八章细胞核与染色体精选课件.ppt
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- 细胞核 染色体 精选 课件
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1、第八章细胞核与染色体 Nucleus&Chromosome Nucleus&Chromosome1781年年Trontana发现于鱼类细胞;发现于鱼类细胞;1831年,年,Brown发现于植物。发现于植物。大小:低等植物大小:低等植物14m,高等植物高等植物5-20 m,动物动物5-10m。常以核质比来估算核的大小。常以核质比来估算核的大小。形状:圆形,胚乳细胞形状:圆形,胚乳细胞(网状)蝶类丝腺细胞网状)蝶类丝腺细胞(分支状分支状)。位置:细胞中央,成熟植物细胞的边缘。位置:细胞中央,成熟植物细胞的边缘。数目:通常一个,成熟的筛管和红细胞(数目:通常一个,成熟的筛管和红细胞(0)、肝细胞、)
2、、肝细胞、心肌细胞心肌细胞(1-2)、破骨细胞)、破骨细胞(650)、骨骼肌细胞)、骨骼肌细胞(数百)、数百)、植物毡绒层细胞植物毡绒层细胞(24)。1 2Nuclear Envelope,位于间期细胞核的最外层,是细胞位于间期细胞核的最外层,是细胞核和细胞质之间的界膜。核和细胞质之间的界膜。生物学意义:一方面构成核、质之间的天然选择性屏生物学意义:一方面构成核、质之间的天然选择性屏障;避免生命活动的彼此干扰;保护障;避免生命活动的彼此干扰;保护DNA不受细胞骨不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤。架运动所产生的机械力的损伤。另一方面介导核质之间的物质交换与信息交流另一方面介导核质之间的物质交
3、换与信息交流。31.1.1Structure外核膜外核膜outer nuclear membrane,附有核糖体附有核糖体颗粒颗粒内核膜内核膜inner nuclear membrane,有特有的蛋有特有的蛋白成份(如白成份(如LBR)核纤层核纤层nuclear lamina核周间隙核周间隙perinuclear space核孔核孔nuclear pore 4主要有以下三方面的意义主要有以下三方面的意义:基因表达的时空隔离基因表达的时空隔离核膜作为保护性屏障核膜作为保护性屏障,使核处于一微环境中使核处于一微环境中染色体的定位和酶分子的支架染色体的定位和酶分子的支架核被膜的形成对细胞生命活动的意
4、义核被膜的形成对细胞生命活动的意义 51.既有被动运输既有被动运输,又有主动运输又有主动运输2.核孔运输的双向性核孔运输的双向性3.核孔运输的信号指导核孔运输的信号指导 核孔的运输作用核孔的运输作用 从细胞核向细胞质运输需要从细胞核向细胞质运输需要5帽子结构的试验证明帽子结构的试验证明 51.1.2核被膜在细胞周期中的崩解与装配核被膜在细胞周期中的崩解与装配新核膜来自旧核膜,且核被膜的去组装是非随机的,具新核膜来自旧核膜,且核被膜的去组装是非随机的,具有区域特异性有区域特异性domain-specific。7 第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原,序列为:pro-pro-lyslys-l
5、ys-Arg-Lys-val。146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.既有被动运输,又有主动运输高分辩率扫描电镜观察的核孔复合物照片既有被动运输,又有主动运输核小体沿DNA的定位受不同因素的影响,进而通过核小体相位改变影响基因表达。根据资料推测,NPC的中央通道在介导被动运输时直径约为9nm,相当于可以允许60kDa以下的球形蛋白自由通过;不同RNA的出核转运:受体为importin(输入蛋白)。核孔直径80-120nm,NPC的直径120-150nm.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fish-trap(捕鱼笼/鱼篮模型)model。在真核细胞中,每条未复制的染
6、色体包装一条DNA分子。一级结构:核小体Nucleosome H1是多样性,具有一定的属(genus)和组织特异性。146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.在真核细胞中,每条未复制的染色体包装一条DNA分子。内外核膜在某些部位相互融合,形成环状开口,称内外核膜在某些部位相互融合,形成环状开口,称为核孔为核孔Nuclear pore,在核孔上镶嵌着由多种蛋白质构在核孔上镶嵌着由多种蛋白质构成的复杂结构,称为核孔复合体成的复杂结构,称为核孔复合体Nuclear Pore Complex,NPC。一般哺乳动物细胞平均有一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。个核孔。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数
