大二6.細(xì)胞核2013-1st for七年學(xué)生

細(xì)胞核首都醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)系常娜

本節(jié)課主要內(nèi)容細(xì)胞核概述核膜與核孔復(fù)合物染色質(zhì)與染色體核仁核基質(zhì)細(xì)胞內(nèi)最大的細(xì)胞器；載有全部基因組的染色體，DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄中心；是細(xì)胞遺傳代謝的中心。數(shù)量：大多數(shù)是單核的，有些細(xì)胞有多個核；有的細(xì)胞無細(xì)胞核。形態(tài):一般為圓球形或橢球形。大小:高等動物細(xì)胞5－10μm高等植物細(xì)胞5－20μm低等植物細(xì)胞1－4μm核質(zhì)比Nuclear-cytoplasmicratioNP==VnVc-VnVnVp細(xì)胞核形態(tài)的周期性變化本節(jié)課主要內(nèi)容細(xì)胞核概述核膜與核孔復(fù)合物染色質(zhì)與染色體核仁核基質(zhì)核膜包圍在細(xì)胞核外的界膜，主要化學(xué)成分以及分子組成與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似。由兩層單位膜組成。核膜結(jié)構(gòu)示意圖外層核膜內(nèi)層核膜核周池核孔核纖層(P196)核纖層緊靠細(xì)胞核內(nèi)膜，由中間纖維組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由1~3種核纖層蛋白（Lamin）組成參與形成細(xì)胞骨架核纖層蛋白

LaminA、LaminB、LaminC

2類：A型核纖層蛋白：LaminA\C為染色質(zhì)提供附著點B型核纖層蛋白：LaminB與內(nèi)層核膜中的特定受體相結(jié)合核纖層染色質(zhì)核孔復(fù)合體膜蛋白外膜內(nèi)膜

鑲

嵌

膜

蛋

白核周腔核纖層的功能為核膜提供支架核孔復(fù)合體和核內(nèi)膜錨定在核纖層上與染色質(zhì)及核的組裝密切相關(guān)，有助于維持和穩(wěn)定染色質(zhì)的有序結(jié)構(gòu)與核膜行為密切相關(guān)核纖層與染色質(zhì)定位間期：使染色質(zhì)不能螺旋化為染色體；分裂末期：使染色體解旋成染色質(zhì)。

環(huán)球科學(xué)（2011.3）

細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)傾向于占據(jù)自己偏愛的位置，當(dāng)基因活性改變時，位置也會隨之改變；分化過程中，Lamin蛋白出現(xiàn)，并將低活性染色體拉到細(xì)胞核邊緣，使被轉(zhuǎn)錄基因接觸到“轉(zhuǎn)錄工廠”核纖層蛋白高度磷酸化核纖層解聚核纖層蛋白去磷酸化核纖層重裝配分裂前期分裂后期核纖層與大腦發(fā)育2011.3.17JBCreview核孔電鏡圖核孔核孔并不僅僅是一個簡單的通道，它包含有一個復(fù)雜而精細(xì)的結(jié)構(gòu)體系，即核孔復(fù)合體(nuclearporecomplex，NPC)細(xì)胞核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)電鏡圖胞質(zhì)面核質(zhì)面核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)示意圖核孔復(fù)合體模型胞質(zhì)環(huán):核孔胞質(zhì)側(cè)的整個邊緣，伸出8條短纖維核質(zhì)環(huán):核孔核質(zhì)側(cè)的整個邊緣，8條長纖維；與端環(huán)組成核籃(nuclearbasket)，核籠(nuclearcage)輻:與胞質(zhì)環(huán)和核質(zhì)環(huán)相連接，起到支持核孔的作用中心栓：又稱中心顆粒，位于核孔的中心，推測它在胞核與胞質(zhì)的物質(zhì)交換中起轉(zhuǎn)運作用。核孔復(fù)合體的組成核孔復(fù)合物模式圖100多種蛋白質(zhì)組成；核孔蛋白(NUP)：30多種含有一些通用性結(jié)構(gòu)：FG重復(fù)序列

（苯丙氨酸-甘氨酸）該序列可與核轉(zhuǎn)運受體相互作用并介導(dǎo)親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運核孔復(fù)合體的蛋白質(zhì)組成Nup210(gp210)跨膜的N-連接糖蛋白，錨定核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)；介導(dǎo)核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)在核孔處的組裝，在內(nèi)外核膜形成核孔的過程中起重要作用。Nup62(p62)O-連接糖蛋白，功能蛋白質(zhì)，在物質(zhì)通過核孔復(fù)合體的轉(zhuǎn)運過程中發(fā)揮重要作用核孔復(fù)合體的功能

