细胞核翟中和细胞生物学全套省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

n n高分辨率高分辨率“受激发射显微镜受激发射显微镜”（Super-resolution Super-resolution microscopymicroscopy）Imaging chromophores with undetectable Imaging chromophores with undetectable fluorescence by stimulated emission microscopyfluorescence by stimulated emission microscopy要在衍射极限之外成像（比如说为了观察细胞中微小结构）要在衍射极限之外成像（比如说为了观察细胞中微小结构），研究人员迄今为止必需依赖于用荧光发色团对成像目标，研究人员迄今为止必需依赖于用荧光发色团对成像目标进行标识，或依赖于不利用荧光、但灵敏度也要差得多其进行标识，或依赖于不利用荧光、但灵敏度也要差得多其它显微镜技术。现在，来自哈佛大学化学与化学生物学系它显微镜技术。现在，来自哈佛大学化学与化学生物学系一个小组开发出了另外一个技术，被称为一个小组开发出了另外一个技术，被称为“受激发射显微受激发射显微镜镜”，它结合了以前用在其它多光子显微镜中试验技术。，它结合了以前用在其它多光子显微镜中试验技术。该方法灵敏度在包含无标识微管成像和用一个该方法灵敏度在包含无标识微管成像和用一个“chromogenic reporterchromogenic reporter”来监测来监测lacZlacZ基因表示应用中得到展基因表示应用中得到展示。该方法灵敏度比吸收方法高几个数量级，不受样品中示。该方法灵敏度比吸收方法高几个数量级，不受样品中其它发色团干扰，而且适合用于三维切片观察。主要是，其它发色团干扰，而且适合用于三维切片观察。主要是，全部分子都是全部分子都是“受激发射显微镜受激发射显微镜”潜在观察目标，所以它潜在观察目标，所以它可用来对不发荧光物质进行成像观察，如血红蛋白，这些可用来对不发荧光物质进行成像观察，如血红蛋白，这些物质以前用超高分辨率显微镜无法观察。（物质以前用超高分辨率显微镜无法观察。（Letter p.1105;Letter p.1105;News&ViewsNews&Views）第1页第2页n n1781年 Trontana发觉于鱼类细胞；n n1831年，Brown发觉于植物。n n大小：植物14m，动物10m。正常细胞核质比NP0.5，分裂期细胞NP0.5，衰老细胞NP10105 5）。）。n n3 3种构像：种构像：B-DNAB-DNA、Z-DNAZ-DNA、A-DNAA-DNA。n n3 3种基本元素：种基本元素：自主复制序列自主复制序列(ARS)(ARS)；着丝粒序着丝粒序列列(CEN)(CEN)；端粒序列端粒序列(TEL)(TEL)。n nYAC YAC 与与BACBAC：含上述：含上述3 3种成份，用于转基因。种成份，用于转基因。第23页THREETHREE DNADNA CONFORMATIONSCONFORMATIONS第24页主 要 特 征螺 旋 类 型ABZ螺旋直径螺旋方向螺旋值bpbp每圈螺旋垂直升距bp螺旋轴位置大沟小沟23 A右手+34.7o 11.02.56A位于大沟，不穿过碱基对窄而深宽而浅19 A右手+34.6o10.43.38A穿过碱基对宽而深窄而浅12 A左手-30 o12.05.71A位于小沟，不穿过碱基对平坦窄而深第25页THREE KEY REGIONS OF A CHROMOSOME第26页（二二）组组蛋蛋白白n n带正电荷，含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为：n n关键组蛋白（关键组蛋白（core histonecore histone）：）：H2AH2A、H2BH2B、H3H3、H4H4；n n连接组蛋白（连接组蛋白（linker histonelinker histone）：）：H1H1。第27页n n结构：高度保守，尤其是H4。n n关键组蛋白由球形部和尾部组成，球形部借关键组蛋白由球形部和尾部组成，球形部借ArgArg与磷酸二脂骨架间静电作用使与磷酸二脂骨架间静电作用使DNADNA分子缠绕在分子缠绕在组蛋白关键上，形成核小体，尾部含有大量组蛋白关键上，形成核小体，尾部含有大量ArgArg和和LysLys，为转译后修饰部位。