第十一章 细胞核与染色体-细胞生物学

（ 二 ） 染 色 体 的 骨 架 放 射 环 结 构 模 型
——
五、染色质的类型
1、常染色质（euchromatin） ：
结构异染色质
2、异染色质（heterochromatin）
异染色质的特点：
中表现为晚复制、早凝缩。
③分为两类：结构异染色质、兼性异染色质
一起形成。
体细胞中同源染色体紧密配对。
横带纹，染色后呈现出明暗相间的带纹 。
胀泡和环，在幼虫发育的某个阶段，多线染色体的某些带区
疏松膨大，形成胀泡（puff）或巴氏环（Balbiani ring）。
果 蝇 幼 虫 唾 液 腺 多 线 染 色 体
多线染色体的带、间带与胀泡
（二）、灯刷染色体 (lampbrush chromosome)
巴氏小体（barr body）
• 在哺乳动物体细胞核中，除一条X染色体外， 其余的X染色体常浓缩成染色较深的染色质体 ，此即为巴氏小体。又称X小体，通常位于间 期核膜边缘。1949年，美国学者M.L.Barr等发 现雌猫的神经细胞间期核中有一个深染的小 体而雄猫却没有。在人类，男性细胞核中没 有巴氏小体，而女性则有1个。
一、核基质(nuclear matrix)：又称核骨架(nucleoskeleton)， 主要是作为骨架, 提供附着或支撑点 •是指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的核内网架体 系。
核基质
目前对核骨架的认识
• P261
核骨架的功能 • 1. DNA复制：提供DNA聚合酶结合位点 。 • 2. RNA转录：提供RNA聚合酶结合位点。
2、核孔复合体成分的研究 核孔蛋白： gp210 ： p62 ： 3、核孔复合体的功能 亲水性核质交换通道 双功能性、双向性
双功能性—不同大小的蛋白质以不同方式通过核膜孔
2、通过主动转运进入细胞核 的蛋白质大小 ( 9 - 26 nm)
1、通过自由扩散进入细胞核 的蛋白质大小（< 9 nm）
第十一章 细胞核与染色体
THE CELL NUCLEUS AND CHROMOSOME
主要内容: 第一节 核被膜与核孔复合体
第二节 染色质
第三节 染色质的复制与表达
第四节 染色体
第五节 核仁与核体 第六节 核基质
第一节 核被膜与核孔复合体
1831年，Brown发现于植物。
大小： 形状： 位置： 数目： 结构： 功能：
胶的“核输入受体” (nuclear import receptor)识别并结合。
Ran蛋白：小型GTP结合蛋白
GTP结合蛋白Ran参与“货物蛋白质”的装载和卸 载
货物蛋白质 核输入受体
货物蛋白质 的核定位信 号
卸货
释放的货物 蛋白质
装货
释放的 Ran-GDP
出核转运 蛋白质和RNA的输出需要“核输出受体” （ nuclear export receptor). 它们识别蛋白质上的“核输出信号（nuclear export signal)”
二、染色体DNA的三种功能元件
端 粒
复制起点
着丝粒
复制泡
端粒酶（telomerase）
端粒酶介导的端粒合成
三、核型与染色体显带
1、核型(karyotype) ：染色体组在有丝分裂中期的表现，包括 染色体数目、大小、形态特征等。
2、核型分析和核型模式图：p256
3、染色体显带(chromosome banding)技术： G：富含AT碱基的DNA区段表现为亮带, 富含GC碱基的区段 表现为暗带 Q：一般富含AT碱基的DNA区段表现为暗带
普遍存在于动物界的卵母细胞中。 是卵母细胞进行第一次减数分裂时停留在双线期的染色体。
配对的灯刷染色体
染色体区域
表示姐妹染色单 体的染色体小区
灯 刷 染 色 体 的 形 态 结 构
第五节
核仁与核体
核仁的结构模式图
一、核仁的超微结构 电子显微镜下可辨认出有3个特征性的区域 ： 1、纤维中心(fibrillar centers，FC)： RNA聚合酶和rDNA 2、致密纤维组分(dense fibrillar component，DFC) ：新合成
的RNP（指结合蛋白质的rRNA）
3、颗粒组分(granular component，GC)：不同加工阶段的RNP
核仁周边染色质
致密 纤维 组分
颗粒组分
纤维 中心
二、核仁的功能——转录rRNA和组装核糖体亚单位
（一） rRNA基因的转录、 rRNA前体的加工、核糖体亚单位的组 装
核糖体的rRNA基因:重复的多拷贝基因
主缢痕 外 板
内 板
间中 隙间
有丝分裂中的着丝粒（centromere）和着丝点（kinetochore）结构
3、次缢痕（secondary constriction）： 4、核仁组织区（nucleolar organizing regions, NORs）：核糖 体的28S、18S和5.8S rRNA 基因所在部位，与间期细胞核 仁形成相关 5、随体（satellite）： 6、端粒（telomere）：
