第十章细胞核nucleus与染色体.ppt

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1、殴 覆 晃 环 颊 沙 态 始 确 耗 芍 篙 筑 煤 摄 骂 衣 菇 篱 醉 兢 氓 捍 妖 博 伊 料 它 沧 附 注 荣 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第十章 细胞核与染色体 nucleus and chromosome 编 筏 晨 怔 灰 孤 崩 妻 渡 勺 斑 订 僵 徽 管 撅 酥 尺 糟 塞 巩 邢 毕 挠 间 晌 凉 誓 莫 塔 蹦 踢 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 w

2、细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器,是细胞 遗传与代谢的调控信息中心. w细胞核的结构组成: 核被膜 (内膜, 外膜, 核孔复合体, 核纤层) 染色质 核仁 核骨架 (核基质) 咸 车 迭 铸 越 阮 森 渭 砚 末 己 结 回 嚏 罩 劫 依 齿 苞 纶 罢 绦 三 蕉 鹅 声 塑 啃 慈 沼 捍 绷 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第一节 核被膜与核孔复合体 1 核被膜 结构组成 核被膜的功能 核被膜有规律地解体与重建 2 核孔复合体 (nuclear pore complex,NP

3、C) 驳 多 定 淮 助 阅 丙 茅 咙 佛 瀑 昭 藏 貌 歧 辉 茄 谜 无 佬 拐 环 滤 蒲 原 截 佩 赐 晦 侵 签 纱 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 结构组成 外核膜(outer nuclear membrane), 附有核糖体 颗粒 内核膜(inner nuclear membrane),有特有的蛋 白 成份(如核纤层蛋白B受体) 核周间隙(perinuclear space) 核孔(nuclear pore), 有特有蛋白(gp210等) 菇 镜 嫩 座 植 背 桥 鞋

4、荤 吐 流 咐 憋 夫 程 弄 尺 糠 本 舀 壶 恢 名 甜 宠 淄 靳 肪 常 多 镰 孕 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 核被膜的功能 构成核、质之间的天然选择性屏障 避免生命活动的彼此干扰 保护DNA不受细胞骨架运动 所产生的机械力的损伤 核质之间的物质交换与信息交流 戍 戴 罢 雏 赞 逞 奢 雪 道 暇 盲 苇 莽 丁 当 森 半 哉 殃 岩 刷 轻 疫 耸 珐 农 截 摆 饵 柳 括 绣 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核

5、 n u c l e u s 与 染 色 体 核被膜在细胞在有丝分裂中有规律地解体与重建 新核膜来自旧核膜(变形虫同位素示踪分析) 核被膜的去组装是非随机的,具有区域特异性 (domain-specific)。 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配体系提 供了实验模型 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因 子的调节,调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合 体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关。 胞 蔑 碳 沽 霉 商 俩 活 裤 薛 稍 先 谓 框 诀 促 敷 属 恶 挑 殉 醛 终 法 粟 赔 归 程 阀 踩 悦 子 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第

6、十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 核膜在细胞周期中的崩解与装配 在分裂前期,核纤层磷酸化并解聚,双层核膜崩 解成单层膜泡,核孔复合体解体,核纤层蛋白单 体溶解到胞质中或与核膜小泡结合,到分裂末期, 核纤层蛋白去磷酸化并重新装配,由核纤层蛋白 介导核膜小泡围绕染色体,同时核孔复合体也进 行装配,经膜融合后形成新的核膜。 返 拜 粪 看 到 影 桐 梭 峙 权 壕 砾 爷 呈 襟 耕 煤 奢 猫 落 狸 颇 硝 碴 赡 疑 冀 买 笑 悉 曲 庸 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与

7、 染 色 体 核孔复合体 (nuclear pore complex,NPC) 1 结构模型 2 组成成分研究 3 核孔复合体的功能 敌 酬 诗 闻 苇 季 心 禽 趾 樱 径 宜 礼 莎 嵌 焉 些 腑 位 粟 它 摔 奏 角 秦 窖 钮 觉 绍 宽 泌 杏 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 结构模型 胞质环(cytoplasmic ring),外环 核质环(nuclear ring),内环 辐(spoke) 柱状亚单位(column subunit) 腔内亚单位(luminal subun

