第10章-细胞核与染色体.ppt
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1、第8章 细胞信号转导第9章 细胞骨架第11章 核糖体第12章 细胞增殖及其调控 第13章 程序性细胞死亡与细胞衰老 第14章 细胞分化与基因表达调控第15章 细胞社会的联系,第1章 绪 论第2章 细胞的统一性与多样性第3章 细胞生物学研究方法第4章 细胞质膜第5章 物质的跨膜运输第6章 细胞的能量转换第7章 真核细胞内膜系统,第10章 细胞核与染色体,细 胞 生 物 学,2021/6/7,2,第10章:细胞核与染色体,第一节 核被膜与核孔复合体 第二节 染色质第三节 染色质结构与基因活化第四节 染色体第五节 核仁 第六节 核基质(略),2021/6/7,3,2021/6/7,4,细胞核 (nu
2、cleus),是细胞内储存遗传物质的场所。真核生物的细胞都有细胞核, 只有成熟的红细胞和植物成熟的筛管没有细胞核。细胞核主要有两个功能: 一是通过遗传物质的复制和细胞分裂保持细胞世代间的连续性(遗传); 二是通过基因的选择性表达, 控制细胞的活动。,2021/6/7,5,细胞核,2021/6/7,6,第一节 核被膜与核孔复合体,一、 核被膜(nuclear envelope),2021/6/7,7,核被膜的结构,2021/6/7,8,核被膜的功能,核质之间天然选择性屏障细胞核内外物质交换和信息交流,2021/6/7,9,二、核孔( nuclear pore ),核被膜上有许多孔,称为核孔,是细
3、胞核膜上沟通核质与胞质的开口,由内外两层膜的局部融合所形成,核孔的直径为80-120nm,2021/6/7,10,二、核孔复合体 nuclear pore complex,2021/6/7,11,扫描电镜观察的核孔复合物照片,2021/6/7,12,(三) 核孔复合体的功能,进行物质运输: 包括主动运输和被动运输,2021/6/7,13,被动运输 主动运输 信号引导 双向性,核孔运输特点,2021/6/7,14,nuclear pore complexs,定义:核孔复合体,是一组蛋白质颗粒以特定的方式排布形成的轮形结构,呈现8面对称,是核质交换的双向选择性亲水通道。,2021/6/7,15,细
4、胞核外核膜常常与下列的那个细胞器相连通,A 光面内质网 B 高尔基体 C 糙面内质网D 溶酶体,2021/6/7,16,下列哪种细胞器的外膜表面常附着有核糖体颗粒,a. 线立体b. 细胞核c. 光面内质网d. 叶绿体,2021/6/7,17,真核细胞中下列哪种细胞器或细胞结构上不可能有多聚核糖体存在。,A. 内质网B. 细胞质基质C. 细胞核膜D. 细胞质膜,2021/6/7,18,Which of the following organelles have a double membrane with pores?,A. peroxisomeB. golgi apparatusC. lyso
5、someD. nucleus,2021/6/7,19,自学,下节课提问,第十章 细胞核与染色体:第二节 染色质,2021/6/7,20,翻译并名称解释,Chromatin krumtinChromosome krumsumGenome di:nummicrosatellite DNAHistone histunNucleosome nju:klisumeuchromatin ju:krumtinHeterochromatin .hetrkrumtin,2021/6/7,21,问答题,1 简述核小体的结构模型。2 哪些试验证据支持该结构模型?,2021/6/7,22,可作为重要的遗传标志,用于构
6、建遗传图谱的DNA序列是:,A、微卫星DNAB、小卫星DNAC、卫星DNAD、短散在重复元件,2021/6/7,23,非组蛋白能识别特异的DNA序列,识别位点存在于:,A、DNA核苷酸序列本身 B、DNA双螺旋的大沟部分C、DNA双螺旋的小沟部分D、富含AT的DNA片段,2021/6/7,24,迄今发现的 最简单、最普遍的序列特异性DNA结合蛋白的结构模式是:,A、螺旋-转角- 螺旋模式B、锌指模式C、亮氨酸拉链模式 D、螺旋-环-螺旋模式,2021/6/7,25,用非特异性微球核酸酶消化裸露的DNA时,将产生:,A、大约200bp的片段 B、大约200bp整数倍的片段C、随机大小的片段群体
7、D、大约146数倍的片段,2021/6/7,26,染色质包装的一级结构是:,A、DNA双螺旋B、核小体串珠结构C、螺线管结构D、超螺线管结构,2021/6/7,27,组蛋白八聚体是由( )组成,A、H2A、H2B、H3、H4各两个分子B、H2A、H2B各四个分子C、H3、H4各四个分子D、H2A、H2B、H3、H4各1分子以及4分子H1,2021/6/7,28,The histone protein that attaches to DNA strands between nucleosomes is _.,A. H2AB. H3C. H1D. H2BE. H4,2021/6/7,29,Dat
