细胞核与染色体资料
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第四章细胞核与染色体细胞核是真核细胞最大、最显而易见的细胞器,是遗传信息贮存、复制和转录的地方,是细胞功能及细胞代谢、生长、增殖、分化的控制中心。
细胞核的形状与细胞的形态、性质与及发育阶段有关,大多数细胞的核为圆形或椭圆形,但也可以有盘状、分叶状、分枝状等不规则形状。
通常一个细胞含有一个核,但有些细胞有双核甚至多核。
细胞核的内含成分主要是核酸和蛋白质。
核酸绝大部分为脱氧核糖核酸(DNA),是承载遗传信息的物质,常被称为遗传物质。
在间期(两次有丝分裂之间的时期),核酸和蛋白质以染色质和核仁的形式存在,核外周有核被膜,核被膜上间隔存在核孔,内层核膜下有一个由纤维蛋白形成的核纤层,核内还存在一个蛋白质纤维组成的核骨架 (又叫核基质,详见第七章“细胞骨架”),它们共同维持核的形状、核内外物质交换和染色质、染色体的空间位置。
在有丝分裂期,核被膜融解,核骨架解聚,核仁消失,染色质浓聚紧缩形成棒状的染色体,然后每条染色体纵向分裂,此时核消失。
当细胞分裂完成,两个子细胞出现时,核又重新形成。
细胞核早在1674年就被Leeuwenhoek在鱼类的红细胞中发现,到1831年才由Brown 定名 (nucleus),并确认为真核细胞普遍存在的细胞器。
百多年来人们对细胞核结构和功能有了逐步深入的认识,但是细胞核的许多奥秘仍未被揭示,以至于细胞核被说成是“发现最早而了解最少的细胞器”。
第一节核被膜核被膜(nuclear envelope)是将细胞核内物质包围起来的双层膜结构,又叫核膜(nuclear membrane),其组成包括:内、外层核膜,核周间隙,核孔,核纤层(图4-1)。
图4-1 细胞核结构模式图(引自Alberts等,2002)参照前书图12-1一、内、外层核膜和核周间隙12内、外层核膜(inner and outer nuclear membrane ) 构成细胞核与细胞质的分隔。
它们的化学组成和结构与其他细胞器的膜(统称为细胞内膜,详见第五、六章)一样。
生物的细胞核与染色体细胞是生物体的基本结构和功能单位,其中核是细胞的重要组成部分。
细胞核内含有遗传物质DNA(脱氧核糖核酸),而染色体则是DNA的组织形式。
本文将深入探讨生物的细胞核与染色体的结构和功能。
一、细胞核的结构和组成细胞核是细胞的控制中心,通常位于细胞的中央位置。
它由核膜、核孔、染色体、核仁和核质组成。
1. 核膜核膜是细胞核的外部结构,由内外两层膜组成。
核膜的主要功能是保护细胞核内的遗传物质,同时还可以调节细胞核内外物质的交换。
2. 核孔核孔是核膜上的小孔,负责细胞核内外物质的运输。
核孔通过调节通道的开闭来控制物质的进出,从而维持细胞核内外物质的平衡。
3. 染色体染色体是DNA的组织形式,也是细胞核最重要的成分之一。
染色体在细胞分裂时起到重要的遗传作用,它能够传递和保存生物的遗传信息。
4. 核仁核仁是细胞核内的圆形结构,它主要参与到蛋白质合成过程中。
核仁内富含核糖体,并且能够合成和储存核糖体RNA,从而促进蛋白质的合成。
5. 核质核质是细胞核内的胶体物质,主要是由水和溶解的物质组成。
核质能够提供细胞核内化学反应所需的环境,并且参与到细胞核的代谢过程中。
二、染色体的结构和功能染色体是由DNA和蛋白质组成的复杂结构,常见于有细胞核的生物中。
它在细胞的有丝分裂和减数分裂过程中起到重要的遗传作用。
1. 染色体的结构染色体呈现出线状、X状、圆状等形态,结构上可以分为两个主要部分:染色质和着丝粒。
- 染色质:染色质是染色体中最主要的部分,它由DNA和蛋白质组成。
