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1、第十章 细胞核与染色体,细胞核的形态结构,染色质与染色体,核仁,掌握细胞核的基本结构、功能及其在细胞周期中的动态调控。 掌握核孔复合体的形态结构及其在核与质之间物质双向运输中的作用。 掌握染色质与染色体的概念和化学组成及其超微结构和有关包装模型。 掌握染色体 DNA 的三大功能元件。熟悉有丝分裂各个时相的划分和标志性事件。,本章要求：,掌握染色质中组蛋白的特点和类型，了解非组蛋白的特点和类型。 了解核基质和核骨架的概念 了解核仁的一般概念、化学组成、超微结构和功能。 了解核纤层 的功能及其在细胞周期中的变化。 掌握本章节的名词概念，英文名词，辨析有关概念区别，熟悉与染色体相关的各种形态结构术语
2、。,第十章 细胞核与染色体,1781年Trontana发现于鱼类细胞，1831年Brown发现于植物,并命名为细胞核（nucleus）。,高等动物10-15um 高等植物5-20um 低等植物较小1-4um,细胞核是细胞中最大、最重要的细胞器。,细胞核的形态和数量,第一节 细胞核的形态结构,核被膜 染色质 核仁 核骨架: 核体： 除核仁和染色质外，细胞核中的亚核结构,外核膜：核糖体颗粒，连接rER,内核膜: 无核糖体颗粒，含特异蛋白， 连接核纤层,核孔: 有跨膜糖蛋白,核周间隙：,主要功能：遗传与发育,核基质-核纤层,核纤层,核基质,核被膜的功能：,构成核、质之间的天然屏障，保证DNA复制、R
3、NA转录和蛋白质翻译在不同的功能区（核和质）有序进行 调控细胞核内外的物质交换和信息交流,核孔复合体(nuclear pore complex,NPC),核孔复合体的结构:鱼笼模型(fish-trap) 胞质环(cytoplasmic ring) 细胞质颗粒(cytoplasmic granular)纤维 中央运输蛋白（栓） 辐条(spoke) 核质环(nucleoplasmic ring),核孔复合体的结构与功能,核孔复合体模型（环、辐和中央栓）,包括对称分布的双层环带、八个圆锥状对称分布的辐、中央栓、颗粒纤维,笼状体,核被膜网格,腔内亚单位,柱状亚单位,环带亚单位,NPC是由特殊的跨膜运输
4、蛋白复合体构成的亲水通道。主要功能是实现核质和胞质之间物质交换。,核孔复合体的功能:,特点：,双功能：,双向性：,主动运输,被动运输（被动扩散和协助扩散）,由NLS介导的核输入（亲核蛋白）,由NES介导的核输出（RNA,RNP颗 粒）,见：书P314 图：10-4,核孔的被动运输,直径9-10nm 分子量50kD,亲水性通道,通过核孔复合体的主动运输具有高度的选择性，表现在：,对运输颗粒大小的选择 是信号识别载体的过程，需要ATP，表现饱和动力学特征 运输方向具有双向性，即核输入和核输出,亲核蛋白的入核运输机制,基本概念,亲核蛋白：指在细胞质内合成，需要进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。,核定
5、位序列（NLS）：存在于亲核蛋白的不同部位，并使其“定向”地运输进细胞核的一段氨基酸序列，完成核输入后不被切除。,核定位序列（信号）,猴肾病毒SV40 的T抗原,特点：存在于亲核蛋白内的短的氨基酸序列，富含碱性氨基酸；可在蛋白质的不同部位，连续或间隔存在；完成核输入后不被切除。,亲核蛋白的输入机理 亲核蛋白通过NPC的转运分结合与转移两步进行： 核输入蛋白importin （识别受体） Ran蛋白是一种G蛋白，与核蛋白-输入蛋白importin复合体的解体和转运有关。,亲核蛋白从细胞质向细胞核输入的过程示意图：,RNA,RNP颗粒的核输出：, RNA核输出的实质是RNA-蛋白质复合体的转运 核
6、输出序列（ NES）：与核输出有关的氨基酸序列 核输出蛋白exportin,第二节 染色质与染色体,2.1 染色质与染色体的慨念,染色质(Chromatin)是间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的线状复合结构，是间期遗传物质存在的形式。,染色体(chromosome)是指细胞在有丝分裂或减数分裂（中期和后期）过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。,是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同表现形式。,2.2 染色质的类型,间期染色质按其形态和染色性能区分为两类型：,常染色质：折叠压缩程度低，伸展状态， 碱性染料着色浅,异染色质：折叠压缩程度高，凝集状态， 碱性染料着色深,异染色质分为结
7、构异染色质和兼性异染色质,结构异染色质是指各种类型的细胞除复制时期外在整个细胞周期均处于聚缩状态的异染色质。,兼性异染色质是指某些细胞类型或一定的发育阶段，由原来的常染色质凝缩，并丧失基因转录活性而变成的异染色质。,10.2.3 染色质的化学组成,DNA、组蛋白、非组蛋白和少量的RNA,染色质DNA： 生物的基因组 B型、A型、Z型 DNA,染色质蛋白质：组蛋白：H1,H2A,H2B,H3,H4 非组蛋白：,三种不同构象的DNA双螺旋,（一 ）DNA,（二）组蛋白,是真核生物染色体的基本结构蛋白，一类小分 子的碱性蛋白，含带正电荷的精氨酸、赖氨酸 等。共有5种，分为两类：,核小体组蛋白：H2A
8、、H2B、H3、H4,H1组蛋白,核小体组蛋白结构是非常保守，与DNA非特异结合，帮助DNA卷曲形成核小体稳定的结构。,H1是多样性的，具有种属特异性和组织特异性。核小体结构中起连接作用。,（三）非组蛋白,= 序列特异性DNA结合蛋白,呈酸性、带负电荷。,= 非组蛋白的特性：,具有多样性 对DNA序列具有识别特异性 具有多种功能：除具有一些酶的特性以外，还参与染色体的构建；DNA复制；调控基因的表达等。,几种主要序列特异性DNA结合蛋白的结构模式,（四）染色质的基本结构单位-核小体,10nm,30nm,Model of the nucleosome core particle. The DNA
