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Chapter10细胞核和染色体(NucleusandChromosome)11NucleusandChromosome11.1NuclearEnvelopeandNucleusPoreComplex(NPC)11.2Chromatin(染色质)andChromosome(染色体)11.3Nucleolus(核仁)11.4Nucleusmatrix(核基质)Thelargestorganelleineukaryoticcells1831R.Brown一切真核生物都有细胞核(成熟红细胞,韧皮部筛管细胞除外);大小5-20um(植物细胞稍大),核的体积占细胞10%,遗传信息储存,基因复制,转录,转录初产物加工等,控制细胞的遗传代谢活动。主要包括四个部分:11.1NuclearEnvelopeandNuclearPoreComplex一NuclearEnvelope(核被膜,界线、保护作用)OuternuclearmembranecontinuitywithRERInnernuclearmembraneassociatewithnuclearlaminaintermembranespace(20-40nm)(Perinuclearspace)Poremembranedomain11.1.1nuclearenvelope11.1NuclearEnvelopeandNuclearPoreComplex11.1.2ThenuclearlaminaNuclearlaminaNuclearmatrixLaminaappearsasarathercontinuousmeshworkcomprisingfilaments(tritonX-100extracts)11.1NuclearEnvelopeandNuclearPoreComplexDisruptionandreunionofnuclearmembraneduringcellcycle11.1.2Thenuclearlamina11.1NuclearEnvelopeandNuclearPoreComplex11.1.3Functionofnuclearenvelope:Barrier:(1)separategeneticmaterialfromthesurroundingcytoplasm,(2)keepsions,solutes,andmacromoleculesfrompassingbetweenthenucleusandcytoplasm.(3)protectDNAfromdamageNuclearporecomplexfromisolatednuclearEnvelopesofanamphibianoocyte(卵母细胞).CytoplasmfaceshowingperipheralcytoplasmicgranulesNuclearfaceshowingbasket–likeappearanceNuclearfaceshowingdistributionofNPCAndintactpatchofnuclearlamina.(NEL)11.1NuclearEnvelopeandNuclearPoreComplex11.1.4NPC11.1.4NuclearPoreComplexAModelofNPCNPC:核孔上镶嵌着一种复杂的结构孔径80-120nm,NPC=120-150nm横向看由外到内:环,辐,栓纵向看由由核外到核内:胞质环,辐(+栓),核质环四种结构:胞质环(cytoplasmicring),上有8条短纤维对称分布,伸向胞质;核质环(nucleoplasmicring)上有对称8条纤维,伸向核内,末端形成60nm的小环。由8个颗粒组成,又称核篮结构辐(spoke,图10-3)栓(centralplug,有争议)ArepresentationofNPCmodelNPCmodelfromcytoplasmBasedonhighresolutionEM11.1.4NuclearPoreComplex11.1.4NPC-----ProteinsIdentifiedGp210,Pom121,poremembranedomain,TransmembraneNup153fish-trap(捕鱼笼,nuclearbasket)Nup180cytoplasmicringandfilamentsNup155cytoplasmicandnucleoplasmicP26centraltransporterP58P54P45Nup84,Nup214cytoplasmicringfilamentsNup107,98,155P260/Tprcytoplasmicringfilaments11.1.4NPCfunction:NucleocytoplasmicExchange(双向双功能)Themovementofmaterialsthroughthenuclearpore.GoldparticlescoatedwithnuclearproteinFunctionofNPC;P31411.1.4NPCfunction:NucleocytoplasmicExchange11.1.4NPCfunction:NucleocytoplasmicExchangeMaterialmovementthroughNPCp3141自由扩散不需能量,4度不被抑制,质量限制50KD2协助扩散不需能量4度被抑制,需与NPC作用,质量不限3信号介导的核输入不需?4度被抑制,核定位信号及载体4信号介导的核输出不需?4度被抑制,核输出信号及载体主动运输3个特点(双向、信号、大小限制)11.1.4NPCfunction:NucleocytoplasmicExchange亲核蛋白的入核信号——NLS核定位序列(图10-5):Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val(SV40T抗原)可存在于蛋白质的任何部位,尚未在不同的亲核蛋白间发现共有序列NES——nuclearexportsignal,出核转运决定序列11.1.4NPCfunction:NucleocytoplasmicExchange亲核蛋白从细胞质向细胞核输入的过程结合转移Nucleoplasminareseentobindcytoplasmicfilament(CF)并非所有的具有NLS的蛋白都能入核,它们可由某种原因滞留在胞质中。