第三节 染色质的复制与表达
一、染色质的复制与修复
二、染色质的激活与失活 疏松染色质结构的形成 组蛋白的修饰 位置花斑效应 隔离子:
三、 染色质与基因表达调控 核小体犁
第四节
染色体
一、中期染色体的形态结构 1、染色单体（Chromatid）： 配对结构域
2、着丝粒 （centromere）
中央结构域 动粒结构域
其输出过程和输入过程相似，只是方向相反
第二节
概念:
染色质
一、染色质是细胞生命活动的基础 化学组成:DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA。 （一）染色质DNA的类型 1、 3种序列：单一序列、中度重复序列、高度重复序列。
DNA多态性
• 概念： DNA序列上碱基的变异 • 种类：序列多态性、长度多态性
（二）非组蛋白
• 序列特异性DNA结合蛋白。
• 带负电，属酸性蛋白。 • 整个细胞周期都合成，组蛋白只在S期合成。 • 能识别特异DNA序列，结合借助于氢键和离子键。
• 特性：多样性；特异性；功能多样性
• 功能：帮助 DNA折叠、复制；调节基因表达。
序列特异性DNA结合蛋白的不同结构 模式（P250)：
DNA二级结构的3种构象 ：B-DNA、Z-DNA、A-DNA
（ 二 ） 、 基 因 组 ：
基因在染色体上
二、染色质蛋白质 （一）组蛋白：带正电荷，含Arg，Lys，属 碱性蛋白，共5种，分为：
– 核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、
H4；
– 连接组蛋白（linker histone）：H1。
• 3. 与染色体构建有关
– 30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成 放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学 显微镜下可见的染色体。
在染色体包装时, 为染色质提供锚定位点的非组蛋白。
二、核纤层
核纤层蛋白及核纤层蛋白网络
核纤层在细胞分裂过程中的变化
α螺旋—转角—α螺旋 锌指模式 亮氨酸拉链模式 螺旋—环—螺旋模式 HMG框结构模式
几种主要序列特异性DNA结合蛋白的结构特征
三、染色质的基本结构单位——核小体 核小体是一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线 DNA两部分组成
结构要点：
在低盐亲水介质中展开的染色质，示串珠状的核小体（JA，Gall 1981）
核糖体rRNA基因的转录：28SrRNA、5.8SrRNA、18SrRNA
组成一个转录单位。 转录时，RNA产物沿DNA分子排列产物排列呈羽毛状
• 新合成的45SrRNA形成
RNP。甲基化后经RNA
酶裂解形成18s、28s、
5.8srRNA。成熟的rRNA
仅为45srRNA的一半，
丢失的大部分是非甲基
化和GC含量较高的区域。
• 5SrRNA定位在常染色体，合成后被转运至核仁区 参与大亚基的装配 。
核 糖 体 亚 单 位 的 组 装
三、核仁周期(nucleolar cycle)
有丝分裂时，染色质凝集，核仁消失，所有RNA
合成停止
有丝分裂末期， rRNA合成重新开始，核仁重建
第六节
核基质
R ：同G-带明暗相间的带型正好相反, 故叫反带。
C：异染色质 T：对染色体末端区的特殊显带法 N：染核仁组织区的酸性蛋白质
四、巨大染色体
（一）多线染色体 （polytene chromosome） 1、1881年意大利的Balbiani发现于双翅目摇蚊幼虫的唾腺细胞
2、特点：
体积巨大，染色体多次复制而不分离。 多线性 ，每条多线染色体由500-4000条解旋的染色体合并在
双向性
3、通过核孔的主动运输具有选择性 入核转运 亲核蛋白： 核定位信号（nuclear localization signal，NLS）：
正常的SV40病毒T抗原（几 乎100%进入细胞核）
SV40病毒T抗原核定位信号序列发生突 变（T-抗原滞留在胞质溶胶中）
核输入受体：importin，一个蛋白在进入细胞核之前必须被位于胞质溶
Nucleotide sequence alignment of partial 28S rRNA gene
DNA长度多态性
长度多态性分为
小卫星DNA 微卫星DNA(STR) • 重复单位 10—100bp 2—6bp • 重复次数 几百－几千次 几十次 • 存在部位 染色体近端粒、着丝点 任何 部位
30nm
10nm
• Evidence: • (3)X-ray diffraction studies
3-D of nucleosome