細(xì)胞生物學(xué)課程第8章（醫(yī)學(xué)院）

第八章細(xì)胞核學(xué)習(xí)目的和要求1.掌握核被膜、核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)組成、模型及功能。2.掌握染色體與染色質(zhì)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)。3.掌握核仁的超微結(jié)構(gòu)和功能、核纖層的結(jié)構(gòu)與功能、核骨架的化學(xué)構(gòu)成與功能。4.了解多線染色體和燈刷染色體的結(jié)構(gòu)特征、細(xì)胞的核型與染色體帶型，細(xì)胞核與疾病的關(guān)系。概述細(xì)胞核：是真核細(xì)胞內(nèi)最重要的細(xì)胞器，它是基因復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄的中心，是細(xì)胞各種生命活動的控制中心，是真核細(xì)胞和原核細(xì)胞最大的區(qū)別。成熟的植物篩管和哺乳類紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核。在原核細(xì)胞中，DNA集中，但無核膜包圍，故稱擬核（nucleiod）。

一、數(shù)量與分布通常一個細(xì)胞一個核，肝細(xì)胞和心肌細(xì)胞可有雙核，破骨細(xì)胞可有6-50個細(xì)胞核，骨骼肌細(xì)胞可有數(shù)百個核；高等植物的氈絨層可有2-4個核。正在生長的細(xì)胞中，核位于細(xì)胞中央，在分化成熟的細(xì)胞中，常因細(xì)胞內(nèi)含物或特殊結(jié)構(gòu)的存在，核被擠到邊緣。植物細(xì)胞的核常被液泡擠到邊緣。

二、細(xì)胞核的大小細(xì)胞核的大小與細(xì)胞大小有關(guān)；常以核質(zhì)比來估算核的大小，NP≈0.5（分裂期細(xì)胞NP>0.5，衰老細(xì)胞NP<0.5）。在同一種生物，由于遺傳物質(zhì)的含量是恒定的，核的大小也比較恒定。植物細(xì)胞核的直徑通常在1-4μm左右，動物為10μm左右。最小的核直徑不足1μm，最大的核如蘇鐵科某些植物卵細(xì)胞核直徑可達(dá)500-600μm。三、細(xì)胞核的形態(tài)核一般呈圓形，但因生物的種類而異。在旺盛分裂的組織中，核呈圓形，在長形細(xì)胞中多呈橢圓形，在扁平細(xì)胞中多為扁圓形，在蛾蝶類的絲腺細(xì)胞中為分枝狀，在胚乳細(xì)胞中呈網(wǎng)狀。腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞核常有不規(guī)則形態(tài)。四、間期細(xì)胞核的基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞核的主要結(jié)構(gòu)包括：核被膜（nuclearenvelope）核仁（nucleolus）核基質(zhì)（nuclearmatrix）染色質(zhì)（chromatin）核纖層（nuclearlamina）五、細(xì)胞核的基本功能細(xì)胞核的主要功能有兩個方面：遺傳：表現(xiàn)為通過DNA染色體的復(fù)制和細(xì)胞分裂，維持物種的世代連續(xù)性。發(fā)育：表現(xiàn)為通過調(diào)節(jié)基因表達(dá)的時空順序，控制細(xì)胞的分化，完成個體發(fā)育的使命。