參與細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的物質(zhì)交換物質(zhì)交換的通道；特殊的跨膜運輸?shù)鞍祝贿\輸方式：被動運輸、主動運輸。被動運輸（自由擴散）離子、水溶性小分子；擴散速度非?？?，且與分子大小成反比。離子、小分子、直徑<10nm：自由通過<5kDa：自由擴散>17kDa：速度很慢 >60kDa：很難擴散主動運輸雙向選擇性核輸入(DNA/RNA聚合酶、組蛋白和核糖體蛋白等)；核輸出(翻譯所需的RNA和裝配好的核糖體亞基等)。

高度選擇性限制物質(zhì)大??；需要信號識別與載體介導(dǎo)；

消耗能量。Question:為什么核孔復(fù)合物可以準(zhǔn)確識別進(jìn)出細(xì)胞核的物質(zhì)？核質(zhì)蛋白的主動轉(zhuǎn)運親核蛋白karyophilicprotein指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì)（如組蛋白、核纖層蛋白等）。還有一些親核蛋白需要穿梭于核質(zhì)之間進(jìn)行功能活動，如入核素。含有核定位信號。核定位信號/序列

NuclearLocalizationsignal,

NuclearLocalizationsequence,NLS特殊的氨基酸序列；一般含有4～8個氨基酸，且沒有專一性；可位于蛋白質(zhì)任何部位，完成功能后不被切除。第一個被確定的核定位序列：SV40大T抗原的核定位序列；Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-ValWild-type:T-antigeninnucleusMutant-type:T-antigenincytosol胞質(zhì)蛋白+NLS胞質(zhì)蛋白除NLS序列外，親核蛋白的轉(zhuǎn)運還需要其他蛋白質(zhì)的協(xié)助以及GTP水解提供能量親核蛋白的運輸過程：親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運親核蛋白與importinα/importinβ異二聚體相互識別，并結(jié)合成轉(zhuǎn)運復(fù)合物復(fù)合物在importinβ的介導(dǎo)下與核孔復(fù)合體的胞質(zhì)纖維結(jié)合，并轉(zhuǎn)入到核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體的構(gòu)象發(fā)生改變，將轉(zhuǎn)運復(fù)合體從胞質(zhì)面轉(zhuǎn)移到核質(zhì)面轉(zhuǎn)運復(fù)合體在核質(zhì)面與Ran相互作用，復(fù)合體解離，親核蛋白質(zhì)釋放，進(jìn)入核質(zhì)中親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運受體與親核蛋白解離后與Ran蛋白一起返回胞質(zhì)在胞質(zhì)中Ran上的GTP水解成GDP，并與受體亞基解離結(jié)合GDP的Ran蛋白返回到胞核內(nèi)，并轉(zhuǎn)換為GTP結(jié)合的Ran蛋白整個過程中：蛋白被轉(zhuǎn)運進(jìn)入細(xì)胞核，消耗GTP受體蛋白和Ran蛋白可重新被利用

除親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運外，核孔復(fù)合體還參與了一些物質(zhì)的出核轉(zhuǎn)運過程（成熟mRNA、tRNA以及核糖核蛋白體）。這些過程同樣是具有高度選擇性的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。

膠體金顆粒外包裹tRNA或5SrRNA蛙卵核內(nèi)細(xì)胞質(zhì)RNA的出核轉(zhuǎn)運mRNA的出核轉(zhuǎn)運核孔復(fù)合物調(diào)控亞端粒區(qū)域染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)核膜的功能區(qū)域化作用

作為一種天然的具有選擇性的屏障，避免生命活動彼此干擾，保護(hù)DNA分子不受細(xì)胞骨架運動產(chǎn)生的機械力損傷，確保了真核生物基因表達(dá)的準(zhǔn)確性與高效性?？刂坪速|(zhì)間的物質(zhì)交換和信息交流參與生物大分子合成本節(jié)課主要內(nèi)容細(xì)胞核概述核膜與核孔復(fù)合物染色質(zhì)與染色體核仁核基質(zhì)染色質(zhì)chromatin最初由于能被堿性染料染色而得名指間期細(xì)胞內(nèi)由DNA、蛋白質(zhì)及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)的存在形式。比例：1:1染色體chromosome指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中，由染色質(zhì)凝聚而成的棒狀結(jié)構(gòu)。

