細胞生物學(xué)：06-1核膜

1、 細細 胞胞 核核（nucleus）學(xué)習(xí)目的和要求學(xué)習(xí)目的和要求1.1.掌握核膜、核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)組成及功能。掌握核膜、核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)組成及功能。2.2.掌握染色質(zhì)與染色體的概念、化學(xué)組成、掌握染色質(zhì)與染色體的概念、化學(xué)組成、包裝過程以及染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)。包裝過程以及染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)。3.3.掌握核仁、核纖層的結(jié)構(gòu)與功能、掌握核仁、核纖層的結(jié)構(gòu)與功能、4.4.熟悉核基質(zhì)的化學(xué)構(gòu)成及功能熟悉核基質(zhì)的化學(xué)構(gòu)成及功能; ;細胞的細胞的核型與染色體帶型。核型與染色體帶型。5.5.了解細胞核與疾病的關(guān)系。了解細胞核與疾病的關(guān)系。 真核細胞，除高等植物韌皮部真核細胞，除高等植物韌皮部成熟的篩管細胞和哺乳動物

2、成熟的成熟的篩管細胞和哺乳動物成熟的紅細胞之外，都含有細胞核。紅細胞之外，都含有細胞核。 1831 1831年年, ,蘇格蘭人蘇格蘭人BrownBrown第一次第一次使用使用“nucleusnucleus”（細胞核）一詞。（細胞核）一詞。 細胞核是真核細胞內(nèi)最重要的細細胞核是真核細胞內(nèi)最重要的細胞器，是細胞生命活動的控制中心，胞器，是細胞生命活動的控制中心，是真核細胞和原核細胞的最大區(qū)別。是真核細胞和原核細胞的最大區(qū)別。概述：概述：數(shù)量：數(shù)量：每個細胞通常只有每個細胞通常只有一個核，一個核，但有些細胞為但有些細胞為 雙核雙核甚至甚至多核，多核，如人的肝細胞和骨骼肌細如人的肝細胞和骨骼肌細胞。胞

3、。大小：大?。焊叩葎游锛毎说闹睆酵ǔＴ诟叩葎游锛毎说闹睆酵ǔＴ?10m510m。在不同生物體細胞核大小有所不同，在不同生物體細胞核大小有所不同，生長生長旺盛的細胞，核較大；分化成熟的細胞核旺盛的細胞，核較大；分化成熟的細胞核較小。較小。形態(tài)：形態(tài)：與細胞形狀、細胞類型、發(fā)育時期有關(guān)。與細胞形狀、細胞類型、發(fā)育時期有關(guān)。細胞核電鏡照片細胞核模式圖核核 膜膜核核 仁仁染色質(zhì)染色質(zhì)核基質(zhì)核基質(zhì) 細胞核的形態(tài)伴隨細胞的增細胞核的形態(tài)伴隨細胞的增殖過程呈現(xiàn)周期性的變化。殖過程呈現(xiàn)周期性的變化。 處于間期的細胞核叫間期核。處于間期的細胞核叫間期核。第一節(jié)第一節(jié) 核膜核膜第二節(jié)第二節(jié) 染色質(zhì)和染色體染色

4、質(zhì)和染色體第三節(jié)第三節(jié) 核仁核仁第四節(jié)第四節(jié) 核基質(zhì)核基質(zhì)第五節(jié)第五節(jié) 細胞核的功能細胞核的功能內(nèi)容內(nèi)容第六節(jié)第六節(jié) 細胞核與疾病細胞核與疾病第一節(jié)第一節(jié) 核核 膜膜（nuclear envelope)nuclear envelope) 核膜核膜外核膜外核膜內(nèi)核膜內(nèi)核膜核核 周周 間 隙間 隙核孔核孔核纖層核纖層 其表面附核糖體，形似粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)其表面附核糖體，形似粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng), ,并與其相通。并與其相通。外核膜外核膜（一）（一）內(nèi)、內(nèi)、外核膜外核膜和核周間隙和核周間隙 其內(nèi)表面有一層電子密度高的蛋其內(nèi)表面有一層電子密度高的蛋白質(zhì)細絲附著，稱為核纖層。白質(zhì)細絲附著，稱為核纖層。內(nèi)核膜內(nèi)核膜 隙寬：

