第十章-細(xì)胞核與染色體

第十章_細(xì)胞核與染色體優(yōu)選第十章_細(xì)胞核與染色體分為70S和80S兩種類型。Thenuclearenvelope核心組蛋白由球形部和尾部構(gòu)成，球形部借Arg與磷酸二脂骨架間的靜電作用使DNA分子纏繞在組蛋白核心上，形成核小體，尾部含有大量Arg和Lys，為組蛋白轉(zhuǎn)譯后進(jìn)行修飾的部位。②中度重復(fù)序列（101~5）；③高度重復(fù)序列（>105）。功能：幫助DNA折疊；NLS對(duì)連接的蛋白質(zhì)無(wú)特殊要求，完成輸入后不被切除。成熟的rRNA僅為45srRNA的一半，丟失的大部分是非甲基化和GC含量較高的區(qū)域。整個(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行合成，組蛋白只在S期合成。含有較多天冬氨酸、谷氨酸，帶負(fù)電荷，屬酸性蛋白質(zhì)。第十章_細(xì)胞核與染色體Nuclearface

basketinnercomplex核定位信號(hào)（nuclearlocalizationsignal，NLS）：引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核的一段信號(hào)序列。condensedform(30nm)ThreeDNAconformations形狀：圓形，胚乳細(xì)胞(網(wǎng)狀）蝶類絲腺細(xì)胞(分支狀)。位置：細(xì)胞中央，成熟植物細(xì)胞的邊緣。數(shù)目：通常一個(gè)，成熟的篩管和紅細(xì)胞（0）、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞(1-2）、破骨細(xì)胞(6~50）、骨骼肌細(xì)胞(數(shù)百）、植物氈絨層細(xì)胞(2~4)。結(jié)構(gòu)：①核被膜、②核仁、③核基質(zhì)、④染色質(zhì)、⑤核纖層。功能：①遺傳、②發(fā)育。Nucleus

structure第一節(jié)核被膜

Nuclearenvelope一、核被膜是雙層膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成：①內(nèi)核膜（innernuclearmembrane）②外核膜（outernuclearmembrane）③核周隙（perinuclearspace）外核膜：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分，胞質(zhì)面附有核糖體。核周隙：寬20~40nm，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。核纖層：位于內(nèi)核膜的內(nèi)表面的纖維網(wǎng)絡(luò)，可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。Thenuclearenvelope核纖層由核纖肽（lamin）構(gòu)成，核纖肽一類中間纖維，分為A、B兩型。作用：1．保持核的形態(tài)：2．參與染色質(zhì)和核的組裝：核纖層在細(xì)胞分裂時(shí)呈現(xiàn)出周期性的變化，在間期核中，核纖層提供了染色質(zhì)（異染色質(zhì)）在核周邊錨定的位點(diǎn)。在前期結(jié)束時(shí)，核纖層被磷酸化，核膜解體。其中B型核纖肽與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)中。在分裂末期，核纖肽去磷酸化重新組裝，介導(dǎo)了核膜的重建。LaminsCytoplasmicface

