細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞核與染色體

關(guān)于細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞核與染色體第1頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五細(xì)胞核(nucleus)——真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器，體積占細(xì)胞的10%核直徑：

-高等動(dòng)物：5~10μm

-高等植物：5~20μm

-低等植物：1~4μm細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心

-遺傳信息的貯存

-DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄初

產(chǎn)物的加工組成

-核被膜

-染色質(zhì)

-核仁

-核骨架第2頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核被膜與核孔復(fù)合體核被膜核孔復(fù)合體第3頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核被膜(nuclearenvelope)——結(jié)構(gòu)組成由內(nèi)外兩層平行但不連續(xù)的單位膜構(gòu)成，位于間期細(xì)胞核的最外層，是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的界膜外核膜(outernuclearmembrane)，表面常附有核糖體顆粒，且常常與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通連內(nèi)核膜(innernuclearmembrane)，表面光滑，無核糖體顆粒附著，但緊貼其內(nèi)表面有一層致密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——核纖層(nuclearlamina)。內(nèi)核膜上有一些特有的蛋白成分，如核纖層蛋白B受體(laminBreceptor,LBR)兩層膜厚7.5nm，其間為20-40nm的透明空隙，即核周間隙(perinuclearspace)或核周池(perinuclearcisternae)內(nèi)、外膜常在某些部位融合形成環(huán)狀開口，稱核孔(nuclearpore)，即核孔復(fù)合體(nuclearporecomplex)第4頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核被膜——功能，崩解與裝配功能：①核被膜構(gòu)成了核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障，將細(xì)胞分成核與質(zhì)兩大結(jié)構(gòu)與功能區(qū)域，使細(xì)胞的生命活動(dòng)更加秩序井然，同時(shí)保護(hù)核內(nèi)的DNA分子免受由于細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械力的損傷；②通過核被膜上的核孔復(fù)合體進(jìn)行核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流在真核細(xì)胞的細(xì)胞周期中，核被膜有規(guī)律地解體與重建

-解體：分裂期，雙層核膜崩解成單層膜泡，核孔復(fù)合體解

體，核纖層去裝配

-重建：分裂末期，核被膜開始圍繞染色體重新形成，某些

部位內(nèi)外膜融合，形成核孔復(fù)合體

-解體與重建的動(dòng)態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子調(diào)節(jié)，可能與

核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的磷酸化與去磷酸化有關(guān)第5頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核被膜——崩解與裝配第6頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體所有的真核細(xì)胞，從酵母到人，間期細(xì)胞核普遍存在核孔復(fù)合體(nuclearporecomplex,NPC)核孔復(fù)合體在核被膜上的數(shù)量、分布密度與分布形式隨細(xì)胞類型、細(xì)胞核的功能狀態(tài)而有很大的差異，轉(zhuǎn)錄功能活躍的細(xì)胞核孔復(fù)合體數(shù)量較多。典型3000-4000個(gè)，10-60個(gè)/μm2第7頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——結(jié)構(gòu)模型胞質(zhì)環(huán)(cytoplasmicring)，外環(huán)，上有8條短纖維對(duì)稱分布，伸向胞質(zhì)核質(zhì)環(huán)(nuclearring)，內(nèi)環(huán)，連有8條細(xì)長(zhǎng)的纖維，末瑞形成一個(gè)直徑為60nm的小環(huán)(由8個(gè)顆粒構(gòu)成)——捕魚籠(fishtrap)樣的結(jié)構(gòu)，也稱為核籃(nuclearbasket)輻(spoke)：由核孔邊緣伸向

中心，呈輻射狀八重對(duì)稱

-柱狀亞單位(columnsubunit)

-腔內(nèi)亞單位(luminalsubunit)

-環(huán)帶亞單位(annularsubunit)中央栓(centralplug)，位于核

孔的中心，呈顆粒狀或棒狀，

中央顆粒(centralgranule)，

transporter第8頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——結(jié)構(gòu)模型第9頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——成分主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，總相對(duì)分子質(zhì)量約為125×106，推測(cè)可能含有100余種不同的多肽，共1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白

-介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，將核孔復(fù)合體錨定在“孔

膜區(qū)”，從而為核孔復(fù)合體裝配提供一個(gè)起始位點(diǎn)

-在內(nèi)、外核膜融合形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(dòng)中起一定作用p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域

