最新医学细胞生物学第八章细胞核和染色体PPT课件.ppt

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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑五成群，聚在大树下，或站着

2、，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑强子，别跑了，快来我给你扇扇了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你你看热的，跑什么？看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国

3、已有三千年多年的历史。取材的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过

4、了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅道，袅细胞核细胞核1 细胞核概述1 核被膜1 染色质与染色体1 核仁与核糖体的发生1 核骨架1 细胞核与疾病核膜的化学组成核被膜是间期细胞核与细胞质间的界膜，使细胞核成为一个相对独立的体系。 核膜的化学成分：蛋白质和脂类 核膜的化学成分与粗面内质网极为相似核膜的结构核被膜是由两层平行但不连续的非对称性单位膜构成的，包括外核膜、内核膜、核周间隙、核孔复合体以及核纤层等结构.外核膜(outer nuclear membrane) 面向细胞质，与粗面内质网

5、膜连续，使核周腔与内质网腔相通 表面结合核糖体，是粗面内质网的特化区域 外核膜的胞质面常附着有细胞骨架成分（IF和MT），与细胞核的形态和细胞内的定位有关。核膜的结构外核膜与细胞质骨架的联合作用 面向核质，表面光滑，无核糖体附着； 内侧衬以核纤层蛋白形成的骨架网络体系； 内外核膜在局部区域融合形成核孔。内核膜(inner nuclear membrane)核膜的结构核周间隙(perinuclear space)核膜的结构 内外核膜之间的部分 与粗面内质网腔相连续 核质间的缓冲区 内外核膜融合形成的小孔 核孔数量与细胞活力成正相关 核孔并非单纯的小孔，而是由蛋白质构成的复杂结构，称为核孔复合体。

6、核孔(nuclear pore)核膜的结构核膜的功能区域化作用1. 核膜作为核与质的界膜，使细胞的遗传物质有了一个相对稳定的内环境，保证了DNA复制、转录的精确性与高效性；2. 真核细胞核膜的出现将RNA转录和蛋白质翻译在时间和空间上分隔开，即细胞核内转录的RNA前体必须进行加工修饰成熟后，才能输出到细胞质中指导蛋白质的合成，这一机制使基因表达更具可调控性。核膜的功能区域化作用1. 核膜作为核与质的界膜，使细胞的遗传物质有了一个相对稳定的内环境，保证了DNA复制、转录的精确性与高效性；2. 真核细胞核膜的出现将RNA转录和蛋白质翻译在时间和空间上分隔开，即细胞核内转录的RNA前体必须进行加工修

7、饰成熟后，才能输出到细胞质中指导蛋白质的合成，这一机制使基因表达更具可调控性。核/质间物质交换大分子物质的出核转运与入核转运核膜的功能 核膜的化学组成、结构及功能 核孔复合体及其功能 核纤层的结构及其功能核被膜(Nuclear Membrane)核孔复合体（Nuclear Pore Complex）的结构核孔复合体及其功能 核孔是内外核膜局部融合形成，是沟通核、质的通道 核孔具有复杂的结构，由一组蛋白颗粒按特定的方向排列形成八面对称的复合体，称为核孔复合体(Nuclear Pore Complex)核孔复合体（Nuclear Pore Complex）的结构核孔复合体及其功能NPC的捕鱼笼式结

8、构模型 核孔复合体的捕鱼笼式 结构模型，由胞质环、核质 环（核篮）、辐、中央栓及 若干短纤维组成。 核孔复合体的核质面和 胞质面结构是不对称的，说 明其功能也具不对称性，表 现为核孔双向运输能力的差 异。核孔复合体（Nuclear Pore Complex）的结构核孔复合体及其功能电镜下的核孔复合体电镜下的核孔复合体核孔复合体（Nuclear Pore Complex）的结构核孔复合体及其功能核孔复合体的功能介导核质间物质交换核孔复合体及其功能8 NPC是核质间物质交换的双向、选择性、亲水通道，可通过主动运输或被动运输来实现物质转运。1、无机离子和小分子物质（直径10nm）可通过被动运输自由转