8、a are consistent with a model that shows nucleosomes packing together to form a coil. This is called a _.,A. ChromatidB. ChromosomeC. Solenoid sulinidD. 30 nm fiber,2021/6/7,30,If a small chromosome consists of 500,000,000 nucleotides, how many nucleosomes will attach to that chromosome?,A. 500,000,
9、000B. 2,500,000C. noneD. 1000,2021/6/7,31,The histone protein that joins with H2B to form one tetramer( tetrm 四聚体)subunit of a nucleosome is _.,A. H4B. H2AC. H1D. H3E. H2B,2021/6/7,32,The histone protein that joins with H3 to form another tetramer subunit of a nucleosome is _.,A. H4B. H2BC. H2AD. H3
10、E. H1,2021/6/7,33,a. 经常存在的染色质b. 染色很深的染色质c. 不呈异固缩的染色质d. 呈现异固缩的染色质,常染色质是()。,2021/6/7,34,下列哪项代表了染色体结构中由最低至最高的压缩过程?,a. 核小体30nm 纤维超螺旋管染色单体b. 核小体超螺旋管30nm纤维染色单体c. 核小体30nm纤维染色单体超螺旋管d.染色单体30nm纤维超螺旋管核小体,2021/6/7,35,Each chromosome consists of two identical:,A. genesB. nucleiC. chromatidsD. bases,2021/6/7,36,第
11、二节 染色质(chromatin),染色质的概念及化学组成 染色质的基本结构单位核小体(nucleosome) 染色质包装的结构模型 常染色质和异染色质,2021/6/7,37,一、染色质的概念,染色质(Chromatin):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, 由染色质紧密包裹而成的棒状结构。染色体与染色质比较:在化学本质上没有差异在构型上不同是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同表现形式。,2021/6/7,38,二、染色质 DNA,基因组(genome):一个
12、生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息,称为该生物的基因组。基因组大小通常随物种的复杂性而增加 基因组中两类遗传信息 编码序列 调控序列,2021/6/7,39,物种 基因组大小 平均基因长(bp) 基因数目 大肠杆菌 4.2106bp, 1.2Kb 约2 350酵母 1.3107bp 1.4Kb 约6 100 果蝇 1.4108bp 11.3Kb 约8 750 人 3109bp 16.3Kb 约3-4万? ?,几种生物基因组比较,2021/6/7,40,染色质DNA的类型,非重复序列DNA(单一序列或1-5个拷贝):编码序列中度重复DNA序列 (拷贝数在10个以上的序列称为重复序列,重复次数在
13、102-105为中度重复序列)短散在重复元件(short interspersed elements,SINEs)长散在重复元件(long interspersed elements,LINEs)高度重复DNA序列 (重复次数在105以上),2021/6/7,41,高度重复DNA序列,卫星DNA(satellite DNA),主要分布在染色体着丝粒部位;小卫星DNA(minisatellite DNA),又称数量可变的的串联重复序列,常用于DNA指纹技术(DNA finger-printing)作个体鉴定;微卫星DNA(microsatellite DNA)重复单位序列最短(16个核苷酸),由
14、1050个重复单位串联组成。在整个基因组中分布广且密度高,具高度多态性,在遗传上高度保守,为重要的遗传标志,用于构建遗传图谱,2021/6/7,42,三种构型 DNA,B型DNA(右手双螺旋DNA);活性最高的DNA构象;A型DNA,B型DNA的重要变构形式,仍有活性;Z型DNA,Z型DNA是左手螺旋,B型DNA的另一种变构形式,活性明显降低,2021/6/7,43,DNA构型的生物学意义,沟(特别是大沟)的特征在遗传信息表达过程中起关键作用沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别三种构型的DNA处于动态转变之中DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的,这种变化在DNA复制与转录中