-疏水性N端區(qū)，可能在核孔復(fù)合體功能活動(dòng)中直接參與核質(zhì)

交換

-C端區(qū)，可能通過與其它核孔復(fù)合體蛋白相互作用，從而將

p62分子穩(wěn)定到核孔復(fù)合體上，為其N端進(jìn)行核質(zhì)交換活動(dòng)

提供支持第10頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——功能核孔復(fù)合體可以看作是一種特殊的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體，是一個(gè)雙功能、雙向性的親水性核質(zhì)交換通道雙功能性：被動(dòng)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸雙向性：介導(dǎo)蛋白質(zhì)的入核轉(zhuǎn)運(yùn)，介導(dǎo)RNA、核糖核蛋白顆粒(RNP)的出核轉(zhuǎn)運(yùn)核孔復(fù)合體作為被動(dòng)擴(kuò)散的親水性通道，有效直徑為9-10nm，長(zhǎng)約15nm離子、小分子及直徑10nm以下的物質(zhì)原則上可以自由通過但有些小分子并不能隨意進(jìn)出細(xì)胞核

-具信號(hào)序列的小分子蛋白，籍主動(dòng)運(yùn)輸入核，如組蛋白H1

-與具信號(hào)序列結(jié)合的小分子蛋白

-與其他大分子結(jié)合，或與不溶性結(jié)構(gòu)成分結(jié)合的第11頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——功能第12頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——功能第13頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——主動(dòng)運(yùn)輸生物大分子的核質(zhì)分配主要通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸完成典型的哺乳類細(xì)胞的核被膜上有3000-4000個(gè)核孔。如果細(xì)胞正在合成DNA，為了確保染色質(zhì)包裝，則需要每個(gè)核孔每分鐘運(yùn)進(jìn)100個(gè)組蛋白分子；如果細(xì)胞在迅速生長(zhǎng)，則需要每個(gè)核孔每分鐘從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)輸出三對(duì)核糖體大小亞基，以確保蛋白質(zhì)合成的需要第14頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸具有高度的選擇性，表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

-對(duì)運(yùn)輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被調(diào)節(jié)，約10-20nm，甚至可達(dá)26nm-主動(dòng)運(yùn)輸是一個(gè)信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)的過程，需要消耗能量，并表現(xiàn)出飽和動(dòng)力學(xué)特征

-主動(dòng)運(yùn)輸具有雙向性，即親核蛋白的核輸入、RNA分子及RNP顆粒的核輸出第15頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)親核蛋白(karyophilicprotein)是指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì)通過研究核質(zhì)蛋白(nucleoplasmin)在非洲爪蟾卵母細(xì)胞的入核轉(zhuǎn)運(yùn)，發(fā)現(xiàn)了核定位信號(hào)(nuclearlocalizationsignal,NLS)第16頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)核定位信號(hào)(NLS)NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段，富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，此外還常含有ProNLS的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列(T抗原)，也可以分成兩段，兩段之間間隔約10個(gè)氨基酸殘基(核質(zhì)蛋白)NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導(dǎo)完成核輸入后并不被切除NLS只是親核蛋白入核的一個(gè)必要條件而非充分條件，已發(fā)現(xiàn)帶有NLS的蛋白質(zhì)滯留在胞質(zhì)內(nèi)，原因：NLS的活性被封閉，如磷酸化修飾；由于與“胞質(zhì)滯留因子”結(jié)合，如與細(xì)胞骨架的結(jié)合導(dǎo)致親核蛋白不能自由活動(dòng)第17頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的步驟結(jié)合(binding)：需NLS識(shí)別并結(jié)合importin，不需要能量轉(zhuǎn)移(轉(zhuǎn)運(yùn),translocation)：需GTP水解提供能量，還需要Ran(一種GTP結(jié)合蛋白，分子開關(guān))第18頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核孔復(fù)合體——轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的核輸出RNA通常需加工、修飾成成熟RNA分子后才被轉(zhuǎn)運(yùn)出核

-RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子，以RNP形式離核，需能量

-RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5SrRNA與tRNA的核輸出由蛋白介導(dǎo)

-RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hnRNA，經(jīng)5’端加帽、3’端附加polyA