5、隙寬：20-40nm,20-40nm,充滿液態(tài)物充滿液態(tài)物質(zhì)質(zhì), ,為蛋白質(zhì)和酶。此間隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有臨為蛋白質(zhì)和酶。此間隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有臨時通道，可進行核時通道，可進行核質(zhì)物質(zhì)交換。質(zhì)物質(zhì)交換。核周間隙核周間隙(nuclear pore and nuclear pore complex)（二）核孔和核孔復(fù)合體（二）核孔和核孔復(fù)合體 核孔是由一組蛋白質(zhì)顆粒核孔是由一組蛋白質(zhì)顆粒和纖維物質(zhì)以特定方式排列形和纖維物質(zhì)以特定方式排列形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，稱為核孔復(fù)合成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，稱為核孔復(fù)合體。體。（胞質(zhì)面）（胞質(zhì)面） （核質(zhì)面）（核質(zhì)面） 核孔復(fù)合體電鏡照片核孔復(fù)合體電鏡照片 捕魚籠式結(jié)構(gòu)模型捕魚籠式結(jié)構(gòu)模型捕

6、魚籠式捕魚籠式核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)模型核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)模型 主要由四種組分構(gòu)成：主要由四種組分構(gòu)成： 胞質(zhì)環(huán)胞質(zhì)環(huán)(cytoplasmic ring)(cytoplasmic ring)： 位于核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)邊緣位于核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)邊緣胞質(zhì)胞質(zhì)面面一側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)一側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu), ,與柱狀亞單位相連，與柱狀亞單位相連，伸出八條短而卷曲的絲狀物，對稱分伸出八條短而卷曲的絲狀物，對稱分布，并伸向細胞質(zhì)。布，并伸向細胞質(zhì)。 核質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)(nucleoplasmic ring):(nucleoplasmic ring): 位于核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)邊緣位于核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)邊緣核質(zhì)核質(zhì)面面一側(cè)的孔環(huán)狀結(jié)構(gòu)一側(cè)的孔環(huán)狀結(jié)構(gòu),

7、,與柱狀亞單位相連，與柱狀亞單位相連，伸出八條細長絲狀物，伸入核內(nèi)伸出八條細長絲狀物，伸入核內(nèi)50-50-70nm70nm，在絲狀物末端形成一個直徑，在絲狀物末端形成一個直徑60nm60nm的小環(huán)，形似捕魚籠樣結(jié)構(gòu)，稱的小環(huán)，形似捕魚籠樣結(jié)構(gòu)，稱為核籃為核籃(nuclear basket)(nuclear basket)。 柱狀亞單位：柱狀亞單位：位于核孔邊緣，連接胞質(zhì)環(huán)與核位于核孔邊緣，連接胞質(zhì)環(huán)與核 質(zhì)環(huán)，起到支撐核孔的作用；質(zhì)環(huán)，起到支撐核孔的作用；腔內(nèi)亞單位腔內(nèi)亞單位：穿過核膜伸入核周間隙，起錨定：穿過核膜伸入核周間隙，起錨定 作用；作用；環(huán)狀亞單位：環(huán)狀亞單位：在柱狀亞單位內(nèi)側(cè)靠近核