mRNP出核机制(1)剪切过后成熟的RNA.(2)以RNP的形式转运.(3)出核过程是有极性的(5’—3’)(4)需要蛋白分子参与(5’帽子,出核信号?)11.1.4NPCfunction:NucleocytoplasmicExchange11.2Chromosomesandchromatin11.2.1Concept1879,WFlemming:Chromatin被碱性染料染色的物质1888,WaldeyerChromosome间期细胞核内由DNA,组蛋白,非组蛋白和少量RNA组成的线性复合物。果蝇细胞低渗处理,间期细胞中的染色质纤维,10nm丝11.2Chromosomesandchromatin11.2.2ChemicalComposition:DNA:Histone:non-Histone:RNA=1:1:0.6:0.1DNA与组蛋白是染色质的稳定成分,并有各种修饰(甲基化、乙酰化,磷酸化、亚硝基化和泛素化等);非组蛋白和RNA的含量随细胞生理状态不同而变化。染色体(Chromosome)(有丝分裂期)紧密包装染色质(Chromatin)(分裂间期)松散包装两者化学成分没有区别,只是包装程度不同。(1)DNA一个生物的单倍染色体组中组成遗传信息,为该物种的基因组——genome.11.2ChromosomesandchromatinOrganismsizegenenumberproteinsnumberE.Coli4.6Mb428888%Yeast12Mb480065%Celegans97Mb1900025%Drosophila180Mb1360013%Arabidopsis125Mb2600025%Rice440Mb4000010%Human3200Mb400001.5%11.2ChromosomesandchromatinDNAtypes(一级结构:核苷酸序列)(1)Proteincodingsequence(1.5%)非重复序列,singlecopy,severalcopies(duplicatedinonefamily,ordivergentgenefamilies)(2)tRNA,rRNA,snRNA(smallnuclearcellRNA),Histonecodingsequence(0.3%)串联重复序列,20-300copies(3)含有重复序列的DNA(占很大比例)简单序列DNA和散在重复序列DNA,DNA转座子,LTR反转座子,假基因等。例如Alu家族,50-70万份。(4)UnclassifiedspacerDNA(未分类的间隔RNA)(5)高度重复序列DNA(10%,106重复)短的DNA序列串联重复排列:卫星DNA,小卫星DNA,微卫星DNA(遗传标记)50-100bp,12-100bp1-5bp着丝粒3000次30,000位点具有多态性数量可变的重复序列保守、个体差异11.2ChromosomesandchromatinDNAfingerprintsfromamurdercase.11.2Chromosomesandchromatin(1)DNA二级结构(DNA双螺旋)的构型:B型DNA,右手双螺旋,稳定,多数如此,活性最高。A型DNA,B型DNA的变构形式。仍有较高活性。Z型DNA,左手螺旋,活性明显降低。三种类型的DNA可能处于动态的相互转变之中。这有赖于调控蛋白对三种形式的DNA构象的影响。AZB11.2Chromosomesandchromatin(2)Histone(组蛋白,富含Lys和Arg-N段,可和所有酸性DNA结合)H2A,H2B,H3,H4.(nucleosomalhistone)核心,保守H1(H5,0)富含碱性氨基酸,外围,起连接作用,相对保守性差。11.2Chromosomeandchromatin(3)非组蛋白(nonhistone)与特异DNA序列结合的蛋白。凝胶阻滞(gelshift),footprinting,CHIP+randomPCR都可以检测特异的DNA结合蛋白。类型多样性:染色质蛋白60-70%,不同组织细胞中不同,包括:DNA、RNA聚合酶、染色体支架蛋白和基因表达调控蛋白。特异性:与特异DNA序列(螺旋区)结合,可二聚化。功能多样:可参与基因表达调控,染色质高级结构形成,启动DNA复制等。11.2Chromosomeandchromatin几种DNA结合蛋白的主要模式-----1Helix-turn-helixHelix-turn-helixBoundtoDNA11.2ChromosomeandchromatinZincfingermotif------2真核细胞中常见的DNA结合蛋白家族。负责5sRNA,tRNA部分snRNA基因转录的RNA聚合酶III所需的转录因子。DNAbindingDomain(c-ter)Cys2/His29个zincfinger1个zincfinger不同锌指识别不同的碱基序列,因为它们的氨基酸序列不同。p32511.2ChromosomeandchromatinLeucinezippermotif-----ZIP---3(亮氨酸拉链)DNA结合蛋白形成二聚体,识别螺旋与DNA结合,每7个Aa有一个Leucine,沿着alpha螺旋出现,可与以亮氨酸拉链的形式与另一单体结合。与拉链相邻的肽链N端带正电荷的碱性氨基酸与DNA结合。属于此类的有:酵母转录激活子CGN4,癌蛋白Jun,Fos,Myc,增强子结合蛋白C
本文标题:Chapter11-nucleu
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