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1、Chapter 10 The cell nucleus and chromosome,Overall structure,10.1 核膜结构 10.2 染色质 DNA 二级结构 DNA 一级结构 染色质蛋白 nucleosomes 核小体 染色质包装 染色质类型 染色质与基因调控 10.3 染色体 10.4 核仁,10.1 Structure of nuclear envelope,10.1.1 Nuclear envelope,Nuclear pores complex,Nucleus Membrane,（二）核被膜的功能,1构成核质之间的天然选择性屏障，避免生命活动的彼此干扰，保护DNA不
2、受细胞骨架运动所产生机械力的损伤 2 核质之间的物质交换与信息交流，主要通过核孔进行。,（三）核被膜在细胞周期中的崩解与组装,在细胞有丝分裂中，受细胞周期调控因子的调节，核被膜有规律地解体与重建，此过程与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关，这些蛋白磷酸化时核膜解体，去磷酸化则促使核膜重新组装。 1 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性。如孔膜区膜和内核膜分别形成独立的小囊泡。 2 组装时内核模形成的小泡先结合染色体，孔膜区膜形成的小囊泡后结合，再组装核孔复合体。 3 旧核膜参与新核膜构建。,0.1um,10.1. 2 The nuclear pores,Side view
3、 of nuclear pore,NPC,1胞质环：也称外环，位于核孔胞质面，上连8条胞质纤维，在核孔运输中起作用 2核质环：也称内环，位于核孔边缘的核质面，上有8条纤维，其末端形成小环，形成了核篮状结构。 3辐： 1）柱状亚单位：位于核孔边缘，连接内外环，支撑核孔。 2）腔内亚单位：分布在柱状亚单位外侧，穿膜进入核周间隙。 3）环带亚单位：分布在柱状亚单位内侧，核质交换通道,（二）核孔复合体成份的研究,核孔蛋白：所有核孔复合体蛋白称为核孔蛋白。 1 gp210：位于孔膜区的结构性跨膜蛋白，作用如下： 诱导内、外核膜融合成核孔。 为核孔复合体装配提供起始位点，将其锚定于孔膜区。 参与核质交换功
4、能。 2 P262：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域 疏水性N端区：直接参与核质交换 C端区：与其它核孔蛋白互作，将p62固定到核孔，为N端行核质交换活动提供支持。,10. 1.3 Nuclear transport,1通过核孔复合体的被动扩散：离子、小分子以及直径小于10nm的颗粒可自由通过 2通过核孔复合体的主动运输 1）完成生物大分子的核质分配，此过程具高度选择性，表现如下： 对运输颗粒大小的要求，约10-20nm，但有效功能直径可被调节，可达26nm； 由载体介导，需信号识别，消耗ATP，并具饱和性。 具双向性，即核输入与核输出 2）亲核蛋白与核定位信号,Nuclear fu
5、nction:The flow of information,10.1.3.1 Nuclear protein transport mechanism(已讲）,nuclear protein nuclear localization signals ,NLS nuclear export signals, NES importin exportin,亲核蛋白的NLS识别结合importin 亲核蛋白、importin、importin转运复合物 importin结合核孔上的胞质纤维 转运复合物构象变化 转运复合物进入核质面 Ran-GTP结合importin 复合物解体，亲核蛋白释放，Ran和
6、importin复合物及importin出核 Ran-GTP水解 RanGDP返回核，importin和importin留在胞质中,10.1.3.2 Mechanism of export from nucleus,RNA protein = RNP RNP 包含NES 信号 结合输出蛋白进行运输,Nuclear material export,转录后的RNA需加工、修饰为成熟分子后才能被转运出核，需蛋白分子帮助，这些蛋白因子含有出核信号(Nuclear Export Signal，NES)。 rRNA以RNP的形式出核； 5s rRNA与 tRNA的输出由蛋白介导； 核内不均一RNA(hn
7、RNA)，在核内进行5端加帽和3端加多聚A以及剪接等加工后形成成熟mRNA后由蛋白介导出核。,10.2 chromatin,Contains DNA and protein,10.2.1 DNA second structure,基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。 人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于11085年率先提出，于110100年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因
8、组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。,10.2.2 DNA first structure complexity,单一重复 DNA code for genes and unique material 2.6% of unique genome is transcribed in frogs,Moderately repetitive,40-50% of genome is this type，调控基因表达 Coding code for genes needed in large amounts rDN