8、孔中在柱狀亞單位內(nèi)側(cè)靠近核孔中 央，央， 是核是核- -質(zhì)交換的通道。質(zhì)交換的通道。 輻（輻（spokespoke）：）： 由核孔邊緣伸向中心，呈輻射狀由核孔邊緣伸向中心，呈輻射狀八重對稱。包括：八重對稱。包括： 中央栓中央栓(Central plug)(Central plug)： 位于核孔的中心，呈顆粒狀或位于核孔的中心，呈顆粒狀或棒狀?？赡苁钦谕ㄟ^核孔復(fù)合體棒狀?？赡苁钦谕ㄟ^核孔復(fù)合體的被轉(zhuǎn)運物質(zhì)。的被轉(zhuǎn)運物質(zhì)。 A.核纖層與細胞核構(gòu)建的模式圖核纖層與細胞核構(gòu)建的模式圖 B.核纖層的電鏡圖片核纖層的電鏡圖片（三）核纖層（三）核纖層（nuclear laminanuclear lami

9、na） 1. 1.概念：概念： 位于位于內(nèi)核膜內(nèi)側(cè)內(nèi)核膜內(nèi)側(cè)與染色質(zhì)之間的一與染色質(zhì)之間的一層由高電子密度纖維蛋白質(zhì)組成的網(wǎng)絡(luò)層由高電子密度纖維蛋白質(zhì)組成的網(wǎng)絡(luò)片層結(jié)構(gòu)。片層結(jié)構(gòu)。 2. 2.分子組成：分子組成： 核纖層蛋白，屬于中間纖維。核纖層蛋白，屬于中間纖維。 核纖層蛋白核纖層蛋白分別稱分別稱lamin A.B.Clamin A.B.C。其中其中l(wèi)aminBlaminB與核內(nèi)膜上的鑲嵌蛋白結(jié)合與核內(nèi)膜上的鑲嵌蛋白結(jié)合在一起，在一起， laminAlaminA和和 laminC laminC 又掛靠著又掛靠著 laminBlaminB，染色質(zhì)纖維一個或幾個部位與，染色質(zhì)纖維一個或幾個部位與

10、laminAlaminA和和 laminClaminC連接在一起，核纖層連接在一起，核纖層蛋白還可以與核基質(zhì)中的蛋白質(zhì)形成聯(lián)蛋白還可以與核基質(zhì)中的蛋白質(zhì)形成聯(lián)接。接。核核 孔孔復(fù)復(fù) 合合 體體膜蛋白外 膜內(nèi) 膜 鑲 嵌 膜 蛋 白核核 周周 腔腔BBBBBBBAC ACACACACACAC核纖層核纖層染色質(zhì)染色質(zhì) (1(1）細胞核中起支架作用細胞核中起支架作用 核纖層與內(nèi)核膜的脂雙分子層中核纖層與內(nèi)核膜的脂雙分子層中的特殊蛋白相結(jié)合，的特殊蛋白相結(jié)合，支持和固定核膜，支持和固定核膜，穩(wěn)定核的形狀。穩(wěn)定核的形狀。 使胞質(zhì)骨架和核骨架形成連續(xù)網(wǎng)使胞質(zhì)骨架和核骨架形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3. 核纖層

11、的功能：核纖層的功能：（2 2）與染色質(zhì)凝集成染色體相關(guān)）與染色質(zhì)凝集成染色體相關(guān) 細胞分裂間期：細胞分裂間期：染色質(zhì)與核纖層緊染色質(zhì)與核纖層緊密結(jié)合，染色質(zhì)不能螺旋化為染色體。密結(jié)合，染色質(zhì)不能螺旋化為染色體。 細胞分裂前期：細胞分裂前期：核纖層蛋白解聚，核纖層蛋白解聚，染色質(zhì)與核纖層蛋白喪失，染色質(zhì)逐染色質(zhì)與核纖層蛋白喪失，染色質(zhì)逐漸凝集成染色體漸凝集成染色體Breakdown and reformation of nuclear envelope during mitosis細胞有絲分裂細胞有絲分裂 前期：核纖層蛋白磷酸化，核纖層前期：核纖層蛋白磷酸化，核纖層 蛋白解聚成單體，導(dǎo)致核崩蛋

