第八章 细胞核
细胞核

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Cell Nucleus
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第八章 细胞核
二、核膜的结构
3.核纤层与染色质凝集成染色体相关
细胞分裂间期,染色质与核纤层紧密结合,染色质不
能螺旋化为染色体
细胞分裂前期,核纤层蛋白解聚,染色质与核纤层蛋
白丧失,染色质逐渐凝集成染色体
Cell Nucleus
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第八章 细胞核
二、核膜的结构
分子组成:核纤层蛋 白,属于中间纤维。
A.核纤层与细胞核构建的模式图 B.核纤层的电镜图片 Cell Nucleus
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第八章 细胞核
功能:
维持核的轮廓;
二、核膜的结构
1.核纤层在细胞核中起支架作用
使胞质骨架和核骨架形成连续网络结构 。 2.核纤层与核膜的崩解和重建密切相关 细胞分裂前期,核纤层蛋白被磷酸化解聚,核膜崩解为小泡 ; 细胞分裂末期,核纤层蛋白去磷酸化,重新组装介导核膜重 建。
Cell Nucleus
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第八章 细胞核
间期细胞核的结构组成:
核膜
核仁
染色质 核基质
Cell Nucleus
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第八章 细胞核
第一节 核膜
一、核膜的化学组成 二、核膜的结构 三、核膜的功能
Cell Nucleus
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第八章 细胞核
核膜的结构
在电镜下,核膜是由内外层核膜、核周隙、核孔复合 体和核纤层等结构组成。
糙面内质网
Cell Nucleus
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医学细胞生物学 第八章 细胞核

染色质的化学组成
DNA
组 蛋 白(碱性蛋白)
染
色 质
蛋白质
H1、H2A、H2B、H3、H4
非组蛋白(酸性蛋白)
少量RNA
二、染色质的类型
异染色质
间期细胞核中高度螺旋和盘曲、染色深、 功能上不很活跃,多分布在核膜内缘 的染色质。
常染色质
间期细胞核中无明显螺旋和盘 曲、染色浅、功能上活跃,多 分布在核中央的染色质。
核孔是内外两层核膜 局部融合而形成的开口, 是由多种蛋白构成的复 杂结构,称核孔复合体。
Cytoplasmic face cytoplasmic particles
Nuclear face basket inner complex
二、核膜的功能
1.作为界膜,维持细胞核相对稳定的内环境 保护DNA分子
4. 在染色体中有一个由非组蛋白构成的纤维网架称 为染色体支架,直径30nm的螺线管一端与支架结合,另 一端向周围呈环状迂回后再回到结合处,形成的环状 结构称为袢环。
5. 18个袢环沿染色体的纵轴由中央向四周伸出, 形成放射环,称为微带。
6. 106个微带沿轴心支架纵向排列构成染色单体 7.两条染色单体在着丝粒处相连形成染色体。
称核仁组织区致密纤维组分
(NOR)。
颗粒组分
纤维中心
核仁组织者(区):是从染色体上伸展出的DNA 袢环,载有rRNA基因,转录形成rRNA,组织形 成核仁,称核仁组织者(区)(NOR)。
含有rDNA的10个 伸展的间期染色 体袢环进入核仁 中
核仁 核膜
组分
致密纤维组分 颗粒组分 纤维中心
致密纤维组分 颗粒组分 纤维中心
2.使DNA转录和蛋白质的翻译 具有时空性
第八章细胞核

2.着丝粒(centromere):位于染色体主缢痕中心 部位,由高度重复的异染色质构成,其位置 是染色体分类的重要依据:
(1)中着丝粒染色体(metacentric chromosome)
(2)亚中着丝粒染色体(submetacentric chromosome)
(3)近端着丝粒染色体(acrocentric chromosome)
细胞生物学与遗传学
12
概述
染色质(chromatin):是间期细胞遗传物质的 存在形式,由DNA、组蛋白、非组蛋白和少 量RNA构成的细丝状结构,弥散分布于细胞 核内。
染色体(chromosome):是细胞分裂过程中遗 传物质的存在形式,是染色质反复缠绕凝集而 成的棒状或粒状结构。
染色质和染色体是遗传物质在细胞周期不同阶 段的不同存在形式。
随体(satellite)
端粒(telomere)
端粒
细胞生物学与遗传学
姐妹染色单体
端粒 着丝点 (动粒) 着丝粒
螺旋折 叠结构
染色单体 22
(一)染色单体(chromatid)与染色体臂(arm)
(二)着丝粒区的相关形态结构
1.主缢痕(primary constriction):每条染色体的 着丝粒部位的狭窄缢痕。
2.大小:高等动物细胞核的直径常在5~10m,大小随细 胞的类型及生理状态而异。
3.形态:细胞核的形状与细胞的形状及发育时期有关, 多为圆形或椭圆形,粒细胞分叶核,单核细胞马蹄形 核,胚乳细胞网状核,蝶类丝腺细胞分支状核。
4.结构:间期核的结构包括核膜、核仁、染色质及核基 质。
5.动态变化:细胞核的结构随细胞周期进程发生周期性 变化。
达调节蛋白、DNA和RNA聚合酶、RNA酶以 及电子传递有关的酶类等。
简答题2

