《细胞核与染色质》PPT课件.ppt

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1、第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社第四篇第四篇 细胞核（细胞核（Nucleus）细胞核特征细胞核特征l形状：圆形，胚乳细胞(网状）蝶类丝腺细胞(分支状)。l位置：细胞中央，成熟植物细胞的边缘。l数目：通常一个，成熟的筛管和红细胞（0）、肝细胞、心肌细胞(1-2）、破骨细胞(650）、骨骼肌细胞(数百)、植物毡绒层细胞(24)。l结构：核被膜、核仁、核基质、染色质、核纤层。l功能：遗传、发育。第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社细胞核结构组成细胞核结构组成一、核被膜是

2、双层膜结构l构成：内核膜内核膜（inner nuclear membrane）外核膜外核膜（ outer nuclear membrane ） 核周隙核周隙（ perinuclear space） 核孔复合体核孔复合体（Nuclear pore complex)l外核膜：内质网的一部分，胞质面附有核糖体。l核周隙：宽2040nm，与内质网腔相通。第十六章第十六章 核膜（核膜（Nuclear envelope)核孔是物质运输的通道核孔是物质运输的通道l核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin）构成，称为核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）。l一般哺乳动物细胞

3、平均有3000个核孔。l细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。l在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在一般认为其结构如fish-trap。第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社核孔复合体结构核孔复合体结构第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社核孔复合体结构核孔复合体结构胞质环胞质纤维核质环核篮纤维核篮中央栓辐第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社通过核孔的物质运输与信号序列有关通过核孔的物质运输与信号

4、序列有关u核定位信号（nuclear localization signal，NLS）：引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。受体为importin。u第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原，序列为：pro-pro-lyslys-lys-Arg-Lys-val。NLS对连接的蛋白质无特殊要求，完成输入后不被切除。 核输出信号（nuclear export signal, NES），引导RNP输出细胞核，受体为exportin。 Ran蛋白，一类G蛋白，调节货物复合体的解体或形成。第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社核孔复合体物质

5、核孔复合体物质转运转运核膜的主要功能l区域化作用；l 控制细胞核与细胞质的物质交换；l合成生物大分子；l 在细胞分裂中参与染色体的定位与分离一、核纤层（nuclear lamina）：位于内核膜的内表面的纤维网络，可支持核膜，并与染色质及核骨架相连。组成成分：核纤层蛋白（lamin)功能：1保持核膜的形态：2. 参与核膜重建3参与染色质和核的组装：核纤层在细胞分裂时呈现出周期性的变化，在间期核中，核纤层提供了染色质（异染色质）在核周边锚定的位点。在前期结束时，核纤层被磷酸化，核膜解体。在分裂末期，核纤层蛋白去磷酸化重新组装，介导了核膜的重建。第十七章第十七章 核纤层和核骨架核纤层和核骨架第11

6、章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社核纤层（核纤层（nuclear lamina）第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社第十八章第十八章 染色质和染色体染色质和染色体一、染色质和染色体的化学组成 组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA 比例：1:1:(1-1.5):0.05。（一）DNAl3种序列：单一序列；中度重复序列（104105）；高度重复序列（106）。l3种构像：B-DNA、Z-DNA、A-DNA。第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学

7、（第4版） 2011 高等教育出版社基因组基因组第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社人类基因组人类基因组DNA第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社（二）组蛋白（二）组蛋白带正电荷，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

8、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。指染色质上能指染色质上能识别识别特异性特异性DNA序列的蛋白质，序列的蛋白质，又称序列又称序列 特异性特异性 DNA结合蛋白结合蛋白 (sequence specific DNA binding proteins) 特性：特性： 非组蛋白具多样性和异质性；非组蛋白具多样性和异质性； 含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质；含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质； 能与特异能与特异DNA序列相识别，序列相识别，识别与结合依赖识别与结合依赖 氢键和离子

9、键；氢键和离子键； 识别识别DNA序列在进化上高度保守；序列在进化上高度保守； 整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在S期合成。期合成。（三）非组蛋白（三）非组蛋白 非组蛋白的功能：非组蛋白的功能： 能帮助能帮助DNA分子折叠，从而有利于分子折叠，从而有利于DNA的复制和的复制和基因的转录。基因的转录。 协助启动协助启动DNA复制。复制。 控制基因转录，调节基因的表达控制基因转录，调节基因的表达l人体的一个细胞核中有23对染色体，每条染色体的DNA双螺旋若伸展开，平均长为5cm，核内全部DNA连结起来约1.72.0m。二、染色质和染色体的亚微结构1. 从DNA到染

