细胞生物学第七章 细胞核.ppt

第七章 细 胞 核 n概述n核被膜和核孔复合体n染色质和染色体n核仁n核基质n细胞核的功能n*染色体异常与疾病第一节 概 述 细胞核（nucleus）是细胞内最大的细胞器它的出现是原核生物进化到真核生物的重要标志 1674年，Leeuwenhoek首次发现核结构 1831年，R.Brown命名细胞核 形态： 与细胞形态相适应，大多数为球形，卵圆形 但也常随生物种类、细胞类型以及代谢和发育状况 不同而有很大差异 第一节 概 述 大小：随生物种类、细胞类型以及代谢和发育状况不同而有所差异 最小的直径小于1m， 最大的直径500600m 大多数细胞核直径530 m细胞核的大小常用 核质比（NP）来表示，NP=V核/V质 第一节 概 述 数目： 随细胞种类不同而异多数细胞有一个细胞核，也有双核，多核的 位置： 通常位于细胞的中央，但也有偏向一端，或在边缘的第一节 概 述 间期细胞核的组成 核被膜 核仁 染色质 核基质第二节 核被膜和核孔复合体 核被膜（nuclear envelope） 两层单位膜组成的双层膜，它将核质与细胞质分开 EM下包括三部分 外层核膜，内层核膜，核间隙 外层核膜（outer nuclear membrane） 面向细胞质，与内质网相连续，厚约410nm，其外表面附有核糖体。

第二节 核被膜和核孔复合体 内层核膜（inner nuclear membrane） 面向核质，平整光滑，无核糖体附着，其内侧有核纤层 核间隙（perinuclear space）或核周腔 位于内外核膜之间，与内质网腔相通，宽约2040nm 第二节 核被膜和核孔复合体 核膜孔与核孔复合体 核膜孔（nuclear pore） 由内外核膜局部融合形成，它是沟通细胞核与细胞质间物质交换的通道 圆环状，孔径一般为5070nm 数目随细胞种类和生理状态的不同而异 第二节 核被膜和核孔复合体 核孔复合体（nuclear pore complex） 核膜孔及与其相关联的各种结构所构成的环状结构体系它包括 孔环颗粒 周边颗粒 中央颗粒 细纤丝n核孔复合体的功能 对选择性物质交流起 关键性作用第二节 核被膜和核孔复合体 核纤层（nuclear lamina） 在核膜的内膜靠核质一侧，由一层纤维蛋白质组成的单层纤维网络结构n 功能： 为核膜提供一个构筑支架 为染色质提供附着位点 .第二节 核被膜和核孔复合体 核膜的功能 核膜包围核物质形成特定的代谢环境 核膜将RNA合成与蛋白质的合成分开 核膜沟通了细胞核与细胞质间的双向 物质交流。

第三节 染色质和染色体 n1882年，Flemming首先提出染色质一词n染色质（chromatin） 间期细胞核内伸展、弥散呈丝网状分布，易被碱性染料着色的物质n染色体（chromosome） 染色质在细胞分裂期因高度折叠、盘曲而凝缩成条状或棒状的特定形态，称为染色体 染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种形态第三节 染色质和染色体 一. 化学组成 染色质和染色体是由相同物质组成的其主要成分有 DNA 组蛋白 非组蛋白 RNA 1 1 0.51.5 0.05 DNA 是染色质中贮存遗传信息的生物大分子；是染色质中结构性质稳定，数量恒定的基本成分是生物遗传的物质基础 DNA与蛋白质比较： 含量、种类 第三节 染色质和染色体 真核细胞染色质中的DNA有许多重复出现的核苷酸序列，按其重复次数的多少可分为三种 高度重复序列（highly repetitive sequence） 序列短，重复次数105，不能转录，主要存在于异染色质中 第三节 染色质和染色体 中度重复序列（middle repetitive sequence） 序列较长，重复次数在102105，可转录，包括组蛋白基因，rRNA基因，tRNA基因等。