染色質(zhì)和染色體是在細(xì)胞周期不同階段相互轉(zhuǎn)變的形態(tài)結(jié)構(gòu),二者之間的區(qū)別不是在化學(xué)組成上，而是在構(gòu)象上，反映出它們處于細(xì)胞周期的不同階段。染色質(zhì)染色質(zhì)化學(xué)組成分類結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄一、化學(xué)組成染色質(zhì)DNA蛋白質(zhì)少量RNA組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4非組蛋白DNA遺傳物質(zhì)的載體，存儲遺傳信息DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板包括重復(fù)序列和單一序列高度重復(fù)序列：衛(wèi)星DNA、小衛(wèi)星DNA、微衛(wèi)星DNA中度重復(fù)序列：rRNA基因、tRNA基因等單拷貝序列：真核生物的大部分結(jié)構(gòu)基因DNA的結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)核苷酸的排列順序，具有多樣性二級結(jié)構(gòu)具有多形性四鏈DNA染色質(zhì)蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀組蛋白(histone)非組蛋白(non-histone)組蛋白真核生物特有的結(jié)構(gòu)蛋白，屬堿性蛋白質(zhì)與DNA非特異性結(jié)合進(jìn)化保守，可發(fā)生多種修飾參與染色體的構(gòu)建；維持染色體結(jié)構(gòu)，參與DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。分類：H1、H2A、H2B、H3、H4組蛋白核小體組蛋白：H2B、H2A、H3和H4，組成八聚體構(gòu)成核小體核心顆粒，協(xié)助DNA卷曲成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

（沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守。）

H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時起連接作用，與核小體的進(jìn)一步包裝有關(guān)。

（既具有種屬特異性，又有組織特異性。）非組蛋白（序列特異性DNA結(jié)合蛋白）真核生物特有的一類蛋白，酸性蛋白質(zhì)與DNA序列特異性結(jié)合非保守，具有種屬及組織特異性參與染色體的構(gòu)建，啟動基因復(fù)制，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄（即轉(zhuǎn)錄因子）RNAtRNA、rRNA、mRNA、HnRNA（核不均一RNA）、snRNA（核內(nèi)小RNA）；含量不到DNA量的10%，差異較大。染色質(zhì)化學(xué)組成分類結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄二、分類常染色質(zhì)異染色質(zhì)狀態(tài)包裝松散，細(xì)胞間期呈解旋的細(xì)纖維絲狀折疊緊密，染色呈深的塊狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄活性活躍低，處于靜止?fàn)顟B(tài)嗜堿性弱強位置細(xì)胞核中央，一部分位于異染色質(zhì)之間；分裂期位于染色體臂散布核內(nèi)，多分布在內(nèi)核膜附近，分裂期位于著絲粒、端粒、染色體臂的常染色質(zhì)之間DNA類型單一和重復(fù)序列大量重復(fù)序列復(fù)制時間S期的早中期S期晚期功能控制細(xì)胞代謝和遺傳儲存遺傳信息、轉(zhuǎn)錄終止點和DNA聚合酶起始點、細(xì)胞分裂期對染色體分離起作用、轉(zhuǎn)錄rRNA結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)各種類型細(xì)胞在整個細(xì)胞周期內(nèi)處于凝集狀態(tài)的染色質(zhì)多定位于著絲粒區(qū)域、端粒和染色體臂的凹入部位含大量重復(fù)序列兼性異染色質(zhì)特定細(xì)胞類型中或在一定發(fā)育階段由常染色質(zhì)凝集轉(zhuǎn)變而來的巴氏小體染色質(zhì)化學(xué)組成分類結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄三、結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)——核小體染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)將DNA分子長度壓縮7倍核小體核心部連接部DNA：146bp、1.75圈組蛋白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚體組蛋白：H1DNA：60bp核小體結(jié)構(gòu)每個核小體包括約200bpDNA、一個組蛋白核心和一個H1蛋白。由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成組蛋白八聚體，構(gòu)成核心顆粒。DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1組蛋白封鎖。相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接DNA。組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列。核小體具有自組裝的性質(zhì)。二級結(jié)構(gòu)——30nm纖維（螺線管）螺線管結(jié)構(gòu)：

