《细胞生物学》100细胞核与染色体.ppt

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1、THE CELL NUCLEUS AND THE CHROMOSOME,第十章 细胞核与染色体,提要,核被膜与核孔复合体功能染色质染色体核仁,第十章 细胞核与染色体,蛾蝶类丝腺细胞中为分枝状,第十章 细胞核与染色体,核形态,一般呈圆球状与卵圆形,胚乳细胞中呈网状,植物细胞核直径通常14m，动物为10m左右。,核大小,第十章 细胞核与染色体,核数目,肝细胞和心肌细胞可有双核,哺乳类成熟红细胞无细胞核,植物成熟筛管细胞无细胞核,破骨细胞可有6-50个细胞核,核被膜 核纤层 核基质 染色质 核仁,第十章 细胞核与染色体 细胞核概述,核基本结构,第十章 细胞核与染色体,核被膜与核孔复合体,第一节,三部

2、分构成,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体,一 核被膜 Nuclear envelope,1 核被膜结构,内核膜 inner nuclear membrane,外核膜 outer nuclear membrane,核周隙 perinuclear space,核被膜上有核孔。外核膜胞质面附有核糖体，核周隙与内质网腔相通，外核膜是内质网的一部分。内核膜的内表面的纤维网络叫核纤层，可支持核膜，并与染色质及核骨架相连。核周隙宽2040nm，腔内电子密度低，一般不含固定的结构。,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 一 核

3、被膜,A 将DNA和细胞质分隔开，使细胞核成为细胞的指令中心。使 DNA的复制和RNA的翻译表达在时空上分隔开来。B 成为染色体定位和酶分子的支架，染色体定位于核膜上，有利于在新时期解旋伸展，复制和转变，在分裂期有利于染色体的平均分配。C 调控核内外物质交换和信息交流。,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 一 核被膜,2 核被膜功能,二 核孔复合体 Nuclear pore complex,核被膜上内外核膜融合和贯通形成的环行孔道，常呈簇成行排列。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。哺乳动物的核孔一般为核被膜面积的5%-15%。,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜

4、与核孔复合体 二 核孔,1 形态结构,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 二 核孔,The Nuclear Pore,2 核孔复合体功能物质运输,双功能、双向性的亲水性核质通道,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 二 核孔,功能直径约9-10nm，允许离子、水溶性小分子穿梭于核质之间。,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 二 核孔,被动扩散的亲水通道,实验证明5KD蛋白质小分子可以自由扩散，17KD蛋白质在2分钟内可达到核质间的平衡，44KD的蛋白质需30分钟达到平衡，而大于60KD的蛋白质不能通过自由扩散进入细胞核。,A 对运输颗粒大小的限制B

5、 是一个信号识别与载体介导的过程复合体，表现出饱和动力学特征C 有核输出与核输入双向性,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 二 核孔,核孔复合体的主动运输,功能直径26nm,第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原（92KD），其序列为：Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val。,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 二 核孔,亲核蛋白的核输入,核定位信号,亲核蛋白具有头尾两个不同的结构域，用蛋白酶可以把它切成头尾两段，通过胶体金标记后注射于爪蟾卵母细胞，发现完整的核质蛋白及其尾部可进入细胞核，而头部却不能被摄入，说明尾部带有某种信号序列核

6、定位信号。,NLS由48个氨基酸组成，含有Pro、Lys和Arg。完成核输入后不被切除。,nuclear localization signal,NLS,成熟的rRNA和mRNA都是以核蛋白复合物（RNP）颗粒的形态进行转运的。mRNA的m7GpppN的帽子结构是一种高度选择性的输出信号，没有m7GpppN帽子的RNA则会滞留于核中。,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 二 核孔,RNA及核糖体亚单位的输出,第三节,1879年，W.Flemming 提出了染色质chromatin术语，用以描述染色后细胞核中强烈着色的细丝状物质。,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质,染色质,