7、目较多,反之较少。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多,反之较少。8核孔直径核孔直径80-120nm,NPC的直径的直径120-150nm.研究研究NPC形态结构的经典方法:超薄切片技术;负染形态结构的经典方法:超薄切片技术;负染色技术;冷冻蚀刻技术。色技术;冷冻蚀刻技术。20世纪世纪80年代后,年代后,SEM技术和快速冷冻技术和快速冷冻-冷冻干燥技冷冻干燥技术的应用,为术的应用,为NPC结构研究提供条件。结构研究提供条件。在电镜下观察,核孔是呈圆形或八角形,现在一般认在电镜下观察,核孔是呈圆形或八角形,现在一般认为其结构如为其结构如fish-trap(捕鱼笼捕鱼笼/鱼篮模型)鱼篮模型)mode
8、l。9高分辩率扫描电镜观察的核孔复合物照片 10抽提后核孔核质面的结构(抽提后核孔核质面的结构(SEM)111.胞质环胞质环cytoplasmic ring,外环;外环;2.核质环核质环nuclear ring,内环;内环;3.辐辐spoke,可分三个结构域可分三个结构域柱状亚单位(柱状亚单位(column subunit)腔内亚单位腔内亚单位(luminal subunit)环带亚单位(环带亚单位(annular subunit)4.中央栓中央栓central plug,又称又称transporter。Fish Trap Model呈八重对称分布:呈八重对称分布:核孔复合物的结构模型核孔复合
9、物的结构模型中央运输蛋白伸出的8个辐条与胞质环和核质环相连,另有8个篮和8个细胞质颗粒在核孔复合物中呈现8重对称分布。12构成核孔复合体的蛋白统称为构成核孔复合体的蛋白统称为“核孔蛋白核孔蛋白”nucleoporin,Nup。核孔复合体主要由蛋白质构成,其总相对分子质量核孔复合体主要由蛋白质构成,其总相对分子质量约为约为125106,推测可能含有,推测可能含有100余种不同的多肽,共余种不同的多肽,共1 000多个蛋白质分子。多个蛋白质分子。13内核膜inner nuclear membrane,有特有的蛋白成份(如LBR)内外核膜在某些部位相互融合,形成环状开口,称为核孔Nuclear po
10、re,在核孔上镶嵌着由多种蛋白质构成的复杂结构,称为核孔复合体Nuclear Pore Complex,NPC。在真核细胞中,每条未复制的染色体包装一条DNA分子。高分辩率扫描电镜观察的核孔复合物照片真核生物染色体的基本结构蛋白,带正电荷(?),富含Arg,Lys,属碱性蛋白,共5种,分为:1核被膜是双层膜结构内外核膜在某些部位相互融合,形成环状开口,称为核孔Nuclear pore,在核孔上镶嵌着由多种蛋白质构成的复杂结构,称为核孔复合体Nuclear Pore Complex,NPC。受体为importin(输入蛋白)。是一个信号识别与载体介导的过程,需要消耗能量,并表现出饱和动力学特征;
11、在真核细胞中,每条未复制的染色体包装一条DNA分子。Chromatin&Chromosome根据资料推测,NPC的中央通道在介导被动运输时直径约为9nm,相当于可以允许60kDa以下的球形蛋白自由通过;核质环nuclear ring,内环;高分辩率扫描电镜观察的核孔复合物照片 第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原,序列为:pro-pro-lyslys-lys-Arg-Lys-val。3The function of NPCNuclear Envelope,位于间期细胞核的最外层,是细胞核和细胞质之间的界膜。一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研
12、究.14NPC的功能:核质的功能:核质交换的双向、双功能、交换的双向、双功能、选择性亲水性通道。选择性亲水性通道。双向:入核、出核;双向:入核、出核;双功能:被动运输、双功能:被动运输、主动运输。主动运输。15(一一)通过通过NPC的被动运输的被动运输根据资料推测,根据资料推测,NPC的中央通道在介导被动运输时的中央通道在介导被动运输时直径约为直径约为9nm,相当于可以允许相当于可以允许60kDa以下的球形蛋以下的球形蛋白自由通过;白自由通过;由于各种因素的影响,并不是所有直径由于各种因素的影响,并不是所有直径10nm以下以下的分子在核被膜两侧均匀分布;的分子在核被膜两侧均匀分布;16(二二)
