細(xì)胞核整合2013-11PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1轉(zhuǎn)錄翻譯DNADNA核苷酸順序RNARNA蛋白質(zhì)氨基酸順序第1頁/共102頁第2頁/共102頁第3頁/共102頁細(xì)胞核細(xì)胞核DNADNA復(fù)制復(fù)制RNARNA合成（轉(zhuǎn)錄）合成（轉(zhuǎn)錄）蛋白質(zhì)合成（翻譯）蛋白質(zhì)合成（翻譯）基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控第4頁/共102頁 細(xì)胞核的出現(xiàn)是細(xì)胞進(jìn)化的重要標(biāo)志，有無細(xì)胞核是真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的根本區(qū)別。 進(jìn)化意義：2.使基因表達(dá)的兩步在不同的時間和空間進(jìn)行1.保護(hù)DNA，免受胞質(zhì)機(jī)械運(yùn)動影響 細(xì) 胞 核 The Cell Nucleus第5頁/共102頁(一）概述 雙層膜結(jié)構(gòu) 形狀： 與細(xì)胞形態(tài)相適應(yīng) 大小： 5-10 微米(10%) 數(shù)量： 通常一個

2、位置：通常位于細(xì)胞中央只有處于間期的細(xì)胞中，才能觀察到細(xì)胞核的完整結(jié)構(gòu)（核被膜、核仁、染色質(zhì)、核基質(zhì)）一、細(xì)胞核的結(jié)一、細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)構(gòu)第6頁/共102頁第7頁/共102頁（二）核被膜 nuclear envelop 化學(xué)成分： 蛋白質(zhì)：20多種 酶類與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似 脂類：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)種類相似，含量有差別 結(jié)構(gòu)：外核膜 內(nèi)核膜 核纖層 核周隙 核孔第8頁/共102頁 1.外核膜： 面向胞質(zhì),與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rER）膜連續(xù)有核糖體（Ri）附著外表面分布有細(xì)胞骨架 - 中間纖維、微管 維持細(xì)胞核形態(tài)第9頁/共102頁2.內(nèi)核膜：面向核質(zhì)，與外核膜平行有特殊蛋白結(jié)合核纖層第10頁/共102頁 3.3.核周隙

3、perinuclear space 內(nèi)外核膜之間的腔隙，與rER連通 內(nèi)外核膜之間的緩沖區(qū)第11頁/共102頁4.核孔(復(fù)合體) nuclear pore complex (1)概述 內(nèi)外核膜融合產(chǎn)生的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)細(xì)胞核內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的通道代謝活躍細(xì)胞中數(shù)量多哺乳動物細(xì)胞哺乳動物細(xì)胞3000300040004000個個/ /細(xì)胞細(xì)胞第12頁/共102頁第13頁/共102頁第14頁/共102頁胞質(zhì)面核質(zhì)面第15頁/共102頁(2) 結(jié)構(gòu)組成 由多種蛋白顆粒組成 捕魚籠模型 A 胞質(zhì)環(huán)面向胞質(zhì)一側(cè)的環(huán)形結(jié)構(gòu)對稱分布有8條纖維，伸向胞質(zhì)第16頁/共102頁B 核質(zhì)環(huán) 面向核質(zhì)一側(cè)的環(huán)形結(jié)構(gòu) 對稱分布有8

4、條纖維 末端形成小環(huán) 核籃第17頁/共102頁C 輻 由核孔邊緣伸向中心，呈輻射狀八重對稱， 由三個結(jié)構(gòu)域組成 柱狀亞單位: 連接內(nèi)、外環(huán)，起支撐作用第18頁/共102頁腔內(nèi)亞單位 在內(nèi)外核膜交匯處插入核周隙，錨定復(fù)合物第19頁/共102頁環(huán)狀亞單位靠近核孔復(fù)合體中心部分8個顆粒成分環(huán)繞形成物質(zhì)交換通道D 中央栓 位于核孔復(fù)合體的中心第20頁/共102頁轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄：聚合：聚合酶酶蛋白合成：蛋白合成：mRNA tRNA rRNA （ （6/min） ）Ri （3）功能 轉(zhuǎn)運(yùn)各種物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核 復(fù)制：復(fù)制：DNA+Hp， ，酶酶 （ （106/3min） ） 第21頁/共102頁水溶性通道 直徑 9