7、chromatin,一 染色质的化学组成,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质,1 概念、组成,染色质是间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构。,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,2 染色质DNA,讨论1 DNA编码信息和调控信息是指什么？,单一序列 绝大多数结构基因。中度重复序列（1015）平均大小300bp；大多起调控作用；少数编码，如组蛋白基因簇、rRNA基因簇。高度重复序列（105）数个bp，如卫星DNA。,B 三类序列组织形式,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,C 二级结构3种类型,A-DNA B-D

8、NA Z-DNA,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,电性 碱性蛋白，带，含精氨酸，赖氨酸,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,3 组蛋白,类型,H2A，H2B，H3，H4,核心组蛋白 core histone,连接组蛋白linker histone,H1,5种两类,讨论2 组蛋白和非组蛋白在细胞内各带什么电荷?,正电荷,组蛋白作用,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,核心组蛋白球形部借精氨酸残基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

9、。,非组蛋白是染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质，又称序列特异性DNA结合蛋白。,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,4 非组蛋白,A 含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质。,非组蛋白特性,B 整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在S期与DNA复制进行。,帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达。,C 能识别特异的DNA序列，识别与结合借氢键和离子键。,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,D 在不同基因组之间，序列特异性结合蛋白所识别的DNA序列在进化上是保守的。,非组蛋白功能,二 染色质的结构,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色

10、质 二 染色质的结构,讨论3 如果以右手双螺旋结构形式存在，人类细胞中DNA长度是多少（按3.2109 bp计算）？,从DNA到染色体：DNA包装,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 二 染色质的结构,讨论4 从DNA到染色体称为DNA包装，真核细胞DNA为什么需要包装？,1 染色质基本结构单位核小体 nucleosome,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 二 染色质的结构,1974年，Kornberg提出染色质结构的核小体模型。,每个核小体单位包括200bp左右的DNA和一个组蛋白核心及一个H1。组蛋白核心由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体,核小体模型要点,第十章 细胞

11、核与染色体 第三节 染色质 二 染色质的结构,核小体模型要点,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。相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA，连接线上有组蛋白H1和非组蛋白。在核小体中DNA长度压缩了7倍，其直径为1012nm。,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 二 染色质的结构,30nm和11nm染色质纤维,串珠结构,螺线管,2 染色质包装的多级螺旋模型,包装形式,多级螺旋,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 二 染色质的结构,每6个核小体绕一圈，构成外径30nm，螺距为11nm的中空管。经过这一压缩，DNA长度缩短6倍。,第十章 细

12、胞核与染色体 第三节 染色质 二 染色质的结构,螺线管,超螺线管,染色单体,30nm螺线管再螺旋，形成直径400nm的圆筒状染色单位纤维，在光镜下可观察到。此时DNA又压缩了40倍。,超螺线管进一步螺旋化和折叠形成染色单体，压缩5倍。,DNA（7）核小体（6）螺线管（40）超螺线管（5）染色单体共计压缩8400倍，实际500010000倍,螺线管,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 二 染色质的结构,染色体,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 二 染色质的结构,多级螺旋模型,讨论5 染色质包装采用了多级螺旋形式。这种螺旋形式有什么好处？,三 染色质类型,异染色质 heterochrom

13、atin常染色质 enchromatin,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 三 染色质类型,结构（恒定）异染色质 constitutive heterochromatin 兼性（功能）异染色 facultative heterochromatin,间期核中染色质可分两类,异染色质核内深染部分,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 三 染色质类型,常染色质核内浅染部分,在间期核中处于凝缩状态，无转录活性。是遗传惰性区，含永不表达的基因。在细胞周期中表现为晚复制，早凝缩。,异染色质的特点,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 三 染色质类型,兼性异染色质中了解最多的是雌性哺乳类动物的X染

14、色体。两个X染色体中的一个染色体常表现为异染色质，称巴氏小体（Barr body）。人的胚胎发育到16天以后，出现巴氏小体。,第十章 细胞核与染色体 第三节 染色质 三 异染色质和常染色质,Barr body,第四节 染色体,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体,一 染色体形态结构,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体,着丝点结构域中央结构域配对结构域,1 着丝粒与动粒,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 四 着丝粒结构,着丝粒centromere,动粒kinetochore,中期染色单体相互联系在一起的特殊部位。,主缢痕处两个染色单体外侧表层部位的特殊结构，它与仿锤丝微管相接触，是微