cytoplasmicparticlesNuclearface

basketinnercomplex二、核孔是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ?/p>

核孔由至少50種不同的蛋白質(zhì)（nucleoporin）構(gòu)成，稱為核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex，NPC）。一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞平均有3000個(gè)核孔。細(xì)胞核活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)如fish-trap。TheNuclearPore核定位信號(hào)（nuclearlocalizationsignal，NLS）：引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核的一段信號(hào)序列。受體為importin。第一個(gè)被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，序列為：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val。NLS對(duì)連接的蛋白質(zhì)無(wú)特殊要求，完成輸入后不被切除。核輸出信號(hào)（nuclearexportsignal,NES），引導(dǎo)RNP輸出細(xì)胞核，受體為exportin。Ran蛋白，一類G蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形成。三、通過(guò)核孔的物質(zhì)運(yùn)輸與信號(hào)序列有關(guān)ProcessofNuclearImportColloidalgoldlabeledNucleoplasminweretransportedintonucleus.Mitochondrion一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞平均有3000個(gè)核孔。Howanucleolusisorganized三、通過(guò)核孔的物質(zhì)運(yùn)輸與信號(hào)序列有關(guān)整個(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行合成，組蛋白只在S期合成。組成：DNA、組蛋白、非組蛋白、少量RNA連接組蛋白（linkerhistone）：H1。分為70S和80S兩種類型。3種構(gòu)像：①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。condensedform(30nm)②致密纖維組分(densefibrillarcomponent，DFC)：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，是新合成的RNP，轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處。ACA是從CREST綜合癥病人血清中分離出來(lái)的抗著絲粒蛋白的抗體(anticentromereantibodies).②中度重復(fù)序列（101~5）；45SrRNA甲基化以后經(jīng)RNA酶裂解形成18s、28s、5.二、核孔是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ勒麄€(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行合成，組蛋白只在S期合成。第二節(jié)、染色體1848年，Hofmeister發(fā)現(xiàn)于鴨跖草的小孢子母細(xì)胞。1888年，Waldeyer提出Chromosome（染色體）。1879年，W.Flemming提出Chromatin（染色質(zhì)）。一、染色質(zhì)的化學(xué)組成組成：DNA、組蛋白、非組蛋白、少量RNA比例：1:1:(1-1.5):0.05。（一）DNA3種序列：①單一序列；②中度重復(fù)序列（101~5）；③高度重復(fù)序列（>105）。3種構(gòu)像：①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。3種基本元素：①自主復(fù)制序列(ARS)，是DNA復(fù)制的起點(diǎn)。②著絲粒序列(CEN)，含α衛(wèi)星DNA。③端粒序列(TEL)。酵母人工染色體(YAC)：含上述3種成分，用于轉(zhuǎn)基因。ThreeDNAconformationsThreekeyregionsofachromosome帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種，分為：核心組蛋白（corehistone）：H2A、H2B、H3、H4；連接組蛋白（linkerhistone）：H1。結(jié)構(gòu)：高度保守，尤其是H4。核心組蛋白由球形部和尾部構(gòu)成，球形部借Arg與磷酸二脂骨架間的靜電作用使DNA分子纏繞在組蛋白核心上，形成核小體，尾部含有大量Arg和Lys，為組蛋白轉(zhuǎn)譯后進(jìn)行修飾的部位。H1多樣性，具有屬(genus)和組織特異性。（二）組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白。特性：含有較多天冬氨酸、谷氨酸，帶負(fù)電荷，屬酸性蛋白質(zhì)。整個(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行合成，組蛋白只在S期合成。能識(shí)別特異的DNA序列，識(shí)別與結(jié)合氫鍵和離子鍵。功能：幫助DNA折疊；協(xié)助DNA復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達(dá)。（三）非組蛋白二、從DNA到染色體(染色質(zhì)的結(jié)構(gòu))人體的一個(gè)細(xì)胞核中有23對(duì)染色體，每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開(kāi)，平均長(zhǎng)為5cm，核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來(lái)約1.7~2.0m。nucleosomes(10nm)condensedform(30nm)二、從DNA到染色體核小體（nucleosome）：一種串珠狀結(jié)構(gòu)，由核心顆粒和連結(jié)線DNA兩部分組成，通過(guò)酶消化實(shí)驗(yàn)建立。①每個(gè)核小體單位包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白核心和一個(gè)H1；②由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒；③DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1鎖合；④相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線DNA。通過(guò)核小體，DNA長(zhǎng)度壓縮7倍，形成11nm的纖維。但是在電鏡下觀察用溫和方法分離的染色質(zhì)是直徑30nm的纖維，這種纖維的形成有兩種解釋：①由核小體螺旋化形成，每6個(gè)核小體繞一圈，長(zhǎng)度壓縮6倍；②由核小體纖維Z字形折疊而成，長(zhǎng)度壓縮40倍。對(duì)于更高級(jí)染色體包裝方式，至今尚不明確。目前多認(rèn)為30nm的纖維折疊為一系列的環(huán)（loop）結(jié)合在核骨架上（或稱染色體骨架），結(jié)合點(diǎn)是富含AT的區(qū)域。solenoidChromatinPackingChromatinPacking三、異染色質(zhì)和常染色質(zhì)間期核中染色質(zhì)可分為異染色質(zhì)（heterochromatin）和常染色質(zhì)（enchromatin）。異染色質(zhì)的特點(diǎn)：①在間期核中處于凝縮狀態(tài)，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性、是遺傳惰性區(qū)。②在細(xì)胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制、早凝縮（異固縮現(xiàn)象）。③分為兩類：結(jié)構(gòu)（恒定）異染色質(zhì)（constitutiveheterochromatin）、兼性（功能）異染色質(zhì)（facultativeheterochromatin）巴氏小體（barrbody）。雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞中一條異固縮化的X染色體。人的胚胎發(fā)育到16天以后，出現(xiàn)巴氏小體。barrbody四、染色體（一）、染色體相關(guān)的術(shù)語(yǔ)隨體次縊痕主縊痕端粒長(zhǎng)臂短臂核仁組織區(qū)（nucleolarorgnizingregionsNORs）構(gòu)成核仁，位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是NORs。Howanucleolusisorganized端粒（telomere）：由高度重復(fù)的短序列組成，高度保守。作用：維持染色體的穩(wěn)定性。起細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用。端粒核苷酸復(fù)制和基因DNA不同，每復(fù)制一次減少50~100bp，其復(fù)制要靠具有反轉(zhuǎn)錄酶性質(zhì)的端粒酶來(lái)完成，正常體細(xì)胞缺乏此酶，故隨細(xì)胞分裂而變短，細(xì)胞隨之衰老。性細(xì)胞染色體為單倍體（haploid），用n表示;體細(xì)胞為2倍體（diploid）以2n表示，還有一些物種的染色體成倍增加成為4n、6n、8n等，稱為多倍體。染色體的數(shù)目因物種而異，如人類2n=46，黑猩猩2n=48，果蠅2n=8，家蠶2n=56，小麥2n=42，水稻2n=24，洋蔥2n=16.（二）染色體的數(shù)目著絲粒（centromere）和著絲點(diǎn)（kinetochore）是兩個(gè)不同的概念，前者指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位，后者指主縊痕處兩個(gè)染色單體外側(cè)與紡錘體微管連接的部位。著絲粒包含3個(gè)結(jié)構(gòu)域1、著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）位于著絲粒的表面，包括三層板狀結(jié)構(gòu)和圍繞外層的纖維冠(fibrouscorona)。（三）著絲粒的結(jié)構(gòu)OPinterzoneIPSatelliteDNA(FISHimage)2、中央結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方。其中含有高度重復(fù)的衛(wèi)星DNA。3、配對(duì)結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，中期兩條染色單體在此處相互連結(jié)。對(duì)于著絲粒蛋白研究主要是使用ACA來(lái)研究的。用ACAs發(fā)現(xiàn)鑒定出來(lái)的CENP主要有6種，即：CENP-A至F。ACA是從CREST綜合癥病人血清中分離出來(lái)的抗著絲粒蛋白的抗體(anticentromereantibodies).Centromericproteins