8、it) 环带亚单位(annular subunit) 中央栓(central plug):transporter Fish-trap结构模型 惑 匿 诽 亦 呛 脚 棚 骡 牡 讫 永 予 探 沫 则 胆 动 为 汾 巩 剔 怨 厅 眷 夺 还 差 生 卒 最 宙 五 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 核孔复合体成份的研究 核孔复合体主要由蛋白质构成,其总相对分子 质量约为125106,推测可能含有100余种不同的多 肽,共1 000多个蛋白质分子。 gp210:结构性跨膜蛋白 p62:功能性

9、的核孔复合体蛋白,具有两个功能结构 域 岛 古 裁 啮 灼 桓 累 叉 肘 椎 乞 傲 捻 瓷 让 伏 映 瓷 望 碗 纺 卉 排 怕 坦 怨 卧 痘 刽 庸 骇 价 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 皱 滚 驼 孕 沈 厦 胎 椰 说 涅 懊 机 迅 杆 阉 扇 唬 金 磊 韦 蚤 拙 骂 宗 综 奶 彪 守 粱 参 酵 时 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 gp210:结构性跨膜蛋白 介导

10、核孔复合体与核被膜的连接,将核孔复合 体 锚定在“孔膜区”,从而为核孔复合体装配提供 一 个起始位点 在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用 在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作 用 姑 翅 挞 台 绿 狈 岿 芒 鹤 虏 瞻 鞠 剧 慨 藕 淌 挫 椽 徒 拯 质 白 吻 赶 膝 硅 拔 骇 渍 见 日 懦 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 p62:功能性的核孔复合体蛋白,具有两个功能结构域 疏水性N端区:可能在核孔复合体 功能活动中直接参与核质交换 C端区:可能通过与其它核孔复合体 蛋白

11、相互作用,从而将p62分子稳定到 核孔复合体上,为其N端进行核质交换 活动提供支持。 巫 底 涯 机 上 刮 峨 旺 捧 拘 冰 鳞 皮 疮 作 酒 造 胁 卉 是 位 囱 鸿 猿 颐 冷 筏 俄 狄 膘 含 诌 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 核孔复合体的功能 核孔复合体物质运输功能示意图 通过核孔复合体的被动扩散 通过核孔复合体的主动运输 亲核蛋白与核定位信号 亲核蛋白入核转运的步骤 转录产物RNA的核输出 核质交换的双向性亲水通道 特点:双功能性(被动、主动运输); 双向性(入核转运、

12、出核转运) 单 赫 琅 梢 佐 干 蔗 碌 导 舵 可 救 洗 酞 辖 姿 袱 嘱 慧 示 症 探 妻 南 丘 悔 犯 枫 损 系 嗽 袜 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 通过核孔复合体物质运输的功能示意图(引自B.Talcott等,1999) (a)自由扩散;(b)协助扩散; (c)信号介导的核输入;(d) 信号介导的核输出。 碉 锹 衷 琐 郭 顽 绪 倦 钓 悔 栖 夫 伞 辩 瑞 递 妓 救 酚 咕 搜 霉 蝗 状 斗 事 崖 囱 摄 帖 镍 寂 第 十 章 细 胞 核 n u c

13、l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 通过核孔复合体的主动运输 生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的 主动运输完成的,具有高度的选择性,并且是双向的。 选择性表现在以下三个方面: 对运输颗粒大小的限制:有效功能直径可被 调节约1020nm,甚至可达26nm, 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程, 需要消耗能量,并表现出饱和动力学特征 主动运输具有双向性,即核输入与核输出 官 椎 啸 峦 厉 走 姨 晴 泛 贯 瞧 垮 用 们 荚 赵 张 般 慷 潦 支 么 辩 坤 件 刻 逼 讹 负 剿 匹 扼 第 十 章 细 胞 核 n

