医学细胞生物学ppt.ppt

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1、教学目的和要求教学目的和要求1.掌握核膜、核孔复合体的结构模型2.掌握染色质与染色体的化学组成、构建过程3.掌握核仁的形态结构和功能，核纤层的功能核核 膜膜核核 仁仁染色质染色质核基质核基质间期细胞核间期细胞核外核膜外核膜内核膜内核膜核孔核孔核周间隙核周间隙一、核膜一、核膜 在电镜下，核膜由内外层核膜、核周在电镜下，核膜由内外层核膜、核周隙、核孔复合体和核纤层等结构组成。隙、核孔复合体和核纤层等结构组成。u与粗面内质网相连，表面有核糖体附着，与粗面内质网相连，表面有核糖体附着，被认为是粗面内质网的特化区域。被认为是粗面内质网的特化区域。u胞质面附着有中间纤维和微管等细胞骨胞质面附着有中间纤维和

2、微管等细胞骨架成分，与细胞核定位有关。架成分，与细胞核定位有关。1 1、外核膜、外核膜u核质面附着有致密的核质面附着有致密的核纤层核纤层纤维网络结构纤维网络结构2 2、内核膜、内核膜位于内外膜之间；位于内外膜之间； 隙宽：隙宽：20-40nm20-40nm；充满液态物；充满液态物质，为各种蛋白质和酶。此质，为各种蛋白质和酶。此间隙与内质网有临时通道，间隙与内质网有临时通道，可进行核可进行核质物质交换。质物质交换。3 3、核周间隙、核周间隙 内外核膜的融合之处形成环状开口，称为核孔。内外核膜的融合之处形成环状开口，称为核孔。核孔并非简单孔洞，而是由核孔复合体（核孔并非简单孔洞，而是由核孔复合体（

3、nuclear pore complex,NPC）构成。）构成。4 4、核孔复合体、核孔复合体一般哺乳动物细胞平均有一般哺乳动物细胞平均有30003000个核个核孔。孔。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。较多，反之较少。在电镜下观察，核孔是呈圆形或八在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在一般认为其结构如角形，现在一般认为其结构如fish-fish-traptrap。 胞质环：胞质环：核质环核质环 ：辐：辐：包括包括柱状柱状亚单位亚单位（连（连接胞质、核接胞质、核质环）、质环）、 腔内亚单位腔内亚单位（核孔边缘（核孔边缘向核周质）、向核周质）、 环带亚

4、单位环带亚单位（向核孔中（向核孔中心）心）。中央颗粒（塞中央颗粒（塞子）：子）：中央栓中央栓胞质环胞质环辐辐柱状亚单位柱状亚单位：位于核孔边缘，连接胞质环与核质环，起到支撑核：位于核孔边缘，连接胞质环与核质环，起到支撑核孔的作用；孔的作用；腔内亚单位：腔内亚单位：穿过核膜伸入核周间隙，起锚定作用；穿过核膜伸入核周间隙，起锚定作用；环状亚单位环状亚单位：在柱状亚单位内侧靠近核孔中央，是核：在柱状亚单位内侧靠近核孔中央，是核- -质交换的质交换的通道通道辐辐核质环（核质环（nuclear nuclear ringring）：）：位于核孔复位于核孔复合体结构边缘合体结构边缘核质核质面面一侧的孔环状结

5、构一侧的孔环状结构, ,与与柱状亚单位相连柱状亚单位相连，在，在环上也对称分布环上也对称分布8 8条纤条纤维伸向核内，纤维末维伸向核内，纤维末端形成一个由端形成一个由8 8个颗粒个颗粒组成的小环组成的小环, ,构成捕鱼构成捕鱼笼似的结构笼似的结构 ，称，称“核核篮篮”。胞质环（胞质环（cytoplasmic ringcytoplasmic ring）：）：位于核孔复合体结构边缘位于核孔复合体结构边缘胞质胞质面一侧的环状结构面一侧的环状结构, ,与与柱状亚单位相连柱状亚单位相连，环上对称分布，环上对称分布8 8条短纤条短纤维，并伸向细胞质维，并伸向细胞质 。 核纤层广泛分布于高等真核细胞中，在细

