第八章細(xì)胞核與染色體Nucleus&ChromosomeⅧ細(xì)胞核與染色體》1781年Trontana發(fā)現(xiàn)于魚類細(xì)胞;》1831年,Brown發(fā)現(xiàn)于植物?！反笮?低等植物1~4μm,高等植物5-20μm,動(dòng)物5-10μm。常以核質(zhì)比來估算核得大小。形狀:圓形,胚乳細(xì)胞(網(wǎng)狀)蝶類絲腺細(xì)胞(分支狀)?！肺恢?細(xì)胞中央,成熟植物細(xì)胞得邊緣。》數(shù)目:通常一個(gè),成熟得篩管和紅細(xì)胞(0)、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞(1-2)、破骨細(xì)胞(6~50)、骨骼肌細(xì)胞(數(shù)百)、植物氈絨層細(xì)胞(2~4)。1》結(jié)構(gòu):①核被膜、②核仁、③核骨架、④染色質(zhì)。

》功能:①遺傳、②發(fā)育。21NuclearEnvelope》NuclearEnvelope,位于間期細(xì)胞核得最外層,就是細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間得界膜。》生物學(xué)意義:一方面構(gòu)成核、質(zhì)之間得天然選擇性屏障;避免生命活動(dòng)得彼此干擾;保護(hù)DNA不受細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生得機(jī)械力得損傷。另一方面介導(dǎo)核質(zhì)之間得物質(zhì)交換與信息交流。31、1核被膜就是雙層膜結(jié)構(gòu)1、1、1Structure》外核膜outernuclearmembrane,附有核糖體顆?！穬?nèi)核膜innernuclearmembrane,有特有得蛋白成份(如LBR)》核纖層nuclearlamina》核周間隙perinuclearspace》核孔nuclearpore4主要有以下三方面得意義:①基因表達(dá)得時(shí)空隔離②核膜作為保護(hù)性屏障,使核處于一微環(huán)境中③染色體得定位和酶分子得支架核被膜得形成對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)得意義5核孔運(yùn)輸?shù)锰攸c(diǎn)1、既有被動(dòng)運(yùn)輸,又有主動(dòng)運(yùn)輸2、核孔運(yùn)輸?shù)秒p向性3、核孔運(yùn)輸?shù)眯盘?hào)指導(dǎo)

核孔得運(yùn)輸作用從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)運(yùn)輸需要5ˊ帽子結(jié)構(gòu)得試驗(yàn)證明59大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流1、1、2核被膜在細(xì)胞周期中得崩解與裝配》新核膜來自舊核膜,且核被膜得去組裝就是非隨機(jī)得,具有區(qū)域特異性domain-specific。71、2NuclearPoreplex,NPC》內(nèi)外核膜在某些部位相互融合,形成環(huán)狀開口,稱為核孔Nuclearpore,在核孔上鑲嵌著由多種蛋白質(zhì)構(gòu)成得復(fù)雜結(jié)構(gòu),稱為核孔復(fù)合體NuclearPoreplex,NPC。》一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞平均有3000個(gè)核孔?！芳?xì)胞核活動(dòng)旺盛得細(xì)胞中核孔數(shù)目較多,反之較少。81、2、1ThestructuralmodelofNPC》核孔直徑80-120nm,NPC得直徑120-150nm、》研究NPC形態(tài)結(jié)構(gòu)得經(jīng)典方法:超薄切片技術(shù);負(fù)染色技術(shù);冷凍蝕刻技術(shù)。20世紀(jì)80年代后,SEM技術(shù)和快速冷凍-冷凍干燥技術(shù)得應(yīng)用,為NPC結(jié)構(gòu)研究提供條件。》在電鏡下觀察,核孔就是呈圓形或八角形,現(xiàn)在一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)如fish-trap(捕魚籠/魚籃模型)model。9高分辯率掃描電鏡觀察得核孔復(fù)合物照片

