最新W08细胞核与染色体PPT文档.ppt
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1、(三)数量:通常细胞中都是单核,但也有双核or多核的,例如菊科植物(乳管细胞及骨藻细胞中,核有几百个,动物横纹肌细胞及骨髓内的破骨细胞中),核也达一百个左右,这些多核细胞是由于核分裂次数多于胞质分裂所导致的,or是由于天然发生的细胞融合造成的(合胞体),此外,还有少数类型细胞是无细胞核的,例如人的成熟红细胞及plant的成熟筛管细胞,皆是特殊分化失去了核,故不能分裂增殖寿命亦有限。(四)位置:胚胎细胞及幼龄细胞中,细胞核居中,但随着细胞生长与分化,有时核会移位和变形,例如成熟植物(mature plant)细胞中,细胞核常被中央液泡挤到一侧。,二、间期核的结构:(一)膜(nuclear env
2、elope):1形态结构:电镜下观察核膜是由两层平行排列的单位膜组成,即核外膜和核内膜。每层膜的厚度约7.5nm,在内,外膜之间有宽为2050nm的间隙,称为核周隙(核周腔)(perinu clear space)。核外膜以外表面附有核糖体,其部分区域与糙面内质网膜相连,所以核周隙与内质网腔是连通的,核内膜上无核糖体附着,其内侧有一层纤维网状结构,称为核纤层(nuclear lamina),核纤层的厚度因细胞而异,一般在30nm以下,组成核纤层的蛋白纤维是由3种多肽核纤层蛋白A,B,C(MW60-75KD)装配而成,这种fiber可与核内膜中的核纤层B(lamin B)受体结合,又可与细胞中的
3、染色质的特定区段(异染色质)连接,所以核纤层是核膜及染色质的结构支架。,图12-1 细胞核的结构,n 为核仁,N 为常染色质,图12-2 核被膜的TEM 照片,核被膜,核孔,核纤层,(浓缩)异染色质,图12-3 核被膜的结构,图12-4 核纤层结构,2.核孔:核内、外膜在部分区域相互连接形成贯通内外的孔道,称为核孔(nuclear pore),核孔在核膜上的数量和密度因细胞类型&生理状态而异,凡代谢旺盛,转录活跃的细胞,则核孔多而密,核孔中有复杂结构故称为核孔复合体(nuclear pore complex)(P251)。动、植物细胞核模上都具有此结构(进化保守),其具体构型为:在核孔外缘&内
4、缘各有一胞质环&核质环,由这两环分别朝核内,外各伸出8条纤维,胞质纤维短而卷曲;核质纤维细长伸入核内,末端又形成一小环(由8个颗粒组成)类似“捕鱼笼”,此外,在核孔复合体内部还有一平面对称分布的8个颗粒及1个中央颗粒(or称中央栓transporters)。这些结构物皆是核糖核蛋白构成,,图12-3 核被膜的结构,图12-6 核孔结构模型,胞质纤维,中央栓,胞质环,轮辐,内腔,核质环,核篮纤维,末端环,总之,核孔复合体的结构特点是:对垂直于核膜的中心轴呈八重对称分布格局,而对核膜内外则是不对称分布(朝向胞质,核质两面不对称)。应用电镜免疫测定,核孔复合体的标志蛋白是gp210(跨膜糖蛋白),是
5、起锚定核孔复合体作用,另外,中央颗粒上还有一种p62蛋白,从yeast到man,各类生物细胞的核孔蛋白都具有同源性,说明核孔复合体在进化上高度保守。),图12-4 抽提后核孔胞质面的结构,图12-5 抽提后核孔核质面的结构,3核膜的主要功能:(1)是核内外隔离屏障,使细胞核成为相对独立,稳定的生理功能系统,核内的渗透压,PH值,电位差,化学成分和电磁效应,均有别于细胞质且维持相对恒定,因而细胞核内的生理生化活动实现专门化,该屏障功能,除核内外膜之外还有核周隙&核纤层的作用不应忽视,核周隙是介于核质与胞质之间的生理缓冲区,核纤层能配合核膜维持核的完整性,纤层蛋白对分裂时核膜解体及分裂后核膜重建起
6、调控作用。,(2)控制核内外的物质&信息变换以核孔复合体通道进行的双向选择性物质运输,方式有2种:被动扩散&主动运输,经微量注射胶体金测试,核孔通道有效直径约9nm。离子小蛋白分子代谢物皆由此通道进行自由扩散,对大分子物质则需主动运输,但也有些直径小于9nm的物质也不能自由扩散过膜,反而直径达26nm的物质主动运输却顺利通过,这是因为核孔复合体有效通道直径会调节,能有选择性地控制穿过核孔的物质双向运输。例如,输出膜外的物质有在核内组装的核糖体亚单位(RNP颗粒)的mRNA&tRNA前体,在核内加工完毕的mRNA可通过核孔输到细胞质中,而核内不均一RNA(hnRNA,即mRNA的前体)却不能穿过