，为转译后修饰部位。n nH1多样性，含有属和组织特异性。第28页（三三）非非组组蛋蛋白白n n序列特异性DNA结合蛋白。特征：n n带负电，属酸性蛋白。带负电，属酸性蛋白。n n整个细胞周期都合成，组蛋白只在整个细胞周期都合成，组蛋白只在S S期合成。期合成。n n能识别特异能识别特异DNADNA序列，结合籍氢键和离子键。序列，结合籍氢键和离子键。n n功效：帮助DNA折叠、复制；调整基因表示。第29页二、从二、从DNA到染色体到染色体n n核小体（nucleosome）：一个串珠状结构，由关键颗粒和连结线DNA两部分组成，经过酶消化试验建立。n n核小体单位包含约200bpDNA、一个组蛋白关键和一个H1。第30页由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，组成关键颗粒；DNA分子以左手螺旋缠绕在关键颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；相邻关键颗粒之间为一段60bp连接线DNA。第31页在低盐亲水介质中展开染色质，示串珠状核小体（JA，Gall 1981）第32页n n经过核小体长度压缩7倍，形成11nm纤维。n n电镜下观察用温和方法分离染色质是直径30nm纤维，有两种解释：由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一圈，长度压缩6倍；由核小体纤维Z字形折叠而成，长度压缩40倍。第33页第34页n nsolenoid第35页n n对更高级染色体包装方式，至今尚不明确。n n当前多认为30nm纤维折叠为一系列环（loop）结合在核骨架上（或称染色体骨架），结合点是富含AT区域。第36页Chromatin Packing第37页Chromatin Packing第38页Nucleoid spread with 2 long axes made up of bundles of fibres第39页R Ra ad di ia al l l lo oo op ps s o of f c ch hr ro omma at ti in n i in n u un nd di is sr ru up pt te ed d c ch hr ro ommo os so omme es s第40页human chromosome 2第41页三、异染色质和常染色质三、异染色质和常染色质n n常染色质是含有转录活性染色质，结构疏松，电子密度低。n n异染色质特点：n n凝缩状态，无转录活性、是遗传惰性区。凝缩状态，无转录活性、是遗传惰性区。n n在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩。在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩。n n分为两类：结构异染色质、兼性异染色质分为两类：结构异染色质、兼性异染色质第42页n n雌性哺乳动物细胞中一条异固缩化X染色体。n n人胚胎发育16天后出现巴氏小体。barr body巴氏小体第43页四、染色体四、染色体n n一、染色体相关术语第44页n n核仁组织区（NORs）n n组成核仁，位于染色体次缢痕区，但并非全部次缢痕都是NORs。第45页How a nucleolus is organizedHow a nucleolus is organized第46页端粒（telomere）：由高度重复短序列组成。作用：1.维持染色体稳定性。2.起细胞分裂计时器作用。DNA每复制一次端粒降低50100bp。第47页（二二）染染色色体体数数目目n n性细胞染色体为单倍体，用n表示；n n体细胞为2倍体，以2n表示，还有一些物种染色体成倍增加成为4n、6n、8n等，称为多倍体。n n染色体数目因物种而异。第48页（三）（三）着丝粒结构着丝粒结构n n着丝粒（centromere）和着丝点（kinetochore）是两个不一样概念。n n着丝粒包含3个结构域：n n1.着丝点结构域（kinetochore domain）n n位于着丝粒表面，包含三层板状结构和围绕外层纤维冠(fibrous corona)。