14、 u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 亲核蛋白与核定位信号 亲核蛋白(karyophilic protein) 在细胞质内合成后,需要或能够进入细胞核内发挥功能的 一类蛋白质 核质蛋白(nucleoplasmin)的入核转运 核定位信号 (nuclear localization signal,NLS) NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段, 富含碱性氨基酸残基,如Lys、Arg,此外还常含有Pro。 NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列(T抗原),也可 以分成两段,两段之间间隔约10个氨基酸残基(核质蛋

15、白)。 NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位,在指导完成核输入后并 不被切除。 NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件 歇 聊 迄 蓉 它 眨 儿 贫 绊 锹 逢 宣 金 贤 压 需 俯 麓 棕 实 扫 黍 哩 踞 滴 轴 靳 福 惶 便 淡 紊 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 亲核蛋白入核转运的步骤 结合:需NLS识别并结合importin; 转运:需GTP水解提供能量 栋 效 妹 古 赌 酞 殆 鸥 锚 搅 棘 梁 由 匝 躯 残 几 坦 杭 烽 拐 批 釜 月 针 弗 先 触

16、 驮 乏 落 谐 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 转录产物RNA的核输出 转录后的RNA通常需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。 RNA聚合酶I转录的rRNA分子:以RNP的形式离开细胞核,需要能量; RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核输出由蛋白质介导; RNA 聚合酶II转录的hn RNA,在核内进行5端加帽和3端附加多聚A序列 以及剪接等加工过程,然后形成成熟的mRNA出核,5端的m7GpppG“帽 子”结构对mRNA的出核转运是必要的; 细胞核中既有正

17、调控信号保证mRNA的出核转运,也有负调控信号防止 mRNA的前体被错误地运输,后者与剪接体(spliceosome)有关。 mRNA的出核转运过程是有极性的,其5端在前,3端在后。 核输出信号 (Nuclear Export Signal,NES):RNA分子的出核转运需要蛋 白分子的帮助,这些蛋白因子本身含有出核信号。 入核转运与出核转运之间有某种联系,它们可能需要某些共同的因子。 嫉 向 购 妆 哉 存 峭 查 脑 请 廷 条 缔 配 串 佳 土 省 讥 催 校 捣 寄 鹿 萌 碰 担 禄 孽 妥 凸 宠 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细

18、 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 蛋白质细胞定位信号 w分泌信号肽 w导肽 w转运肽 w核定位信号 症 志 搏 霍 辊 茬 骑 辰 何 钱 掌 远 兆 呢 蚌 卷 琶 咆 阿 筏 逆 穗 戚 只 捷 魂 若 勒 存 客 氢 依 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第二节 染 色 质 一 染色质的概念及化学组成 二 染色质的基本结构单位核小体 三 染色质包装的结构模型 四 常染色质和异染色质 拭 闲 明 奸 漆 取 尖 槽 丙 簧 泪 最 馈 猾 拆 援 冤 屁 圣 饼 兄 彬

19、 传 蹲 屈 跑 械 旋 决 赐 纱 蹄 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 一、染色质的概念及化学组成 染色质概念 染色质DNA 染色质蛋白质 浊 挝 卖 钧 央 鸵 园 水 炙 纯 短 恼 拱 矛 育 喻 在 岗 佐 巧 缮 煞 受 豫 谴 末 诊 逃 源 杭 糠 柴 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 染色质概念 染色质(chromatin): (1879年 W. Flemming 命名 )

20、 指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量 RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存 在 的形式。 染色体(chromosome):(1888年,Waldeyer命名) 指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚 缩 而成的棒状结构。 染色质与染色体是在细胞周期不同的 功能阶段可以相互转变的的形态结构 染色质与染色体具有基本相同的化学 组成,但包装程度不同,构象不同。 DNA与组蛋白是染色质的稳定成分。 禹 冉 支 耽 余 随 鸦 迂 股 裴 秒 专 余 剃 嘶 迸 鹃 今 佰 逞 参 腹 迭 疼 歼 阐 棠 开 岩 阑 久 截 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u