12、白解聚成單體，導(dǎo)致核崩 解、破裂。解、破裂。 末期：核纖層蛋白去磷酸化，使核末期：核纖層蛋白去磷酸化，使核 膜重建。膜重建。（3）參與核膜的解體和重建參與核膜的解體和重建核纖層蛋白A 核纖層蛋白B 核纖層蛋白C 利用爪蟾卵母細胞核重建體系的研究發(fā)現(xiàn)，重建的沒有核纖層的細胞核，雖然細胞核里具有DNA復(fù)制過程所需要的蛋白質(zhì)和酶，但卻不能進行DNA的復(fù)制，這表明只有染色質(zhì)而無完整的核膜是不能復(fù)制DNA的，提示核纖層參與了DNA的復(fù)制。 （4 4）參與）參與DNADNA的復(fù)制的復(fù)制二、核膜的功能二、核膜的功能（一）為基因表達提供了時空隔離屏障（一）為基因表達提供了時空隔離屏障 使使DNADNA復(fù)制、復(fù)

13、制、RNARNA的轉(zhuǎn)錄與蛋白合的轉(zhuǎn)錄與蛋白合成有時空間隔，建立遺傳物質(zhì)穩(wěn)定的成有時空間隔，建立遺傳物質(zhì)穩(wěn)定的活動環(huán)境。活動環(huán)境。（二）（二）維持核的形態(tài)維持核的形態(tài)（三）參與蛋白質(zhì)合成（三）參與蛋白質(zhì)合成 外核膜的表面附外核膜的表面附著核糖體，可進行蛋著核糖體，可進行蛋白質(zhì)的合成。白質(zhì)的合成。 組蛋白，組蛋白， DNA聚合聚合酶，酶，RNA聚合酶，聚合酶，核糖體蛋白核糖體蛋白主動運輸主動運輸離子，小分子離子，小分子RNA，核糖體亞基，核糖體亞基 被動運輸被動運輸（四）（四） 核質(zhì)之間的物質(zhì)運輸核質(zhì)之間的物質(zhì)運輸 1. 1.被動擴散被動擴散 轉(zhuǎn)運成分：轉(zhuǎn)運成分：無機離子、小分子及無機離子、小分子

14、及直徑小于直徑小于10nm10nm的物質(zhì)，如的物質(zhì)，如 水分子、水分子、K K+ +、ClCl- -、CaCa2+2+、MgMg2+2+、單糖、氨基酸等。、單糖、氨基酸等。 轉(zhuǎn)運特點：轉(zhuǎn)運特點：通過直徑通過直徑910nm910nm的親的親水性通道自由轉(zhuǎn)運。水性通道自由轉(zhuǎn)運。 2.2.主動運輸主動運輸 轉(zhuǎn)運成分：轉(zhuǎn)運成分：大分子物質(zhì)，如大分子物質(zhì)，如RNARNA、 核核 糖體、蛋白質(zhì)等。糖體、蛋白質(zhì)等。轉(zhuǎn)運特點：轉(zhuǎn)運特點：具有選擇性；具有選擇性； 直徑大小可調(diào)節(jié)；直徑大小可調(diào)節(jié)； 信號識別與載體介導(dǎo)；信號識別與載體介導(dǎo)； 消耗能量；消耗能量；1) 親核蛋白質(zhì)的核輸入親核蛋白質(zhì)的核輸入親核蛋白質(zhì)（

15、親核蛋白質(zhì)（karyophilic protein) ) 在細胞質(zhì)中合成，運到核內(nèi)執(zhí)行功在細胞質(zhì)中合成，運到核內(nèi)執(zhí)行功能的蛋白質(zhì)。如能的蛋白質(zhì)。如DNADNA聚合酶、聚合酶、RNARNA聚合聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白等。酶、組蛋白、核糖體蛋白等。核定位信號核定位信號(nuclear localization signal, (nuclear localization signal, NLSNLS）：）： 存在于親核蛋白內(nèi)的存在于親核蛋白內(nèi)的特殊氨特殊氨基酸序列基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)通過核可引導(dǎo)蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體被轉(zhuǎn)運到核內(nèi)，具有孔復(fù)合體被轉(zhuǎn)運到核內(nèi)，具有“定向定向”、“定位定位”作用。作用。