单一序列（single sequence） 只出现一次或几次，细胞中绝大多数蛋白质是由这种序列编码的第三节 染色质和染色体 组蛋白（histone） 染色质中富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质，其含量与DNA相近，带正电荷 依据组蛋白中精氨酸和赖氨酸的含量比例不同分为五种H2A、H2B、H3、H4和H1详见表9-1）n功能： 与DNA紧密结合，帮助维持染色质结构和功能的完整性 抑制DNA的复制和转录第三节 染色质和染色体 非组蛋白（non-histone） 真核细胞特有的一类富含天门冬氨酸和谷氨酸等酸性氨基酸的酸性蛋白质，带负电荷， 数量少，但种类多有种属和组织特异性，含量常随外界环境及细胞类型而异 它可与组蛋白结合，使组蛋白与DNA脱离，使DNA得以进行复制和转录 RNA量少，含量变化较大第三节 染色质和染色体 二. 染色质的结构（DNA1.74M） 四级结构模型（1977年，Sedate） 一级结构核小体和串珠状纤维n1974年，Kornberg提出核小体结构n 核小体（nucleosome）染色质的基本结构单位，由约200bp的DNA分子和五种组蛋白组成组蛋白H2A、H2B、H3、H4各2个分子组成八聚体。

约140bp的DNA在八聚体外缠绕1.75圈，形成核小体核心，其余约60bp 的DNA是与相临核小体相连的联系段，称为连接线连接线，H1位于连接线上 第三节 染色质和染色体 n串珠状纤维若干个核小体重复排列并连接在一起直径约10nm八聚体 H1 H1 H1 第三节 染色质和染色体 二级结构螺线管（solenoid） 在一级结构基础上，每6个核小体为一圈，形成外径30nm，内径10nm，螺距11nm的中空管状结构第三节 染色质和染色体 三级结构超螺线管（super solenoid） 螺线管进一步螺旋化形成直径400nm的圆筒状结构 四级结构染色单体（chromatid） 超螺线管进一步螺旋化并盘绕压缩形成中期的染色单体 1/7 1/6 1/40 1/5 DNA双螺旋核小体螺线管超螺线管染色单体 总共压缩约 76405=8400倍第三节 染色质和染色体 襻环模型 核小体（nucleosome）串珠状纤维 螺旋化 螺线管（solenoid） 折叠 襻环（loop） 18个襻环以支架为轴心呈放射状排列 微带（miniband） 106个微带沿轴心支架纵向排列 染色单体（chromatid）常染色质质（euchromatin）异染色质质（heterochromatin）染色（EM）浅亮较深形态（EM）细纤维丝粗大颗粒位置（间期）细胞核中部细胞核边缘位置（分裂期）染色体臂着丝粒、端粒、常染色质之间直径10nm25nm螺旋化程度低高，与组蛋白紧密结合DNA序列单一、中度重复序列高度重复序列功能活性活性高、转录活跃活性低、很少转录三.第三节 染色质和染色体 四. 染色质是遗传信息的载体 基因（gene）具有遗传效应的DNA片段。

约含5006000bp，具有指令RNA合成，并通过mRNA决定蛋白质的功能第三节 染色质和染色体 n 基因、DNA、染色质三者的关系 基因是具有遗传效应的DNA片段，位于染色质上，染色质的化学成分主要是DNAn 基因组（genome）含有一个生物体生长、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸，即二倍体生物的一个配子所含有的全部基因（或全部染色体）第三节 染色质和染色体 n基因组的大小可用其含有的bp数来表示，总的来说，复杂的高等生物基因组比简单的低等生物基因组大 例：大肠杆菌 4106bp 编码4000个pro分子 酵母菌 2107bp 是大肠杆菌的5倍 人单倍体 3109bp 是大肠杆菌的800倍n一个体细胞有两个基因组，多细胞生物的每个细胞都含有相同的基因组第三节 染色质和染色体 n人类基因组计划 (human genome project, HGP) 内容：构建详细的人类基因组遗传图和物理图，确定人类DNA的全部核苷酸序列，定位全部基因，并对人类基因进行鉴定和分离，其终极目标是阐明 人类基因组全部DNA序列、识别基因、建立储存这些信息的数据库、开发数据分析工具，并研究HGP 实施所带来的伦理、法律和社会问题。