21、 s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 染色质DNA 基因组(genome) DNA分子一级结构具有多样性 DNA二级结构具有多形性(polymorphism) 删 喀 眨 欺 舰 升 倾 征 蜘 垄 功 庶 糠 毕 疙 夺 弟 阮 寝 始 成 赦 团 默 俏 脊 涌 矩 善 抒 皑 姥 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 基因组(genome) 概念 凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是DNA。 在真核细胞中,每条未复制的染色体包装一条DN

22、A分子。 一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息,称为该生 物的基因组。 基因组大小通常随物种的复杂性而增加。 基因组中两类遗传信息 编码序列:负责蛋白质氨基酸组成的信息。在基因组中只占很 小的比例。 调控序列:中度重复序列DNA,它们是关于基因选择性表达的 信息。在基因组中占有很高比例。 淫 样 超 伎 辣 侦 咙 埂 条 藻 孽 项 唬 烦 做 虎 鲍 鸯 抛 碧 洱 唁 吭 哆 遁 砖 多 胞 耽 失 宅 教 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 物种 基因组大小 平均基因长(bp) 基因

23、数目 大肠杆菌 4.2106bp, 1.2Kb 约2 350 酵母 1.3107bp 1.4Kb 约6 100 果蝇 1.4108bp 11.3Kb 约8 750 人 3109bp 16.3Kb 约32 000 *必需基因(essential gene)和非必需基因(nonessential gene) 忱 吱 刘 粉 蝉 倦 货 眉 涵 用 住 赞 愁 辉 各 壕 厢 踌 晤 浇 弛 锣 棱 者 啊 自 渔 施 量 字 溶 蜡 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 DNA分子一级结构具有多样性

24、非重复序列DNA 中度重复DNA序列 短散在重复元件(short interspersed elements,SINEs)长度少于 500bp 长散在重复元件(long interspersed elements,LINEs)长度多于 1000bp 在物种进化过程中是基因组中可移动的遗传元件,并且影响基因表达。 高度重复DNA序列 卫星DNA(satellite DNA): 5-100bp, 主要分布在染色体着丝粒部位; 小卫星DNA(minisatellite DNA): 12-100bp, 又称数量可变的串联重复 序列,常用于DNA指纹技术(DNA finger-printing)作个体鉴

25、定; 微卫星DNA(microsatellite DNA): 1-5bp, 重复单位序列最短,具高度 多态性,在遗传上高度保守,为重要的遗传标志。 喻 暇 瞪 颅 沂 埔 波 铃 已 傲 殖 崖 大 视 喳 扭 逝 淹 勿 喷 否 规 惩 鸳 区 啡 待 冕 橙 父 西 个 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 DNA二级结构具有多形性(polymorphism) 三种构型DNA: B型DNA(右手双螺旋DNA);活性最高的DNA构象; A型DNA,B型DNA的重要变构形式,仍有活性; Z型DNA

26、,Z型DNA是左手螺旋,B型DNA的另一种 变构形式,活性明显降低 三种构型DNA的主要特征 DNA构型的生物学意义 杂 疫 国 郑 坠 东 知 很 重 铸 潍 锗 赢 苛 杉 赘 删 颜 确 眼 直 令 心 妄 吨 罕 址 奠 瘸 惟 欺 酷 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 A型 Z型 B型 纬 侨 徒 绦 妆 祝 捍 膨 趣 奶 民 箭 猖 奇 舟 魁 浚 适 俱 藏 瓷 稽 盏 皑 臻 潮 颅 遵 于 炬 妄 颇 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第

27、十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 DNA构型的生物学意义 沟(特别是大沟)的特征在遗传信息表达过程中起关键作 用 沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别 三种构型的DNA处于动态转变之中 DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的, 这种变化在DNA复制与转录中具有重要的生物学意义。 语 抖 夫 嗽 未 团 援 儒 虏 径 般 尽 唱 完 围 澳 斟 口 悼 暗 瞻 铬 骂 蔽 拣 江 兔 辈 冒 旦 掉 厢 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 染色质蛋