7、,这是由于mRNA的5端加上3m7GPPPG帽子的选择信号:还有些蛋白有核输出信号NES。,图12-30 核糖体的组装,再例如:输入核内的物质,有在细胞质中合成的DNA聚合酶,RNA聚合酶以及组装染色质的组蛋白&非组蛋白,组装核糖体的蛋白质,还有激素受体复合体蛋白等等亲核蛋白质,它们之所以都能被选择性地主动运输进入核内,是由于皆含有一段核定位信号(nuclear localization signal,NLS序列)这是定向进入核孔&在核内定位的信号序列,NLS序列与信号肽及导肽不相同,它可存在亲核蛋白质的不同部位(不一定是在 N端或C端),并且在引导蛋白质输入后不会被切除,NLS序列是被核孔复
8、合体中的NBPs受体蛋白所识别,结合及介导穿过核孔的。总之核孔复合体上主动运输的特点可归纳为:信号识别;载体介导;需GTP供能;双向选择;具饱合动力学规律(饱合曲线)。,图12-7 金标记的核质素穿越核孔,线粒体,图12-8 核质素输入细胞核的过程,图12-30 核糖体的组装,(3)蛋白质合成作用:核外膜外表附着核糖体,其合成产物由核周隙与内质网腔相连通的管道输走。,(二)核仁(nucleolus)(核仁无膜包围,无规则形的):核仁是细胞 核中的重要结构之一,其形状,数目&大小在不同生物细胞中表现不同。一般是圆球形,也有呈不规则形的;有的是单个,也有的是多个的;凡蛋白质合成旺盛的细胞中核仁明显
9、偏大,而蛋白质合成差的细胞中核仁小。此外,核仁在细胞周期过程中表现出周期性的消失&重现规律,这是进行rRNA合成,加工及核糖体亚单位装配的动态表现。核仁中,蛋白质占80%,RNA占1015%,另外还有510%的DNA&微量脂类。,核仁无膜包围,纤维中心FC,其内大致分为三种区域:致密fibre组分DFC,颗粒组分GC,纤维中心区域有10nm粗的纤丝,是含有rRNA基因的染色质纤丝,在此区域外围的致密纤维组分区域,由大量25nm的细纤丝交织成海绵状,这些细纤丝是结合了蛋白质的45s rRNA前体,而在颗粒组分区域则含有许多直径1020nm的颗粒,这是正在装配中的成熟程度不同的核糖体亚单位,主要是
10、大亚单位,细纤丝&颗粒皆是核糖核RNP,除去这些结构物剩下的是以可溶性蛋白质组成的核仁基质。,图12-28 核仁结构纤维中心(fibrillar centers,FC)致密纤维组分(dense fibrillar component,DFC)颗粒组分(granular component,GC),核仁组织区(NOR):是指某一对(or某几对)同原染色质上的一种special region,含有许多 rRNA基因 copies,在间期核当中,染色质解螺旋时,NOR的染色质fibre是插入FC区的10nm粗纤丝,而到分裂期,核仁(nucleolus)中的染色质丝螺旋化,形成染色质上的核仁组织区 r
11、egion。有些生物的核仁组织区是位于染色质的次缢痕,例如玉米的核仁组织区在第6对染色质短臂的次缢痕上,人的核仁组织区在第13,14,15,21,22这五对染色质的次缢痕处(不过,也有生物核仁组织区nor不在染色质次缢痕位置),具有核仁组织区nor的染色质可统称为核仁染色质。,图12-18 核仁组织者中心形成核仁,间期核内核仁明显,是编码rRNA基因的10nm粗的染色质纤丝解螺旋(helix)在活跃转录指导核仁内rRNA合成,加工及核糖体大、小亚单位装配,分裂期时,rRNA转录停止,那段10nm粗的染色质纤丝螺旋化,卷到核仁染色质上去,原已合成及装配的核糖体亚单位都从核孔输出到细胞质中,所以核
12、仁变小而消失。核仁的主要功能有:是rRNA前体的转录合成及加工场所,是核糖体亚单位的组装场所。,以染色体(chromation)铺展技术在电镜下观察rDNA转录情况(非洲爪蟾蝾源:伞藻等的核仁中):伸展的DNA纤维上间隔分布有若干段,由平行细丝组成“圣诞树”状结构,这每一段都是rDNA的一个转录单位而那些细丝即是由RNA聚合酶I附着在DNA上的新转录合成rRNA链。RNA聚合酶从基因起始端开始边读码转录边向基因终止端移动(每段上约有100200个RNA聚合酶I在依次移动工作)因此形成顺转录方向细丝逐渐增长的“圣诞树”在RNA细丝的游离域可见球状的RNP颗粒,在基因终止端完成转录的RNA细丝即脱
