細(xì)胞核nucleus與染色體

1、第十章第十章 細(xì)胞核與染色體細(xì)胞核與染色體nucleus and chromosome 細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器,是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心.細(xì)胞核的細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成： 核被膜 (內(nèi)膜, 外膜, 核孔復(fù)合體, 核纖層) 染色質(zhì) 核仁 核骨架 (核基質(zhì))第一節(jié) 核被膜與核孔復(fù)合體1 核被膜核被膜 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成組成 核被膜的功能核被膜的功能 核被膜有規(guī)律地核被膜有規(guī)律地解體與重建解體與重建 2 核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體 （nuclear pore complex,npc）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成組成 外核膜(outer nuclear membrane), 附有核糖體顆粒 內(nèi)核膜(inn

2、er nuclear membrane),有特有的蛋白 成份（如核纖層蛋白b受體）核周間隙(perinuclear space)核孔(nuclear pore), 有特有蛋白(gp210等)核被膜的功能核被膜的功能 構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障避免生命活動(dòng)的彼此干擾保護(hù)dna不受細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng) 所產(chǎn)生的機(jī)械力的損傷 核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流 核被膜在細(xì)胞在有絲分裂中有規(guī)律地核被膜在細(xì)胞在有絲分裂中有規(guī)律地解體與重建解體與重建新核膜來自舊核膜（變形蟲同位素示蹤分析）核被膜的去組裝是非隨機(jī)的，具有區(qū)域特異性 (domain-specific)。以非洲爪蟾卵提取物為基礎(chǔ)的非細(xì)胞核裝配體系提供了實(shí)

3、驗(yàn)?zāi)Ｐ秃吮荒さ慕怏w與重建的動(dòng)態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用可能與核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。 核膜在細(xì)胞周期中的崩解與裝配在分裂前期，核纖層磷酸化并解聚，雙層核膜崩解成單層膜泡，核孔復(fù)合體解體，核纖層蛋白單體溶解到胞質(zhì)中或與核膜小泡結(jié)合，到分裂末期，核纖層蛋白去磷酸化并重新裝配，由核纖層蛋白介導(dǎo)核膜小泡圍繞染色體，同時(shí)核孔復(fù)合體也進(jìn)行裝配，經(jīng)膜融合后形成新的核膜。核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體（nuclear pore complex,npc）1 結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型2 組成成分研究組成成分研究 3 核孔復(fù)合體的功能核孔復(fù)合體的功能結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型 胞質(zhì)環(huán)（cytopla

4、smic ring），外環(huán) 核質(zhì)環(huán)（nuclear ring），內(nèi)環(huán) 輻（spoke）柱狀亞單位（column subunit）腔內(nèi)亞單位(luminal subunit)環(huán)帶亞單位（annular subunit） 中央栓（central plug）：transporterfish-trap結(jié)構(gòu)模型核孔復(fù)合體成份的研究核孔復(fù)合體成份的研究核孔復(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125106，推測可能含有100余種不同的多 肽，共1 000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。 gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白 p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)

5、功能結(jié)構(gòu)域 gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，將核孔復(fù)合體 錨定在“孔膜區(qū)”，從而為核孔復(fù)合體裝配提供一 個(gè)起始位點(diǎn)在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用在核孔復(fù)合體的核質(zhì)交換功能活動(dòng)中起一定作用 p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域 疏水性n端區(qū)：可能在核孔復(fù)合體 功能活動(dòng)中直接參與核質(zhì)交換 c端區(qū)：可能通過與其它核孔復(fù)合體 蛋白相互作用，從而將p62分子穩(wěn)定到 核孔復(fù)合體上，為其n端進(jìn)行核質(zhì)交換 活動(dòng)提供支持。核孔復(fù)合體的功能核孔復(fù)合體的功能核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸功能示意圖核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸功能示意圖

