細(xì)胞核與染色體

第一節(jié)核被膜與核孔復(fù)合體

（nuclearporecomplex,NPC）現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三一、核被膜內(nèi)外兩層平行單位膜組成。每層厚約7.5nm。（一）結(jié)構(gòu)外核膜：面向胞質(zhì)，表面有核糖體，常與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連。外核膜可以看成是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的一個(gè)特化區(qū)。另外，細(xì)胞骨架成分常與外核膜相連，起著固定、網(wǎng)羅作用。內(nèi)核膜：面向核質(zhì)，有核纖層蛋白B受體。核纖層緊貼其內(nèi)表面。核周隙：內(nèi)外膜之間，寬20～40nm，連通內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。核孔：內(nèi)外核膜的融合而成，環(huán)狀開(kāi)口，核孔周?chē)四ぬ胤Q(chēng)孔膜區(qū)，鑲嵌核孔復(fù)合體。含跨膜糖蛋白gp210、P62.現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三核被膜的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三（二）核被膜的功能◆核膜成為保護(hù)性屏障,使核處于一微環(huán)境◆染色體的定位和酶分子的支架◆基因表達(dá)的時(shí)空隔離◆物質(zhì)運(yùn)輸與信息交流現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三（三）核被膜在細(xì)胞周期中的崩解與裝配核被膜在細(xì)胞周期中發(fā)生有序的去裝配與重裝配：分裂期雙層膜崩解為單層膜泡，核孔復(fù)合體解體，核纖層去裝配；分裂末期，核被膜圍繞染色體重新形成細(xì)胞周期調(diào)控因子、RanGTP酶及結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)磷酸化解體，去磷酸化重建?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三重組的新核膜來(lái)自舊核膜實(shí)驗(yàn)證據(jù)：將變形蟲(chóng)培養(yǎng)在含有3H-膽堿的培養(yǎng)基中，使核被膜被標(biāo)記核移植至去核變形蟲(chóng)中，追蹤觀察一個(gè)細(xì)胞周期，發(fā)現(xiàn)子代細(xì)胞核膜有放射性標(biāo)記上述單層膜泡已發(fā)現(xiàn)兩種內(nèi)核膜小囊泡含LBR（核纖層蛋白B受體）組裝時(shí)先結(jié)合染色體孔膜區(qū)小囊泡含gp210（核孔復(fù)合體特有的跨膜糖蛋白）組裝時(shí)后結(jié)合形成核孔復(fù)合體。說(shuō)明核被膜的重組不是隨機(jī)的，而是具有區(qū)域特異性?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三二、核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex,NPC）◆由內(nèi)外兩層膜的局部融合而成◆核孔的直徑為80-120nm?！粢粋€(gè)典型的哺乳動(dòng)物的核膜上有3000-4000個(gè)核孔,相當(dāng)于每平方微米的核膜上有10-60個(gè)?！艉铣晒δ芡⒌募?xì)胞,核孔的數(shù)量較多?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三掃描電鏡觀察的核孔復(fù)合物照片

現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三（一）NPC結(jié)構(gòu)模型相對(duì)NPC軸心為八重對(duì)稱(chēng)，相對(duì)于核膜平面不對(duì)稱(chēng)，結(jié)構(gòu)進(jìn)化上高度保守。胞質(zhì)環(huán)（外環(huán)）：8條短纖維對(duì)稱(chēng)分布伸向胞質(zhì)核質(zhì)環(huán)（核籃）:核籃側(cè)伸出8條纖維，周期性分布8個(gè)顆粒組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并相互交叉成網(wǎng)絡(luò)輻：分為柱狀亞單位、腔內(nèi)亞單位和環(huán)帶亞單位栓（中央顆粒）:位于核孔中心，參與核質(zhì)交換?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三（二）NPC成份的研究

核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，統(tǒng)稱(chēng)核孔蛋白（Nup）。其總相對(duì)分子質(zhì)量約為125×106，推測(cè)可能含有30余種不同的多肽，共1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。gP210：N-連接糖蛋白，位于孔膜區(qū)

①誘導(dǎo)內(nèi)外核膜融合成核孔②為核孔復(fù)合體裝配提供起始位點(diǎn)，將其錨定于孔膜區(qū)③參與核質(zhì)交換P62：O-連接糖蛋白