9、运；2、生物大分子物质(蛋白质、RNA等)可以通过主动运输进行转运。EE载体信号信号核孔复合体的功能介导核质间物质交换核孔复合体及其功能1.核输入：亲核蛋白入核机制核定位信号（NLS）8 NPC介导的主动运输是一个信号识别与载体介导的耗能过程，具有饱和性。亲核蛋白是一类在细胞质中合成后，需要或能够进入细胞核中发挥作用的蛋白质，其氨基酸序列中具备核定位信号（NLS），能引导蛋白质通过NPC进入核内。核质胞质入核素入核素亲核蛋白核孔复合体的功能介导核质间物质交换核孔复合体及其功能1.核输出：蛋白质及mRNA的出核机制核输出信号（NES）8 NPC介导的主动运输是一个信号识别与载体介导的耗能过程，具

10、有饱和性。NES介导蛋白质出核运输介导蛋白质出核运输胞质胞质核质核质mRNAmRNA的的55帽帽子结构子结构与核与核 输出输出 核膜的化学组成、结构及功能 核孔复合体及其功能 核纤层的结构及其功能核被膜(Nuclear Membrane) 核纤层是紧贴内核膜内侧的纤维状网络结构，与中间纤维及核骨架相连，并为染色质提供结合位点。核纤层（Nuclear lamina）的结构核纤层的结构与功能 核纤层由A、C两种亚基装配而成并通过B亚基与内核膜相连 核纤层在细胞分裂时 呈现周期性变化。ACB核纤层（Nuclear lamina）的功能核纤层的结构与功能 核纤层在细胞核中起支架作用1、维持核的形态；2

11、、与中间纤维及核骨架形成网络核纤层（Nuclear lamina）的功能核纤层的结构与功能 核纤层参与DNA复制及转录调控 核纤层与核膜重建及染色体凝集关系密切 参与核膜重建：核纤层蛋白通过磷酸化和去磷酸化的作用，在细胞周期中对核膜的崩解和重建起调控作用； 核纤层为染色质提供锚定位点，与染色体凝集有关。核被膜小结 核膜的化学组成（蛋白质和脂类）与rER相似，包括内外核膜、核孔、核周隙、核纤层等结构。 核膜的功能： NPC的捕鱼笼结构模型：胞质环、核质环（核篮）、中央栓、辐等，具不对称性。 核纤层随细胞分裂作周期性变化，具支架作用；参与核膜重建、染色体锚定. 区域化效应（稳定细胞核、转录翻译在时

12、空上的分隔） 核、质物质交换（NPC） 以主动或被动运输方式介导核质间运输 亲核蛋白借助核定位信号完成入核细胞核细胞核1 细胞核概述1 核被膜1 染色质（chromatin）与染色体（chromosome）1 核仁与核糖体的发生1 核骨架1 细胞核与疾病染色质与染色体v 染色质/染色体的化学组成v 常染色质与异染色质v 染色质如何组装成染色体v 中期染色体形态结构v 核型与染色体带型 染色质是间期细胞遗传物质的存在形式，呈细丝状，弥散分布于细胞核内；染色体是细胞分裂过程中，染色质复制后凝聚成的条状、棒状结构。 染色体和染色质是细胞周期不同时相中遗传物质的不同存在形式。 染色体和染色质具有相同的

13、化学组成：DNA、组蛋白、非组蛋白及少量的RNA染色质/染色体的化学组成染色质和染色体 染色质/染色体的化学组成 真核基因线性DNA分子染色质染色体 真核细胞每条染色体均含两条线性DNA分子（姐妹染色单体） 真核细胞内所有染色体集合称为染色体组（2n）间期分裂期基因：能产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部DNA序列启动子启动子exon转录起始点转录起始点intronexonintron终止子终止子增强子增强子 染色质/染色体的化学组成基因组（genome genome ） 染色质DNA的三个功能序列 染色质/染色体的化学组成 染色质/染色体的化学组成染色质DNA的三个功能序列 染色质/染色体