6、胞核中编织成纤核纤层广泛分布于高等真核细胞中，在细胞核中编织成纤维网络状，衬于内层核膜下面，维网络状，衬于内层核膜下面， 在细胞核外与中间纤维相连在细胞核外与中间纤维相连，构成贯穿于细胞核与细胞质的网架结构体系，整体观呈，构成贯穿于细胞核与细胞质的网架结构体系，整体观呈球球形网络形网络，切面观呈，切面观呈片层结构片层结构。 5、核纤层、核纤层二、二、 染色质与染色体染色质与染色体u染色质（染色质（chromatin）： 是间期细胞遗传物质的存在形式，由是间期细胞遗传物质的存在形式，由DNADNA、组蛋、组蛋白、非组蛋白及少量白、非组蛋白及少量RNARNA等构成的细丝状复合结构。等构成的细丝状复

7、合结构。 形态不规则，弥散分布于细胞核内。形态不规则，弥散分布于细胞核内。u染色体（染色体（chromosomechromosome）：）： 是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，染色质是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，染色质复制后反复缠绕凝聚而成的条状或棒状结构。复制后反复缠绕凝聚而成的条状或棒状结构。染色质与染色体是遗传物质在细胞周期不同染色质与染色体是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同存在形式。阶段的不同存在形式。由：DNA、组蛋白、非组蛋白、少量的RNA组成的无定型复合物。比例：1:1:(1-1.5):0.05。（一）染色质和染色体的化学组成成分（一）染色质和染色体的化学组成成分单一序列和重

8、复序列单一序列和重复序列与染色体形成有关。与染色体形成有关。 染色体的基本结构蛋白染色体的基本结构蛋白 保守的碱性蛋白保守的碱性蛋白 五类：五类：H H1 1、H H2 2A A、H H2 2B B、H H3 3、H H4 4 H H1 1：富含赖氨酸，富含赖氨酸，21.5kD21.5kD。 有种属和组织特异有种属和组织特异性，保守性最小。性，保守性最小。位于核小体连接部，功能与位于核小体连接部，功能与染色体构建有关。染色体构建有关。 H H2 2A A、H H2 2B B：含较多赖氨酸，较保守含较多赖氨酸，较保守 H H3 3、H H4 4：含大量精氨酸，非常保守含大量精氨酸，非常保守 在细

9、胞合成周期的在细胞合成周期的“S S期期”与与DNADNA同时合成同时合成2 2、组蛋白（、组蛋白（histonehistone）染色质中除组蛋白以外所有蛋白质的统称。染色质中除组蛋白以外所有蛋白质的统称。特性：特性： （1 1）酸性蛋白：含酸性蛋白：含AsnAsn（天冬）、（天冬）、GluGlu（谷）等，（谷）等，带负电带负电; ;数量少、种类多，有种属和组织特异性数量少、种类多，有种属和组织特异性。在整个细胞周期内合成。在整个细胞周期内合成。 （2 2）真核转录调控因子，与基因选择性表达有关真核转录调控因子，与基因选择性表达有关；对；对DNADNA的结构域起组织作用。的结构域起组织作用。3

10、 3、非组蛋白、非组蛋白 组蛋白与非组蛋白的比较组蛋白与非组蛋白的比较 组蛋白组蛋白 非组蛋白非组蛋白 碱性蛋白质碱性蛋白质 酸性蛋白质酸性蛋白质(Asp,Glu)(Asp,Glu) 带正电荷带正电荷 带负电荷带负电荷 有五种类型有五种类型 种类繁多种类繁多（H1H1、 H3 H3、H4H4、H2AH2A、H2BH2B）（有）（有500500多种）多种） 在在S S期合成期合成 在整个周期中均能合成在整个周期中均能合成 抑制抑制DNADNA的转录的转录 促进促进DNADNA复制和转录复制和转录 氨基酸序列保守氨基酸序列保守常染色质常染色质异染色质异染色质（二）常染色质与异染色质（二）常染色质与

11、异染色质间期染色质按其染色特性和形态特征分间期染色质按其染色特性和形态特征分两类：两类：常染色质常染色质和和异染色质异染色质。常染色质常染色质enchromatinenchromatin（伸展染色质（伸展染色质 、功能性染、功能性染色质）：色质）：无明显螺旋和盘曲、染色浅无明显螺旋和盘曲、染色浅、功能上活跃。多在、功能上活跃。多在S S期的早期的早、中期复制。、中期复制。异染色质异染色质是间期核中处于是间期核中处于功能惰性呈凝缩状态染色功能惰性呈凝缩状态染色质纤维质纤维无转录活性，用碱性染料无转录活性，用碱性染料染色时着色较深的染色质染色时着色较深的染色质组分。组分。多位于核周近核膜处。多位于