5、nm 長15nm分子量5000 以下的分子可自由轉(zhuǎn)運(yùn)（被動自由擴(kuò)散） 水、離子、單糖、核苷酸大分子通過主動轉(zhuǎn)運(yùn)過程完成運(yùn)輸 蛋白質(zhì)、RNA 選擇性： 孔徑大小可調(diào) 信號識別，消耗能量 雙向性第22頁/共102頁A 親核蛋白的核輸入第23頁/共102頁被轉(zhuǎn)運(yùn)成分 核定位信號 NLS ： 4-8 堿性氨基酸序列 指導(dǎo)親核蛋白入核 入核后不被切除 輸入蛋白受體 輸入蛋白 importin 定位: 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 功能: 結(jié)合 核孔復(fù)合體 被轉(zhuǎn)運(yùn)成分 RanGTP：為轉(zhuǎn)運(yùn)提供能量第24頁/共102頁B RNA和核糖體亞基的核輸出 識別受體：輸出蛋白 exportin 第25頁/共102頁第26頁/共102

6、頁5.核纖層 nuclear lamina (1)結(jié)構(gòu) 內(nèi)核膜內(nèi)表面一層纖維狀的蛋白網(wǎng)第27頁/共102頁外表面與內(nèi)核膜的特殊部位結(jié)合內(nèi)表面與染色質(zhì)的特殊位點(diǎn)結(jié)合第28頁/共102頁(2)分子組成 核纖層蛋白 A，B，C （中間纖維蛋白）(3)功能 A 在細(xì)胞核中起支架作用 處理后保留 與核骨架及中間纖維相連 B 通過磷酸化和去磷酸化參與核膜的崩解和 重建第29頁/共102頁核纖層蛋白核纖層蛋白去去磷酸磷酸化化第30頁/共102頁C 與染色質(zhì)凝集有關(guān) 間期：染色質(zhì)與核纖層結(jié)合，染色質(zhì)不能螺旋化 分裂期：染色質(zhì)與核纖層蛋白解離，染色質(zhì)凝集D 參與DNA復(fù)制第31頁/共102頁 6.核被膜功能(1

7、)為基因表達(dá)提供時空屏障 區(qū)域化功能分區(qū) (2)核內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)(3)生物大分子合成第32頁/共102頁(三)染色質(zhì)和染色體（chromatin，chromosome） 染色質(zhì)是間期細(xì)胞核中由DNA和組蛋白構(gòu)成的能被堿性染 料著色的物質(zhì) 染色體是高度螺旋化的染色質(zhì) 染色質(zhì)和染色體是相同物質(zhì)在細(xì)胞周期不同時相的不同 表現(xiàn)形式 核酸（DNA，少量RNA） 蛋白質(zhì)（組蛋白，非組蛋白） 第33頁/共102頁第34頁/共102頁（1）染色體 DNA 一個真核細(xì)胞單倍染色體組中所含的全部遺傳信 息叫做一個基因組1.染色體（質(zhì)）的組成 第35頁/共102頁1986年由美國生物學(xué)家杜伯克首次提出1990年10月

8、美國投資30億美元啟動計劃 預(yù)計15年完成 主要內(nèi)容 1.用5-10年的時間繪制23對染色體的圖譜 2.用15年時間測定所有染色體的DNA序列 國際化研究項目 美國、英國、日本、法國、德國第36頁/共102頁1993 我國啟動“中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因 結(jié)構(gòu)的研究”項目1997 我國啟動“重大疾病相關(guān)基因的定位、克隆、 結(jié)構(gòu)與功能研究”項目1999.7 我國注冊承擔(dān)人類基因組1%測序任務(wù)2000.3 我國科學(xué)家完成3號染色體測序2000.6 美國、英國宣布人類基因組草圖完成2001.2 SCIENCE、NATURE雜志正式發(fā)表 人類基因組工作框架圖第37頁/共102頁2003.4.14 美

9、國聯(lián)邦國家人類基因組研究項目負(fù)責(zé)人 弗朗西斯柯林斯博士在華盛頓宣布，六國 科學(xué)家經(jīng)過年努力共同繪制完成了人 類基因組序列圖，人類基因組計劃的所有 目標(biāo)全部實現(xiàn)。 人類基因組是全人類的共同財富。國內(nèi)外專家普遍認(rèn)為，基因組序列圖首次在分子層面上為人類提供了一份生命“說明書”，不僅奠定了人類認(rèn)識自我的基石，推動了生命與醫(yī)學(xué)科學(xué)的革命性進(jìn)展，而且為全人類的健康帶來了福音。 第38頁/共102頁主要應(yīng)用疾病診斷、預(yù)測及治療 疾病易感性的研究 癌癥研究基礎(chǔ)研究 基因結(jié)構(gòu)與功能的研究新技術(shù)的開發(fā)后續(xù)研究 功能基因組學(xué) 蛋白質(zhì)組學(xué) 比較基因組學(xué)第39頁/共102頁染色質(zhì)DNA序列單一序列（unique seq