DNA是遗传信息的载体,而蛋白质则帮助DNA进行包装和组织,使其紧密而有序地存在于细胞核内。
- 着丝粒:着丝粒是染色体上的结构,类似于一个“纽扣”。
它在有丝分裂中起到固定和分离染色体的作用,确保后续的染色体复制过程顺利进行。
2. 染色体的功能染色体在细胞分裂过程中起到重要的遗传功能,并且参与到其他细胞代谢过程中。
- 遗传作用:染色体是遗传信息的载体,它能够传递父代的遗传特征给子代。
第十章细胞核与染色体The Cell Nucleus and Chromosome细胞核的概述细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器,是细胞遗传与代谢的调控信息中心。
原核细胞中,没有核膜,称为拟核。
有无核膜是区分原核细胞与真核细胞的主要标志。
成熟红细胞无核无细胞器骨骼肌细胞为多核细胞核进化的意义:● 构成核、质之间的天然选择性屏障●保护DNA,使之免受胞质机械运动的影响。
●使基因表达的两步(转录和翻译)在不同的时间和空间进行。
● 核质之间的物质交换与信息交流细胞核的主要功能●有两个方面:①遗传②发育●前者表现为通过DNA的复制和细胞分裂,维持物种的世代连续性。
●后者表现为通过调节基因表达的时空顺序,控制细胞的分化,完成个体发育的使命。
本章内容第一节核被膜(核膜)第二节染色质和染色体第三节核纤层、核基质和核仁间期细胞核的组成1、核被膜(核膜)2、染色质3、核基质(核纤层,核骨架)4、核仁第一节核被膜Nuclear envelope一、核被膜化学成分蛋白质和脂类,浓度有差异。
1、蛋白质内核膜中含有核纤层相关蛋白(LAP)。
2、脂类与内质网相似,不饱和脂肪酸含量低,胆固醇和甘油三酯较多。
二、核被膜的结构1、外核膜2、内核膜3、核周间隙4、核孔复合体1、外核膜与ER膜相连胞质面有核糖体附着,是特殊的内质网(ER)分布有细胞骨架,与核在细胞内的定位有关。
2、内核膜有特殊蛋白结合于核纤层。
●核纤层(nuclear lamina):旧称“核周层”、“核衬层”或“核层”,是位于细胞核内染色质与内核膜之间的由中间纤维蛋白构成的网络状结构。
核纤层的功能1.为核膜提供支架2.有助于维持间期染色质高度有序的结构3.是联系胞质中间纤维与核骨架之间的桥梁3、核周间隙内外核膜间的腔隙,与rER腔相通。
4、核孔(nuclearpores)由内外核膜融合形成的小孔,细胞内外物质运输的通道。
核孔的数目随着不同细胞类型以及细胞代谢活性的不同,变化很大。
细胞生物学中的细胞核和染色体分析技术在细胞生物学中,细胞核和染色体是研究细胞结构和功能的重要组成部分。
细胞核是细胞的控制中心,包含着遗传物质DNA,而染色体则是DNA的载体。
细胞核和染色体的分析技术在研究细胞的发育、分化和疾病治疗等方面发挥着重要作用。
本文将介绍细胞核和染色体的结构与功能,并探讨目前常用的细胞核和染色体分析技术。
一、细胞核的结构与功能细胞核是真核细胞中一个重要的器官,具有多种功能。
细胞核由核膜、核孔、染色质和核仁组成。
1. 核膜:细胞核外被一个双层薄膜所包围,称为核膜。
核膜具有多个核孔,通过核孔可以实现核质之间和核质与细胞浆之间的物质交换。
2. 核孔:核孔是核膜上的孔道结构,是细胞核与胞质之间物质交换的通道。
通过核孔可以实现RNA从细胞质进入到细胞核内以及蛋白质从细胞核出入到细胞质中。
3. 染色质:染色质是细胞核中的主要成分,也是DNA的载体。
染色质在非分裂情况下存在于细胞核中,由DNA、蛋白质和RNA组成。
染色质在细胞分裂时会更加显著,形成染色体。
4. 核仁:核仁是细胞核中的一个小体结构,由核糖体RNA和蛋白质组成。
核仁在蛋白质合成中起到重要的作用。