第一節(jié)核膜（NuclearEnvelope）

包在核外的雙層膜結(jié)構(gòu)，位于間期細(xì)胞核的最外層，是細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間的界膜。生物學(xué)意義：一方面構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障；避免生命活動的彼此干擾；保護DNA不受細(xì)胞骨架運動所產(chǎn)生的機械力的損傷。另一方面介導(dǎo)核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流。一、核膜的化學(xué)組成主要為蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，還有少量的DNA和RNA。含有的酶類和脂質(zhì)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似。蛋白質(zhì)：含量：65-75%種類：核膜含有20多種蛋白質(zhì)，包括組蛋白、基因調(diào)節(jié)蛋白、DNA和RNA聚合物、RNA酶以及電子傳遞有關(guān)的酶類等。脂質(zhì)：卵磷脂和磷脂酰乙醇胺，含量低；膽固醇和甘油三酯，含量高；二、核膜的結(jié)構(gòu)與區(qū)域化作用（一）核被膜是雙層膜結(jié)構(gòu)核膜是由兩層平行但不連續(xù)的單位膜構(gòu)成：外核膜：附有核糖體顆粒，與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連。胞質(zhì)面附有微管和中間纖維等骨架成分，與細(xì)胞核的定位有關(guān)。內(nèi)核膜：有特有的蛋白成份（如LBR，核纖層蛋白B受體）將核膜固定在核纖層上。核周間隙:與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相連，內(nèi)含多種蛋白質(zhì)和酶核孔（nuclearpore）:兩層核膜及蛋白質(zhì)構(gòu)成的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，核孔復(fù)合體是蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的選擇性通道。（二）核膜的區(qū)域化與物質(zhì)交換作用1.核膜的區(qū)域化作用使DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)的翻譯在不同的時間和空間上進行；維持細(xì)胞核相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；2.核膜控制著核質(zhì)間的交換無機離子和小分子物質(zhì)可自由通過核膜；大分子物質(zhì)和少量小分子顆粒通過核孔復(fù)合體選擇性的進出細(xì)胞核；三、核孔復(fù)合體與核-質(zhì)物質(zhì)運輸1949年，在透射電鏡下發(fā)現(xiàn)了核孔。核孔是蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，1959年waston將它命名為核孔復(fù)合體。核孔復(fù)合體是蛋白質(zhì)、RNA/RNP以及小分子物質(zhì)進出細(xì)胞核的通道。（一）核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)——捕魚籠模型fish-trap模型是目前普遍被接受的模型從橫向上看，核孔復(fù)合體由周邊向核孔中心依次可分為環(huán)、輻、栓三種結(jié)構(gòu)亞單位；從縱向上看，核孔復(fù)合體由核外（胞質(zhì)面）向核內(nèi)（核質(zhì)面）依次可分為胞質(zhì)環(huán)、輻（+栓）、核質(zhì)環(huán)三種結(jié)構(gòu)亞單位，形成“三明治”式的結(jié)構(gòu)。1.核孔復(fù)合體的組成胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmicring），外環(huán)，有8條細(xì)長纖維伸向胞質(zhì)核質(zhì)環(huán)（nuclearring），內(nèi)環(huán)；內(nèi)環(huán)向核內(nèi)伸入一小環(huán)，即核籃。輻（spoke）柱狀亞單位：連接胞質(zhì)環(huán)和核質(zhì)環(huán)，起支撐核孔作用。腔內(nèi)亞單位：伸入核周間隙，起錨定作用。環(huán)帶亞單位：形成核-質(zhì)交換的通道。中央栓/中央顆粒（centralplug/transporter）：參與核質(zhì)交換，可能是被轉(zhuǎn)運物質(zhì)。2.核孔復(fù)合體成份的研究構(gòu)成核孔復(fù)合體的蛋白統(tǒng)稱為“核孔蛋白”nucleoporin，Nup核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其總相對分子質(zhì)量約為125×106。gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白

介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，將核孔復(fù)合體錨定在“孔膜區(qū)”，從而為核孔復(fù)合體裝配提供一個起始位點

p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個功能結(jié)構(gòu)域可能在核孔復(fù)合體功能活動中直接參與核質(zhì)交換。（二）核孔復(fù)合體的功能核孔復(fù)合體是核質(zhì)交換的雙向性親水通道

雙功能：兩種運輸方式：被動擴散和主動運輸；雙向性：介導(dǎo)蛋白質(zhì)的入核轉(zhuǎn)運，又介導(dǎo)RNA、RNP的出核轉(zhuǎn)運。1.兩種運輸方式2.兩種運輸方向