ProteinsassociatedwiththecentromerehavebeenidentifiedusingantibodiesfromsclerodermapatientsCENPproteinsCENP-A centromere-specifichistoneCENP-B bindscentraldomainsatelliteDNACENP-C bindskinetochoreCENP-D bindskinetochoreCENP-E kinesin-likemotor,involvedinchromatidsegregationCENP-FbindskinetochoreINCENPproteinsINCENP-A sisterchromatidassociationINCENP-B sisterchromatidassociation1.核型：即細(xì)胞分裂中期染色體特征的總和。包括染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征等方面。2.帶型：染色體經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法。分帶技術(shù)可分為兩類：一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整過(guò)染色體的長(zhǎng)度上如：Q、G和R帶，另一類是局部性的顯帶，如C、Cd、T和N帶。（四）核型與帶型1.多線染色體：由Balbiani(1881)發(fā)現(xiàn)于搖蚊幼蟲(chóng)唾腺細(xì)胞，特點(diǎn)：①體積巨大，是由于核內(nèi)有絲分裂的結(jié)果；②多線性；③體細(xì)胞聯(lián)會(huì)；④橫帶紋。⑤膨突和環(huán)。在幼蟲(chóng)發(fā)育的某個(gè)階段，多線染色體的某些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突（puff），或巴氏環(huán)（Balbianiring）。用H3-UdR處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)膨突被標(biāo)記，說(shuō)明膨突是基因活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域。（五）幾類的特殊的染色體PolytenechromosomesLampbrushchromosomefromPleurodelesoocyte

Polytenechromosome2、燈刷染色體最早發(fā)現(xiàn)于魚(yú)類、兩棲類和爬行類卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的雙線期，雙線期是卵黃合成的旺盛期。由于染色體主軸兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名燈刷染色體。側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域。3、B染色體1928年倫道夫（Randolph）把生物的正常染色體叫做A染色體，而把存在于許多動(dòng)、植物中，形態(tài)和行為不同為A染色體的超數(shù)染色體呈B染色體。第三節(jié)核仁核仁（nucleolus）見(jiàn)于間期的細(xì)胞核內(nèi)，呈圓球形，一般1~2個(gè)，有時(shí)多達(dá)3~5個(gè)。主要功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體單位。一般蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞有較大和數(shù)目較多的核仁，反之核仁很小或缺失。核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。一、核仁形態(tài)①纖維中心(fibrillarcenters，F(xiàn)C)：是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶和rDNA，這些rDNA是裸露的分子。②致密纖維組分(densefibrillarcomponent，DFC)：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，是新合成的RNP，轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處。③顆粒組分(granularcomponent，GC)：由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP。Nucleolus（一）核糖體的結(jié)構(gòu)含40%的蛋白質(zhì)、60%的RNA，由兩個(gè)亞單體構(gòu)成。分為70S和80S兩種類型。由大小兩個(gè)亞基構(gòu)成，只在以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時(shí)才結(jié)合在一起，肽鏈合成終止后，大小亞單位又解離。核糖體并不是單獨(dú)工作的，而是由多個(gè)甚至幾十個(gè)串連在一條mRNA分子上，稱多聚核糖體（polyribosome）。二、核糖體ribosome核糖體的組成人的胚胎發(fā)育到16天以后，出現(xiàn)巴氏小體。間期核中染色質(zhì)可分為異染色質(zhì)（heterochromatin）和常染色質(zhì)（enchromatin）。帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種，分為：一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞平均有3000個(gè)核孔。①纖維中心(f