13、通过通过NPC的主动运输的主动运输1.选择性和双向性选择性和双向性对运输颗粒大小的限制:有效功能直径可被调节对运输颗粒大小的限制:有效功能直径可被调节约约1020nm,甚至可达甚至可达26nm;是一个信号识别与载体介导的过程,需要消耗能是一个信号识别与载体介导的过程,需要消耗能量,并表现出饱和动力学特征;量,并表现出饱和动力学特征;具有选择双向性,即选择性地对不同的物质进行具有选择双向性,即选择性地对不同的物质进行核输入或核输出核输入或核输出。17NPC主动运输的双向性主动运输的双向性 182.亲核蛋白与核定位信号亲核蛋白与核定位信号亲核蛋白(亲核蛋白(karyophilic protein)
14、:在细胞质内合成在细胞质内合成后,需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质后,需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质.核定位信号(核定位信号(nuclear localization signal,NLS):):引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。受体为引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。受体为importin(输入蛋白输入蛋白)。第一个被确定的第一个被确定的NLS是病毒是病毒SV40的的T抗原,序列为:抗原,序列为:pro-pro-lyslys-lys-Arg-Lys-val。NLS对连接的蛋白质无特殊要求,可存在于亲核蛋白的不同部对连接的蛋白质无特殊要求,可存在于亲核蛋白的不同部位,
15、完成输入后不被切除。位,完成输入后不被切除。Ran蛋白,一类蛋白,一类G蛋白,调节货物复合体的解体或蛋白,调节货物复合体的解体或形成。形成。19T抗原抗原NLS突变实验突变实验富含赖氨酸的核定位信号是输入蛋白的一个重要特征进入细胞核进入细胞核 保留在细胞质保留在细胞质 20核质蛋白输入细胞核的实验核质蛋白输入细胞核的实验 这一实验结果说这一实验结果说明尾部具有核定明尾部具有核定位信号位信号,并且只要并且只要有一个尾部结构有一个尾部结构,就可将全部的头就可将全部的头部带入细胞核部带入细胞核 21 第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原,序列为:pro-pro-lyslys-lys-Arg-L
16、ys-val。DNA finger-printing作个体鉴定组成:DNA、组蛋白Histone、非组蛋白Nonhistone、少量RNA。真核生物染色体的基本结构蛋白,带正电荷(?),富含Arg,Lys,属碱性蛋白,共5种,分为:既有被动运输,又有主动运输核膜作为保护性屏障,使核处于一微环境中Nuclear Envelope,位于间期细胞核的最外层,是细胞核和细胞质之间的界膜。螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif,HLH)核定位信号(nuclear localization signal,NLS):引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。高分辩率扫描电镜观察的核孔
17、复合物照片受体为importin(输入蛋白)。一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。NPC主动运输的双向性非组蛋白和DNA不同的结合模式核小体颗粒是直径为11nm、高6.亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif,ZIP)RNApol III转录的5s rRNA与tRNA的核输出由蛋白质介导;(H4)2四聚体,然后再与两个H2AH2B异二聚体结合形成八聚体人体的一个细胞核中有23对染色体,每条染色体的DNA双螺旋若伸展开,平均长为5cm,核内全部DNA连结起来约1.核小体沿DNA的定位受不同因素的影响,进而通过核小体相位改变影响基因表达。0nm的扁园柱体,具有二分对称性。图图 亲
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