入核轉(zhuǎn)運：DNA復(fù)制蛋白、轉(zhuǎn)錄所需蛋白、核糖體蛋白；出核轉(zhuǎn)運：RNA（tRNA、mRNA、rRNA）

RNP（如核糖體亞單位）3.親核蛋白入核轉(zhuǎn)運與核定位信號親核蛋白（karyophilicprotein）在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì)。核定位信號(nuclearlocalizationsignal，NLS)NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段，富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，此外還常含有Pro。NLS的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列（如病毒SV40的T抗原），也可以分成兩段，兩段之間間隔約10個氨基酸殘基（核質(zhì)蛋白）。NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導(dǎo)完成核輸入后并不被切除。核質(zhì)蛋白（nucleoplasmin）的入核轉(zhuǎn)運條件：結(jié)合：需NLS識別并結(jié)合入核素（importin）；轉(zhuǎn)運：需RanGTP酶水解GTP提供能量；（入核素：存在胞質(zhì)中，可與核孔復(fù)合體結(jié)合，也可與被轉(zhuǎn)運物質(zhì)結(jié)合）4.親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運過程①入核素α和β與親核蛋白的NLS序列結(jié)合成復(fù)合物；②入核素β與NPC胞質(zhì)方向的纖維蛋白結(jié)合；③纖維蛋白協(xié)助下，親核蛋白復(fù)合物進入NPC通道轉(zhuǎn)運；④核內(nèi)的RanGTP酶與入核素結(jié)合，釋放親核蛋白；⑤RanGTP酶介導(dǎo)入核素回到胞質(zhì)，水解GTP,釋放入核素。5.出核轉(zhuǎn)運和核輸出信號

轉(zhuǎn)錄后的RNA通常需加工、修飾成為成熟的RNA分子后才能被轉(zhuǎn)運出核。不同RNA的出核轉(zhuǎn)運：RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子：以RNP的形式離開細(xì)胞核，需要能量；RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5srRNA與tRNA的核輸出由蛋白質(zhì)介導(dǎo)；RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hnRNA，在核內(nèi)進行5’端加帽和3’端附加多聚A序列以及剪接等加工過程，然后形成成熟的mRNA出核，5’端的m7GpppG“帽子”結(jié)構(gòu)對mRNA的出核轉(zhuǎn)運是必要的；mRNA的出核轉(zhuǎn)運過程是有極性的，其5’端在前，3’端在后。核輸出信號(NuclearExportSignal，NES)：RNA分子的出核轉(zhuǎn)運需要蛋白分子的幫助，這些蛋白因子本身含有出核信號，引導(dǎo)RNP輸出細(xì)胞核，受體為出核素（exportin）。6.出核轉(zhuǎn)運圖示四、核被膜在細(xì)胞周期中的崩解與裝配細(xì)胞有絲分裂過程中，核膜會有規(guī)律地解體與重建：核被膜的解體與重建的動態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用可能與核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。核被膜的去組裝是非隨機的，具有區(qū)域特異性（domain-specific）。新核膜來自舊核膜。（一）核膜的崩解與重建機制

細(xì)胞分裂前期結(jié)束時，核纖層被磷酸化，核膜解體。其中B型核纖層蛋白與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)中。在分裂末期，核纖層蛋白去磷酸化重新組裝，介導(dǎo)了核膜的重建。核纖層磷酸化核纖層去磷酸化五、核纖層的結(jié)構(gòu)與功能（一）核纖層的結(jié)構(gòu)核纖層(nuclearlamina）：位于內(nèi)核膜的內(nèi)表面的纖維網(wǎng)絡(luò)，有結(jié)合位點，可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。分子組成：核纖層蛋白（lamin）構(gòu)成，是一類中間纖維，分為A、B兩型，分子量60-70KD。laminC蛋白是laminA同一編碼基因的不同加工產(chǎn)物。核纖層蛋白A——僅見于分化細(xì)胞核纖層蛋白B——所有體細(xì)胞（二）核纖層的功能1.核纖層在細(xì)胞核中起支架作用維持核的形態(tài)連接胞質(zhì)骨架和核骨架成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.參與核膜重建及染色質(zhì)凝集（1）參與核膜重建：細(xì)胞分裂前期，核纖層蛋白磷酸化解聚，核膜崩解為小泡；細(xì)胞分裂后期，核纖層蛋白去磷酸化，核纖層重新組裝并介導(dǎo)核膜重建。（2）為染色質(zhì)提供錨定位點，與染色質(zhì)凝集有關(guān)第二節(jié)染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體是同一種物質(zhì)在不同時期的兩種形態(tài)。染色質(zhì)（chromatin）:指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)(10-30nm),是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式。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)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu)，染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學(xué)組成，但包裝程度不同,構(gòu)象不同。染色質(zhì)染色體一、形態(tài)比較染色質(zhì)在細(xì)胞分裂間期呈現(xiàn)細(xì)長的絲狀、網(wǎng)狀；染色體在細(xì)胞分裂期呈現(xiàn)高度螺旋化圓柱狀或桿狀細(xì)胞分裂間期細(xì)長的絲狀、網(wǎng)狀染色質(zhì)細(xì)胞分裂期染色體高度螺旋化，圓柱狀或桿狀二、染色質(zhì)的化學(xué)組分組成：

