细胞生物学 十一章 细胞核与染色体

细胞生物学 十一章 细胞核与染色体

细胞核与染色体

• 核被膜与核孔复合体
  • 核被膜
    • 结构
      • 外核膜
      • 核周间隙
      • 内核膜
      • 核纤层
      • 核孔复合体
    • 功能
      • 屏障
        • 构成核，质之间的天然选择性屏障
      • 交流
        • 核质之间的物质与信息交流
  • 核孔复合体
    • 结构
      • 胞质环
      • 核质环
      • 辐
        • 腔内亚单位，柱状亚单位，环带亚单位
      • 中央栓
    • 功能
      • 核质交换的双功能、双向性亲水通道
        • 被动扩散，协助扩散
        • 通过核孔复合体的主动运输
          • 核输入（蛋白质）
            • 清亲核蛋白与核定位信号
            • 亲核蛋白入核运转的步骤
          • 核输出
            • RNA、RNP
  • 核纤层
    • 功能
      • 为核被膜提供机械支持
      • 为染色质提供锚定位点
      • 参与细胞周期中核被膜的解体与重建
• 染色质
  • 染色质的化学组成
    • DNA
    • 组蛋白
      • 构成核小体八聚体核心/连接核小体，并参与染色质二级结构构建
    • 非组蛋白
      • 基因表达的调控和染色质高级结构的形成
    • 少量RNA
  • 基因组
    • 在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子，一个生物贮存在单倍染色体中的总遗传信息，称为该生物的基因组
  • 染色质的基本结构单位—核小体
    • 主要实验证据
      • 铺展染色质的电镜观察
      • 应用X射线衍射，中子散射和电镜三维重建技术研究
        • 核小体颗粒是直径为11nm高6nm的扁圆柱体，据二分对称性
    • 结构要点
      • 组成：约200bpDNA、一个组蛋白核心和一个组蛋白H1
      • 核心颗粒：H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体
      • DNA：146bpDNA以左手超螺旋缠绕在核心颗粒表面1.75圈，两端被H1锁合
      • 相邻核小体为约60bp的DNA连接，不同物种变化值为0～80bp
      • 组蛋白与DNA间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列
  • 染色质的组装
    • 染色质包装的多级螺旋模型
    • 染色质的骨架-放射环结构模型
  • 染色质的类型
    • 常染色质
      • 指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低，处于伸展状态
    • 异染色质
      • 指间期细胞核中，折叠压缩程度高，处于聚缩状态
        • 结构异染色质或组成型异染色质
        • 兼性异染色质
    • 活性染色质
      • 具有转录活性
    • 非活性染色质
      • 没有转录活性
  • 表观遗传
    • 概念：基因与环境相互作用产生的可遗传表型
    • 可能的作用因素
      • DNA修饰
      • 组蛋白修饰
      • 染色质重塑
      • 组蛋白伴侣
• 染色体
  • 中期染色体的形态结构
    • 中期染色体的典型形态
      • 两条基本相同的姐妹染色单体通过着丝点相连而成
  • 染色体的主要结构
    • 主缢痕与染色体臂
      • 在两条姐妹染色单体相连处有一个向内凹陷的缢痕，称为主缢痕
    • 着丝粒与着丝点（动粒）
      • 着丝粒：位于主缢痕，连接两个染色单体的结构（DNA序列）
      • 着丝粒的组成
        • 动粒结构域
        • 中央结构域
        • 配对结构域
      • 着丝粒的作用
        • 确保细胞分裂中染色体与纺锤体整合，发生有序的染色体分离
      • 着丝点：主缢痕两侧的圆盘状特化结构，每一个中期染色体有两个动粒，位于着丝粒的两侧
    • 次缢痕
    • 核仁组织区
    • 随体
    • 端粒
      • 端粒的作用
        • 维持染色体稳定性
        • 起细胞分裂计时器的作用
      • 端粒酶
        • 一种反转录酶
          • 由蛋白质和RNA组成核糖蛋白复合体，其中RNA是一段模板序列，指导合成端粒DNA的重复序列片段
        • 催化端粒序列的复制
        • 在生殖细胞和部分干细胞中有端粒酶活性，序列的长度可以保持
        • 在没有端粒酶活性的细胞中，端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞衰老有关
  • 染色体DNA的三种功能元件
    • 自主复制序列
    • 着丝粒序列
    • 端粒序列
  • 特殊染色体
    • 多线染色体
      • 子主题
    • 灯刷染色体
• 核仁
  • 超微结构
    • 纤维中心
      • 主要成分为RNA聚合酶和裸露的rDNA
    • 致密纤维中心
      • 新合成的rRNA与蛋白质的结合体
    • 颗粒组分
      • 有直径15～28nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP
  • 功能
    • 核糖体的生物发生，即rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配
      • rRNA基因转录的形态及组织特征
      • RNA前体的加工
      • 核糖体亚单位的组装
  • 核仁周期
    • 依赖于rDNA活性和细胞周期的运行
    • 周期性变化的关键原因
      • 分裂前期：染色质～染色体，rRNA转录停止
      • 分裂末期：染色体～染色质，rRNA转录活动恢复