15、管蛋白聚合中心。,着丝粒3个结构域,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 四 着丝粒结构,Kinetochore,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 四 着丝粒结构,动粒结构域kinetochore domain,中央结构域central domain,配对结构域paring dornain,位于着丝粒的表面，包括三层板状结构和围绕外层的纤维冠fibrous corona。,位于着丝粒结构域的下方。其中含有高度重复的卫星DNA。,位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结。,着丝粒3个结构域,着丝粒的3个结构域,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 四 着丝粒结构,Kinet

16、ochore,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 四 着丝粒结构,染色体类型,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 一 染色体形态结构,2 主缢痕,中期染色体上着色较浅而缢缩的部位，主缢痕处有着丝粒，DNA含量少，染色很浅或不着色。,3 次缢痕,prinary constriction,secondary constriction,次缢痕位置相对稳定，是鉴定染色体个别性的一个显著特征。,中着丝粒染色体,亚中着丝粒染色体,亚端着丝粒染色体,端着丝粒染色体,4 随体,satellite,位于染色体次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是NORs。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 一 染色体形

17、态结构,5 核仁组织区 nucleolar orgnizing regions NORs,8 端粒 telomere,高度重复的短核苷酸序列组成。不同生物端粒序列相似，人的序列为GGGTTA。端粒起细胞分裂计时器作用，解决末端DNA每复制一次减少50100bp的困惑；从而维持染色体稳定性。,Human metaphase chromosomes hybridised in situ with the telomere repeat sequence(TTAGGG)n.,Telomere sequeece,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 一 染色体形态结构,二 染色体数目,第十章 细胞核

18、与染色体 第四节 染色体 二 染色体数目,染色体数目含义,染色体组数,每染色体组的染色体个数,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 二 染色体数目,人类2n=46,果蝇2n=8,小麦2n=42,水稻2n=24,洋葱2n=16,确保DNA在细胞周期中能自我复制，为富含AT的共有序列及其上下游各200bp。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 一 染色体DNA关键序列,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 三 染色体DNA关键序列,三 染色体DNA功能元件（关键序列）,自主复制DNA序列autonomously replicating DNA sequence,ARS,第十章 细胞核与染色

19、体 第三节 染色质 一 染色质化学组成,确保复制的DNA能平均分配到两个子细胞中去，为两个相邻的核心区：80-90bp的AT区和11bp的保守区。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 三 染色体DNA关键序列,着丝粒DNA序列centromere DNA sequence,CEN,端粒与末端复制视频,DNA半保留复制视频,讨论6 DNA半保留复制结果，末端会出现什么问题？,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。,五 核型与带型,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 五 核型与带型,1 核型,将成对的染色体按形状、大小依顺序排列起来叫核型图karyogram

20、。染色体组型指核型的模式图，代表一个物种的模式特征。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 五 核型与带型,图,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 五 核型与带型,染色体分带技术是经物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（band）的方法。分带技术可分为两大类，一类是产生的染色带分布在整过染色体的长度上如：Q、G和R带；另一类是局部性的显带，它只能使少数特定的区域显带，如C、Cd、T和N带。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 五 核型与带型,2 带型,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 五 核型与带型,G带显示染色体上富含AT的区域,第十

21、章 细胞核与染色体 第四节 染色体 五 核型与带型,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 五 核型与带型,Q带显示的带纹与G带相似,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 五 核型与带型,C带显示着丝粒异染色质,存在于果蝇唾腺。,六 几类特殊的染色体,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,1 多线染色体,果蝇染色体,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,巨大性，是其它染色体长100200倍，体积10002000倍。,?,2,2210=,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,多线性，由