9、A to make rRNA (has 250 copies per human genome),Noncoding,Coding,SINES,LINE,10-15% ) 短片断 GC 含量高 位于着丝粒 重复次数 100-100,000 功能未完全明确,Highly repetitive,Minisatellite DNA(12-100bp,3000 copy),Satellite DNA(5-100bp),Microsatellite DNA(1-5bp form 5-100bp),Chromatin protein,10.2.3 Chromatin protein,A Histone,富
10、含碱性氨基酸 H2A, H2B, H3, and H4，没有种属特异性，相对保守 H1, H1是多样性，具有属(genus)和组织特异性。,带正电荷，含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为： 核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4； 连接组蛋白（linker histone）：H1。 结构：高度保守，尤其是H4。 核心组蛋白由球形部和尾部构成，球形部借Arg与磷酸二脂骨架间的静电作用使DNA分子缠绕在组蛋白核心上，形成核小体，尾部 含有大量Arg和Lys，为组蛋白转译后进行修饰的部位。 H1是多样性，具有属(genus)和组织特异性。,H1 helps orga
11、nize the histones, polarilize chromatin,B No-histone protein,具有多样性，异质性，种属特异性，功能多样性 特定结构域结合DNA Helix turn helix motif Zinc- finger-motif Leucine-zipper motif Helix-loop-helix motif HMG ( high mobility group proteins)-box motif,The helix-turn-helix motif,The helix-turn-helix motif -helix form homeotyp
12、ic dimer -helix dimer link with rotational peptide recognition helix orther helix no specific,zinc finger motif,Cys2/His2 and Cys2/Cys2,The leucine zipper motif,The leucine zipper motif The leucine zipper contains four or five leucine residues spaced at intervals of seven amino acids, resulting in t
13、heir hydrophobic side chains being exposed at one side of a helical region. This region serves as the dimerization domain for the two protein subunits, which are held together by hydrophobic interactions between the leucine side chains.,The helix-loop-helix (HLH) motif,Helix-loop-helix (HLH) motif T
14、his motif is characterized by two -helical segments separated by an intervening loop. 它与螺旋-转角-螺旋结构的差别在于两个螺旋的一侧还有一段疏水链，这样当螺旋-环-螺旋结构位于两个多肽之间时，这两个疏水的侧链就会将两个多肽链连在一起形成类似亮氨酸拉链的结构,10. 2.4 nucleosomes 核小体,Nucleosome,Nucleosome,Nucleosome is basic structural unit of chromatin 。 200 bp DNA and four type histo
15、ne； H2A、H2B、H3、H4 ,every type two copy form octamoric core ，is key structure of Nucleosome 146bp DNA surround octamoric core 1.75 circle ,H1 play stablization function in chromatin formation Neighborhood nucleosome connect with linker DNA link (about 100bp),10.2.5 Chromatin assemble,Multiple coiling
16、 model,通过核小体，DNA长度压缩7倍，形成11nm的纤维。 但是在电镜下观察用温和方法分离的染色质是直径30nm的纤维，这种纤维的形成有两种解释：由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一圈，长度压缩6倍；由核小体纤维Z字形折叠而成，长度压缩40倍。 对于更高级染色体包装方式，至今尚不明确。目前多认为 30nm的纤维折叠为一系列的环（loop）结合在核骨架上（或称染色体骨架），结合点是富含AT的区域。,Scaqffold radial loopsructure model,Synthetical model,10.2.6 Chromatin type,Euchromatin: open structure active genes Heterochromatin: highly packaged structure inactive genes,常染色质(euchromatin) 异染色质(heterochromatin) 结构性异染色质(active chromatin) 兼性异染色质(inactive