6個核小體纏繞一圈形成的中空性管。外徑30nm，內(nèi)徑10nm，組蛋白H1位于螺旋管內(nèi)側(cè)。將串珠狀小體長度壓縮5/6，DNA分子長度壓縮42倍組蛋白H1核小體染色體三級結(jié)構(gòu)及四級結(jié)構(gòu)：

存在爭議，兩種假說假說一：多級螺旋模型

假說二：放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型假說一：多級螺旋結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)——超螺線管由螺旋管進(jìn)一步盤曲而形成，直徑0.4μm將螺旋管長度壓縮39/40，DNA分子壓縮1680倍四級結(jié)構(gòu)——染色單體超螺旋管進(jìn)一步螺旋折疊將螺旋管長度壓縮4/5-5/6，DNA分子壓縮近萬倍假說二：放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型三級結(jié)構(gòu)——袢環(huán)由螺旋管折疊而成。每個袢環(huán)長約21μm，含315個核小體。18個袢環(huán)呈放射平面排列，形成微帶。123456789101112131415161718假說二：放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型四級結(jié)構(gòu)

——染色單體由微帶沿縱軸排列形成染色單體。關(guān)于染色體組裝的其他模型

關(guān)于染色體組裝的其他模型染色質(zhì)化學(xué)組成分類結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄四、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)的主要特征：DNaseI超敏位點生化特性：少有組蛋白H1結(jié)合，組蛋白乙酰化程度高，H2B組蛋白磷酸化程度低，H2A組蛋白很少有變異，HMG蛋白四、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄松散染色質(zhì)結(jié)構(gòu)形成：DNA結(jié)構(gòu)改變與核小體相位的影響；組蛋白修飾染色質(zhì)的區(qū)間性：基因座控制區(qū)（LCR）；隔離子染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄甲基化水平染色質(zhì)與基因表達(dá)環(huán)球科學(xué)Encode專題：NatureEncode專題：

染色體染色體結(jié)構(gòu)核型與染色體顯帶特殊染色體中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)有絲分裂時，間期染色質(zhì)纖維通過盤繞、折疊壓縮包裝成大小不等、形態(tài)各異的短棒狀的染色體。在光學(xué)顯微鏡下可見，有絲分裂中期的染色體達(dá)到了最大的緊縮程度，形態(tài)最典型，且比較穩(wěn)定。染色單體次縊痕含高度重復(fù)DNA隨體常染色質(zhì)區(qū)異染色質(zhì)區(qū)主縊痕（初級縊痕）著絲粒短臂（p）長臂（q）核仁組織區(qū)（NOR）端粒1、著絲粒centromere

著絲粒連接兩條染色單體，由于染色體在著絲粒部位內(nèi)縊，所以將此部位稱為主縊痕。由高度重復(fù)的異染色質(zhì)組成。根據(jù)著絲粒位置，可將染色體分為四種類型動粒kinetochore主縊痕兩側(cè)為一對盤狀特化部位，它們是由多種蛋白質(zhì)構(gòu)成，多數(shù)情況下為三層，有時會出現(xiàn)第四層結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)被廣泛稱為動粒。動粒在有絲分裂時與紡錘絲相連。參與細(xì)胞分裂后期染色體向兩極的移動，與著絲粒在結(jié)構(gòu)及功能上密不可分著絲粒-動粒復(fù)合體

centromere-kinetochorecomplex動粒結(jié)構(gòu)域

位于表面，三層板狀結(jié)構(gòu)中心結(jié)構(gòu)域主體，位于動粒結(jié)構(gòu)域下方配對結(jié)構(gòu)域內(nèi)層，連接兩條染色單體2、次縊痕sencondaryconstriction：染色體上除主縊痕外的縊縮部位。數(shù)目、位置和大小是某些染色體所特有的形態(tài)特征，可作為鑒定染色體的標(biāo)記。并非所有染色體上都有次縊痕結(jié)構(gòu)，但每種生物染色體組中至少有一條或一對染色體上有次縊痕。