22、5004000条解旋的染色体合并在一起。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,Polytene chromosome,体细胞联会，同源染色体紧密配对，并合并成一个染色体。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,Polytene chromosome,横带纹，染色后呈现出明暗相间的带纹。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,果蝇唾腺染色体膨突,膨突和环。在幼虫发育的某个阶段，多线染色体的某些带区疏松膨大，形成膨突 pulf，或巴氏环 Balbiani ring。膨突是基因活跃转录的区

23、域。,鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期。双线期是卵黄合成的旺盛期。染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名。由两条同源染色体组成，在交叉处结合，每条同源染色体含2条染色单体。轴上有一些染色粒，代表染色质紧密螺旋化的部位。同时两条染色单体向两边伸出许多侧环，侧环是RNA活跃转录的区域。,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体 六 特殊染色体,Lampbrush chromosome from Pleurodeles oocyte,2 灯刷染色体,灯刷染色体形态,核仁,间期细胞核内，圆球形，一般12个，有时多达35个。主要功能是转录rRNA和组装核糖体亚单位。,第十章 细胞核与染色体 第五

24、节 核仁,第五节,nucleolus,The pyramidal cell nucleus(N)with two nucleoli(arrows)and an apical dendrite(D).,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁,2 m,核仁功能,核仁主要功能涉及核糖体的生物发生，包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 二 核仁的功能,rRNA基因是重复的多拷贝基因，基因串联，成簇分布在核仁组织区；相邻基因之间为非转录的间隔DNA。rDNA为裸露的DNA节段。,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 二 核仁的功能,1 rRNA的组织形态,人

25、细胞中约有200个拷贝，单倍基因组的rRNA基因分布在5条染色体上,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 二 核仁的功能,Duplication of rRNA,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 二 核仁的功能,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 二 核仁的功能,2 rRNA前体的转录和加工,Assembly,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 二 核仁的功能,3 核糖体亚单位的组装,练习与思考题,1 掌握：核基本结构。2 核孔复合体：功能，亲核蛋白的输入，RNA的输出。3 染色质与染色体概念。4 染色质组成，组蛋白组分、特点及功能，非组蛋白特点及功能。5 核小体结构模型，染色体多级螺

26、旋模型。6 中期染色体形态结构。7 染色体DNA关键序列及其功能。8 核仁功能。9 nucleus,chromatin,chromosome,第十章 细胞核与染色体,THE END,第十章 细胞核与染色体,THANK YOU,成熟细胞NP0.5，幼稚细胞NP0.5，衰老细胞NP0.5。,第十章 细胞核与染色体 第一节 细胞核概述,核质比,NP值增大，就会促使细胞分裂。,NUCLEUS STRUCTURE,第十章 细胞核与染色体 第一节 细胞核概述,表现为通过调节基因表达的时空顺序，控制细胞的分化完成个体发育的使命。,核功能,遗传,发育,表现为通过DNA染色体的复制和细胞分裂，维持物种的世代连续

27、性。,第十章 细胞核与染色体 第一节 细胞核概述 二 基本结构与功能,The nuclear envelope,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 一 核被膜,mRNA Transport,Nucleoplasmin was linked to colloidal gold.then injected into an oocyte.The gold particles marks showed that it was transported into the nucleus.,第十章 细胞核与染色体 第二节 核被膜与核孔复合体 二 核孔,第十章 细胞核与染色体 第四节 染色体

28、一 染色体形态结构,染色体染色单体同源染色体,核仁形态与结构,颗粒部由直径1520nm的颗粒组成，内含核糖核蛋白，通常位于核仁周围；纤维部由直径510nm的有纤维组成，主要成分是新合成的核糖核蛋白；核仁染色质包括两部分，核仁周围的称核仁周染色质，为异染色质；核仁内的称为核仁内染色质，为环状染色质丝；核仁基质，为无定形溶液。,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁,Nucleolus,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 一 形态结构,PG 颗粒部含RNPPF 纤维部 由新转录 rRNA形成NO 核仁组织区,Nucleolus,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 一 形态结构,The nucleolus of the Purkinje cell,第十章 细胞核与染色体 第五节 核仁 一 形态结构,