14、的化学组成染色质DNA的三个功能序列多个复制源同时进行DNA复制,形成多个复制叉 染色质/染色体的化学组成（1）DNA复制起始点（复制起始点（ori） （2）着丝粒（）着丝粒（centromere，cen）（3）两个端粒（）两个端粒（telomeres，tel） 组蛋白 类型 Lys/% Arg/% aa数/个 分子量/Da 保守性 种属/组织特异性H1 29 1 215 23 000 低 有H2A 11 9 129 14 000H2B 16 6 125 13 800H3 10 13 135 15 300H4 11 14 102 11 200 高极高染色质/染色体的化学组成核小体组蛋白 无染色

15、体的非组蛋白支架 非组蛋白染色质/染色体的化学组成1、含量最为丰富的非组蛋白v 染色质/染色体的化学组成v 常染色质与异染色质v 染色质如何组装成染色体v 中期染色体形态结构v 核型与染色体带型染色质与染色体常染色质常染色质与异染色质常染色质(E)和异染色质(H)的电镜照片,Nu为核仁常染色质与异染色质异染色质的分类常染色质与异染色质异染色质的分类v 染色质/染色体的化学组成v 常染色质与异染色质v 染色质如何组装成染色体v 中期染色体形态结构v 核型与染色体带型染色质与染色体染色质组装成染色体DNA（2m）染色质 染色体（58um）染色质包装染色质包装染色体包装染色质组装成染色体DNA（2m

16、）染色质 染色体（58um）染色质包装染色体包装染色体包装染色质组装成染色体染色质包装:一级/二级结构二级结构（生理）一级结构（低盐）染色质包装的一级结构：核小体核小体结构示意图（nucleosome）H2A H2B H3 H4组蛋白八聚体146bpDNA，1.75圈 连接DNA，60bp 核小体200bpDNA组蛋白H1稳定核小体染色质组装成染色体染色质包装的二级结构：螺线管二级结构一级结构组蛋白H1染色质组装成染色体染色质包装的二级结构：螺线管H1组蛋白 核小体 染色体的包装染色质（分裂间期）染色体（分裂期）染色质组装成染色体染色体的包装-多级螺旋化模型染色质组装成染色体染色质的包装（间期

17、）染色体的包装（分裂期） 一 二 三 四 DNA 核小体 螺线管 伸展的袢环 浓缩的袢环 染色体v 染色质/染色体的化学组成v 常染色质与异染色质v 染色质如何组装成染色体v 中期染色体形态结构v 核型与染色体带型染色质与染色体中期染色体的结构中期染色体的形态结构 染色单体染色单体 主缢痕、着丝粒与动主缢痕、着丝粒与动粒粒 次缢痕与核仁组织者次缢痕与核仁组织者 随体和端粒随体和端粒中期染色体的形态结构着丝粒及相关结构各类型染色体示意图中期染色体的形态结构着丝粒及相关结构中期染色体的形态结构次缢痕及相关结构原位杂交实验显示人染色体末端的端粒中期染色体的形态结构端粒及其功能癌细胞癌细胞正常正常细胞

18、细胞中期染色体的形态结构特殊类型的染色体果蝇的多线染色体，箭头所指膨松区 域为RNA活跃转录区 多线染色体中的转录区在不同 时相的变化中期染色体的形态结构特殊类型的染色体v 染色质/染色体的化学组成v 常染色质与异染色质v 染色质如何组装成染色体v 中期染色体形态结构v 核型与染色体带型染色质与染色体动物细胞的染色体组核型（染色体组型）核型与染色体带型 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总

19、和称为染色体组型，又称核型 核型分析 染色体G显带技术 核型（染色体组型）核型与染色体带型 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析G显带染色体组型核型与染色体带型核型（染色体组型） 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队

20、、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析借助计算机软件进行核型分析核型与染色体带型核型（染色体组型） 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析核型与染色体带型核型（染色体组型） 一种生物细胞中含有的所有染色体的集合称为染色体组。 用特殊的染色方法使染色体产生明、暗相间的带型，这一技术称为染色体显

