因素可對生物體內(nèi)的DNA分子結(jié)構(gòu)造成損傷，但生物體仍然保持了遺傳穩(wěn)定性。這是因為DNA損傷后可通過細胞內(nèi)的DNA修復(fù)系統(tǒng)進行修復(fù)。三三 、損傷的、損傷的D

41、NA分子通過分子通過DNA修復(fù)系統(tǒng)進修復(fù)系統(tǒng)進行修復(fù)行修復(fù)DNA損傷修復(fù)的方式損傷修復(fù)的方式1. 光修復(fù)2. 切除修復(fù)3. 重組修復(fù)4. SOS修復(fù)1. 光修復(fù)是最早發(fā)現(xiàn)的光修復(fù)是最早發(fā)現(xiàn)的DNA修復(fù)方式修復(fù)方式 光修復(fù)(photo-repair)是由光修復(fù)酶（photolyase）完成的，此酶能特異性識別紫外線造成的核酸鏈上相鄰嘧啶共價鍵結(jié)合的二聚體，并與其結(jié)合，這步反應(yīng)不需要光；結(jié)合后如受300600nm波長的光照射，則此酶就被激活，將二聚體分解為兩個正常的嘧啶單體，然后酶從DNA鏈上釋放，DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。具體過程如圖光修復(fù)過程示意圖 為完整的DNA分子區(qū)段。 UV照射形成TT，DNA

42、空間構(gòu)型改變。 光修復(fù)酶識別DNA損傷部位并與之結(jié)合，形成酶- DNA復(fù)合體。 在光作用下，修復(fù)酶被激活，使嘧啶二聚體分開。 酶-DNA復(fù)合體解體，酶釋放，DNA恢復(fù)正常構(gòu)型，光修復(fù)過程完成。 光修復(fù)主要是低等生物的一種修復(fù)方式，后來發(fā)現(xiàn)類似的修復(fù)酶廣泛存在于動植物中。 2.切除修復(fù)是細胞內(nèi)切除修復(fù)是細胞內(nèi)DNA損傷修復(fù)最重要的方式損傷修復(fù)最重要的方式 切除修復(fù)（excision repair），普遍存在于各種生物細胞中，對無堿基位點、嘧啶二聚體、堿基烷基化、單鏈斷裂等多種DNA損傷都能起修復(fù)作用。切除修復(fù)發(fā)生在復(fù)制之前，在這種修復(fù)過程中光不起作用，但需要核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶和連接酶等的參

43、與。 如果切除修復(fù)系統(tǒng)有缺陷，例如人的著色性干皮病患者由于缺少核酸內(nèi)切酶，對紫外線特別敏感，該病患者不能切除紫外線誘發(fā)的T=T，導(dǎo)致突變積累，易患基底細胞癌。 修復(fù)過程主要有以下幾個階段：已經(jīng)形成嘧啶二聚體的DNA分子片段由核酸酶識別DNA的損傷位點，在損傷部位的5端切開磷酸二酯鍵。不同的DNA損傷需要不同的特殊核酸內(nèi)切酶來識別和切割。由53核酸外切酶將損傷的DNA片段切除。在DNA聚合酶的作用下，以完整的互補鏈為模板，按53方向合成新的DNA片段，填補已切除的空隙。由DNA連接酶將新合成的DNA片段與原來的DNA斷鏈連接起來，完成修復(fù)過程。嘧啶二聚體的切除修復(fù)示意圖3. 重組修復(fù)應(yīng)用重組修復(fù)應(yīng)用DNA重組方式完成修復(fù)過程重組方式完成修復(fù)過程 又稱復(fù)制后修復(fù)（post replication repair）。在DNA復(fù)制進行時如果發(fā)生DNA損傷，此時DNA兩條鏈已經(jīng)解旋，其修復(fù)可用DNA重組方式，其修復(fù)過程如下： 受損傷的DNA鏈進行復(fù)制時，產(chǎn)生的子代DNA鏈在損傷的對應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。 完整的母鏈DNA與有缺口的子鏈DNA進行重組交換，將母鏈DNA上相應(yīng)的片段填補