細胞生物學(xué)細胞核

細胞生物學(xué)細胞核第1頁/共55頁第一節(jié)核膜第二節(jié)染色質(zhì)和染色體第三節(jié)核纖層和核骨架第四節(jié)核仁第五節(jié)細胞核的功能

第六節(jié)細胞核與疾病

第2頁/共55頁細胞核概述

形態(tài)：多為圓形、卵圓形，少數(shù)為不規(guī)則形。數(shù)目：通常一個，成熟紅細胞（0）、肝細胞、心肌細胞（1-2）、破骨細胞（數(shù)百個）大?。汉速|(zhì)比(NP)

=細胞核體積(N)

/細胞質(zhì)體積(P).

正常細胞NP≈0.5，分裂期細胞NP>0.5，衰老細胞NP<0.5。結(jié)構(gòu)：①核膜②染色質(zhì)和染色體③核基質(zhì)④核仁第3頁/共55頁第一節(jié)核膜(nuclearmembrane)

核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì):20多種，占65-75%。與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似。脂類：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似。一、核膜的主要化學(xué)成分第4頁/共55頁核膜核仁染色質(zhì)核基質(zhì)二、核膜的超微結(jié)構(gòu)第5頁/共55頁

核膜的結(jié)構(gòu)和功能

二、核膜的超微結(jié)構(gòu)1.外核膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通外表附有核糖體顆粒

2.內(nèi)核膜

內(nèi)側(cè)連有核纖層

3.核周間隙

4.核孔第6頁/共55頁三、核孔復(fù)合體與核質(zhì)間的運輸

核孔核膜的結(jié)構(gòu)和功能內(nèi)外核膜融合而成一般3000-4000個。細胞核活動旺盛的細胞較多，反之較少。第7頁/共55頁核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體的功能：參與核質(zhì)間的物質(zhì)運輸。第8頁/共55頁電鏡下的核孔復(fù)合體胞質(zhì)顆粒胞質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)中央栓輻核纖層胞質(zhì)纖維由四個部分組成(nuclearporecomplex，NPC)胞質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)輻中央栓第9頁/共55頁TheNuclearPore第10頁/共55頁第11頁/共55頁Nuclearfacebasketinnercomplex第12頁/共55頁三、核纖層（nuclearlamina）（一）核纖層的結(jié)構(gòu)

1.位于核膜內(nèi)層。

由核纖層蛋白構(gòu)成纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

2.核纖層蛋白（lamin）中間纖維蛋白，

A、B、C三種類型。核膜的結(jié)構(gòu)和功能第13頁/共55頁核纖層（nuclearlamina）第14頁/共55頁第15頁/共55頁1.與核膜的重建及染色質(zhì)凝集有關(guān)

lamin磷酸化→lamin解聚→核膜崩解2.為核被膜提供支架，與細胞核構(gòu)建有關(guān)（二）核纖層功能：3.參與DNA的復(fù)制和基因的表達。核膜的結(jié)構(gòu)和功能第16頁/共55頁第17頁/共55頁四、核膜的主要功能核被膜的結(jié)構(gòu)和功能㈠區(qū)域化作用㈡合成生物學(xué)大分子㈢控制細胞核與細胞質(zhì)間的物質(zhì)流和信息流第18頁/共55頁第二節(jié)染色質(zhì)與染色體（Chromatin&chromosome）

染色質(zhì)：是間期細胞核中伸展開的DNA蛋白質(zhì)纖維。

染色體：細胞分裂期，染色質(zhì)組裝成在光鏡下可見的棒狀或點狀結(jié)構(gòu)。

染色質(zhì)和染色體是同種物質(zhì)在不同時期的不同表現(xiàn)形式第19頁/共55頁一、染色質(zhì)與染色體的主要化學(xué)組成組成：DNA、組蛋白占98%，非組蛋白和RNA少量。