21、带技术； 在测量计算和显带的基础上对染色体组进行分组、排队、配对等分析，得到该染色体组中所有染色体在形态、大小、数目等特征的总和称为染色体组型，又称核型 核型分析染色质与染色体小结 染色质/染色体的化学组成：DNA（三个必须功能序列）、组蛋白（核小体组蛋白、H1组蛋白）、非组蛋白 常染色质与异染色质：1、二者的差异（凝集程度、位置、功能）；2、异染色质的分类（结构异染色质、兼性异染色质） 染色质组装为染色体：1、染色质的包装（一级结构核小体、二级结构螺线管）；2、染色体的包装（多级螺旋化模型及骨架-放射环模型） 中期染色体的形态：主缢痕（着丝粒、动粒）；次缢痕（核仁组织者、随体）；端粒；特殊染

22、色体（多线、灯刷染色体） 核型与染色体带型细胞核细胞核1 细胞核概述1 核被膜1 染色质与染色体1 核仁与核糖体的发生1 核骨架1 细胞核与疾病v 核仁为间期细胞核内形成的无膜包被的海绵状球体,12个或多个，核仁常趋向核的边缘，称为“趋边效应”；v 核仁大小与细胞代谢活跃程度呈正相关（干细胞、肿瘤细胞/ /特化细胞如精子、肌细胞、神经细胞）。v 核仁的化学组成为RNA和蛋白质（RNP）及少量的DNA等。核仁与核糖体的发生核仁的形态结构和化学组成核仁的形态结构和化学组成v 电镜下核仁包括：纤维中心和致密纤维组分、颗粒组分。v 纤维中心是包埋于颗粒组分内部的低电子密度的圆形结构，是rDNA的存在部

23、位；v rDNA以袢环的形式伸出染色质，并大量转录形成rRNA，组织形成核仁，因此，每个rDNA袢环就称为一个核仁组织者，位于染色体次缢痕区域；v 人类rDNA位于5条染色体（13、14、15、21，22）上，因此体细胞就有10个rDNA构成纤维中心，参与核仁的形成。核仁与核糖体的发生纤维中心(fc)；致密纤维组分(dfc)；颗粒组分（gc）核仁的形态结构和化学组成v 电镜下核仁包括：纤维中心和致密纤维组分、颗粒组分。v 致密纤维组分电子密度按最高，围绕浅染 的纤维中心呈环形或半月形，含有不同转录阶段的rRNA分子。v 颗粒组分位于核仁的外周，由正在加工的核糖体亚单位构成。核仁与核糖体的发生纤

24、维中心(fc)；致密纤维组分(dfc)；颗粒组分（gc）核仁的功能核糖体亚基的加工rRNA的转录和加工核仁与核糖体的发生核糖体的组装核仁与核糖体的发生核仁的功能核糖体亚基的加工核仁周期v 在进行有丝分裂的细胞中，核仁出现一系列结构和功能的周期性变化，称为核仁周期。v 核仁的周期性变化：1、前期（ rDNA开始收回到染色体中，核仁分散成许多小核仁，染色质凝集形成染色体，rRNA合成停止）；2、中期和后期（rDNA完全收进染色体中，核仁消失）；3、末期（rRNA重新开始合成，形成多个小核仁，并进一步汇合成一个大核仁）核仁与核糖体的发生核仁分散核仁聚合细胞核细胞核1 细胞核概述1 核被膜1 染色质与

25、染色体1 核仁与核糖体的发生1 核骨架1 细胞核与疾病 核骨架（核基质）核骨架的概念经核酸酶消化及盐抽提后，核骨架和DNA纤维相互分离核骨架核骨架的概念 核质核质胞质胞质核基核基质质核纤核纤层层核骨架、核纤层、细胞质骨架的联合作用核骨架核骨架的概念 核骨架的功能核骨架v 核骨架参与DNA的复制v 是DNA的高效精确复制的结构支架v DNA复制必需的酶（DNA聚合酶及拓扑异构酶）与核骨架上特定的位点结合而被激活。DNA附着于核骨架上与此类酶形成复合体，启动复制。核骨架的功能核骨架v 核骨架与基因转录v 某些关键的转录因子与核骨架结合，基因只有结合在核骨架上才能高效转录；v 细胞内三种RNA都在核