10、uence) 基因組中只有單一拷貝或幾個拷貝 一般為具有編碼功能的基因重復(fù)序列 （repetitive sequence) 中度重復(fù)序列 重復(fù)次數(shù)101-105 非編碼序列：基因調(diào)控 編碼序列：rRNA,tRNA,組蛋白,核糖體蛋白 高度重復(fù)序列 重復(fù)次數(shù) 105， 非編碼，維系染色體結(jié)構(gòu) - 端粒、著絲粒 第40頁/共102頁功能性染色體 A 能夠進(jìn)行自我復(fù)制 復(fù)制源（replication origin）( (多個多個) ) B 分裂時兩拷貝分離 著絲粒（centromere）(1(1個個) ) C 維持自身在傳代中的完整 端粒（telomere） (2(2個個) ) 第41頁/共102頁

11、著著絲絲粒粒復(fù)制源復(fù)制源端粒端粒復(fù)制源：是復(fù)制源：是DNADNA的復(fù)制起點(diǎn)的復(fù)制起點(diǎn)著絲粒：是兩條姐妹染色單著絲粒：是兩條姐妹染色單體的連接部位體的連接部位端粒：是染色體兩端串聯(lián)重端粒：是染色體兩端串聯(lián)重復(fù)重復(fù)序列復(fù)重復(fù)序列第42頁/共102頁A 組蛋白 特性：堿性蛋白，帶正電荷 分類：核小體組蛋白 H2A H2B H3 H4 102-135 aa 無種屬和組織特異性 連接組蛋白 H1 215 aa 與染色體高級結(jié)構(gòu)有關(guān) (連接核小體) 有種屬和組織特異性 （2）染色體蛋白 組蛋白（histone）：染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)蛋白 非組蛋白第43頁/共102頁 S期合成 與DNA結(jié)合，抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄 組

12、蛋白修飾影響染色質(zhì)活性 磷酸化/乙酰化：激活 甲基化：抑制第44頁/共102頁B 非組蛋白 特性：酸性蛋白，帶負(fù)電荷 有種屬和組織特異性 識別特異的DNA序列 功能：多功能性 作為結(jié)構(gòu)蛋白 參與基因表達(dá)調(diào)控第45頁/共102頁2.常染色質(zhì)和異染色質(zhì) (enchromatin,heterochromatin) 異染色質(zhì) 常染色質(zhì)堿性染料 著色深 著色淺形態(tài) 螺旋化程度高 螺旋化程度低 卷曲成粗大顆粒 解旋的細(xì)纖維絲序列特性 高度重復(fù)序列 單一序列、中度重復(fù)功能 轉(zhuǎn)錄不活躍 轉(zhuǎn)錄活躍部位 核被膜內(nèi)表面 核中央第46頁/共102頁第47頁/共102頁3.染色體的組裝 一條染色體包含一個DNA分子，平

13、均長度5cm 人體細(xì)胞含DNA 3109 bp （1個基因組） 分布在24條染色體上（單倍體） 細(xì)胞核平均直徑 5m第48頁/共102頁 (1)染色質(zhì)一級結(jié)構(gòu)-核小體 （nucleosome） 染色體的基本結(jié)構(gòu)單位組蛋白核心H2A、H2B、H3、H4構(gòu)成圓盤狀顆粒核小體組蛋白核心DNA 146bp 60bp linker第49頁/共102頁第50頁/共102頁第51頁/共102頁（2）染色質(zhì)二級結(jié)構(gòu) 螺線管在H1參與下完成H1是螺線管形成和穩(wěn)定的關(guān)鍵因素第52頁/共102頁第53頁/共102頁第54頁/共102頁馬鞭草提取物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡馬鞭草提取物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡（引自課題組相關(guān)工作）（引

14、自課題組相關(guān)工作）第55頁/共102頁（3）染色單體第56頁/共102頁骨架-放射環(huán)模型多級螺旋模型核小體30nm染色質(zhì)纖維袢環(huán)（18個袢環(huán)形成微帶，106微帶）染色單體 一級結(jié)構(gòu) 710二級結(jié)構(gòu) 螺線管 6三級結(jié)構(gòu) 超螺線管 40四級結(jié)構(gòu) 染色單體 45第57頁/共102頁第58頁/共102頁第59頁/共102頁第60頁/共102頁第61頁/共102頁4.中期染色體形態(tài)特征 由姐妹染色單體構(gòu)成,著絲粒處相連第62頁/共102頁 (1)著絲粒 姐妹染色單體的連接部位 (2)主縊痕 primary constriction 著絲粒存在部位向內(nèi)的凹陷 第63頁/共102頁第64頁/共102頁 (3