13、离DNA链,游离至核仁基质。,图12-29 rRNA 的转录,rRNA基因属于中等重复序列DNA,非洲爪蟾的含600个copies,人的有200个copies,这种串联重复排列的rRNA基因可保证RNA聚合酶能连续高效大量转录,以便大量装配核糖体,因为每个细胞需有107个核糖体才能确保其蛋白质合成运转。,注意:上述在核仁中的rRNA基因转录单位,仅包含18S,5.8S和28SrRNA,而5SrRNA基因不在核仁组织区域,其转录不在核仁之中。人约有2000个5SrRNA基因copy,也是成簇串联排列,由RNA聚合酶转录,转录后经加工进入核仁颗粒区参与核糖体大亚单位组成。rRNA前体(45S)合成
14、后,须经过一系列加工修饰如甲基化,切割降解才能分成18S,5.8S和28S。注意:此加工的对象都不是游离状态的rRNA,而是RNP复合物,经过多步骤剪切,加工组装成核糖体的大小亚单位,由核孔复合物输出到细胞质中去,小亚单位组装快,大亚单位组装较缓慢,所以颗粒区所见到的主要是大亚单位。,(三)染色质(chromatin):1概念及类型:染色质:是分裂期染色体的组成物质,也是间期核内能被碱性染料(即胞核染料,如苏木精,卡红,甲绿,碱性品红等)染色的物质,是由DNA,组蛋白,非组蛋白以及少量的RNA所组成的串珠状复合物,通常分为2种type:常染色质(eu chromatin)是在分裂间期能正常解螺
15、旋而被染色较淡的染色质部分,这种状况是其中基因进行转录的必需条件。异染色质(hetero chromatin)是分裂间期保持凝缩状态而被浓染的chromatin部分,无转录活性,且DNA复制行为比常染色质的复制较晚,凝缩较早,分2种type:,图12-14 异染色质(核内深染部分)和常染色质(核内浅染部分),结构异染色质(constitutive hetero chromatin)是在各种细胞类型&发育阶段都是凝缩状态的异ch质,分布于chr的着丝粒区,微粒区次缢痕及某些chr的特定区段。兼性异染色质(chromatin facultative hetero chromatin)是在某种特定组
16、织细胞里or某个发育阶段,由常染色质转变成的异染色质,丧失转录活性,例如:正常女性的体细胞中2条X 染色体的染色质都是具转录活性的常染色质(追逆来源,分别来自父母双亲)但受精后1618天时,其中一条随机性失活凝缩为异染色质,即成为体细胞间期核呈现的巴氏小体,Lyon理论(1960年)解释 X 染色体失活是剂量补偿效应。活性染色质:具转录活性的常染色质。非活性染色质:是不能转录的染色质,即包括异染色质,也包括基因处于暂时关闭状态的常染色质,所以分裂期染色质上都是非活性的。,2.染色质的组分:(1)DNA:单一序列:不重复(即单copy)序列长度103bp,能转录大多数结构基因,都是单一序列。中度
17、重复序列,重复概率为10105重复单位平均长度为300bp,多数是不编码序列,起基因调控作用。例:人基因组中的Alu序列家族,也有部分中度重复序列是能转录的,例:编码5种组蛋白的组蛋白基因,rRNA基因,5sRNA基因和tRNA基因.高度重复序列,重复率为105107,重复单位长度为5300bp,皆不能转录,主要分布在染色的着丝粒区&端粒区,构成结构异染色质(heterd chrcmatin),大多数高度重复序列由于富含AT碱基,因此在氯化铯密度梯度离心中会在DNA主带附形成次要带,所以称为卫星DNA(satellite DNA)。但也有些高度重复序列不能形成次要带,根据串联重复单位长度,还可
18、分出小卫星DNA(minisatellite DNA)和微卫星(micro satellite)DNA,可用于遗传谱系分析和亲子鉴定的DNA指纹分析。,图12-9 三种不同构象的DNA 双螺旋,(2)组蛋白:是染色质中与DNA结合的碱性蛋白质,所有真核细胞中都含有5种组蛋白类型,即H1,H2A,H2B,H3,H4(只有2个例外,鱼类精子中的鱼精蛋白替代组蛋白;鱼类&鸟类红细胞中H1被H5所替代)原核细胞中没有组蛋白,而且各种真核细胞中组蛋白成分,含量都相似。所以组蛋白无种属和tissue特异性(H1除外,略有差异)是遗传进化保守的物质。,(3)非组蛋白:是能与chr上特异DNA序列相结合的酸性
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