12、核周近核膜处。巴氏小体巴氏小体X X染色质数目染色质数目X X染色体数染色体数1 1（二）常染色质与异染色质（二）常染色质与异染色质常染色质常染色质异染色质异染色质螺旋缠绕程度螺旋缠绕程度 螺旋程度低，呈螺旋程度低，呈疏松的纤维状疏松的纤维状螺旋程度高，呈螺旋程度高，呈团块状团块状间期染色深度间期染色深度 染色浅染色浅染色深染色深间期核中的分间期核中的分布布主要分布于主要分布于核中核中央央主要分布于主要分布于核周核周边边转录活性转录活性转录活性高转录活性高转录活性低转录活性低复制时间复制时间S S期的早、中期期的早、中期S S晚期晚期nucleosomes (10 nm)condensed f

13、orm (30 nm)（三）染色质组装成染色体（三）染色质组装成染色体1 1、核小体是染色体的基、核小体是染色体的基本结构单位本结构单位 核小体：染色体组装核小体：染色体组装的一级结构的一级结构 200bpDNA + 200bpDNA + 组蛋白八组蛋白八聚体聚体 将将DNADNA分子长度压缩了分子长度压缩了约约7 7倍倍球状组蛋白核心球状组蛋白核心H4DNADNA双螺旋双螺旋(140-160(140-160bpbp、1.751.75圈）圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm连接连接DNADNA（50-60bp50-60bp） H1 H1核小体

14、核小体核心部核心部连接部连接部DNADNA分子：分子：140-140-160160bpbp、1.751.75圈圈组组 蛋蛋 白：白：2 2（H H2 2A A、H H2 2B B、H H3 3、H H4 4）八）八聚体聚体组 蛋 白：H1DNA分子：5060bp核小体核小体染色体的一级结构染色体的一级结构核小体核小体29 30nm和11nm染色质纤维 2 2、核小体进一步螺旋形成螺线管、核小体进一步螺旋形成螺线管 螺旋管是在组蛋白螺旋管是在组蛋白H1H1协助下，协助下，6 6个核小体缠绕一个核小体缠绕一圈形成的中空性管圈形成的中空性管. . 外外30nm; 30nm; 内内10nm,10nm,

15、组蛋白组蛋白H1H1位位于螺旋管内侧。将串珠状小体长度压缩了约于螺旋管内侧。将串珠状小体长度压缩了约6 6倍；倍； 内内10nm10nm 外外30nm30nm组蛋白组蛋白DNAH1组蛋白组蛋白八聚体八聚体螺线管顶面观螺线管顶面观（直径（直径30nm30nm）螺线管侧面观螺线管侧面观多级螺旋化模型（多级螺旋化模型（multiple coiling model） 一级结构一级结构核小体；核小体； 二级结构二级结构螺线管；螺线管； 三级结构三级结构超螺线管（超螺线管（supersolenoid）：）：由螺线管由螺线管 进一步螺旋化形成的圆筒状结构进一步螺旋化形成的圆筒状结构 ； 四级结构四级结构染色

16、单体（染色单体（chromatid）：）：超螺线管进一超螺线管进一 步螺旋折叠形成。步螺旋折叠形成。Cell Nucleus关于螺线管如何进一步包装成染色体，目前有两种关于螺线管如何进一步包装成染色体，目前有两种模型：模型：多级螺旋化模型多级螺旋化模型和和染色体骨架染色体骨架-放射环模型放射环模型。多级螺旋化模型多级螺旋化模型 超螺旋管超螺旋管为染色质的三级结构，它是由为染色质的三级结构，它是由螺旋管进一步盘曲而形成。将螺旋管长度压螺旋管进一步盘曲而形成。将螺旋管长度压缩了缩了4040倍。倍。 四级结构：四级结构：染色单体染色单体, , 超螺旋管进一步超螺旋管进一步折叠又被压缩了折叠又被压缩了5 5倍。倍。 压缩压缩7 7倍倍 DNA 核小体 螺线管螺线管 超螺线管超螺线管 染色质组装的多级螺旋化模型染色质组装的多级螺旋化模型 Cell Nucleus2.染色体染色体骨架骨架-放射环模型放射环模型（scaffold radial loop structure model） 一级结构一级结构核小体；核小体； 二级结构二级结构螺线管（螺线管（30nm染色质纤维）。染色质纤维）。袢环结构袢环