6、通過核孔復(fù)合體的被動(dòng)擴(kuò)散通過核孔復(fù)合體的被動(dòng)擴(kuò)散通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸 親核蛋白與核定位信號(hào)親核蛋白與核定位信號(hào) 親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的步驟親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的步驟 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rna的核輸出的核輸出核質(zhì)交換的雙向性親水通道 特點(diǎn)：雙功能性（被動(dòng)、主動(dòng)運(yùn)輸）； 雙向性（入核轉(zhuǎn)運(yùn)、出核轉(zhuǎn)運(yùn)）通過核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁疽鈭D（引自b.talcott等，1999） （a）自由擴(kuò)散；（b）協(xié)助擴(kuò)散；（c）信號(hào)介導(dǎo)的核輸入；（d） 信號(hào)介導(dǎo)的核輸出。 通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸 生物大分子的核質(zhì)分配主要是通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸完成的，具有高度的選擇性，并且是雙向的。 選擇性表現(xiàn)

7、在以下三個(gè)方面：對(duì)運(yùn)輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被 調(diào)節(jié)約1020nm，甚至可達(dá)26nm， 主動(dòng)運(yùn)輸是一個(gè)信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)的過程， 需要消耗能量，并表現(xiàn)出飽和動(dòng)力學(xué)特征主動(dòng)運(yùn)輸具有雙向性，即核輸入與核輸出 親核蛋白與核定位信號(hào)親核蛋白（karyophilic protein） 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)揮功能的 一類蛋白質(zhì) 核質(zhì)蛋白（nucleoplasmin）的入核轉(zhuǎn)運(yùn)核定位信號(hào) (nuclear localization signal，nls)nls是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段， 富含堿性氨基酸殘基，如lys、arg，此外還常含有pro。nls的氨基酸殘

8、基片段可以是一段連續(xù)的序列（t抗原），也可 以分成兩段，兩段之間間隔約10個(gè)氨基酸殘基（核質(zhì)蛋白）。nls序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導(dǎo)完成核輸入后并 不被切除。nls只是親核蛋白入核的一個(gè)必要條件而非充分條件 親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的步驟結(jié)合：需nls識(shí)別并結(jié)合importin；轉(zhuǎn)運(yùn)：需gtp水解提供能量轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rna的核輸出轉(zhuǎn)錄后的rna通常需加工、修飾成為成熟的rna分子后才能被轉(zhuǎn)運(yùn)出核。rna聚合酶i轉(zhuǎn)錄的rrna分子：以rnp的形式離開細(xì)胞核，需要能量；rna聚合酶iii轉(zhuǎn)錄的5s rrna與 trna的核輸出由蛋白質(zhì)介導(dǎo)；rna 聚合酶ii轉(zhuǎn)錄的hn rna，在核內(nèi)進(jìn)行5端加帽和

9、3端附加多聚a序列以及剪接等加工過程，然后形成成熟的mrna出核，5端的m7gpppg“帽子”結(jié)構(gòu)對(duì)mrna的出核轉(zhuǎn)運(yùn)是必要的；細(xì)胞核中既有正調(diào)控信號(hào)保證mrna的出核轉(zhuǎn)運(yùn)，也有負(fù)調(diào)控信號(hào)防止mrna的前體被錯(cuò)誤地運(yùn)輸，后者與剪接體(spliceosome)有關(guān)。mrna的出核轉(zhuǎn)運(yùn)過程是有極性的，其5端在前，3端在后。核輸出信號(hào) (nuclear export signal，nes)：rna分子的出核轉(zhuǎn)運(yùn)需要蛋白分子的幫助，這些蛋白因子本身含有出核信號(hào)。入核轉(zhuǎn)運(yùn)與出核轉(zhuǎn)運(yùn)之間有某種聯(lián)系，它們可能需要某些共同的因子。蛋白質(zhì)細(xì)胞定位信號(hào)分泌信號(hào)肽導(dǎo)肽轉(zhuǎn)運(yùn)肽核定位信號(hào)第二節(jié)第二節(jié) 染染 色色 質(zhì)質(zhì)一

10、 染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成 二二 染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位核小體核小體 三三 染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型四四 常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)和異染色質(zhì) 一、染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成一、染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成染色質(zhì)概念染色質(zhì)概念 染色質(zhì)染色質(zhì)dna 染色質(zhì)蛋白質(zhì)染色質(zhì)蛋白質(zhì) 染色質(zhì)概念染色質(zhì)概念 染色質(zhì)（chromatin): (1879年 w. flemming 命名） 指間期細(xì)胞核內(nèi)由dna、組蛋白、非組蛋白及少量 rna組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu), 是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在 的形式。 染色體(chromosome):（1888年，waldeyer命名） 指