细胞核是细胞的控制中心,参与了基因的表达、细胞分裂和生长发育等重要过程。
细胞核通过RNA合成和修饰、染色质的组织和调控以及DNA的复制和修复等过程实现了细胞功能的调控与表达。
二、染色体的结构与功能染色体是细胞核中的DNA和相关蛋白质组成的结构,可见于细胞分裂时。
染色体具有多种功能,包括遗传信息的传递和稳定性的维护等。
1. 染色体的结构:染色体由两条相同的染色单体连接在一起,成为姐妹染色单体,中间有一个由蛋白质组成的连接部分被称为着丝粒。
染色体的两端则为端粒,起到保护染色体稳定性的作用。
2. 染色体的功能:染色体主要用于遗传信息的传递和稳定性的维护。
染色体携带了细胞的全部遗传信息,包括基因的顺序和组织方式。
在细胞分裂过程中,染色体会复制并均匀分配给两个子细胞,确保子细胞遗传信息的一致性。
第8章细胞核和染色体(Nucleus and Chromosome)本章内容介绍细胞核是基因复制、RNA转录的中心,是细胞生命活动的控制中心。
包括核膜、核孔、核质、核仁和染色质。
第一节核被膜与核孔复合体细胞核基本结构细胞核简介:数量:大多数细胞是单核,但也有多核大小:在不同生物有所不同,动物一般5-10nm,植物5-20nm,低等植物1-4nm形态:圆形、椭圆形、多叶形、分枝形细胞核主要由核被膜、染色质、核仁和核骨架组成。
一、核被膜1. 结构:由内外两层单位膜组成,包括:外核膜、内核膜、核纤层、核孔复合体,核膜外附有核糖体,整合蛋白,内附染色质。
2. 功能(1) 区域化作用;(2) 控制核-质间物质和信息的交流;(3) 核膜内的代谢和转化。
二、核孔复合体1. 结构模型核孔复合体镶嵌在内外两层核膜融合形成的核孔上,核孔直径约为80-120nm,而核孔复合体稍大一些,直径约为120-150nm。
①胞质环(cytoplasimic ring):位于核孔边缘的胞质面一侧,又称外环,环上有8条短纤维对称分布向胞质;②核质环(nucleoplasmic ring):位于核膜边缘的核质面一侧,又称内环,环上连有8条细长的纤维向核内伸入50-70nm,在纤维的末端也形成一个直径为60nm的小环,小环由8个颗粒组成,形成一个类似“捕鱼笼”的核篮结构;③辐:由核孔边缘伸向中心,呈辐射状八重对称;④栓:又称中央栓,位于核孔中心,呈颗粒状或者棒状,又称为中央颗粒;2. 核孔复合体的成分主要由至少50条不同的多肽构成,称为nucleoporins,简称nups,总相对分子量为125000×1033. 核孔复合体的功能核质交换的双向选择性亲水通道。
包括主动运输、被动运输,是过去几年研究的热门。
一个蛋白家族作为转运受体,把大分子运入或运出核孔,从胞质入核膜的为improtins,反之为exportins。
核孔复合体蛋白质的运输1.带有NSL(nuclear localization signal)片段的蛋白质与受体importin a/b结合2.复合体与胞质内的纤丝结合3.复合体被送入核内4.与Ran-GTP相互作用,复合体解散5.importin b被Ran-GTP送回胞质6.Ran-GTP 水解成Ran-GDP, Ran-GDP返回核内, importine回到胞质核孔复合体RNA的运输细胞核内的物质运输到细胞质也是信号介导的过程。
细胞核与染色体学习方法归纳:第一、认识细胞生物学课程的重要性,正如原子是物理性质的最小单位,分子是化学性质的最小单位,细胞是生命的基本单位。
50年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家,可见细胞生物学的重要性。
如果你将来打算从事生物学相关的工作,学好细胞生物学能加深你对生命的理解。