第八章:细胞核与染色体1、概述细胞核的基本结构及其主要功能。
1)核被膜(包括核孔复合体):外核膜,附有核糖体颗粒;内核膜,有特有的蛋白成份(如核纤层蛋白B受体);核纤层;核周间隙、核孔(nuclear pore)。
其功能为: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。
2)染色质: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),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。
⑴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⑵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。
3)核仁:纤维中心(fibrillar centers,FC)、致密纤维组分(dense fibrillar component,DFC)、颗粒组分(granular component,GC)、核仁相随染色质(nucleolar associated chromatin)、核仁基质((nucleolar matrix)。
其功能为:核糖体的生物发生(ribosome biogenesis),包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配;rRNA基因转录;rRNA 前体的加工。
4)核基质或核骨架(nuclear skeleton):{包括核基质、核纤层(或核纤层-核孔复合体结构体系),以及染色体骨架。
};核骨架是存在于真核细胞核内真实的结构体系;核骨架与核纤层、中间纤维相互连接形成贯穿于核与质的一个独立结构系统;核骨架的主要成分是由非组蛋白的纤维蛋白构成的, 含有多种蛋白成分及少量RNA;核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。
2、试述核孔复合体的结构及其功能。
核孔复合体结构包括: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 subunit)、环带亚单位(annular subunit)、中央栓(central plug)。
细胞生物学PPT

外核膜上附着核糖体,参与蛋白质合成。
第二节 核纤层与核骨架
一、核纤层(nuclear lamina)
紧贴内核膜的一层高电子密度纤维蛋白网,核内与核骨架相 连,核外与中间纤维相连。
• 核纤层由核纤层蛋白(lamin)构成。
• 核纤层的作用:
1.支持核膜,固定核孔位置; 2.为染色质提供附着点; 3.参与细胞分裂中染色质凝集的调节; 4.与核膜的裂解和重建有关.
• 活性染色质 (active chromatin):具有转录活性的 染色质,为常染色质。
• 非活性染色质 (inactive chromatin):没有转录活性 的染色质,占大多数,包括常染色质与异染色质。
三、染色质的结构与装配
• 染色质的基本结构单位 — 核小体 (nucleosome) (一)染色质的一级结构 -- 11nm 染色质纤维
• 结构异染色质 (constitutive-heterochromatin) 为主
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。多定位于着丝粒、次缢痕。
• 兼性异染色质 (facultative-heterochromatin) 在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染色体随机异染 色质化失活。 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径。
主动转运过程中,核孔复合体上的酶水解ATP提供能量。
• 核孔复合体上还存在识别RNA或RNA结合蛋白的受体,将 转录产物RNA由细胞核转运到细胞质。
• 核孔复合体的选择性转运具有双向性 — 核输入与核输出:
细胞质
DNA复制、RNA转录相关的酶类 RNA、RNA结合蛋白等
医学细胞生物学第八章细胞核和染色体

细胞核和染色体是细胞中关键的组成部分,负责控制细胞的生物学活动和遗 传信息的传递。本章将深入探讨细胞核的结构和功能,以及染色体的重要性 和组成。
细胞核的结构和功能
核膜和核孔复合物
细胞核由双层核膜包围,核孔复合物允许物质在细胞核和细胞质之间交换。
染色质和核仁
染色质是细胞核中的DNA和蛋白质组成的复合物,核仁负责合成和组装核糖体。
染色体重排是染色体的结构改变,可以导致遗传疾病和基因缺失或重复。
染色体突变
染色体突变是染色体DNA序列的改变,可以导致遗传疾病和异常发育。
遗传咨询和筛查
遗传咨询和筛查是预防和治疗遗传疾病的重要手段,有助于辅助家庭做出更好的决策。
细胞核和染色体的研究方法
1 染色体制备和染色
染色体制备和染色技术可 以用于研究染色体的形态 和结构。
2 原位杂交
原位杂交是通过探针与特 定DNA序列结合来研究染 色体上的基因和染色体结 构。
3 核酸测序
核酸测序技术可以揭示 DNA序列的细节,从而进 一步研究基因和染色体的 功能。
本章小结和要点总结
本章介绍了细胞核和染色体的关键概念和重要性,包括结构和功能,基因表 达调控,复制和分离,遗传疾病,以及研究方法。
染色体复制
染色体复制是细胞分裂前的重要 步骤,确保每个子细胞都获得完 整的染色体组。
染色体分离
染色体分离发生在有丝分裂和减 数分裂过程中,确保每个细胞获 得正确的染色体数量。
有丝分裂纺锤体
有丝分裂纺锤体是分离染色体的 关键结构,通过纺锤体纤维将染 色体引导到正确的位置。
染色体变异与遗传疾病
染色体重排
转录和基因表达
细胞核是转录的场所,负责合成RNA分子从而实现基因表达。
细胞生物学之笔记-第8章细胞核