11、細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中, 由染色質(zhì)聚縮 而成的棒狀結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的 功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學(xué) 組成，但包裝程度不同,構(gòu)象不同。 dna與組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分。染色質(zhì)染色質(zhì)dna基因組（基因組（genome） dna分子一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性分子一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性 dna二級(jí)結(jié)構(gòu)具有多形性二級(jí)結(jié)構(gòu)具有多形性(polymorphism) 基因組（基因組（genome） 概念 凡是具有細(xì)胞形態(tài)的所有生物其遺傳物質(zhì)都是dna。 在真核細(xì)胞中，每條未復(fù)制的染色體包裝一條dna分子。 一個(gè)生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生

12、物的基因組。 基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性而增加。 基因組中兩類遺傳信息 編碼序列：負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息。在基因組中只占很小的比例。 調(diào)控序列：中度重復(fù)序列dna,它們是關(guān)于基因選擇性表達(dá)的信息。在基因組中占有很高比例。 物種 基因組大小 平均基因長（bp） 基因數(shù)目 大腸桿菌 4.2106bp， 1.2kb 約2 350酵母 1.3107bp 1.4kb 約6 100 果蠅 1.4108bp 11.3kb 約8 750 人 3109bp 16.3kb 約32 000 *必需基因（essential gene）和非必需基因（nonessential gene）dna分子一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性

13、分子一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性非重復(fù)序列非重復(fù)序列dna中度重復(fù)中度重復(fù)dna序列序列 短散在重復(fù)元件（短散在重復(fù)元件（short interspersed elements，sines）長度少于）長度少于500bp 長散在重復(fù)元件（長散在重復(fù)元件（long interspersed elements，lines）長度多于）長度多于1000bp 在物種進(jìn)化過程中是基因組中可移動(dòng)的遺傳元件，并且影響基因表達(dá)。在物種進(jìn)化過程中是基因組中可移動(dòng)的遺傳元件，并且影響基因表達(dá)。高度重復(fù)高度重復(fù)dna序列序列 衛(wèi)星衛(wèi)星dna（satellite dna): 5-100bp, 主要分布在染色體著絲粒部位；主要分布在

14、染色體著絲粒部位； 小衛(wèi)星小衛(wèi)星dna（minisatellite dna): 12-100bp, 又稱數(shù)量可變的串聯(lián)重復(fù)又稱數(shù)量可變的串聯(lián)重復(fù) 序列，常用于序列，常用于dna指紋技術(shù)（指紋技術(shù)（dna finger-printing）作）作個(gè)體鑒定個(gè)體鑒定； 微微衛(wèi)星衛(wèi)星dna（microsatellite dna): 1-5bp, 重復(fù)單位序列最短，具高度重復(fù)單位序列最短，具高度 多態(tài)性，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標(biāo)志。多態(tài)性，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標(biāo)志。dna二級(jí)結(jié)構(gòu)具有多形性二級(jí)結(jié)構(gòu)具有多形性(polymorphism)三種構(gòu)型dna：b型dna（右手雙螺旋dna）；活性最

15、高的dna構(gòu)象；a型dna，b型dna的重要變構(gòu)形式，仍有活性；z型dna，z型dna是左手螺旋，b型dna的另一種 變構(gòu)形式，活性明顯降低三種構(gòu)型dna的主要特征 dna構(gòu)型的生物學(xué)意義 a型 z型 b型 dna構(gòu)型的生物學(xué)意義構(gòu)型的生物學(xué)意義 溝（特別是大溝）的特征在遺傳信息表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用溝的寬窄及深淺影響調(diào)控蛋白對(duì)dna信息的識(shí)別三種構(gòu)型的dna處于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變之中 dna二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化與高級(jí)結(jié)構(gòu)的變化是相互關(guān)聯(lián)的， 這種變化在dna復(fù)制與轉(zhuǎn)錄中具有重要的生物學(xué)意義。 染色質(zhì)蛋白質(zhì)染色質(zhì)蛋白質(zhì) 負(fù)責(zé)dna分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀 組蛋白(histone)： 非組蛋白(序列特異性d