15、)動粒 kinetochore 著絲粒兩側(cè)由蛋白質(zhì)構(gòu)成的特化部位 動粒域：連接微管中心域：著絲粒區(qū)主體配對域：染色單體相互作用第65頁/共102頁 (4)次縊痕 secondary constriction 部分染色體上存在的著色較淺的縊痕 可作為染色體鑒定標(biāo)志 第66頁/共102頁 (4)隨體 satellite 部分染色體上存在的末端球形結(jié)構(gòu) 通過次縊痕與染色體主體部分相連 核仁組織區(qū) 第67頁/共102頁(5)端粒 保證染色體末端復(fù)制的完整性 保證染色體末端穩(wěn)定 第68頁/共102頁5.染色體核型一個體細(xì)胞中的全部染色體，按大小、數(shù)目、形態(tài)特征順序排列所構(gòu)成的圖像第69頁/共102頁A-

16、TG 帶G-CR 帶第70頁/共102頁第71頁/共102頁第72頁/共102頁 ( (四四) ) 核仁 nucleolus 是真核細(xì)胞間期核中最明顯的結(jié)構(gòu) 光鏡下為均質(zhì)、無包膜的球形小體成分：蛋白質(zhì)、DNA、RNA大小：蛋白合成旺盛的細(xì)胞中較大數(shù)目：1-2第73頁/共102頁1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)纖維中心 電鏡下為淺染的低電子密度區(qū)域 所含主要成分為rDNA 核仁組織者：rDNA rRNA 核仁 （nucleolus organizer） 一個核仁組織者由一個DNA袢環(huán)組成，人類rRNA基因位于5條不同染色體上（13、14、15、21、22）的次縊痕部位第74頁/共102頁核仁變小rRNA合成

17、停止核仁消失rRNA合成重新開始第75頁/共102頁第76頁/共102頁(2)致密纖維組分 是核仁內(nèi)電子密度最高的區(qū)域所含主要成分為正在轉(zhuǎn)錄的rRNA(+RNA結(jié)合蛋白)(3)顆粒組分 鏡下呈致密的顆粒結(jié)構(gòu)，在核仁中占比例最大所含主要成分為核糖體前體顆粒（rRNA前體顆粒） 第77頁/共102頁核仁基質(zhì)：核仁中無定形的蛋白質(zhì)液體第78頁/共102頁2.功能 (1)rRNA的合成和加工 rDNA的初級產(chǎn)物為45SrRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA 45SrRNA 第79頁/共102頁(2)核糖體的裝配 核糖體組成：蛋白質(zhì)+rRNA 由胞質(zhì)輸入 第80頁/共102頁

18、(五)核基質(zhì) nuclear matrix （核骨架） 第81頁/共102頁 1.組成 間期核中，除染色質(zhì)、核仁、核被膜以外的 精密的網(wǎng)架系統(tǒng) 2.成分 纖維蛋白、少量RNA 3.分類 核基質(zhì)蛋白 (共有) 核基質(zhì)結(jié)合蛋白（功能性） 與細(xì)胞類型、分化程度及病理、生理狀態(tài)有關(guān) 第82頁/共102頁4.功能 (1)參與DNA復(fù)制 DNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn) DNA復(fù)制起始點(diǎn)結(jié)合 新合成的DNA 結(jié)合提高復(fù)制效率第83頁/共102頁(2)參與基因轉(zhuǎn)錄和加工 A 參與RNA合成 RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 新合成RNA結(jié)合 轉(zhuǎn)錄活性基因結(jié)合位點(diǎn) B 參與RNA加工 第84頁/共102頁袢環(huán)結(jié)構(gòu)袢環(huán)結(jié)構(gòu)(3)參與染

19、色體構(gòu)建 (4)與細(xì)胞分化相關(guān)第85頁/共102頁二、細(xì)胞核的功能1.儲存遺傳信息，完成遺傳信息的傳代 復(fù)制2.RNA的合成 轉(zhuǎn)錄、加工 第86頁/共102頁第87頁/共102頁三、細(xì)胞核與疾病 1.細(xì)胞核形態(tài)結(jié)構(gòu)異常與腫瘤 細(xì)胞核具有高核質(zhì)比 形狀異形性 核孔數(shù)量增加 核仁體積大，數(shù)目多 組蛋白磷酸化加強(qiáng)第88頁/共102頁2.染色體異常 數(shù)目異常： 結(jié)構(gòu)異常： 染色體發(fā)生結(jié)構(gòu)畸變的基礎(chǔ)是斷裂及斷裂后 的重接 缺失、重復(fù)、倒位、易位第89頁/共102頁核被膜 外核膜 結(jié)構(gòu)：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜連續(xù),Ri 表面有骨架成分分布 功能：與蛋白合成有關(guān)內(nèi)核膜核纖層 組成：核纖層蛋白 功能：支架、核膜崩解與重建、染色體凝集 DNA復(fù)制核周隙核孔 結(jié)構(gòu)：核孔復(fù)合體-胞質(zhì)環(huán)、核質(zhì)環(huán)、輻 功能：核內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 小分子：自由擴(kuò)散 大分子：主動運(yùn)輸 NLS、受