序列、剪接等形成成熟的mRNA出核，5’端的m7GpppG“帽

子”結(jié)構(gòu)對(duì)mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)是必要的核中有正調(diào)控信號(hào)保證mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)，也有負(fù)調(diào)控信號(hào)防m(xù)RNA前體被錯(cuò)誤運(yùn)輸，后者與剪接體(spliceosome)有關(guān)mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)過程有極性，5’端在前，3’端在后RNA分子的出核轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)際上是RNA-蛋白復(fù)合體的轉(zhuǎn)運(yùn)，這些蛋白因子本身含有核輸出信號(hào)(nuclearexportsignal,NES)入核轉(zhuǎn)運(yùn)與出核轉(zhuǎn)運(yùn)之間有某種聯(lián)系，它們可能需要某些共同的因子第19頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)與染色體基本概念染色質(zhì)化學(xué)組成核小體染色質(zhì)包裝結(jié)構(gòu)模型常染色質(zhì)和異染色質(zhì)中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色體DNA的三種功能元件核型與染色體顯帶巨大染色體第20頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五基本概念1879年，F(xiàn)lemming提出了染色質(zhì)這一術(shù)語(yǔ)，用以描述細(xì)胞核中能被堿性染料強(qiáng)烈著色的物質(zhì)。1888年，Waldeyer正式提出染色體的命名染色質(zhì)(chromatin)，指間期細(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)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式染色體(chromosome)，指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中,由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學(xué)組成，但包裝程度不同、構(gòu)象不同第21頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)化學(xué)組成——DNA具有細(xì)胞形態(tài)的所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA，真核細(xì)胞的每條未復(fù)制的染色體包裝一條DNA分子，一個(gè)生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組(genome)基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性而增加

物種基因組大小平均基因長(zhǎng)基因數(shù)目

大腸桿菌4.2×106bp1.2kb約2350

酵母1.3×107bp1.4kb約6100

果蠅1.4×108bp11.3kb約8750

人3×109bp16.3kb約125000

必需基因(essentialgene)與非必需基因(nonessentialgene)基因組中兩類遺傳信息

-編碼序列：負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息，非重復(fù)序列

-調(diào)控序列：關(guān)于基因選擇性表達(dá)的信息，中度重復(fù)序列第22頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)化學(xué)組成——DNA非重復(fù)DNA序列中度重復(fù)DNA序列，在物種進(jìn)化過程中是基因組中可移動(dòng)的遺傳元件，并且影響基因表達(dá)

-短散在重復(fù)元件(shortinterspersedelements,SINEs)

-長(zhǎng)散在重復(fù)元件(longinterspersedelements,LINEs)高度重復(fù)DNA序列

-衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)，主要分布在染色體著絲粒部位

-小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)，又稱數(shù)量可變的的串聯(lián)重

復(fù)序列，常用于DNA指紋技術(shù)(DNAfinger-printing)作個(gè)體

鑒定

-微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)，重復(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分子一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性第23頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)化學(xué)組成——DNADNA二級(jí)結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，三種構(gòu)型：

-B型DNA，右手螺旋，活性最高的DNA構(gòu)象

-A型DNA，右手螺旋，

B型DNA的重要變構(gòu)形

式，仍有活性

-Z型DNA，左手螺旋，

B型DNA的另一種變構(gòu)

形式，活性明顯降低DNA雙螺旋能進(jìn)一步扭

曲盤繞形成特定的高級(jí)

結(jié)構(gòu)，主要形式為正、

負(fù)超螺旋DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)具有多形性(polymorphism)B-DNAA-DNAZ-DNA第24頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)化學(xué)組成——DNA溝(特別是大溝)的特征在遺傳信息表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用溝的寬窄及深淺影響調(diào)控蛋白對(duì)DNA信息的識(shí)別三種構(gòu)型的DNA處于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變之中DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化與高級(jí)結(jié)構(gòu)的變化是相互關(guān)聯(lián)的，這種變化在DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄中具有重要的生物學(xué)意義DNA構(gòu)型的生物學(xué)意義第25頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)化學(xué)組成——蛋白質(zhì)DNA結(jié)合蛋白負(fù)責(zé)DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀

-組蛋白(histone)，與DNA非特異性結(jié)合

-非組蛋白(nonhistone)，與DNA特異性相結(jié)合組蛋白特點(diǎn)：是真核生物染色體的基本

結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的Arg和Lys等

堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸

性的DNA緊密結(jié)合(非特異性結(jié)合)組蛋白分為兩組：

①核小體組蛋白(nucleosomalhistone)，

H2B、H2A、H3、H4，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)