第二、明确细胞生物学的研究内容,即:结构、功能、生活史。
生物的结构与功能是相适应的,每一种结构都有特定的功能,每一种功能的实现都需要特定的物质基础。
如肌肉可以收缩、那么动力是谁提供的、能量从何而来的?第三、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能。
一方面每一个层次的结构都有特定的功能,另一方面各层次之间是有机地联系在一起的。
第四、将所学过的知识关联起来,多问自己几个为什么。
细胞生物学涉及分子生物学、生物化学、遗传学、生理学等几乎所有生物系学过的课程,将学过的知识与细胞生物学课程中讲到的内容关联起来,比较一下有什么不同,有什么相同,为什么?尽可能形成对细胞和生命的完整印象,不要只见树木不见森林。
另一方面细胞生物学各章节之间的内容是相互关联的,如我们在学习线粒体与叶绿体的时候,要联想起细胞物质运输章节中学过的DNP、FCCP 等质子载体对线粒体会有什么影响,学习微管结构时要问问为什么β微管蛋白是一种G蛋白,而α微管蛋白不是,学习细胞分裂时要想想细胞骨架在细胞分裂中起什么作用,诸如此类的例子很多。
第五、紧跟学科前沿,当前的热点主要有“信号转导”、“细胞周期调控”、“细胞凋亡”等。
细胞生物学是当今发展最快的学科之一,知识的半衰期很短(可能不足5年),国内教科书由于编撰周期较长,一般滞后于学科实际水平5-10年左右,课本中的很多知识都已是陈旧知识。
有很多办法可以使你紧跟学科前沿:一是选择国外的最新教材,中国图书进出口公司读者服务部那里可以买到很多价廉物美的正宗原版教材(一般200-400元,只相当于国外价格的1/5);二是经常读一些最新的期刊资料,如果条件所限查不到国外资料,可以到中国期刊网、万方数据等数据库中查一些综述文章,这些文章很多是国家自然科学基金支助的,如在中国期刊网的检索栏输入关键词“细胞凋亡”,二次检索输入关键词“进展”,你会发现一大堆这样的文章,都是汉字写的比读英文省事。
第六、学一点科技史,尤其是生物学史,看看科学家如何开展创造发明,学习他们惊人的毅力、锐敏的眼光和独特的思维。
牛顿说过:“我之所以比别人看得更远,是因为站在巨人的肩膀上。
”本章要点:本章要求掌握核孔复合物、常染色质、异染色质、核定位信号、端粒等基本概念,核膜、核孔复合物的基本结构及其与功能相适应的特点,染色质、染色体的类型、化学组成、核小体的形态结构特征、染色质的超微结构特点。
了解染色体包装的多级螺旋、骨架放射环结构模型、核型分析及分带的原理、巨大染色体的形成机制,掌握核仁的超微结构及功能,了解核基质的组成和功能。
一、名词解释1、染色体2、染色质3、常染色质4、异染色质5、核小体6、核孔7、核仁组织区8、基因组9、核纤层 10、亲核蛋白 11、核基质12、核型 13、带型 14、核定位信号 15、端粒二、填空题1、细胞核外核膜表面常附有颗粒,且常常与相连通。
2、核孔复合物是特殊的跨膜运输蛋白复合体,在经过核孔复合体的主动运输中,核孔复合体具有严格的选择性。
3、是蛋白质本身具有的、将自身蛋白质定位到细胞核中去的特异氨基酸序列。
4、核孔复合体主要由蛋白质构成,迄今已鉴定的脊椎动物的核孔复合物蛋白成分已达到十多种,其中与是最具代表性的两个成分,它们分别代表着核孔复合体蛋白质的两种类型。
5、细胞核中的区域含有编码rRNA的DNA序列拷贝。
6、染色体DNA的三种功能元件是、、。
7、染色质DNA按序列重复性可分为、、等三类序列。
8、染色质从功能状态的不同上可以分为和。
9、按照中期染色体着丝粒的位置,染色体的形态可分为、、、四种类型。
10、着丝粒-动粒复合体可分为、、三个结构域。