（一）DNA

染色質(zhì)的主要成分，遺傳信息的載體。每條未復(fù)制的染色體由一條DNA分子構(gòu)成。第20頁/共55頁1.組蛋白（histone）

特點：帶正電荷，屬堿性蛋白。種類：①核小體蛋白：H2A、H2B、H3、H4；②連接蛋白：H1（具有種屬和組織特異性）。功能：①參與染色體的構(gòu)建，維持染色體結(jié)構(gòu)；②抑制DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。（二）組蛋白和非組蛋白一、染色質(zhì)與染色體的主要化學(xué)組成第21頁/共55頁（三）組蛋白和非組蛋白2.非組蛋白（non-histone）一、染色質(zhì)與染色體的主要化學(xué)組成

帶負電荷，屬酸性蛋白質(zhì)數(shù)量少，種類多，具有種屬和組織特異性非組蛋白中含有很多種酶

功能：

①參與染色體的構(gòu)建②啟動基因復(fù)制③調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄第22頁/共55頁二、染色質(zhì)(chromatin)常染色質(zhì)

(euchromatin)

（伸展染色質(zhì)、功能性染色質(zhì)）位于核的內(nèi)部、結(jié)構(gòu)疏松、染色淺、具有轉(zhuǎn)錄活性。異染色質(zhì)(heterochromatin)

（濃縮染色質(zhì)、非功能性染色質(zhì)）位于核的邊緣、螺旋化程度高、染色深、轉(zhuǎn)錄功能不活躍。第23頁/共55頁常染色質(zhì)異染色質(zhì)二、染色質(zhì)(chromatin)第24頁/共55頁二、染色質(zhì)(chromatin)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)：在整個細胞周期中都處于凝縮狀態(tài)的染色質(zhì)。多位于著絲粒區(qū)和端粒區(qū)，不具有轉(zhuǎn)錄活性。兼性異染色質(zhì)：在特定細胞的一定發(fā)育階段具有凝縮狀態(tài)的染色質(zhì)。如

X染色質(zhì)。異染色質(zhì)類型：第25頁/共55頁雌性哺乳動物細胞中異固縮化的X染色體。人的胚胎發(fā)育到16天后出現(xiàn)。barrbody巴氏小體（barrbody）染色質(zhì)第26頁/共55頁常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的比較相同點：①基本結(jié)構(gòu)單位-脫氧核糖核酸；②與組蛋白結(jié)合；③雙螺旋結(jié)構(gòu)。不同點：①分布②染色③結(jié)構(gòu)④轉(zhuǎn)錄活性⑤復(fù)制時間⑥功能第27頁/共55頁三、染色體的構(gòu)建將DNA分子長度壓縮7倍。（一）一級結(jié)構(gòu)——核小體

(nucleosome)10nm第28頁/共55頁第29頁/共55頁球狀組蛋白核心H4DNA雙螺旋(146bp、1?圈)H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm連接DNA（50-60bp）

H1

H1核小體核心部連接部DNA分子：140-160bp、

1.75圈組蛋白：H1DNA分子：50~60bp核小體組蛋白：2(H2A、H2B、

H3、H4)八聚體核小體(nucleosome)第30頁/共55頁第31頁/共55頁外30nm內(nèi)10nm組蛋白（二）二級結(jié)構(gòu)——螺線管6個核小體纏繞一圈形成的中空管，將串珠狀小體長度壓縮6倍。三、染色體的構(gòu)建第32頁/共55頁（三）三級結(jié)構(gòu)——超螺線管超螺線管是由螺線管進一步盤曲而形成。=400nm