核仁組織區(qū)（NOR）核仁組織區(qū)nucleolusorganizingregion,NOR位于染色體的次縊痕部位電鏡下觀察：核仁組織區(qū)主要是核仁內(nèi)的一些由次縊痕部位伸出的DNA袢是18S、28S和5.8SrRNA基因（rDNA）所處的部位，5SrRNA的基因不在核仁組織區(qū)與細(xì)胞間期核仁形成有關(guān)3、隨體某些染色體末端部分的圓形或圓柱形染色體節(jié)段通過次縊痕區(qū)與染色體的主要部分相連是鑒別染色體的重要標(biāo)志，每種生物的染色體組中，次縊痕及隨體的形態(tài)和大小是一定的。4、端粒（telomere）染色體端部的特化結(jié)構(gòu)高度重復(fù)的短序列核苷酸，高度保守在細(xì)胞分裂時起作用，隨每次復(fù)制而逐漸縮短生物學(xué)作用：維持染色體的穩(wěn)定，保證DNA的完全復(fù)制及參與染色體在核內(nèi)空間的排布。

染色體的DNA復(fù)制起點、著絲粒和端粒構(gòu)成染色體DNA的功能元件染色體結(jié)構(gòu)核型與染色體顯帶特殊染色體核型karyotype指染色體組在有絲分裂中期的表型，是一個體細(xì)胞內(nèi)的全套染色體。包括染色體數(shù)目、大小和形態(tài)核型模式圖將一個體細(xì)胞內(nèi)的全套染色體繪制下來，按其相對衡定的形態(tài)特征排列的圖象。Down綜合征（21三體）染色體分帶用特殊的染色方法使染色體沿其長軸顯示出明暗交替或染色深淺不同的橫紋——帶G帶型C帶型Q帶型染色體結(jié)構(gòu)核型與染色體顯帶特殊染色體特殊染色體特點：體積巨大（巨染色體）多線染色體燈刷染色體(有絲分裂，多次復(fù)制不分裂)（減數(shù)分裂，停留在雙線期）本節(jié)課主要內(nèi)容細(xì)胞核概述核膜與核孔復(fù)合物染色質(zhì)與染色體核仁核基質(zhì)

核仁(nucleosome)是真核細(xì)胞間期核中最明顯的結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞核的一個重要組成成分核仁的大小、形狀和數(shù)目隨生物的種類、細(xì)胞類型和細(xì)胞代謝狀態(tài)的不同而變化。與蛋白質(zhì)的合成有關(guān)是核仁組織區(qū)部位產(chǎn)生的化學(xué)成分蛋白質(zhì)：80%RNA:10%DNA:8%核仁核仁染色質(zhì)纖維成份顆粒成份核仁基質(zhì)非膜性結(jié)構(gòu)核仁的超微結(jié)構(gòu)

核仁周圍染色質(zhì)(NAC)：包圍在核仁周圍的染色質(zhì)，異染色質(zhì)。

核仁內(nèi)染色質(zhì)(INC)：伸入核仁內(nèi)的染色質(zhì)，常染色質(zhì)，載有rRNA基因（rDNA）核仁的結(jié)構(gòu)——核仁染色質(zhì)核仁的結(jié)構(gòu)——纖維成分纖維中心（FC）

淺染的低電子密度區(qū)域；存在rDNA，為編碼rRNA的基因。rDNA組成袢環(huán)，在細(xì)胞分裂末期形成核仁。致密纖維結(jié)構(gòu)（DFC）由致密的纖維構(gòu)成，是電子密度最高的部分。呈環(huán)形或半圓形包圍纖維中心，是活躍的進(jìn)行rRNA合成的區(qū)域。還包含有RNA結(jié)合蛋白，使核仁可以被特征性的銀染

核仁的結(jié)構(gòu)顆粒組分（GC）

核仁的主要結(jié)構(gòu)，位于核仁邊緣。由核糖核蛋白顆粒構(gòu)成，核仁的大小主要由顆粒組分?jǐn)?shù)量的差異造成。核仁基質(zhì)（nucleolarmatrix）無定型的蛋白質(zhì)液體成分，電子密度低，是上述三種物質(zhì)存在的環(huán)境

合成rRNA；裝配核糖體亞單位核仁的功能rDNA轉(zhuǎn)錄45srRNA前體（纖維狀)核糖體的亞基顆粒狀（18s5.8s28srRNA、蛋白質(zhì)顆粒）剪切加工加工包裝核仁的功能一、rRNA的合成、加工與成熟rRNA基因定位于染色體的核仁組織區(qū)。真核細(xì)胞含有四種rRNA，即5.8SrRNA、18SrRNA、28SrRNA及5SrRNA，其中前三種的基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位。5.8S5SrRNA的編碼基因，不存在于核仁區(qū)的rDNA區(qū)域rRNA前體的甲基化和切割是由核仁小RNA（SmallnucleolarRNA,snoRNA）指導(dǎo)的45SrR