第三节 染色质和染色体 1986年，Renato Dulbecco（美）首先提出 1990年10月，美国政府正式启动，计划投资30亿美元，由能源部和 NIH联合承担，争取15年完成最初，有美（54%）、英（33%）、日（7%）、法(2.8%)、德（2.2%)五国参加，我国从1999年加入，负责3号染色体短臂3000万bp的测序任务（1%）2000年，我国完成工作框架图，2001年完成序列图中国卷全部HGP于2003年初提前完成 实际测出人类基因约3万个原估计约10万个）第三节 染色质和染色体 五 人类染色体 1 数目： 相对恒定一般动物体细胞都是二倍体2n ，性细胞为单倍体n 人：体细胞2n=46，性细胞n =23 2 大小： 一般 58m 最大 30m 最小 1m 人 210m第三节 染色质和染色体 3 形态结构（标准中期染色体） 染色单体(chromatid) 着丝粒(centromere) 主缢痕 (primary constriction ) 着丝点(kinetochore) 染色体臂(chromosome arm ) 次缢痕(secondary constriction ) 随体 (satellite) 端粒(telomere) 染色体带(chromosome banding)第三节 染色质和染色体 n核仁组织区存在于细胞内特定染色体次缢痕处，是含有主要rRNA基因的一个染色体区段，具有缔合核仁的功能。

4 分类 中央着丝粒染色体 亚中着丝粒染色体 近端着丝粒染色体1/25/87/8end12341-中央着丝粒；2，3-亚中着丝粒；4-近端着丝粒第三节 染色质和染色体 5 正常核型 核型（karyotype）是体细胞中期染色体形态结构的总称即依据染色体数目、长度、着丝粒位置、次缢痕及随体有无等特征，将生物体细胞的全套染色体（显微照片）按一定顺序依次编号形成的一个组成序列 人类体细胞染色体按Denver体制分成七组 人的正常核型： 女性：46，XX 男性：46，XY人类核型分组及形态特征组序染色体编号形态大小着丝粒位置随体次缢痕鉴别程度A13最大1,3中央2亚中无1常见可鉴定B45次大亚中无不易区分C612,X中等亚中无9常见不易区分D1315中等近端有13偶见不易区分E1618小16中央17,18亚中无16常见可鉴定F1920次小中央无不易区分G2122,Y最小近端有不易区分第三节 染色质和染色体 (21)六 X染色质和Y染色质 X染色质（Barr小体） 1949年，Barr发现Barr小体X染色质 直径1微米，紧贴核内缘的平凸形深染小体n X染色质的形成原因Lyon假说 剂量补偿 随机失活 胚胎早期 Y染色质（F body） 直径0.3微米的强荧光小体（Yq12）n 核性别细胞核中染色质的性别差异 （X染色质和Y染色质）第四节 核 仁 一 概述 1781年，Fortan首先发现。

在真核细胞间期核内，一般12个，球形小体，其形态、大小、数目随生物种类、细胞类型及生理状态不同而异 在EM下，核仁（nucleolus） 呈无被膜，电子密度较高，由纤维丝构成的海绵状结构 第四节 核 仁 二 结构 原纤维成分： 紧密排列的原纤维丝，长2040nm，直径58 nm成分是RNA与蛋白质，构成核仁的海绵状网架 颗粒成分： 电子密度较大的颗粒，直径1520nm，密布于原纤维网架中或围绕其外面，成分是RNA和蛋白质，很可能是核糖体前体第四节 核 仁 核仁相随染色质： 由直径=10nm 的纤维组成，可分为两部分 核仁周围染色质：围绕在核仁周围，主要是异染色质 核仁内染色质： DNA伸展到原纤维部分，为合成RNA提供模板主要是常染色质 核仁基质： 无定型蛋白质性液体物质，其中悬浮着原纤维 成分和颗粒成分第四节 核 仁 三 主要成分 蛋白质：占核仁干。