10抽提后核孔核質(zhì)面得結(jié)構(gòu)(SEM)111、胞質(zhì)環(huán)cytoplasmicring,外環(huán);2、核質(zhì)環(huán)nuclearring,內(nèi)環(huán);3、輻spoke,可分三個(gè)結(jié)構(gòu)域－柱狀亞單位(columnsubunit)－腔內(nèi)亞單位(luminalsubunit)－環(huán)帶亞單位(annularsubunit)4、中央栓centralplug,又稱transporter。FishTrapModel呈八重對(duì)稱分布:核孔復(fù)合物得結(jié)構(gòu)模型中央運(yùn)輸?shù)鞍咨斐龅?個(gè)輻條與胞質(zhì)環(huán)和核質(zhì)環(huán)相連,另有8個(gè)籃和8個(gè)細(xì)胞質(zhì)顆粒在核孔復(fù)合物中呈現(xiàn)8重對(duì)稱分布。121、2、2ThepositionofNPC》構(gòu)成核孔復(fù)合體得蛋白統(tǒng)稱為“核孔蛋白”nucleoporin,Nup。》核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成,其總相對(duì)分子質(zhì)量約為125×106,推測可能含有100余種不同得多肽,共1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。13141、2、3ThefunctionofNPC》NPC得功能:核質(zhì)交換得雙向、雙功能、選擇性親水性通道。－雙向:入核、出核;－雙功能:被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸。15(一)通過NPC得被動(dòng)運(yùn)輸》根據(jù)資料推測,NPC得中央通道在介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸時(shí)直徑約為9nm,相當(dāng)于可以允許60kDa以下得球形蛋白自由通過;》由于各種因素得影響,并不就是所有直徑10nm以下得分子在核被膜兩側(cè)均勻分布;16(二)通過NPC得主動(dòng)運(yùn)輸1、選擇性和雙向性－對(duì)運(yùn)輸顆粒大小得限制:有效功能直徑可被調(diào)節(jié)約10～20nm,甚至可達(dá)26nm;－就是一個(gè)信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)得過程,需要消耗能量,并表現(xiàn)出飽和動(dòng)力學(xué)特征;－具有選擇雙向性,即選擇性地對(duì)不同得物質(zhì)進(jìn)行核輸入或核輸出。17NPC主動(dòng)運(yùn)輸?shù)秒p向性182、親核蛋白與核定位信號(hào)》親核蛋白(karyophilicprotein):在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后,需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能得一類蛋白質(zhì)、》核定位信號(hào)(nuclearlocalizationsignal,NLS):引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核得一段信號(hào)序列。受體為importin(輸入蛋白)。–第一個(gè)被確定得NLS就是病毒SV40得T抗原,序列為:pro-pro-lyslys-lys-Arg-Lys-val。–NLS對(duì)連接得蛋白質(zhì)無特殊要求,可存在于親核蛋白得不同部位,完成輸入后不被切除。》Ran蛋白,一類G蛋白,調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體得解體或形成。19T抗原NLS突變實(shí)驗(yàn)富含賴氨酸得核定位信號(hào)就是輸入蛋白得一個(gè)重要特征進(jìn)入細(xì)胞核保留在細(xì)胞質(zhì)20核質(zhì)蛋白輸入細(xì)胞核得實(shí)驗(yàn)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明尾部具有核定位信號(hào),并且只要有一個(gè)尾部結(jié)構(gòu),就可將全部得頭部帶入細(xì)胞核21圖親核蛋白得入核轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)合:需核定位信號(hào)識(shí)別并結(jié)合輸入蛋白;轉(zhuǎn)運(yùn):需GTP水解提供能量223、出核轉(zhuǎn)運(yùn)和核輸出信號(hào)》不同RNA得出核轉(zhuǎn)運(yùn):－RNApolI轉(zhuǎn)錄得rRNA分子:以RNP得形式離開細(xì)胞核,需要能量;－RNApolIII轉(zhuǎn)錄得5srRNA與tRNA得核輸出由蛋白質(zhì)介導(dǎo);－RNApolII轉(zhuǎn)錄得hnRNA,在核內(nèi)進(jìn)行5’端加帽和3’端附加PolyA序列以及剪接等加工過程,然后形成成熟得mRNA出核;》核輸出信號(hào)(nuclearexportsignal,NES),引導(dǎo)RNP輸出細(xì)胞核,受體為exportin。23》mRNA得出核轉(zhuǎn)運(yùn)過程就是有極性得,其5’端在前,3’端在后。242Chromatin》1848年,Hofmeister發(fā)現(xiàn)于鴨跖草得小孢子母細(xì)胞?！?879年,W、Flemming提出Chromatin?！?888年,Waldeyer提出Chromosome。25》染色質(zhì)(chromatin):指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成得線性復(fù)合結(jié)構(gòu),就是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在得形式?！啡旧w(Chromosome):指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中,由染色質(zhì)聚縮而成得棒狀結(jié)構(gòu)?！啡旧|(zhì)與染色體就是在細(xì)胞周期不同得功能階段可以相互轉(zhuǎn)變得得形態(tài)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)與染色體具有基本相同得化學(xué)組成,但包裝程度不同,構(gòu)象不同。Chromatin&Chromosome262、1Chemicalposition》組成:DNA、組蛋白Histone、非組蛋白Nonhistone、少量RNA?！稤NA:Histone較為穩(wěn)定,約1:1;DNA:Nonhistone變化較大;DNA:RNA約為10:1。272、1、1DNA》凡就是具有細(xì)胞形態(tài)得所有生物其遺傳物質(zhì)都就是DNA。在真核細(xì)胞中,每條未復(fù)制得染色體包裝一條DNA分子?！稧enome:一個(gè)生物貯存在單倍染色體組中得總遺傳信息,稱為該生物得基因組。28(一)DNA分子一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性1、單一序列;2、中度重復(fù)DNA序列;－短散在重復(fù)元件(shortinterspersedelements,SINEs)－長散在重復(fù)元件(longinterspersedelements,LINEs)