16、na結(jié)合蛋白)(nonhistone)： 主 要 特 征螺 旋 類 型abz螺旋直徑螺旋方向螺旋值/bpbp/每圈螺旋垂直升距/bp螺旋軸位置大溝小溝23 a右手+34.7o 11.02.56a位于大溝,不穿過bp窄而深寬而淺19 a右手+34.6o10.43.38a穿過bp寬而深窄而淺12 a左手-30 o12.05.71a位于小溝,不穿過bp平坦窄而深 a、b和和z型型dna的比較的比較*引自引自genes ，稍加補(bǔ)充。，稍加補(bǔ)充。 組蛋白(histone)核小體組蛋白(nucleosomal histone)：h2b、h2a、h3和h4,幫助dna卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)h1組蛋白：在構(gòu)

17、成核小體時(shí)，h1起連接作用, 它賦予染色質(zhì)以極性。特點(diǎn)：真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶 正電荷的arg和lys等堿性氨基酸，屬堿性 蛋白質(zhì)，可以和酸性的dna緊密結(jié)合（非 特異性結(jié)合）；沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守。 非組蛋白（序列特異性dna結(jié)合蛋白）非組蛋白的檢測凝膠阻滯實(shí)驗(yàn)1.非組蛋白的特性：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 (sequence specific dna binding proteins) 具有多種功能，包括基因表達(dá)的調(diào)控和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu) 的形成。 2. 序列特異性結(jié)合蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模式(he

18、lix-turn-helix motif) 鋅指模式(zinc finger motif) 亮氨酸拉鏈模式(leucine zipper motif，zip)螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helix motif，hlh) hmg-盒結(jié)構(gòu)模式（hmg-box motif）： 二、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位二、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位 核小體核小體(nucleosome)主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)主要實(shí)驗(yàn)證據(jù) 核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn)核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn) 主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)主要實(shí)驗(yàn)證據(jù) 鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察未經(jīng)處理的染色質(zhì)自然結(jié)構(gòu)為30nm的纖絲，經(jīng)鹽溶 液處理后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)10nm串珠狀結(jié)構(gòu) 用非特異性微球菌核酸酶消化染

19、色質(zhì)，部分酶解片 段分析結(jié)果應(yīng)用x射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù) 研究，發(fā)現(xiàn)核小體顆粒是直徑為11nm、高6.0nm的 扁園柱體，具有二分對(duì)稱性（dyad symmetry），核 心組蛋白的構(gòu)成是先形成（h3）2（h4）2四聚體， 然后再與兩個(gè)h2ah2b異二聚體結(jié)合形成八聚體sv40微小染色體（minichromosome）分析與電鏡觀察 核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn)核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn)每個(gè)核小體單位包括200bp左右的dna超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體及一 個(gè)分子h1組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)146bp的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20bp dna

20、，鎖住核小體dna的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作 用。 包括組蛋白h1和166bp dna的核小體結(jié)構(gòu)又稱染色質(zhì)小體。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080bp組蛋白與dna之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的 特異序列，實(shí)驗(yàn)表明，核小體具有自組裝（self-assemble）的性質(zhì)核小體沿dna的定位受不同因素的影響，進(jìn)而通過核小體相位改變影響 基因表達(dá) 三、染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型三、染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型 (multiple coiling model) 染色體的骨架染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型

21、放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型 (scaffold radial loop structure model) 染色體包裝的不同組織水平染色體包裝的不同組織水平 染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型 一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體 二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid) 三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid) 四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體（chromatid） 壓縮7倍 壓縮6倍 壓縮40倍 壓縮5倍 dna核小體螺線管超螺線管染色單體 8400倍染色體的骨架染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架(chromsomal scaffold), 由骨架伸出的無數(shù)的dna側(cè)環(huán)。30nm的染色線

22、折疊成環(huán), 沿染色體縱軸, 由中央向四周伸出,構(gòu)成放射環(huán)。由螺線管形成dna復(fù)制環(huán),每18個(gè)復(fù)制環(huán)呈放射狀平面排列, 結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband)。微帶是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的單位,大約106個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。 四、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)四、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin) 異染色質(zhì)(heterochromatin)：常染色質(zhì)(euchromatin)概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低, 處于伸展?fàn)顟B(tài)（典型包裝率750倍）, 用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。dna包裝比約為1 0002 000分之一單一序列 dna 和中度重復(fù)序列dna(如組蛋白基因