第八章细胞核形状:圆球形、椭球形、杆状(肌细胞)、马蹄形/多叶形(白细胞)畸形(肿瘤)核质比=nuclear-cytoplasmic=V细胞核/(V细胞-V细胞核)第一节核膜nuclear membrane=nuclear envelope一.核膜的化学组成✓蛋白质:65%~75%。
分为组蛋白、基因调节蛋白、DNA&RNA聚合酶、RNA酶等。
核膜所含的酶类与内质网相似,G6PD也存在在核膜上。
✓脂类:与内质网相似,含PC、PE、胆固醇、甘油三酯等。
核膜中不饱和脂肪酸含量较低,胆固醇和甘油三酯含量较高、脂肪链会较长,→核膜稳定,内核膜更稳定。
✓少量核酸二.核膜的结构(内外层核膜、核周隙、核孔复合体和核纤层等结构组成)(一)外核膜与糙面内质网相连接外核膜outer nuclear membrane与粗面内质网相连,①使核周间隙与内质网腔相通,其表面也常②附着核糖体;故被看作粗面内质网的特化区域,③参与了某些蛋白质的合成外核膜胞质面附着中间纤维,还与微管等成分相连——④固定细胞核并维持细胞核形态(二)内核膜表面光滑包围核质内核膜表面光滑,下面与一层致密的纤维网络——核纤层紧密相连,支持作用。
内核膜上有核纤层蛋白B受体,可与核纤层蛋白B特异性结合。
在细胞周期中,核膜的解体与重建,都与核纤层蛋白对核内膜的连接有关,即跟核纤层蛋白B受体与核纤层蛋白B的结合有关(三)核周隙为内、外核膜之间的缓冲区宽约20~40nm,含有多种蛋白质和酶(四)核孔复合体是由多种蛋白质构成的复合结构➢核孔:nuclear pore =内外核膜的融合之处形成的环状开口。
数目、密度和细胞类型、核功能状态有关。
➢核孔复合体:nuclear pore complex,NPC 核孔是由多种蛋白质以特定方式排列形成的复合结构。
➢捕鱼笼式(fish-trap)核孔复合体模型,由约30个不同的核孔蛋白nucleoporin, Nup组成。
第八章 细胞核细胞生物学(共50张PPT)