9、 backbones are shown in brown and turquoise. The histones are shown in blue (H3), green (H4), yellow (H2A), and red (H2B).,X射线衍射法揭示的核小体三维结构,核小体,核小体结构要点,1、每个核小体单位是由200bp左右的DNA，一个组蛋白八聚体和一个分子的组蛋白 H1组成. 2、组蛋白八聚体构成核小体的核心结构。 3、146bpDNA分子以左手方向盘绕八聚体1.75圈。 4、组蛋白H1与DNA结合，锁住核小体DNA的进出口。 5、两相邻核小体之间以DNA相连,典型长度60b
10、p。,（五）染色体的多级螺旋结构模型,一级结构-核小体串珠结构 二级结构-螺线管（染色质纤维） 三级结构-超螺线管或 染色体骨架放射环结构模型 ？ 四级结构-染色单体 ？,核小体和螺线管的结构,11nm,组蛋白H1对螺线管结构的稳定起关键作用,两种染色体装配结构模型：,多级螺线模型 染色体骨架放射环结构模型,DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍 8400倍,微带是染色体高级结构的单位,含18个环。,AT,染色体的四级结构,压缩7倍,压缩6倍,压缩40倍,压缩5倍,压缩8400倍,10.2.4 中期染色体,中期染色体是以两条姐妹染色单体(chrom
11、atid)构成,彼此以着丝粒相连。,形态结构,染色体的电镜照片,染色体的主要形态结构：,着丝粒（centromere）,主缢痕(primary constriction),随体(satellite),核仁组织中心(nucleolar organizing region, NORs),端粒(telomere),次缢痕(secondary constriction),着丝粒与动粒,着丝粒（centromere）和动粒或着丝点（kinetochore）是两个不同的概念，前者指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位，后者指主缢痕处两个染色单体与仿锤丝微管相接的部位。,着丝粒与动粒,着丝粒含3个结构域：,
12、动粒结构域（kinetochore domain） ：位于着丝粒的表面，由外板、内板、中间区和围绕外层的纤维冠。为染色体的分离提供能量。,中央结构域（central domain） ：着丝粒区的主体,含有高度重复的卫星DNA。,配对结构域（paring domain） ：位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体配对有关。,四种不同位置着丝粒的染色体,中着丝粒染色体m,亚中着丝粒染色体sm,亚端着丝粒染色体st,端着丝粒染色体t,主缢痕与次缢痕,染色体DNA具有3种基本功能元件：,端粒DNA序列 （TEL） ，由长5-10bp的重复单位串联而成。,自主复制DNA序列（ARS ，autonomous
13、 replicating sequence)，是DNA复制的起点。酵母基因组含200-400个ARS，大多数具有一个11-14bp富含AT的一致序列（ ACS）。,着丝粒DNA序列(CEN) ，由大量串联的重复序列组成，如卫星DNA，其功能是参与形成着丝粒，使细胞分裂中染色体能够准确地分离.,1983年，A. W. Murray等人首次成功构建了包括ARS、CEN、TEL和外源DNA，总长度为55kb的酵母人工染色体(yeast artificial chromosome, YAC)。YAC可用于转基因和构建基因文库，容纳插入片段的能力远高于质粒。,10.2.5 核型与染色体显带,核型(kar
14、yotype)：一个物种恒定的染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小、形态特征的总和。,染色体组：一套单倍体的所有染色体。,核型模式图：将一个染色体组的全部染 色体按其特征绘制下来，再按 长短、形态等 特征排列起来的图。,豌豆核型图2n=14,Q带（Q-banding）：用荧光染料喹卡因（quinacrine）染色，在荧光显微镜下观察显现明暗不同的带。一般显现富含A-T碱基的DNA区段(亮带)。,G带(Giemsa-banding)：用盐溶液、胰酶或碱处理染色体， Giemsa染料染色，再光镜下可观察到明暗不同的特征带。一般显现富含A-T碱基的DNA区段（暗带）。,染色体显带技术：
15、Q、G、C、N、T带,C带(Constitutive-banding)：经酸、碱、盐溶液处理， Giemsa染料染色，显现的明暗带。主要是结构异染色质区带。,N带(NOR-banding)：用Ag-As染色法。主要显现的是核仁组织区。,T带（terminal-banding）：是对染色体末端区的特殊显带法，能够产生特殊的末端带型。,B.S.Gill的中国春小麦C-分带标准带型,FISH 荧光分带技术,第三节 核仁（necleolus）,核仁周期：核仁是一种动态结构，随细胞周期的变化而变化，有形成-消失-再形成的过程，这种变化称为核仁周期。,核仁见于间期的细胞核内，呈圆球形，核仁在分裂前期消失，
16、分裂末期又重新出现。核仁的主要功能是转录rRNA和组装核糖体亚单位。,10.3.1 核仁的超微结构：,颗粒组分(granular component，GC)：由 直径15-20nm的颗粒构成，是不同加工阶段的 RNP。,纤维中心(fibrillar centers，FC)：是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA，,致密纤维组分(dense fibrillar component，DFC)：呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是新合成的rRNA- RNP，转录主要发生在FC与DFC的交界处。,核仁组织中心形成核仁,核仁周边染色质 核仁内染色质： 属常染色质，即NO