23、和trna基因)并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性,常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件 異染色質(zhì)(heterochromatin)概念：指間期細(xì)胞核中, 折疊壓縮程度高, 處于聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色較深的染色質(zhì)組分。類型結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（或組成型異染色質(zhì)）(constitutive heterochromatin) 兼性異染色質(zhì)(facultative heterochromatin) 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì) 除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)， 形成多個(gè)染色中心 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特征： 在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕 及染色體臂的某些節(jié)段； 由相對(duì)簡單、高度

24、重復(fù)的dna序列構(gòu)成, 如衛(wèi)星 dna； 具有顯著的遺傳惰性, 不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)； 在復(fù)制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮； 在功能上參與染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致染色質(zhì)區(qū) 間性，作為核dna的轉(zhuǎn)座元件，引起遺傳變異。 兼性異染色質(zhì) 在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段, 原來的 常染色質(zhì)聚縮, 并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性, 變?yōu)楫?染色質(zhì)。如x染色體隨機(jī)失活 異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑 第三節(jié)第三節(jié) 染色體染色體 1 中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 2 染色體染色體dna的的三種功能元件三種功能元件（functional elements） 3 核型與染色體顯帶核型與染色體

25、顯帶 4 巨大染色體（巨大染色體（giant chromosome） 中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)中期染色體的典型形態(tài)類型 染色體的主要結(jié)構(gòu) 類型中著絲粒染色體中著絲粒染色體(metacentric chromosome) 近近 中 著 絲 粒 染 色 體中 著 絲 粒 染 色 體 ( s u b m e t a c e n t r i c chromosome) 近近 端 著 絲 粒 染 色 體端 著 絲 粒 染 色 體 ( s u b t e l o c e n t r i c chromosome) 端著絲粒染色體端著絲粒染色體(telocentric chromosome)

26、。 根據(jù)著絲粒位置進(jìn)行的染色體分類根據(jù)著絲粒位置進(jìn)行的染色體分類 著絲粒位置染色體符號(hào)著絲粒比 著絲粒指數(shù)中著絲粒近中著絲粒近端著絲粒端著絲粒msmstt1.001.671.683.003.017.007.01000.5000.3750.3740.2500.2940.1250.1240.000長臂長度短臂長度; 短臂長度染色體總長度 (根據(jù)levan等,1964; green等,1980) 染色體的主要結(jié)構(gòu)著絲粒著絲粒(centromere)與著絲點(diǎn)與著絲點(diǎn)(動(dòng)粒，動(dòng)粒，kinetochore)次縊痕次縊痕(secondary constriction)核仁組織區(qū)核仁組織區(qū)(nucleolar

27、 organizing region,nor) nor是rrna基因所在部位（5srrna基因除外），與間期細(xì)胞核形成有關(guān)。位于次縊痕部位，但并非所有次縊痕都為nor。隨體隨體(satellite)端粒端粒(telomere) 維持染色體的完整性和個(gè)體性，與染色體在核內(nèi)的空間排布及減數(shù)分裂時(shí)同源染色體配對(duì)有關(guān)。 端粒（telomere）：由高度重復(fù)的短序列組成。 作用： 維持染色體穩(wěn)定性。 起細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用。dna每復(fù)制一次端粒減少50100bp。著絲粒與著絲點(diǎn)著絲粒與著絲點(diǎn)(動(dòng)粒動(dòng)粒) （著絲點(diǎn)）動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域(kinetochore domain) 內(nèi)板(inner plate) 中間間

28、隙(middle space),innerzone外板(outer plate)纖維冠(fibrouscorona)中央結(jié)構(gòu)域(central domain)：著絲粒區(qū)的主體，由串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星dna組成。cenp-b盒與動(dòng)粒蛋白配對(duì)結(jié)構(gòu)域(pairing domain)：代表中期姐妹染色單體相互作用的位點(diǎn)。 內(nèi)部著絲粒蛋白incenp(inner centromere protein) 染色單體連接蛋白clips(chromatid linking proteins) 三種結(jié)構(gòu)域的整合功能，確保了細(xì)胞在有絲分裂中染色體與紡錘體整合，發(fā)生有序的染色體分離。染色體染色體dna的的三種功能元件三種功