11、哺乳类动粒超微结构可分为、、三个区域,在无动粒微管结合时,覆盖在外板上的第4个区称为。
12、核仁超微结构可分为、、三部分。
13、广义的核骨架包括、、。
14、核孔复合体括的结构组分为、、、。
15、间期染色质按其形态特征和染色性能区分为两种类型:和,异染色质又可分为和。
16、DNA的二级结构构型分为三种,即、、。
17、常见的巨大染色体有、。
18、染色质包装的多级螺旋结构模型中,一、二、三、四级结构所对应的染色体结构分别为、、、。
19、核孔复合物是的双向性亲水通道,通过核孔复合物的被动扩散方式有、两种形式;组蛋白等亲核蛋白、RNA分子、RNP颗粒等则通过核孔复合体的进入核内。
三、选择题1、DNA的二级结构中,天然状态下含量最高、活性最强的是()。
A、A型B、Z型C、B型D、O型2、真核细胞间期核中最显著的结构是()。
A、染色体B、染色质C、核仁D、核纤层3、每个核小体基本单位包括多少个碱基是()。
A 、100bp B、 200bp C、300bp D、 400bp4、下列不是DNA二级结构类型的是()。
A、A型B、B型C、c型D、Z型5、广义的核骨架包括()A、核基质B、核基质、核孔复合物C、核纤层、核基质D、核纤层、核孔复合体和一个不溶的网络状结构(即核基质)6、从氨基酸序列的同源比较上看,核纤层蛋白属于()。
A、微管B、微丝C、中间纤维D、核蛋白骨架7、细胞核被膜常常与胞质中的()相连通。
A、光面内质网B、粗面内质网C、高尔基体D、溶酶体8、下面有关核仁的描述错误的是()。
A、核仁的主要功能之一是参与核糖体的生物合成B、rDNA定位于核仁区内C、细胞在M期末和S期重新组织核仁D、细胞在G2期,核仁消失9、下列()组蛋白在进化上最不保守。
A、H1B、H2AC、H3D、H410、构成染色体的基本单位是()。
A、DNAB、核小体C、螺线管D、超螺线管11、染色体骨架的主要成分是()。
A、组蛋白B、非组蛋白C、DNAD、RNA12、异染色质是()。
A、高度凝集和转录活跃的B、高度凝集和转录不活跃的C、松散和转录活跃的D、松散和转录不活跃的四、判断题1、端粒酶以端粒DNA为模板复制出更多的端粒重复单元,以保证染色体末端的稳定性。
()2、核纤层蛋白B受体(lamin B receptor, LBR)是内核膜上特有蛋白之一。
()3、常染色质在间期核内折叠压缩程度低,处于伸展状态(典型包装率750倍)包含单一序列DNA和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因)。
()4、核被膜由内外两层单位膜组成,面向胞质的一层为核内膜,面向核质的一层为核外膜。
()5、在细胞周期中核被膜的去组装是随机的,具有区域特异性。
()6、目前认为核定位信号是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段,富含水量碱性氨基酸残基,如Lys、Arg,此外还常常含有Pro。
()7、非组蛋白是构成真核生物染色体的基本结构蛋白,富含带正电荷的精氨酸(Arg)和赖氨酸(Lys)等碱性氨基酸。
8、现在认为gp210的作用主要是将核孔复合物锚定在孔膜区。
9、微卫星DNA重复单位序列最短,只有1-5bp,串联成簇长度50-100bp的微卫星序列。
不同个体间有明显差别,但在遗传却是高度保守的。
五、简答题1、简述细胞核的基本结构及其主要功能。
2、简述染色质的类型及其特征。
3、简述核仁的结构及其功能。
4、简述核被膜的主要生理功能。
六、论述题1、试述核孔复合体的结构及其功能。
2、试述核小体的结构要点及其实验证据。
3、试述从DNA到染色体的包装过程(多级螺旋模型)。