第49页n n2.中央结构域n n位于着丝粒结构域下方，含卫星DNA。n n3.配对结构域n n位于着丝粒内层，中期连结染色单体。n n4.着丝点蛋白n n用ACAs发觉着丝粒蛋白主要有6种（CENP A-F）第50页OPinterzone IP第51页n nSatellite DNA(FISH image)第52页Proteins associated with the centromere have been identified using antibodies from scleroderma patients CENP proteins CENP-A centromere-specific histone CENP-B binds central domain satellite DNA CENP-C binds kinetochore CENP-D binds kinetochore CENP-E kinesin-like motor,involved in chromatid segregationCENP-F binds kinetochoreINCENP proteins INCENP-Asister chromatid associationINCENP-Bsister chromatid associationCentromeric proteins 第53页（四四）核核型型与与带带型型n n1.1.核核型型：物物种种中中期期染染色色体体特特征征总总和和（染染色色体体数数目目、大小、形态）。大小、形态）。n n2.2.带带型型：染染色色体体经经理理化化原原因因处处理理后后染染色色，展展现现稳稳定带纹（定带纹（bandband）。）。n n分分带带技技术术分分两两类类：一一类类是是产产生生染染色色带带分分布布在在整整过过染染色色体体长长度度上上如如：QQ、GG和和R R带带，另另一一类类是是局局部部性性显带，如显带，如C C、CdCd、T T和和NN带。带。第54页第55页第56页第57页第58页（五五）几几类类特特殊殊染染色色体体n n1.1.多线染色体：多线染色体：n nBalbiani(1881)Balbiani(1881)发觉于摇蚊幼虫唾腺细胞，特点：发觉于摇蚊幼虫唾腺细胞，特点：n n体积巨大，是因为核内有丝分裂结果；体积巨大，是因为核内有丝分裂结果；n n多线性；多线性；n n体细胞联会；体细胞联会；n n横带纹；横带纹；n n膨突和环。在幼虫发育某个阶段，多线染色体一些膨突和环。在幼虫发育某个阶段，多线染色体一些带区疏松膨大，形成膨突（带区疏松膨大，形成膨突（puffpuff），或巴氏环（），或巴氏环（Balbiani Balbiani ringring）。用）。用HH3 3-UdR-UdR处理细胞，发觉膨突被标识，说明膨处理细胞，发觉膨突被标识，说明膨突是基因活跃转录区域。突是基因活跃转录区域。第59页Polytene chromosomesPolytene chromosomes第60页n n2.2.灯刷染色体灯刷染色体n n见于鱼类、两栖类、爬行类双线期卵母细胞，双见于鱼类、两栖类、爬行类双线期卵母细胞，双线期是卵黄合成旺盛期。染色体主轴两侧有侧环，线期是卵黄合成旺盛期。染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名。侧环是转录活跃区域。状如灯刷，故名。侧环是转录活跃区域。n n3.B3.B染色体染色体n nRandolph Randolph（1928 1928）把生物正常染色体叫做）把生物正常染色体叫做A A染色染色体，把形态和行为不一样为体，把形态和行为不一样为A A染色体超数染色体染色体超数染色体称称B B染色体。染色体。第61页（六六）间间期期染染色色体体n n非随机分布，不一样染色体含有各自分布域，称非随机分布，不一样染色体含有各自分布域，称为染色体域（为染色体域（chromosome territorychromosome territory）。）。n n基因密度高染色体（如基因密度高染色体（如1919号）分布于核中心，基号）分布于核中心，基因密度低（如因密度低（如1818号）分布于核周围区域。号）分布于核周围区域。n n同一染色体上，活动染色质可能位于细胞核中心、同一染色体上，活动染色质可能位于细胞核中心、远着丝点区域、或形成疏松环状结构。