29、能元件（functional elements） 三種功能元件的實(shí)驗(yàn)證明三種功能元件的實(shí)驗(yàn)證明自主復(fù)制自主復(fù)制dna序列序列(autonomously replicating dna sequence, ars)： 具有一段11-14bp的同源性很高的富含at的共有序列及其上下游 各200bp左右的區(qū)域是維持ars功能所必需的。著絲粒著絲粒dna序列序列(centromere dna sequence,cen) ： 兩個(gè)相鄰的核心區(qū)：80-90bp的at區(qū)；11bp的保守區(qū)。端粒端粒dna序列序列(telomere dna sequence,tel) ： 端粒序列的復(fù)制 端粒酶 ，在生殖細(xì)胞和

30、部分干細(xì)胞中有端粒酶活性，端粒重復(fù)序列的長度與細(xì)胞分裂次數(shù)和細(xì)胞衰老有關(guān)。 “人造微小染色體”(artificial minichromosome)。核型與染色體顯帶核型與染色體顯帶 核型(karyotype)是指染色體組在有絲分裂中期的表型,包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。核型模式圖(idiogram)將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按其特征繪制下來, 再按長短、形態(tài)等特征排列起來的圖象稱為核型模式圖,它代表一個(gè)物種的核型模式。 染色體顯帶技術(shù)核型與帶型核型：物種中期染色體特征的總和（染色體數(shù)目、大小、形態(tài)）。帶型：染色體經(jīng)理化因素處理后染色，呈現(xiàn)穩(wěn)定的帶紋（band）。分帶技術(shù)分兩類：

31、一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整過染色體的長度上如：q、g和r帶，另一類是局部性的顯帶，如c、cd、t和n帶。巨大染色體巨大染色體多線染色體（polytene chromosome）燈刷染色體（lampbrush chromosome） 多線染色體 存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞、某些植物細(xì)胞 多線染色體的來源：核內(nèi)有絲分裂(endomitosis) 多線染色體的帶及間帶： 帶和間帶都含有基因，可能“管家”基因(housekeeping gene) 位于間帶, “奢侈”基因(luxury gene) 位于帶上。 多線染色體與基因活性：脹泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的 形態(tài)學(xué)標(biāo)志 燈刷染色體燈刷染色體（燈刷染色體

32、（lampbrush chromosome） 動(dòng)物卵母細(xì)胞在雙線期，染色體去凝集形成一種特殊的巨大染色體結(jié)構(gòu)，性狀好似油燈的燈刷，稱為燈刷染色體。燈刷染色體普遍存在于動(dòng)物界的卵母細(xì)胞， 兩棲類卵母細(xì)胞的燈刷染色體最典型燈刷染色體的來源：卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)第一次分裂時(shí)停留在雙線期的染色體。是一個(gè)二價(jià)體，包含4條染色單體，此時(shí)同源染色體尚未完全解除聯(lián)會(huì)，因此可見幾處交叉。燈刷染色體的超微結(jié)構(gòu)燈刷染色體的轉(zhuǎn)錄功能 第四節(jié)第四節(jié) 核核 仁仁(nucleolus) 1 核仁的超微結(jié)構(gòu)核仁的超微結(jié)構(gòu) 2 核仁的功能核仁的功能 3 核仁周期核仁周期 一、核仁的超微結(jié)構(gòu)一、核仁的超微結(jié)構(gòu)形狀、大小、數(shù)目和分布超

33、微結(jié)構(gòu) 三種基本核仁組分和rrna的轉(zhuǎn)錄 與加工形成rnp的不同事件有關(guān) 間期細(xì)胞核內(nèi)呈圓球形的結(jié)構(gòu)，一般12個(gè)。功能是轉(zhuǎn)錄rrna和組裝核糖體亞單位。蛋白合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞有較大和較多的核仁，反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失，末期又重新出現(xiàn)。超微結(jié)構(gòu)纖維中心(fibrillar centers,fc)：是致密纖維包圍的低電子密度的圓形結(jié)構(gòu) rdna, rna聚合酶i, 結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子致密纖維組分(dense fibrillar component,dfc) 呈環(huán)形或半月形包圍fc，由致密纖維構(gòu)成 新合成的rnp rrna顆粒組分(granular component,gc)