構(gòu)，沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守

②H1組蛋白，在構(gòu)成核小體時(shí)H1起連接作用，賦予染色質(zhì)以

極性，在進(jìn)化上不如核小體組蛋白保守，有一定的種屬和

組織特異性第26頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)化學(xué)組成——蛋白質(zhì)非組蛋白主要是指染色體上與特異DNA序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)非組蛋白的特性：

①非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性，占60-70%，包括多種酶類等

②對(duì)DNA具有識(shí)別特異性，對(duì)DNA雙螺旋的大溝進(jìn)行識(shí)別

③具有多種功能，包括基因表達(dá)調(diào)控和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)形成非組蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式：

①α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)

②鋅指模式(Zincfingermotif)

③亮氨酸拉鏈模式(Leucinezippermotif，ZIP)

④螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helixmotif，HLH)

⑤HMG-盒結(jié)構(gòu)模式(HMG-boxmotif)第27頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)化學(xué)組成——蛋白質(zhì)第28頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核小體——結(jié)構(gòu)要點(diǎn)每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體及一個(gè)分子H1組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈,組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bpDNA，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定

核小體的作用。

包括組蛋白H1和

166bpDNA的核

小體結(jié)構(gòu)又稱染

色質(zhì)小體第29頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核小體——結(jié)構(gòu)要點(diǎn)兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長(zhǎng)度60bp，不同物種變化值為0～80bp組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列，核小體具有自組裝(self-assemble)性質(zhì)核小體沿DNA的定位受不同因素的影響，進(jìn)而通過核小體相位改變影響基因表達(dá)第30頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核小體——主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察：未經(jīng)處理染色質(zhì)自然結(jié)構(gòu)為30nm的纖絲，經(jīng)鹽溶液處理后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)10nm串珠狀結(jié)構(gòu)

用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)，部分酶解片段分析結(jié)果第31頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核小體——主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)應(yīng)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)核小體顆粒是直徑11nm、高6nm的扁園柱體，具有二分對(duì)稱性(dyadsymmetry)，核心組蛋白的構(gòu)成是先形成(H3)2·(H4)2四聚體，然后再與兩個(gè)H2A·H2B異二聚體結(jié)合形成八聚體SV40微小染色體(minichromosome)分析與電鏡觀察第32頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體，直徑約10nm的串珠結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid)，由核小體串珠結(jié)構(gòu)螺旋盤繞而成，每圈6個(gè)核小體，外徑30nm，內(nèi)徑10nm，螺距11nm三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid)，螺線管進(jìn)一步螺旋化而成的直徑400nm的圓筒狀結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體(chromatid)，超螺線管進(jìn)一步螺旋折疊而成根據(jù)多級(jí)螺旋模型(multiplecoilingmodel)，從DNA到染色體經(jīng)過四級(jí)包裝，共壓縮了8400倍DNA核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮

40倍壓縮

5倍壓縮

7倍壓縮

6倍第33頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)包裝的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型對(duì)于直徑30nm螺線管至染色體的包裝，骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型(scaffoldradialloopstructuremodle)認(rèn)為：非組蛋白構(gòu)成染色體骨架(chromsomalscaffold)螺線管折疊形成DNA復(fù)制環(huán)，每18個(gè)復(fù)制環(huán)沿染色體骨架縱軸呈放射狀平面排列，由中央向四周伸出，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband)微帶是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的單位，大約106個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體第34頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型第35頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型第36頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin)：是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)(典型包裝率750倍)，用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)常染色質(zhì)的DNA實(shí)際長(zhǎng)度為染色質(zhì)纖維長(zhǎng)度的1000～2000倍，主要是單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA(如組蛋白基因和tRNA基因)，常染色質(zhì)狀態(tài)是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件異染色質(zhì)(heterochromatin)：是指間期核中染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色深的那些染色質(zhì)，分為：

-結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)(constitutiveheterochromatin)

-兼性異染色質(zhì)(facultativeheterochromatin)第37頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五常染色質(zhì)和異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)：除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，DNA包裝比在整個(gè)細(xì)胞周期中基本沒有變化的異染色質(zhì)。在間期核中，聚集形成多個(gè)染色中心(chromocenter)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特征：