远着丝点区域、或形成疏松环状结构。第62页n n(a)12(a)12号染色体红色号染色体红色;14;14号黄色号黄色;15;15号绿色，号绿色，（注意同源染色体分布）（注意同源染色体分布）；n n(b,c)12(b,c)12 号染色体绿色号染色体绿色,1414号红色号红色 ，1515号蓝色；号蓝色；n n(d)(d)染色体域模式图染色体域模式图小鼠淋巴细胞染色体空间分布（LA.Parada 和T Misteli）第63页第三节第三节 核仁核仁n n间期细胞核内呈圆球形结构，普通12个。功效是转录rRNA和组装核糖体亚单位。n n蛋白合成旺盛和分裂增殖较快细胞有较大和较多核仁，反之核仁很小或缺如。n n核仁在分裂前期消失，末期又重新出现。第64页一一、核核仁仁形形态态n n纤维中心：是致密纤维包围低电子密度圆形结构，主要成份为RNA聚合酶和rDNA。n n致密纤维组分：呈环形或半月形包围FC，由致密纤维组成，是新合成RNP。n n颗粒组分：由直径15-20 nm颗粒组成，是不一样加工阶段RNP。第65页Nucleolus第66页n n（一）结构n n含含40%40%蛋白、蛋白、60%RNA60%RNA，2 2亚单位组成。分为亚单位组成。分为70S70S和和80S80S两类。两类。n n大大小小亚亚单单位位只只在在合合成成蛋蛋白白时时结结合合在在一一起起，合合成成终终止止后解离。后解离。n n多个核糖体结合在一条多个核糖体结合在一条mRNAmRNA上，称多聚核糖体。上，称多聚核糖体。二、核糖体二、核糖体ribosome第67页核糖体组成核糖体组成第68页Protein SynthesisProtein Synthesis第69页（二二）核核糖糖体体组组装装n nrDNArDNA为为重重复复基基因因，人人体体细细胞胞中中约约有有200200个个拷拷贝贝，rDNArDNA没没有有组组蛋蛋白白关关键键，是是裸裸露露DNADNA节节段段，相相邻邻基因之间为非转录间隔基因之间为非转录间隔DNADNA。第70页n n转录时转录时RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA分子排列，产物排列呈分子排列，产物排列呈羽毛状。羽毛状。rRNArRNA首先出现在纤维部，而后转向颗粒首先出现在纤维部，而后转向颗粒部。部。第71页n n新合成新合成45SrRNA45SrRNA形成形成RNPRNP。甲基化后经。甲基化后经RNARNA酶裂解形成酶裂解形成18s18s、28s28s、5.8srRNA5.8srRNA。成熟。成熟rRNArRNA仅仅为为45srRNA45srRNA二分之一，二分之一，丢失大部分是非甲基化丢失大部分是非甲基化和和GCGC含量较高区域。含量较高区域。第72页n n5SrRNA5SrRNA定位在常染色体，合成后被转运至核仁区定位在常染色体，合成后被转运至核仁区参加大亚基装配参加大亚基装配 。第73页第四节第四节 核骨架核骨架nucleoskeletonn n核基质（nuclear matrix）或称核骨架，为真核细胞核内网络结构，是指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外核内网架体系。第74页（一一）核核基基质质组组成成n n非非组组蛋蛋白白性性纤纤维维蛋蛋白白，1010各各种种次次要要蛋蛋白白，包包含含肌肌动动蛋蛋白白和和波波形形蛋蛋白白，后后者者组组成成核核骨骨架架外外罩罩。已已知知三三种种支支架架蛋蛋白白（SCSC、SCSC、SCSC)，SCSC是是DNADNA拓朴异构酶拓朴异构酶。n n少许少许RNARNA（0.5%0.5%）和）和DNA(0.8%DNA(0.8%，MAR)MAR)。n n少许磷脂（少许磷脂（1.6%1.6%）和糖类（）和糖类（0.9%0.9%）。）。第75页（二）核骨架功效（二）核骨架功效n n1.DNA复制：提供DNA聚合酶结合位点。n n2.RNA复制：提供RNA聚合酶结合位点。n n3.与染色体构建相关n n30nm30nm染染色色质质纤纤维维就就是是结结合合在在核核骨骨架架上上，形形成成放放射射环环状状结结构构，在在分分裂裂期期深深入入包包装装成成光光学学显显微微镜镜下可见染色体。下可见染色体。第76页Chromosome Structure第77页