34、核糖核蛋白顆粒（rnp）（正在加工、成熟的核糖體亞單位前體顆粒）核仁相隨染色質(zhì)(nucleolar associated chromatin) 與核仁基質(zhì)（(nucleolar matrix)三種基本核仁組分和三種基本核仁組分和rrna的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄與加工形成與加工形成rnp的不同事件有關(guān)的不同事件有關(guān)fcs是rrna基因的儲(chǔ)存位點(diǎn)；轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在fc與 dfc的交界處， 并加工初始轉(zhuǎn)錄本；顆粒組分區(qū)（gc）負(fù)責(zé)裝配核糖體亞 單位，是核糖體亞單位成熟和儲(chǔ)存的位點(diǎn)。 二、核仁的功能二、核仁的功能核仁是rrna合成、加工和核糖體亞單位裝配場所。rrna基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征

35、 rrna前體的加工前體的加工 核糖體亞單位的組裝核糖體亞單位的組裝 rrna基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征組織特征 位于nors的rdna是rrna的信息來源。 nor：核仁組織區(qū)，是rdna存在部位，位于次縊痕處。間期圍繞nors形成核仁。基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)特征:“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)。 rrna基因串連重復(fù)排列，成簇分布rrna基因的轉(zhuǎn)錄采取受控的級(jí)聯(lián)放大機(jī)制。 rrna前體的加工前體的加工加工過程修飾與加工 小分子核仁rna(snornas)、小分子核仁核糖核蛋白（snornps） 引導(dǎo)rna（guide rna） 核糖體亞單位的組裝核糖體亞單位的組裝rrna的加工過程是以核蛋

36、白而不是游離rrna的方式進(jìn)行的。在加工過程中逐漸失去一些rna和蛋白質(zhì)，然后剪切成兩種大小不同的核糖體亞單位前體。核糖體小亞單位首先成熟。 加工下來的蛋白質(zhì)和小的rna存留在核仁中,可能起著催化核糖體構(gòu)建的作用。核糖體的成熟作用只發(fā)生在轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)以后, 從而阻止有功能的核糖體與核內(nèi)加工不完全的hnrna分子接近。核仁的另一個(gè)功能涉及mrna的輸出與降解。 核糖體的組成核糖體的組成三、核仁周期三、核仁周期核仁的動(dòng)態(tài)變化核仁的動(dòng)態(tài)變化核仁結(jié)構(gòu)的核仁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化依賴于動(dòng)態(tài)變化依賴于rdna轉(zhuǎn)錄活性轉(zhuǎn)錄活性和細(xì)胞周期的運(yùn)行和細(xì)胞周期的運(yùn)行第五節(jié)第五節(jié) 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄1

37、1 活性染色質(zhì)及其主要特征活性染色質(zhì)及其主要特征 2 2 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄 活性染色質(zhì)及其主要特征活性染色質(zhì)及其主要特征活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)(active chromatin)與與 非活性染色質(zhì)非活性染色質(zhì)(inactive chromatin) 活性染色質(zhì)主要特征活性染色質(zhì)主要特征 活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)(active chromatin)與與 非活性染色質(zhì)非活性染色質(zhì)(inactive chromatin) 活性染色質(zhì)是具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì) 活性染色質(zhì)的核小體發(fā)生構(gòu)象改變，具 有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào) 控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合和rna 聚合 酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑

38、動(dòng)。 非活性染色質(zhì)是沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)活性染色質(zhì)主要特征活性染色質(zhì)主要特征活性染色質(zhì)具有dnase i超敏感位點(diǎn) （dnase i hypersensitive site，dhs）：染色質(zhì)上無核小體的dna片段，通常位于5-啟動(dòng)子區(qū)，長度幾百bp。染色質(zhì)活性基因dnase i敏感性的檢測活性染色質(zhì)在生化上具有特殊性活性染色質(zhì)很少有組蛋白h1與其結(jié)合；活性染色質(zhì)的組蛋白乙?；潭雀?；活性染色質(zhì)的核小體組蛋白h2b很少被磷酸化；活性染色質(zhì)中核小體組蛋白h2a在許多物種 很少有變異形式；hmg14和hmg17只存在于活性染色質(zhì)中。 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄 疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成 染