①在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色

體臂的某些節(jié)段

②由相對(duì)簡(jiǎn)單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成，如衛(wèi)星DNA

③具有顯著的遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)

④在復(fù)制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮

⑤占有較大部分核DNA，在功能上參與染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形

成，導(dǎo)致染色質(zhì)的區(qū)間性，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起

遺傳變異第38頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五常染色質(zhì)和異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)：在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)聚縮，并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)一般胚胎細(xì)胞含量很少，而高度特化的細(xì)胞含量較多，說明隨著細(xì)胞分化，較多的基因漸次以聚縮狀態(tài)而關(guān)閉，從而再也不能接近基因活化蛋白因此，染色質(zhì)通過緊密折疊壓縮可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑哺乳類細(xì)胞的X染色體隨機(jī)失活——巴爾氏小體(Barrbody)，胎兒性別預(yù)報(bào)第39頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)——形態(tài)由兩條相同的姐妹染色單體(sisterchromatid)構(gòu)成，彼此以著絲粒相連第40頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)——類型

中著絲粒染色體(metacentricchromosome)

近中著絲粒染色體(submetacentricchromosome)

近端著絲粒染色體(acrocentricchromosome)

端著絲粒染色體(telocentricchromosome)第41頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)著絲粒(centromere)與著絲點(diǎn)(動(dòng)粒，kinetochore)，連接兩個(gè)染色單體，并將染色單體分為兩臂——短臂(p)和長(zhǎng)臂(q)，也叫主縊痕(primaryconstriction)次縊痕(secondaryconstriction)，可作為鑒定染色體的標(biāo)記核仁組織區(qū)(nucleolar

organizingregion,NOR)，

rRNA基因所在部位，與

間期核仁形成有關(guān)隨體(satellite)，位于染色

體末端的球形染色體節(jié)段，

通過次縊痕區(qū)與主體相連端粒(telomere)，染色體端

部的特化部分，其生物學(xué)

作用在于維持染色體的穩(wěn)定性第42頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)——著絲粒外表面的動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain)

-與中央結(jié)構(gòu)域相聯(lián)系的內(nèi)板(innerplate)

-中間間隙(middlespace)，電子密度低，半透明區(qū)

-外板(outerplate)

-纖維冠(fibrouscorona)中央結(jié)構(gòu)域(centraldomain)，著絲

粒的主體，由串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星DNA

組成，物種專一內(nèi)表面的配對(duì)結(jié)構(gòu)域(pairingdomain)

-內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP

(innercentromereprotein)

-染色單體連接蛋白clips

(chromatidlinkingproteins)第43頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色體DNA的三種功能元件染色體復(fù)制與穩(wěn)定遺傳所必需的三種功能元件(functionalelements)：①DNA復(fù)制起點(diǎn)；②著絲粒；③端粒第44頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五染色體DNA的三種功能元件DNA復(fù)制起點(diǎn)，自主復(fù)制DNA序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)，具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列，上下游各200bp左右的區(qū)域?yàn)榫S持ARS功能所必需著絲粒，著絲粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)，由大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如α衛(wèi)星DNA，包括兩個(gè)相鄰的核心區(qū)：80-90bp的AT區(qū)、11bp的保守區(qū)。功能是參與形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離端粒，端粒DNA序列(telomereDNAsequence,TEL)，不同生物的端粒序列都很相似，由長(zhǎng)5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成，人的重復(fù)序列為GGGTTA，保持染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性“人造微小染色體”(artificialminichromosome)第45頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核型與染色體顯帶核型(karyotype)是指染色體組在有絲分裂中期的表型，即染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。核型分析是在對(duì)染色體進(jìn)行測(cè)量計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分組、排隊(duì)、配對(duì)及形態(tài)分析的過程將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)