①N端直接參與核質(zhì)交換；

②C端穩(wěn)定NPC現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三（三）NPC的功能

—核質(zhì)物質(zhì)交換的雙功能、雙向選擇性親水通道現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三1965年，CcarlFeldherr將各種不同大小的金顆粒注射到變形蟲(chóng)的細(xì)胞質(zhì)中，然后檢查這些顆粒進(jìn)入細(xì)胞核的情況，發(fā)現(xiàn)∶小的金顆粒很快進(jìn)入了細(xì)胞核，但體積越大進(jìn)入的速度就越慢，大于10nm的金顆粒就進(jìn)不了細(xì)胞核，由此推測(cè)∶核孔可作為水性的運(yùn)輸通道，允許小分子的物質(zhì)自由擴(kuò)散出入細(xì)胞核核孔的被動(dòng)運(yùn)輸現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三通過(guò)NPC的被動(dòng)擴(kuò)散NPC是一圓形親水通道，功能直徑為9-10nm，有的可達(dá)12.5nm，長(zhǎng)約15nm。10nm以下的物質(zhì)原則上可以自由通過(guò)。40-60×103可自由穿過(guò)?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三通過(guò)NPC的主動(dòng)運(yùn)輸

1.對(duì)運(yùn)輸顆粒大小的限制。主動(dòng)運(yùn)輸?shù)墓δ苤睆奖缺粍?dòng)運(yùn)輸大，約10～20nm，甚至可達(dá)26nm，其有效直徑的大小是可調(diào)節(jié)的。

2.通過(guò)NPC的主動(dòng)運(yùn)輸是一個(gè)信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)的過(guò)程，需ATP，并表現(xiàn)飽和動(dòng)力學(xué)特征。

3.雙向運(yùn)輸親核物質(zhì)的核輸入RNA及核糖體亞單位的核輸出現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三通過(guò)核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁疽鈭D（引自B.Talcott等，1999）

（a）自由擴(kuò)散；（b）協(xié)助擴(kuò)散；（c）信號(hào)介導(dǎo)的核輸入；（d）信號(hào)介導(dǎo)的核輸出。

現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三親核蛋白運(yùn)輸機(jī)制

基本概念◆親核蛋白(karyophilicprotein)◆核定位信號(hào)(nuclearlocalizationsignals,NLS)◆核輸出信號(hào)(nuclearexportsignals,NES)現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三親核蛋白親核蛋白是指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成,然后運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)起作用的一類(lèi)蛋白質(zhì)。如各種組蛋白、DNA合成酶類(lèi)、RNA轉(zhuǎn)錄和加工的酶類(lèi)、各種起調(diào)控作用的蛋白因子等。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸信號(hào)序列,起蛋白質(zhì)定向、定位作用?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三第一個(gè)被確定NLS序列的蛋白質(zhì)是SV40的T抗原。其野生型氨基酸序列為Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val。典型的NLS是一個(gè)短肽，由4～８?jìng)€(gè)氨基酸殘基組成，富含帶正電荷的Lys和Arg，通常還有Pro。不同的NLS尚未發(fā)現(xiàn)共同的特征序列。NLS序列可定位在親核蛋白的不同部位，連續(xù)也可分散存在。入核信號(hào)是蛋白質(zhì)的永久性部分,在引導(dǎo)入核過(guò)程中,并不被切除,可以反復(fù)使用,有利于細(xì)胞分裂后核蛋白重新入核。核定位信號(hào)(nuclearlocalizationsignal,NLS)

現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三核定位信號(hào)現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三核定位信號(hào)現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三親核蛋白核輸入示意NLS被磷酸化或蛋白質(zhì)與胞質(zhì)滯留因子（細(xì)胞骨架）結(jié)合都可導(dǎo)致親和蛋白不能入核?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三爪蟾卵母細(xì)胞核質(zhì)蛋白注射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三核輸出信號(hào)(nuclearexpotr-signal,NES)

作為核內(nèi)物質(zhì)輸出細(xì)胞核的信號(hào)，幫助核內(nèi)的某些分子迅速通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。另外,有些蛋白并非是核內(nèi)常駐"人口",通常要往返于核質(zhì)和胞質(zhì)之間,這些穿梭蛋白既有NLS又有NES現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三核內(nèi)蛋白質(zhì)的輸出現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三RNA及核糖體亞單位的核輸出載體介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸需分子伴侶參與存在核輸出信號(hào)（NES）rRNA，以RNP形式輸出（RNApolymeraseI）5SrRNA、tRNA由蛋白質(zhì)介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)（RNApolymeraseIII）hnRNA加工后，以成熟的mRNA形式出核（RNApolymeraseII）

5‘端具有m7GpppG帽子結(jié)構(gòu)時(shí),即被定位于細(xì)胞質(zhì),而沒(méi)有帽子結(jié)構(gòu)則定位在細(xì)胞核。現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三核纖層分布于內(nèi)核膜與染色質(zhì)之間緊貼內(nèi)核膜的一層蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由一層特殊的中間纖維呈正交網(wǎng)絡(luò)組成，切面觀呈片層結(jié)構(gòu)，整體觀呈球形結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為，核纖層為核膜及染色質(zhì)提供結(jié)構(gòu)支架，維持核孔的位置和核被膜的形狀，并介導(dǎo)核膜與染色質(zhì)之間的相互作用。核纖層是一種高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)。核纖層在細(xì)胞的有絲分裂中和核被膜的崩解與重組密切相關(guān)?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三第二節(jié)核仁（Nucleolus）