26、骨架上合成、其后的成熟过程可能也发生在核骨架。核骨架的功能核骨架v 核骨架参与染色体和核膜的构建v 核骨架为核内染色质DNA的空间构型起维系和支架作用v 可能作为染色体支架参与形成染色体细胞核细胞核1 细胞核概述1 核被膜1 染色质与染色体1 核仁与核糖体的发生1 核骨架1 细胞核与疾病细胞核与疾病细胞核形态异常与肿瘤v 肿瘤细胞通常具有较高的核质比v 细胞核外形不规则v 核仁体积增大，数目增加v 染色质纤维变粗，染色变深v 核孔数目显著增加细胞核与疾病染色体异常与疾病染色体数目、结构变化引起的遗传病21三体综合征（Downs syndrome）18三体综合征（Edwards Syndrome

27、）耳廓低位距离过远鼻子宽大下颚小摇椅底足指2/3、4/5交叠握拳13三体综合征（Trisomy 13, Patau syndrome）多指畸形距离过远鼻宽扁唇颚裂低耳廓卵巢退化综合征（Turners syndrome）核型一般为45 XO,此外还有XO/XX嵌合体Symptoms:Symptoms: Low-set ears, webbed neck, broad chest, non-working ovaries, hypothyroidism, diabetes, vision problems, neuro/cognitive deficiency, congenital heart

28、disease, etc. 9q34与22q11发生易位，形成Ph染色体（费城染色体）v 95%的CML患者含有Ph染色体v Ph染色体是由22号染色体长臂与9号染色体长臂之间的部分区段易位后，所形成的比正常22号染色体更小的染色体。v 易位使原癌基因abl和bcr发生融合，并被激活，使细胞发生癌变。核型一般为47 XXY,少数为48 XXXYSymptoms:Symptoms:Reduced fertility, smaller testicles, gynecomastia (increased breast tissue), rounded body, etc. 核型一般为47 XYYH

29、uman males with a single extra Y chromosome (XYY) do not have any well-defined syndrome, although they tend to be taller than average. Burkitt lymphoma8q24与14q32发生易位猫叫综合征 (Cri-du-Chat-Syndrome)5号染色体短臂缺失Babies with cri-du-chat are usually small at birth, and may have respiratory problems. Often, the

30、larynx doesnt develop correctly, which causes the signature cat-like cry. 镰状细胞贫血症（Hbs）细胞核与疾病基因缺陷与疾病由基因碱基缺陷导致的遗传病由基因碱基缺陷导致的遗传病 苯丙酮尿症（PKU）细胞核与疾病基因缺陷与疾病由基因碱基缺陷导致的遗传病由基因碱基缺陷导致的遗传病细胞核与疾病基因缺陷与疾病由基因碱基缺陷导致的遗传病由基因碱基缺陷导致的遗传病早年衰老综合症(Hutchinson-Gilford Progeria syndrome),又称儿童早老症 由核纤层A基因突变引起细胞核与疾病血友病-凝血因子缺乏白化病 先天性色盲-X染色体辨色基因异常基因缺陷与疾病由基因碱基缺陷导致的遗传病由基因碱基缺陷导致的遗传病由于先天性缺乏酪氨酸酶，黑色素合成发生障碍所导致的遗传性白斑病 细胞核与疾病v 单基因病v 多基因病v 遗传性少年型糖尿病v 动脉粥样硬化症v 原发性高血压v 原发性癫痫精神分裂症基因缺陷与疾病由基因碱基缺陷导致的遗传病由基因碱基缺陷导致的遗传病104 结束语结束语