10、色体l核小体（nucleosome）：一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成，通过酶消化实验建立。每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1；由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒；DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。核小体的结构螺线管(solenoid)l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，

11、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。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。第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社2、染色质染色质组装组装染色质包装的多级螺旋模型染色质包装的多级螺旋模型一级结构：核小体一级结构：核小体(nucleosome)二级结构：二级结构：螺线管螺线管(solenoid)三级结构：超螺线管三级结构：超螺线管(supersolenoid) 四级结构：染色单体（四级结构：染色单体（chromatid） 压缩压缩7倍倍 压缩压

12、缩6倍倍 压缩压缩40倍倍 压缩压缩5倍倍DNA 核小体核小体 螺线管螺线管 超螺线管超螺线管 染色单体染色单体 第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社染色质组装与染色体结构染色质组装与染色体结构三、异染色质与常染色质三、异染色质与常染色质l间期核中染色质可分为异染色质（heterochromatin）和常染色质（enchromatin）。l常染色质：间期细胞核中解旋的细纤维丝，结构松散，碱性染料不宜着色，在电镜下呈浅亮区。l异染色质：间期细胞核中结构紧密、呈凝集状态，碱性染料着色很深的团块状结构。在间期核中处于凝缩状态，无转录活性

13、、是遗传惰性区。在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩（异固缩）。异染色质又分为结构异染色质和兼性异染色质。巴氏小体（barr body）：雌性哺乳动物细胞两条X染色体在胚胎发育早期都是有活性的常染色质，约在胚胎发育第16天，其中一条X染色体失活，转化成异固缩化的异染色质。形成一个高度凝集的浓染小体，称为巴氏小体。结构异染色质和兼性异染色质结构异染色质和兼性异染色质（P152-P153)染色体结构示意图染色体结构示意图centromereP armq armcentromeresatelliteSister chromatidsp armq arml染色体的结构染色体的结构相关概念l着丝粒（cent

14、romere）和动粒（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外侧与纺锤体微管连接的部位。l着丝粒-动粒复合体包括：动粒结构域、中心结构域和配对结构域l动粒结构域（kinetochore domain）：位于着丝粒的外表面，包括三层板状结构和围绕外层的纤维冠(fibrous corona)；l中心结构域（central domain):位于动粒结构域内面，富含高度重复的DNA序列，是着丝粒-动粒复合体的主体；l配对结构域（pairing domain）：位于着丝粒-动粒复合体的内表面，是细胞有丝分裂中期姐妹染色单体相互连接

15、的位点。l次缢痕（P154)l随体l端粒l核仁组织区Chromosome centromere and telomere shown by Fluorescence In situ Hybridization第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社染色体染色体分类（分类（P154)第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社染色体分类染色体分类第11章 细胞核与染色质翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 2011 高等教育出版社真核细胞染色体的真核细胞染色体的3 种

16、种DNA序列序列功能元件功能元件u复制起始点u着丝粒u端粒核型与带型l核型：即细胞分裂中期染色体特征的总和。包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。l带型：染色体经物理、化学因素处理后，再进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（band）的方法。l人类染色体分组（P155表18-4）l单倍体l多倍体There are 46 , 23 pairs. autochromosome: 1 -22 are autosomes from the largest (chromosome 1) to the smallest (chromosomes21 and 22). sex chromosome:

17、XX in females XY in males. The human normal karyotype female karyotype: 46, XX male karyotype: 46, XY Human Chromosome karyotypeStandard karyotype Male: 46 XYStandard karyotype under light microscopeStandard karyotype Female: 46 XXR-banding: Reverse bandingG-banding :Giemsa bandingT-banding：ending of chromosomeC-banding： centromere banding讨论题目（PPT演讲时间5-8分钟）l列举一种与细胞膜或内膜系统功能异常相关的临床病例，并阐明其致病机制。l讨论和列举几种与蛋白质的磷酸化与去磷酸化相关的生物学功能。l从疾病的角度，列举几个具体的病例，叙述细胞生物学与医学的关系。