3、高度重復(fù)DNA序列－衛(wèi)星DNA(satelliteDNA),主要分布在染色體著絲粒部位;－小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA),又稱數(shù)量可變得得串聯(lián)重復(fù)序列,常用于DNA指紋技術(shù)(DNAfinger-printing)作個(gè)體鑒定;－微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)重復(fù)單位序列最短,具高度多態(tài)性,在遺傳上高度保守,為重要得遺傳標(biāo)志。29DNAfinger-printing作個(gè)體鑒定30(二)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)具有多形性》①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。312、1、2Histone》真核生物染色體得基本結(jié)構(gòu)蛋白,帶正電荷(?),富含Arg,Lys,屬堿性蛋白,共5種,分為:–核心組蛋白(corehistone):H2A、H2B、H3、H4;–連接組蛋白(linkerhistone):H1。結(jié)構(gòu):》核心組蛋白高度保守,沒有種屬及組織特異性,尤其就是H4?！稨1就是多樣性,具有一定得屬(genus)和組織特異性。大多數(shù)細(xì)胞中都有部分組蛋白得某些堿性氨基酸側(cè)鏈被磷酸化、乙?；蚣谆约癆DP得核糖化等修飾32組蛋白得修飾作用332、1、3Nonhistone》非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性;》對(duì)DNA具有識(shí)別特異性,又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins);》功能:幫助DNA折疊;協(xié)助DNA復(fù)制;調(diào)節(jié)基因表達(dá)。非組蛋白在染色體構(gòu)建中得作用34非組蛋白和DNA不同得結(jié)合模式1、α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)2、鋅指模式(Zincfingermotif)3、亮氨酸拉鏈模式(Leucinezippermotif,ZIP)4、螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helixmotif,HLH)5、HMG-盒結(jié)構(gòu)模式(HMG-boxmotif):35》多以α-helix和DNA大溝識(shí)別并結(jié)合,進(jìn)而影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。362、2Nucleosome》染色質(zhì)得基本結(jié)構(gòu)單位—核小體(nucleosome)。372、2、1Mainexperimentalproof1.鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察382、用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì),部分酶解片段分析結(jié)果、393、應(yīng)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究、》核小體顆粒就是直徑為11nm、高6、0nm得扁園柱體,具有二分對(duì)稱性。核心組蛋白得構(gòu)成就是先形成(H3)2、(H4)2四聚體,然后再與兩個(gè)H2A﹒H2B異二聚體結(jié)合形成八聚體圖X-射線晶體衍射(2、8A)所揭示得核小體三維結(jié)構(gòu)402、2、2核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn)1、每個(gè)核小體單位包括200bp左右得DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體核心(Core)及一個(gè)分子H1;2、由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體,構(gòu)成核心顆粒;3、146bp得DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1、75圈,組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bpDNA,鎖住核小體DNA得進(jìn)出端,起穩(wěn)定核小體得作用;4、兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA相連,典型長度60bp,不同物種變化值為0～80bp;415、組蛋白與DNA之間得相互作用主要就是結(jié)構(gòu)性得,基本不依賴于核苷酸得特異序列;6、核小體沿DNA得定位受不同因素得影響,進(jìn)而通過核小體相位改變影響基因表達(dá)。422、3染色體得包裝

》人體得一個(gè)細(xì)胞核中有23對(duì)染色體,每條染色體得DNA雙螺旋若伸展開,平均長為5cm,核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來約1、7~2、0m。432、3、1多級(jí)螺旋模型multiplecoilingmodel》一級(jí)結(jié)