按其特征繪制下來，再按長(zhǎng)短、形

態(tài)等特征排列起來的圖象稱為核型

模式圖(idiogram)，它代表一個(gè)物種

的核型模式染色體顯帶技術(shù)第46頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五巨大染色體在某些生物的細(xì)胞中，特別是在發(fā)育的某些階段，可以觀察到一些特殊的、體積很大的染色體，稱為巨大染色體(giantchromosome)，包括多線染色體(polytenechromosome)和燈刷染色體(lampbrushchromosome)1881年意大利細(xì)胞學(xué)家Balbiani首先在雙翅目搖蚊幼蟲的唾腺細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)多線染色體，存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞——唾腺、氣管、腸等，在植物不同類型的細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)第47頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五巨大染色體多線染色體來源于核內(nèi)有絲分裂(endomitosis)，即核內(nèi)DNA多次復(fù)制而細(xì)胞不分裂，產(chǎn)生的子染色體并行排列，且體細(xì)胞內(nèi)同源染色體配對(duì)，緊密結(jié)合在一起，從而阻止染色質(zhì)纖維進(jìn)一步聚縮，形成體積很大的多線染色體。多線化細(xì)胞處于永久間期，體積也相應(yīng)增大光鏡下，可見一系列交替分布的帶和間帶(interbands)，每條帶和間帶代表了由1024個(gè)拷貝并行排列的染色質(zhì)環(huán)狀結(jié)構(gòu)域彼此對(duì)應(yīng)包裝的結(jié)果。帶和間帶都含有基因，持家基因(housekeepinggene)可能位于間帶，奢侈基因(luxurygene)位于帶上第48頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五巨大染色體多線染色體與基因活性：在果蠅個(gè)體發(fā)育的某個(gè)階段，多線染色體的某些帶區(qū)變得疏松膨大而形成脹泡(puff)，脹泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志第49頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五巨大染色體燈刷染色體幾乎普遍存在于動(dòng)物界的卵母細(xì)胞中，其中兩棲類卵母細(xì)胞的燈刷染色體最典型。植物中也有報(bào)道來源：是卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)第一次分裂時(shí)停留在雙線期的染色體，它是一個(gè)二價(jià)體，包含4條染色單體，此時(shí)同源染色體尚未完全解除聯(lián)會(huì)，因此可見到幾處交叉。這一狀態(tài)在卵母細(xì)胞中可維持?jǐn)?shù)月或數(shù)年之久第50頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五巨大染色體燈刷染色體的轉(zhuǎn)錄功能

-燈刷染色體形態(tài)與卵子發(fā)生過程中營(yíng)養(yǎng)物儲(chǔ)備密切相關(guān)

-大部分DNA以染色粒形式存在，沒有轉(zhuǎn)錄活性；而側(cè)環(huán)是

RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域第51頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核仁核仁的結(jié)構(gòu)核仁的功能核仁周期第52頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核仁的結(jié)構(gòu)核仁(nucleolus)是真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，通常表現(xiàn)為單一或多個(gè)勻質(zhì)的球形小體，其大小、形狀和數(shù)目隨生物的種類、細(xì)胞類型和細(xì)胞代謝狀態(tài)而變化在細(xì)胞周期過程中，核仁是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，在有絲分裂期間表現(xiàn)出周期性的消失與重建第53頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核仁的結(jié)構(gòu)——超微結(jié)構(gòu)纖維中心(fibrillarcenters,FC)致密纖維組分(densefibrillarcomponent,DFC)顆粒組分(granularcomponent,GC)核仁相隨染色質(zhì)(nucleolarassociatedchromatin)

-核仁內(nèi)染色質(zhì)

(interanucleolarchromatin)

-核仁周邊染色質(zhì)

(perinucleolarchromatin)核仁基質(zhì)(nucleolarmatrix)第54頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)29分，星期五核仁的結(jié)構(gòu)——超微結(jié)構(gòu)纖維中心(FC)，包埋在顆粒組分內(nèi)部的一個(gè)或幾個(gè)淺染的低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)小島，包含rDNA(rRNA基因)、RNA聚合酶Ⅰ、轉(zhuǎn)錄因子，通常認(rèn)為FC代表染色體NORs在間期核的副本致密纖維組分(DFC)，呈環(huán)形或半月形包圍FC，是電子密度最高的部分，由致密的纖維構(gòu)成，通常見不到顆粒，包含rRNA、特異性結(jié)合蛋白如fibrillarin、核仁素、Ag-NOR蛋白顆粒組分(GC)，是核仁的主要結(jié)構(gòu)，由直徑15-20nm的核糖核蛋白(RNP)顆粒構(gòu)成上述組分和rRNA的轉(zhuǎn)錄與加工形成RNP的不同事件有關(guān)：

-FC是rRNA基因的儲(chǔ)存位點(diǎn)

-轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處，并加工初始轉(zhuǎn)錄本

-顆粒組分區(qū)(GC)負(fù)責(zé)裝配核糖體亞單位，