真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，單一或多個(gè)球形小體；高度動(dòng)態(tài)，核仁周期，隨有絲分裂，周期性消失與重建；多樣性大小、形狀、數(shù)目隨生物種類(lèi)、細(xì)胞類(lèi)型和代謝狀態(tài)而變化?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三一、核仁的超微結(jié)構(gòu)1、纖維中心2、致密纖維組分3、顆粒組分4、核仁相隨染色質(zhì)5、核仁基質(zhì)/骨架現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三一、核仁形態(tài)纖維中心(fibrillarcenters，F(xiàn)C)：是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)淺染、低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)小島，主要成分為rDNA、RNA聚合酶Ⅰ和轉(zhuǎn)錄因子，是rDNA儲(chǔ)存位點(diǎn)。真核生物5SrRNA基因不定位在NOR。嗜銀蛋白與rDNA結(jié)合起調(diào)節(jié)作用。致密纖維組分(densefibrillarcomponent，DFC)：呈環(huán)形或半月形包圍FC，實(shí)驗(yàn)證明rRNA以最高電子密度出現(xiàn)在密集纖維區(qū)，因此認(rèn)為該區(qū)是rRNA轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域，加工。特異結(jié)合蛋白fibrillarin、核仁素、Ag-NOR蛋白?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三一、核仁形態(tài)顆粒組分(granularcomponent，GC)：代謝細(xì)胞主要結(jié)構(gòu)。由直徑15-20nm的高電子密度顆粒構(gòu)成，主要成分是RNA和蛋白質(zhì)，是不同加工階段的RNP。核糖體亞單位裝配、成熟和存儲(chǔ)位點(diǎn)。核仁基質(zhì)（nuclelousmatrix):為無(wú)定形的蛋白質(zhì)性液態(tài)物質(zhì)，電子密度低，是上述三種組分的結(jié)構(gòu)環(huán)境?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三核仁周邊染色質(zhì)(NAC)：包圍在核仁周?chē)娜旧|(zhì)，高度螺旋，屬異染色質(zhì)。核仁內(nèi)染色質(zhì)(INC)：伸入核仁內(nèi)的染色質(zhì)，處于非螺旋狀態(tài)，屬常染色質(zhì)，載有rRNA基因（rDNA），此段DNA稱(chēng)核仁組織者（NO）它是形成核仁的部位。核仁相隨染色質(zhì)現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三rDNA成簇串聯(lián)排列在核仁內(nèi)染色質(zhì)DNA袢環(huán)，為合成rRNA提供模板。形成纖維中心。rRNA基因高速轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生大量的rRNA形成致密纖維部分rRNA經(jīng)加工與來(lái)自細(xì)胞質(zhì)的蛋白質(zhì)組裝成核糖體亞基前體顆粒，形成核仁的顆粒組分

核糖體形成的空間順序是：纖維中心致密纖維組分顆粒組分現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三核仁組織區(qū)（NOR）：nucleolar-organizerregion人類(lèi)有5對(duì)染色體上存在核仁組織區(qū)，它們都是短臂上帶有隨體的染色體（D組：13、14、15；G組：21、22）這些染色體稱(chēng)核仁組織者染色體。其短臂末端與隨體之間有染色質(zhì)細(xì)絲相連（DNA袢環(huán)），上含轉(zhuǎn)錄rRNA基因它可指導(dǎo)rRNA的合成。核膜核仁含有rDNA的10個(gè)伸展的間期染色體袢環(huán)進(jìn)入核仁中機(jī)械剪切體外分離的含有不完整染色體袢環(huán)的核仁現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三二、核仁的功能

---核糖體的生物發(fā)生1.rRNA基因的轉(zhuǎn)錄2.rRNA前體加工和核糖體亞單位的組裝3.mRNA的輸出與降解現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三5SrRNA基因是串聯(lián)重復(fù)的多拷貝基因集中于核仁區(qū)。人的一個(gè)單倍基因組中約有200個(gè)拷貝，rDNA沒(méi)有組蛋白核心，是裸露的DNA節(jié)段，相鄰基因之間為非轉(zhuǎn)錄的間隔DNA。定位核仁外現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三rDNArRNA轉(zhuǎn)錄單位3nm間隔片段轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn)RNA聚合酶蛋白質(zhì)顆粒轉(zhuǎn)錄時(shí)，RNA聚合酶Ⅰ沿DNA分子排列，此酶由基因頭端向末端移動(dòng)，轉(zhuǎn)錄好的rRNA分子從聚合酶處伸出，愈近末端愈長(zhǎng)，從左右兩側(cè)均可伸出，呈圣誕樹(shù)樣結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三圣誕樹(shù)樣結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有43頁(yè)\編輯于星期三rDNA45SrRNA蛋白質(zhì)RNP18SrRNA28SrRNA