核仁组织者
核仁组织区
人类rDNA位于5对近端着丝粒染色体上,即第13、14、15、21、
22号染色体。
含有rDNA的10个染
色质袢环伸入到核仁 中
核仁
核膜
(二)致密纤维组分 (三)颗粒成分
三、核仁周期
核仁周期: 核仁随细胞周期的进行而呈现周期性变化 (形成和消失)。
间期
细胞有1~2个或
多个核仁。
核小体组蛋白
(H2A、H2B、H3、H4)
进化上高度保守,作用是将DNA盘绕形成核 小体。
H1组蛋白
进化上不保守,与染色质高级结构的构建有关。
※组蛋白合成于细胞周期的S期,与DNA的合成同时进行;
修饰。。。
3、非组蛋白 酸性蛋白,富含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。 功能:1.参与染色体的构建 2.启动基因复制 3.调控基因转录,调控基因的表达
第八章 细胞核(Nucleus)
细胞核是真核细胞内最大的细胞器,是遗传物质储存、复 制和转录的场所,是细胞生命活动的控制中心。
组成?
位置和数目?
核质比?
第一节 核 膜 (Nuclear membrane)
I、核膜的化学组成
蛋白质,脂质和少量核酸。注意与内质网膜成分作 比较!
II、核膜的超微结构
核膜由两层单位膜构成
(Nuclear pore)
※ 真核细胞的核膜上的核孔是“核—质”物质交换的通道, 即通过孔进行双向转运。
核孔及其周围由一组蛋白颗粒以特定方式排列 而形成的复杂结构。
核孔复合体 (nuclear pore complex)
核孔复合体的功能(p180)
1、 允许水溶性物质通过(无机离子或低于
5000的小分子物质) 2、选择性运输大分子物质
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第三节 染色质和染色体 ⑹
㈢ 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。
㈣ RNA——量少,含量变化较大。
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
10nm
25nm
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
第三节 染色质和染色体 ⑿
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500~6000bp,具有指令RNA合成,并通过 mRNA决定蛋白质的功能。
㈢ 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。 功能:① 为核膜提供一个构筑支架
② 为染色质提供附着位点。
.
第二节 核被膜和核孔复合体 ⑹
㈣ 核膜的功能
⒈ 核膜包围核物质形成特定的代谢环境 ⒉ 核膜将RNA合成与蛋白质的合成分开 ⒊ 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 ⒀
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DNA。
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)。
圆环状,孔径一般为50~70nm
外核膜
数目随细胞种类和生理状态的不同而异
Cytoplasmic face(胞质面)
Nuclear face (核质面)
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
第三节 染色质和染色体 ⑸
㈡ 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)
功能: ① 与DNA紧密结合,帮助维持染色质结构和功能的 完整性。 ② 抑制DNA的复制和转录。
总共压缩约 7×6×40×5=8400倍
第三节 染色质和染色体 ⑾
㈡ 襻环模型 ⒈ 核小体(nucleosome)→串珠状纤维 ↓ 螺旋化 ⒉ 螺线管(solenoid) ↓ 折叠 ⒊ 襻环(loop) ↓ 18个襻环以支架为轴心呈放射状排列 ⒋ 微带(miniband) ↓ 106个微带沿轴心支架纵向排列 ⒌ 染色单体(chromatid)
二级结构折叠:30nm螺形成襻环
襻环
( 30nm螺线管)
11 10 9
12
8
13
微 14
带
15
7
106个微带
6
5
16
4
17
3
18
2
1
染色体支架
(非组蛋白)
三级结构
四级结构
三.
常染色质
异染色质
(euchromatin) (heterochromatin)
染色(EM)
浅亮
较深
形态(EM)
细纤维丝
第二节 核被膜和核孔复合体 ⑴
⒈ 外层核膜 (outer nuclear membrane) 面向细胞质,与内 质网相连续,厚约 4~10nm,其外表 面附有核糖体。
外核膜
第二节 核被膜和核孔复合体 ⑵
⒉ 内层核膜(inner nuclear
membrane)
内核膜
面向核质,平整光滑,无核
糖体附着,其内侧有核纤层。
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 ⑵
㈡ 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1μm, 最大的直径500~600μm 大多数细胞核直径5~30 μm。细胞核的大小常用 核质比(NP)来表示,NP=V核/V质
第三节 染色质和染色体 ⒁
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 4×106bp 编码4000个pro分子 酵母菌 2×107bp 是大肠杆菌的5倍 人单倍体 3×109bp 是大肠杆菌的800倍
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 ⑵
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 ∶ 0.5~1.5 ∶ 0.05
㈠ 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
核纤层
第二节 核被膜和核孔复合体 ⑵
⒊ 核间隙(perinuclear space)或核周腔
核间隙
位于内外核膜之间,与内质
网腔相通,宽约20~40nm。
第二节 核被膜和核孔复合体 ⑶
㈡ 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
第一节 概 述 ⑷
㈤ 间期细胞核的组成
间期细胞核
核膜 核仁 染色质 核基质
endoplasmic reticulum
intermediate filaments
nuclear pore 1μm
DNA and associated proteins (chromatin)
nucleolus
centrosome microtubule
第七章 细 胞 核
概述 核被膜和核孔复合体 染色质和染色体 核仁 核基质 细胞核的功能 *染色体异常与疾病
第一节 概 述 ⑴
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 ㈠ 形态:
第三节 染色质和染色体 ⑻
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
染 色 体 的 基 本 结 构 核 小 体
-
第三节 染色质和染色体 ⑼
⒉ 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 ⒃
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
功能——
沟通核质间物质交流的孔道
第二节 核被膜和核孔复合体 ⑷
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 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 ⑸
D 13~15 中等 近端 有 13偶见 不易区分
E 16~18 小
16中央 无 16常见 可鉴定
17,18亚中
F 19~20 次小 中央 无
不易区分
G 21~22,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
㈠ 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
人的正常核型: 女性:46,XX 男性:46,XY
人类体细胞染色体按Denver体制分成七组。
组 染色体 形态 着丝粒 随 次缢痕 序 编号 大小 位置 体
鉴别 程度
A 1~3 最大 1,3中央 无 1常见 可鉴定
2亚中
B 4~5 次大 亚中 无
不易区分
C 6~12,X 中等 亚中 无 9常见 不易区分
第三节 染色质和染色体 ⒂
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。
染色体稳定存在的必要条件
第三节 染色质和染色体 ⒆
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 end
2