4、核孔复合物的主动运输具有严格的双向选择性,这种选择性表现在哪些方面?第八章参考答案一、名词解释:1、染色体:是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构,是细胞分裂期遗传物质存在的特定形式。
2、染色质:指间期细胞核内能被碱性物质染色的,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的存在形式。
常伸展为非光镜所能看到的网状细纤丝。
3、常染色质:间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态,用碱性染料染色时着色浅的染色质组分。
4、异染色质:间期核内染色质纤维折叠压缩程度高,处于聚缩状态,用碱性染料染色时着色深的染色质组分。
5、核小体:染色体的基本结构单位,是由组蛋白和200个碱基对的DNA双螺旋组成的球形小体,其核心由四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各两分子共8分子组成的八聚体,核心的外面缠绕了1.75圈的DNA双螺旋,其进出端结合有H1组蛋白分子。
6、核孔:是内、外两层核膜的局部融合之处形成的环状开口,是核、质间物质相互交流的渠道,并有一定的选择性。
7、核仁组织区:位于染色体的次缢痕部位,是rRNA基因所在部位,与间期细胞核仁形成有关。
但并非所有的次缢痕都是NOR。
8、基因组:一个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。
9、核纤层:是位于细胞核内膜与染色质之间的纤维蛋白片层或纤维网络,与核内膜紧密结合。
它普遍存在于高等真核细胞间期细胞核中。
10、亲核蛋白:是指在细胞质基质内合成后,需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。
11、核基质: 广义的概念是由核纤层、核孔复合体和一个不溶的网络状结构(即核基质)组成;狭义的概念是指细胞核中存在的一个纤维蛋白构成的纤维网架体系,仅指核基质,即细胞核内除了核被膜、核纤层、染色质与核仁以外的网架结构体系,它不包含核膜、核纤层、染色质和核仁等成分,但这些网络状结构与核纤层及核孔复合体、染色质等有结构与功能联系。
12、核型:即细胞分裂中期染色体特征的总和。
包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。
13、带型:染色体经物理、化学因素处理后,再进行分化染色,使其呈现特定的深浅不同带纹(band)的方法。
14、核定位信号:亲核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列,这些内含的特殊短肽保证了整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运到细胞核内。
这段具有“定向”“定位”作用的序列被命名为核定位序列或核定位信号(亲核蛋白的特殊氨基酸序列,具有定向、定位的作用,保证蛋白质能够通过核孔复合体转运到细胞核内)。
15、端粒: 位于每条染色体端部,为染色体端部的异染色质结构,由高度重复的DNA序列构成,高度保守。
主要功能是维持染色体稳定,防止末端粘连和重组,并能锚定染色体于细胞核内,辅助线性DNA复制等,与染色体在核内的空间排布及减数分裂时同源染色体配对有关;起着细胞计时器的作用.二、填空题1、核糖体,粗面内质网;2、双向;3、核定位序列(信号);4、gp210,p62;5、核仁组织区6、DNA复制起始序列(或自主复制DNA序列)、着丝粒DNA序列、端粒DNA序列。