將螺線管長度壓縮40倍。

超螺旋管進一步折疊又被壓縮5倍。成為四級結(jié)構(gòu)—

染色單體。DNA分子共壓縮8000~10000倍。

（四）四級結(jié)構(gòu)——染色單體三、染色體的構(gòu)建第33頁/共55頁

一級結(jié)構(gòu)——核小體，壓縮7倍二級結(jié)構(gòu)——螺線管，壓縮6倍三級結(jié)構(gòu)——超螺線管，壓縮40倍四級結(jié)構(gòu)——染色單體，壓縮5倍DNA共壓縮8000~10000倍。染色質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)第34頁/共55頁染色體結(jié)構(gòu)的“袢環(huán)”模型：①2nm的雙螺旋DNA。②10nm核小體。③6個核小體圍成一圈的螺旋，直徑30-50nm。④由螺線管形成DNA復(fù)制環(huán)。⑤每18個復(fù)制環(huán)呈放射狀平面排列，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶。約106微帶沿縱軸排列形成染色體單體。染色體骨架-放射環(huán)模型第35頁/共55頁“袢環(huán)”模型第36頁/共55頁第37頁/共55頁四、染色體（chromosome）結(jié)構(gòu)：主縊痕、染色體臂著絲粒、著絲點次縊痕、隨體端粒1.中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)第38頁/共55頁2009諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎

(2009.10.5)

杰克·紹斯塔克JackW.Szostak美國哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)系伊麗莎白·布萊克本ElizabethH.Blackburn加州大學(xué)舊金山分校生化與生物物理學(xué)系卡蘿爾·格雷德

CarolW.Greider約翰-霍普金斯醫(yī)學(xué)院分子生物學(xué)與遺傳學(xué)系第39頁/共55頁

四、染色體(chromosome)

2.染色體類型：中央著絲粒染色體：著絲粒位于總軸4/8-5/8；亞中央著絲粒染色體：著絲粒位于總軸5/8-6/8；近端著絲粒染色體：著絲粒位于總軸7/8-末端。中央著絲粒亞中央著絲粒近端著絲粒第40頁/共55頁形態(tài)：間期細胞核內(nèi)，圓球形。數(shù)目：一般1~2個，有的3~5個。特點：蛋白質(zhì)合成旺盛細胞核仁大、數(shù)目多，反之核仁小或缺如。分裂前期消失，末期重現(xiàn)。第三節(jié)核仁(nucleolus)一、核仁的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成（一）核仁的形態(tài)第41頁/共55頁蛋白質(zhì)：80％，組蛋白、非組蛋白、核糖體蛋白及酶類。rRNA：10%，45S、28S、18S、5.8SDNA：

8%，rDNA脂類：微量（二）核仁的化學(xué)組成核仁的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成第42頁/共55頁纖維中心顆粒成分致密纖維組分（三）核仁的超微結(jié)構(gòu)第43頁/共55頁（三）核仁的超微結(jié)構(gòu)（一）纖維中心(fibrillarcenter)rDNA。

13、14、15、21、22號10條染色體存在rRNA基因，轉(zhuǎn)錄rRNA，形成核仁，稱核仁組織者

(nucleolarorganizer)。形成核仁組織區(qū)。

（二）致密纖維組分(densefibrillarcomponent)（三）顆粒成分

(granularcomponent)

由RNA和蛋白質(zhì)組成的核糖體前體物質(zhì)。（四）核仁相隨染色質(zhì)

核仁周圍染色質(zhì)(NAC)

：異染色質(zhì)。

核仁內(nèi)染色質(zhì)(INC)：常染色質(zhì)，載有rDNA第44頁/共55頁（一）是rRNA合成的中心（二）是rRNA加工成熟的區(qū)域和

核糖體大小亞基裝配的工廠二、核仁的功能第45頁/共55頁第46頁/共55頁第47頁/共55頁核仁在核糖體大小亞基裝配中的作用第48頁/共55頁核仁周期：核仁隨細胞周期的進行而呈現(xiàn)的周期性變化（形成和消失）。間期細胞有1~2個或多個核仁。分裂期染色質(zhì)濃縮、rRNA合成停止，rDNA袢環(huán)逐漸縮回到染色體，核仁縮小繼而消失。細胞分裂期后末期核仁組織者染色體解旋，rDNA伸展成袢樣，在酶的作用下合成rRNA，經(jīng)積累和包裝rDNA袢環(huán)周圍又組建成新的核仁。核仁(有)核仁(消失)核仁(再現(xiàn))三、核仁周期（nucleolarcycle

）第49頁/共55頁

第四節(jié)核骨架（nuclearskeleton）一、概念核骨架又稱核基質(zhì)（nuclearmatrix）是細胞核內(nèi)以非組蛋白為主的纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。