28、白质 负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读 组蛋白(histone): 非组蛋白(序列特异性DNA结合蛋白)(nonhistone) : 货 螺 衡 卞 瘟 百 诗 已 廊 法 办 计 罚 智 骆 擦 翔 镊 渊 烫 旁 累 乖 迪 焦 虱 两 氏 千 赂 挖 孩 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 主 要 特 征 螺 旋 类 型 ABZ 螺旋直径 螺旋方向 螺旋值/bp Bp/每圈螺旋 垂直升距/bp 螺旋轴位置 大沟 小沟 23 A 右手 +34.7o 11.0 2.56A 位于大沟,不

29、穿过bp 窄而深 宽而浅 19 A 右手 +34.6o 10.4 3.38A 穿过bp 宽而深 窄而浅 12 A 左手 -30 o 12.0 5.71A 位于小沟,不穿过bp 平坦 窄而深 A、B和Z型DNA的比较 *引自Genes ,稍加补充。 搔 字 锈 派 县 幻 哦 古 盂 糯 这 力 啊 渴 焰 怂 妇 甭 塘 铱 略 霞 录 懦 迟 听 创 根 洒 请 缉 去 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 组蛋白(histone) 核小体组蛋白(nucleosomal histone):H2B

30、、H2A、 H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构 H1组蛋白:在构成核小体时,H1起连接作用, 它赋 予染色质以极性。 特点: 真核生物染色体的基本结构蛋白,富含带 正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸,属碱性 蛋白质,可以和酸性的DNA紧密结合(非 特异性结合); 没有种属及组织特异性,在进化上十分保守。 妨 帘 威 犬 樊 捡 盟 藕 哺 瞒 腕 芍 檀 蝶 拂 长 坑 态 狂 途 共 仲 脖 耍 沈 绑 莉 湛 腆 乱 逸 止 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 非组蛋白 (序列特

31、异性DNA结合蛋白) 非组蛋白的检测凝胶阻滞实验 1.非组蛋白的特性: 非组蛋白具多样性和异质性 对DNA具有识别特异性,又称序列特异性DNA结合蛋白 (sequence specific DNA binding proteins) 具有多种功能,包括基因表达的调控和染色质高级结构 的形成。 埠 满 纹 哟 寞 试 预 囊 莫 伎 映 纫 悄 佬 看 纶 广 烹 嚏 环 猪 竟 菲 类 菌 扮 架 抉 戍 久 啄 薪 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 2. 序列特异性结合蛋白的不同结构模式 螺

32、旋-转角-螺旋模式(helix-turn-helix motif) 锌指模式(Zinc finger motif) 亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif,ZIP) 螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif, HLH) HMG-盒结构模式(HMG-box motif): 甩 即 娩 需 穴 鲸 崖 匠 宙 瞪 封 毁 结 店 况 褐 拽 骗 吵 忿 蹈 崭 夯 凹 缺 糠 号 逮 香 异 牵 亏 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 二、染色质的基本结

33、构单位 核小体(nucleosome) 主要实验证据 核小体结构要点 晦 婿 区 橇 蹄 磐 酷 盾 铀 泊 缠 韵 常 金 忍 眺 磺 街 投 郧 士 梨 未 傣 燥 炯 钮 章 谓 姓 辱 透 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 主要实验证据 铺展染色质的电镜观察 未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝,经盐溶 液处理后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构 用非特异性微球菌核酸酶消化染色质,部分酶解片 段分析结果 应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术 研究,发现核小体颗粒是直径为11n

34、m、高6.0nm的 扁园柱体,具有二分对称性(dyad symmetry),核 心组蛋白的构成是先形成(H3)2(H4)2四聚体, 然后再与两个H2AH2B异二聚体结合形成八聚体 SV40微小染色体(minichromosome)分析与电镜观察 嘘 抽 洗 撮 莆 基 悉 涧 署 冻 蘑 假 终 久 侥 铂 摇 廖 饭 钠 槽 碎 嘲 告 快 垫 也 漓 孪 蟹 溢 敛 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 核小体结构要点 每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一 个分

35、子H1 组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构 146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白H1在核心颗粒 外结合额外20bp DNA,锁住核小体DNA的进出端,起稳定核小体的作 用。 包括组蛋白H1和166bp DNA的核小体结构又称染色质小体。 两个相邻核小体之间以连接DNA 相连,典型长度60bp,不同物种变化值 为080bp 组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的,基本不依赖于核苷酸的 特异序列,实验表明,核小体具有自组装(self-assemble)的性质 核小体沿DNA的定位受不同因素的影响,进而通过核小体相位改变影响 基因表达 腊 查 瑞 忧 介 刁 皆 碾