39、色質(zhì)的區(qū)間性 染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄 疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成dna局部結(jié)構(gòu)的改變與核小體相位的影響 調(diào)控蛋白結(jié)合后，dna局部結(jié)構(gòu)的改變與核小體相位的影響當(dāng)調(diào)控蛋白與染色質(zhì)dna的特定位點(diǎn)結(jié)合時(shí)， 染色質(zhì)易被引發(fā)二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變；進(jìn)而引起其 它的一些結(jié)合位點(diǎn)與調(diào)控蛋白的結(jié)合。核小體通常定位在dna特殊位點(diǎn)而利于轉(zhuǎn)錄 dna甲基化：a/c甲基化/去甲基化（特別是5-mc）組蛋白的修飾組蛋白的修飾改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，直接或間接 影響轉(zhuǎn)錄活性（磷酸化、甲基化、乙?；?，泛素化（uh2a） / arg，his，lys，ser，thr）組蛋白賴氨酸殘基乙?；╝cetylation），影響轉(zhuǎn)錄 hmg結(jié)構(gòu)域蛋白等染

40、色質(zhì)變構(gòu)因子的影響 hmg結(jié)構(gòu)域可識(shí)別某些異型的dna結(jié)構(gòu)，與dna 彎折和dna-蛋白質(zhì)復(fù)合體高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有關(guān) 染色質(zhì)的區(qū)間性基因座控制區(qū)（locus control region,lcr）染色體dna上一種順式作用元件，具有穩(wěn)定 染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的功能；多種反式因子的結(jié)合序列可保證dna復(fù)制 時(shí)與啟動(dòng)子結(jié)合的因子仍保持在原位。隔離子（insulator）防止處于阻遏狀態(tài)與活化狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 域之間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)向兩側(cè)擴(kuò)展的染色質(zhì)dna 序列，稱為隔離子。作用：作為異染色質(zhì)定向形成的起始位點(diǎn)； 提供拓?fù)涓綦x區(qū) 染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄的模板不是裸露的dna，染色質(zhì) 是否處于活化狀態(tài)是決定轉(zhuǎn)錄功

41、能的關(guān)鍵 轉(zhuǎn)錄的“核小體犁”（nucleosome plow）假說 第六節(jié)第六節(jié) 核基質(zhì)與核體核基質(zhì)與核體 1 核基質(zhì)核基質(zhì)(nuclear matrix) 2 核體（核體（nuclear bodies，nbs） 核基質(zhì)核基質(zhì)(nuclear matrix)核基質(zhì)或核骨架(nuclear skeleton)的概念 狹義概念僅指核基質(zhì)，即細(xì)胞核內(nèi)除了核被膜、核纖層、 染色質(zhì)與核仁以外的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。 廣義概念應(yīng)包括核基質(zhì)、核纖層(或核纖層-核孔復(fù)合體結(jié) 構(gòu)體系),以及染色體骨架。 目前對(duì)核骨架的研究結(jié)論 核骨架是存在于真核細(xì)胞核內(nèi)真實(shí)的結(jié)構(gòu)體系； 核骨架與核纖層、中間纖維相互連接形成貫穿于核與質(zhì)

42、的 一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 核骨架的主要成分是由非組蛋白的纖維蛋白構(gòu)成的, 含有 多種蛋白成分及少量rna； 核骨架與dna復(fù)制、基因表達(dá)及染色體的包裝與構(gòu)建有密切關(guān)系。 核體（核體（nuclear bodies，nbs） 核體概念核體概念 螺旋體螺旋體（coiled bodies，cbs） 早幼粒細(xì)胞白血病蛋白體早幼粒細(xì)胞白血病蛋白體（promyelocytic leukaemia protein bodies，pml bodies） 核體概念核體概念 間期核內(nèi)除染色質(zhì)與核仁結(jié)構(gòu)外，在染色質(zhì)之 間的空間還含許多形態(tài)上不同的亞核結(jié)構(gòu)域 （subnuclear domain），統(tǒng)稱為核體。如螺旋體 和早幼粒細(xì)胞白血病蛋白體。在細(xì)胞的各種事件中，核體可能代表不同核組分的儲(chǔ)存或查封位點(diǎn)或稱之為分子貨倉（molecular warehouse）。 螺旋體（螺旋體（coiled bodies，cbs）小核糖核蛋白質(zhì)（sn rnps）、細(xì)胞周期控制 蛋白和幾種基本轉(zhuǎn)錄因子，如p80 coilin螺旋體的功能與snrnp的生物發(fā)生（biogenesis）有關(guān)；cbs在基因表達(dá)協(xié)調(diào)反饋調(diào)節(jié)