16、 通過核孔攝取蛋白示意圖通過核孔攝取蛋白示意圖通過核孔攝取蛋白照片通過核孔攝取蛋白照片 NLS NLS由由4-84-8個氨基酸組成，個氨基酸組成，不同的親核蛋白質(zhì)上的核定位不同的親核蛋白質(zhì)上的核定位信號不同，但都富含帶正電的信號不同，但都富含帶正電的賴氨酸和精氨酸，通常還有脯賴氨酸和精氨酸，通常還有脯氨酸。這些信號可以位于親核氨酸。這些信號可以位于親核蛋白質(zhì)的任何部位。在指導(dǎo)親蛋白質(zhì)的任何部位。在指導(dǎo)親核蛋白完成核輸入后不被切除。核蛋白完成核輸入后不被切除。 研究表明僅有核定位信號的蛋白研究表明僅有核定位信號的蛋白質(zhì)自身不能通過核孔復(fù)合體，它必須質(zhì)自身不能通過核孔復(fù)合體，它必須通過和通過和NL

17、SNLS受體結(jié)合才可通過核孔復(fù)合受體結(jié)合才可通過核孔復(fù)合體 ， 這 種 受 體 稱 為體 ， 這 種 受 體 稱 為 輸 入 蛋 白 （輸 入 蛋 白 （importinimportin）或）或入核素。 輸入蛋白在被轉(zhuǎn)運的親核蛋白質(zhì)輸入蛋白在被轉(zhuǎn)運的親核蛋白質(zhì)與核孔復(fù)合體運輸裝置之間作為一種與核孔復(fù)合體運輸裝置之間作為一種接頭分子而起作用。接頭分子而起作用。親核蛋白入核轉(zhuǎn)運小結(jié)親核蛋白入核轉(zhuǎn)運小結(jié)親核蛋白：親核蛋白：在細胞質(zhì)內(nèi)合成后，進入在細胞質(zhì)內(nèi)合成后，進入 細胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類細胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類 蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。核定位信號：核定位信號：存在于親核蛋白內(nèi)的特存在于親核蛋白內(nèi)的特 殊氨基

18、酸序列，可引導(dǎo)殊氨基酸序列，可引導(dǎo) 蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體 被轉(zhuǎn)運到核內(nèi)。被轉(zhuǎn)運到核內(nèi)。 核轉(zhuǎn)運受體：核轉(zhuǎn)運受體：存在于胞質(zhì)中，既可存在于胞質(zhì)中，既可 以與核孔復(fù)合體結(jié)合又以與核孔復(fù)合體結(jié)合又 可以與被轉(zhuǎn)運物質(zhì)結(jié)合?？梢耘c被轉(zhuǎn)運物質(zhì)結(jié)合。 RanGTPRanGTP酶：酶： 水解水解GTPGTP，為核轉(zhuǎn)運提供，為核轉(zhuǎn)運提供 能量；激活入核素，使其能量；激活入核素，使其 釋放親核蛋白至核內(nèi)。釋放親核蛋白至核內(nèi)。2 2）RNARNA及核糖體亞基的核輸出及核糖體亞基的核輸出核孔復(fù)合體除了把親核蛋白輸入核孔復(fù)合體除了把親核蛋白輸入核內(nèi)以外，還要把新合成的核糖體核內(nèi)以外，還要把新合成的核糖體大小亞基、大小亞基、mRNAmRNA和和tRNAtRNA等輸出到細等輸出到細胞質(zhì)。胞質(zhì)。核孔復(fù)合體上的受體識別被轉(zhuǎn)運核孔復(fù)合體