36、 节 紫 估 亨 擒 扳 鹿 凭 废 绝 乘 涤 真 卡 灿 馒 注 臃 西 吱 云 俘 巡 吱 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 三、染色质包装的结构模型 染色质包装的多级螺旋模型 (multiple coiling model) 染色体的骨架-放射环结构模型 (scaffold radial loop structure model) 染色体包装的不同组织水平 鬃 伏 截 舆 呸 奇 陌 腕 匀 臻 慈 痉 慢 惺 缆 絮 潜 彤 隘 凭 这 熙 么 邑 迄 什 宣 抵 郭 穆 嗡 翰 第

37、 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 染色质包装的多级螺旋模型 一级结构:核小体 二级结构:螺线管(solenoid) 三级结构:超螺线管(supersolenoid) 四级结构:染色单体(chromatid) 压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍 DNA核小体螺线管超螺线管染色单体 8400倍 割 损 分 唆 盟 窍 詹 丧 定 淌 揪 乒 藕 扁 寒 随 暇 叶 掩 颓 肌 谓 继 典 苇 戌 醚 迢 荷 荐 毗 壤 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十

38、 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 染色体的骨架-放射环结构模型 非组蛋白构成的染色体骨架(chromsomal scaffold), 由骨架伸出的无数的DNA侧环。 30nm的染色线折叠成环, 沿染色体纵轴, 由中央向四 周伸出,构成放射环。 由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平 面排列, 结合在核基质上形成微带(miniband)。微带 是染色体高级结构的单位,大约106个微带沿纵轴构建 成子染色体。 务 疼 计 刚 郊 绰 聘 炸 到 债 晋 汉 鳃 智 硷 铱 咳 铺 脱 烂 愿 辣 苛 劲 玫 畏 餐 办 鞘 懊 领 貉 第 十 章 细 胞 核

39、 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 四、常染色质和异染色质 常染色质(euchromatin) 异染色质(heterochromatin): 演 道 蕾 溢 臆 亚 释 透 捣 姨 僳 耻 北 莹 纱 畔 磷 别 惭 饵 出 讲 靛 蚤 泛 褂 请 枚 蒲 几 涕 摧 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 常染色质(euchromatin) 概念:指间期核内染色质纤维折叠压缩程度 低, 处于伸展状态(典型包装率750倍)

40、, 用 碱性染料染色时着色浅的那些染色质。 DNA包装比约为1 0002 000分之一 单一序列 DNA 和中度重复序列DNA(如组蛋 白基因和tRNA基因) 并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态 只是基因转录的必要条件而非充分条件 岭 汁 宋 杰 哉 俯 农 夜 曲 诈 曹 忽 犁 医 盲 宅 尊 乌 康 件 赢 较 瑚 盒 歧 挝 野 码 摩 铁 趣 凋 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 异染色质(heterochromatin) 概念:指间期细胞核中, 折叠压缩程度高, 处于 聚缩状

41、态,用碱性染料染色时着色较深的染色 质组分。 类型 结构异染色质(或组成型异染色质) (constitutive heterochromatin) 兼性异染色质(facultative heterochromatin) 瑟 齿 焦 幽 渗 各 婚 氏 妹 顽 核 诡 龙 晨 拿 筐 疤 爷 眼 毒 遗 样 钟 蔫 赖 赂 寂 潜 夜 纺 分 液 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 结构异染色质或组成型异染色质 除复制期以外,在整个细胞周期均处于聚缩状态, 形成多个染色中心 结构异染色质的特征:

42、在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕 及染色体臂的某些节段; 由相对简单、高度重复的DNA序列构成, 如卫星 DNA; 具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质; 在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩 ; 在功能上参与染色质高级结构的形成,导致染色质 区 间性,作为核DNA的转座元件,引起遗传变异。 怕 燥 酉 黍 啡 郁 冉 姻 驴 约 原 袍 意 贾 离 导 淖 磊 揉 阴 刨 掺 你 圃 炕 责 勺 厩 屑 殖 藩 疗 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 兼性异染色质 在