15、具有重要的生物学意义。,2021/6/7,44,负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读。分成两类:组蛋白与非组蛋白,三、染色质蛋白,2021/6/7,45,组蛋白 (histone),定义:是真核生物染色体的基本结构蛋白, 是一类小分子碱性蛋白质,有5种类型, 即H1、H2A、H2B、H3、H4,它们富含带正电荷的碱性氨基酸,能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。,2021/6/7,46,2021/6/7,47,核小体组蛋白(nucleosomal histone), 包括H2A、H2B、H3和H4,作用是与 DNA组装成核小体 H1不参加核小体的组建,在构成核小体时起 连接作用,并赋予
16、染色质以极性。,组蛋白的功能,2021/6/7,48,概念: 是指细胞核中组蛋白以外的蛋白质。特性: 非组蛋白具多样性和异质性对DNA具有识别特异性,又称序列特异性 DNA结合蛋白。识别的信息来源于DNA核苷酸序列的本身, 识别位点存在于DNA双螺旋的大沟部分 具有多种功能,包括基因表达的调控和染 色质高级结构的形成。呈酸性、带负电荷。,非组蛋白(nonhistone proteins),2021/6/7,49,除了一些酶的特殊功能外,非组蛋白还具有以下功能参与染色体的构建;启动DNA的复制;调控基因的表达。,非组蛋白的功能,2021/6/7,50,非组蛋白参与染色体构建,2021/6/7,5
17、1,序列特异性DNA结合蛋白的结构特征,螺旋-转角-螺旋模式(helix-turn-helix motif) 最简单、最普遍锌指模式(Zinc finger motif) 亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif,ZIP)螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif,HLH) HMG-框结构模式(HMG-box motif),2021/6/7,52,结构特征,2021/6/7,53,四、核小体(nucleosome),核小体的结构要点: 由200bp左右的DNA超螺旋和组蛋白结合而成; 其中四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4 )各2分子组成 八聚体的
18、小圆盘,是核小体的核心结构; 146个碱基对的DNA绕在小圆盘外外面1 .75圈。每一 分子的H1与DNA结合, 起稳定核小体结构的作用; 两相邻核小体之间以连接DNA相连, 长度为0-80bp不等。,2021/6/7,54,核小体的结构模型,2021/6/7,55,在20世纪70年代初期, 发现用非特异性的核酸酶处理染色质, 大多数DNA都会形成长度为200bp的片段。如果用同样的核酸酶处理裸露的DNA, 产生随机大小的DNA片段。据此推测染色体DNA中除了某些位点外, 受到了保护, 使核酸酶不能随机切割, 并推测这种保护作用与DNA结合的蛋白质有关。 1974年, 美国哈佛大学的Kornb
19、erg R提出:DNA和组蛋白组成重复的亚单位:核小体。,证据,2021/6/7,56,用低离子浓度的溶液处理染色质,可选择性地除去组蛋白H1。在电子显微镜下观察用盐处理的染色质时,可见到核小体核心颗粒和连接DNA是分开的,为串珠状结构。,2021/6/7,57,核小体的三维结构,2021/6/7,58,SV40 minichromosome,2021/6/7,59,2021/6/7,60,核小体 (nucleosome),定义:是染色质的基本结构单位。由200个(160-240)左右碱基对的DNA和五种组蛋白结合而成。其中四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各2 分子组成八聚体的小圆盘,
20、是核小体的核心结构。146个碱基对的DNA包绕在小圆盘外面绕1 1.75圈。每一分子的H1与DNA结合, 锁住核小体DNA的进出口, 起稳定核小体结构的作用。两相邻核小体之间以连接DNA相连, 连接DNA的长度变化不等, 因不同的种属和组织而异, 但通常是60个碱基对。,2021/6/7,61,五、染色体的组装(chromosome packing),核小体(nucleosome) (一级)螺线管(solenoid) (二级)超螺线管(supersolenoid) (三级)染色体(chromosome) (四级) 从核小体开始到染色体, DNA总共压缩: 压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5
21、倍 DNA 核小体螺线管超螺线管染色单体,2021/6/7,62,染色质30nm螺线管装配,核小体通过自身形成螺旋的方式形成致密的、外径为30nm的管状结构,称为螺线管。从核小体到螺线管压缩了6倍。,2021/6/7,63,从螺线管到超螺线管的包装30nm的染色质纤维沿染色体骨架蛋白形成直径为300nm的放射环,然后进一步压缩成直径为700nm的超螺线管。,2021/6/7,64,染色体组装(视频),一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,2021/6/7,65,DNA包装成染色体的比例:一般为10000倍左右, 因有丝分裂期的1m长度的染色体通常含有1cm长度的DNA,1号染色体中的双螺旋D
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