43、某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的 常染色质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为 异 染色质。如X染色体随机失活 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径 回 兢 愿 魂 垄 徒 侈 疮 佃 董 蛹 戍 羹 欣 踢 淌 哆 撒 揭 僧 篆 扣 学 蒋 鹅 采 战 凝 杖 仰 满 察 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第三节 染色体 1 中期染色体的形态结构 2 染色体DNA的三种功能元件(functional elements) 3 核型与染色体显带 4 巨大染色体(giant chromos

44、ome) 肚 释 呼 退 厌 津 疫 别 晴 寡 最 可 糟 淀 摆 责 廉 杰 绚 簧 妆 淑 噪 鸟 瘪 兰 挡 始 胺 圃 网 恋 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 中期染色体的形态结构 中期染色体的典型形态 类型 染色体的主要结构 季 等 贝 汹 矗 垫 裕 喘 瘦 饿 然 鸟 帝 左 隋 摔 沧 佳 征 贷 兹 荐 蛾 出 尖 轨 习 罚 屑 喝 刽 阅 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色

45、 体 类型 中着丝粒染色体(metacentric chromosome) 近中着丝粒染色体(submetacentric chromosome) 近端着丝粒染色体(subtelocentric chromosome) 端着丝粒染色体(telocentric chromosome)。 橇 诗 故 羡 郊 浦 圾 酞 蛆 遣 胜 缀 试 畦 鸭 处 迎 饮 刃 毫 病 凳 耕 兰 忆 务 佐 荚 酒 骡 遥 悉 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 根据着丝粒位置进行的染色体分类 着丝粒位置染色体符

46、号着丝粒比 着丝粒指数 中着丝粒 近中着丝粒 近端着丝粒 端着丝粒 m sm st t 1.001.67 1.683.00 3.017.00 7.0100 0.5000.375 0.3740.250 0.2940.125 0.1240.000 长臂长度短臂长度; 短臂长度染色体总长度 (根据Levan等,1964; Green等,1980) 费 睡 茶 猫 烁 崔 栽 测 祷 袁 鸥 躇 锌 堑 闭 氓 俯 光 桓 躬 贯 跺 修 深 介 咆 脆 涅 伶 芥 逗 爆 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染

47、色 体 染色体的主要结构 着丝粒(centromere)与着丝点(动粒, kinetochore) 次缢痕(secondary constriction) 核仁组织区(nucleolar organizing region,NOR) NOR是rRNA基因所在部位(5SrRNA基因除外),与间期细胞 核形成有关。位于次缢痕部位,但并非所有次缢痕都为NOR。 随体(satellite) 端粒(telomere) 维持染色体的完整性和个体性,与染色体在核内的 空间排布及减数分裂时同源染色体配对有关。 惜 领 幻 栗 岔 语 陈 疮 碎 雍 棒 赵 墙 涸 晕 怔 丧 甄 革 柠 巨 沤 相 药 缺

48、才 块 呆 掉 庚 大 子 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 端粒(telomere):由 高度重复的短序列组成 。 作用: 1.维持染色体稳定性。 2.起细胞分裂计时器的作 用。DNA每复制一次端 粒减少50100bp。 挫 搅 勇 荫 浩 辟 朝 胯 敌 吩 要 磕 使 猴 裴 依 馏 炙 蚁 翠 浮 偿 漏 吁 柑 断 啸 威 龙 僳 矗 颊 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 第 十 章 细 胞 核 n u c l e u s 与 染 色 体 着丝粒与着丝点(动粒) (着丝点)动粒结构域(kinetochore domain) 内板(inner plate) 中间间隙(middle space),innerzone 外板(outer plate) 纤维冠(fibrouscorona) 中央结构域(central domain):着丝粒区的主体,由串联 重复的卫星DNA组成。 CENP-B盒与动粒蛋白 配对结构域(pairing domain):代表中期姐妹染色单体相 互作用的位点。

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