DNA；組蛋白（Histone）；非組蛋白（Nonhistone）；少量RNA；DNA:Histone較為穩(wěn)定，約1:1；DNA:Nonhistone變化較大；DNA:RNA約為10:1；（一）染色體DNA基因組（genome）凡是具有細(xì)胞形態(tài)的所有生物其遺傳物質(zhì)都是DNA；在真核細(xì)胞中，每條未復(fù)制的染色體包裝一條DNA分子；一個生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組?；蚪M大小通常隨物種的復(fù)雜性而增加。

DNA的序列可分為3種類型，即：單一序列、中度重復(fù)序列（101-5）和高度重復(fù)序列（>105）。1.染色質(zhì)DNA的三類功能序列在細(xì)胞世代中確保染色體的復(fù)制和穩(wěn)定遺傳，染色體至少應(yīng)具備三種基本功能元件，對應(yīng)的DNA序列稱為“染色體DNA的功能元件”。染色體具有3個基本元素：①DNA復(fù)制起點-自主復(fù)制序列/復(fù)制源序列(ARS)，是DNA復(fù)制的起點；②著絲粒序列(CEN)，是復(fù)制完成的兩個姐妹染色單體的連接部位，由大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成，如衛(wèi)星DNA，其功能是參與形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離；③端粒序列(TEL)，位于染色體末端的富含G的簡單重復(fù)序列。功能是維持DNA分子末端復(fù)制的完整性和維持染色體的穩(wěn)定性。不同生物的端粒序列都很相似，由長5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成，人的重復(fù)序列為GGGTTA。一般情況下，每個真核細(xì)胞染色體具多個ARS(如酵母中含200－400個)，一個CEN，兩個TEL。

2.三個功能序列的示意圖（二）染色體蛋白質(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)：

核小體組蛋白(nucleosomalhistone)：H2B、H2A、H3和H4,幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時H1起連接作用,它賦予染色質(zhì)以極性。特點：真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合（非特異性結(jié)合）；沒有種屬及組織特異性，在進化上十分保守。非組蛋白(nonhistone)：

非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性對DNA具有識別特異性，又稱序列特異性具有多種功能，幫助DNA折疊；協(xié)助DNA復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達(dá)。多以α-螺旋結(jié)構(gòu)和DNA大溝識別并結(jié)合，進而影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。三、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)間期核中染色質(zhì)可分為常染色質(zhì)(enchromatin）和異染色質(zhì)（heterochromatin）。（一）常染色質(zhì)(enchromatin）概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低,處于伸展?fàn)顟B(tài),用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。含有基因轉(zhuǎn)錄的活躍部位。細(xì)胞分布：在核中均勻分布，位于中央。復(fù)制：S期的早、中期復(fù)制。（二）異染色質(zhì)（heterochromatin）概念：間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高,處于聚縮狀態(tài),用堿性染料染色時著色深的那些染色質(zhì)。分布于核周近核膜處。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)(組成型異染色質(zhì))概念：存在于各種細(xì)胞中，除復(fù)制期以外在整個細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，DNA包裝比在整個細(xì)胞周期沒有較大變化的異染色質(zhì)。特點：①多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色體臂的某些節(jié)段；②由相對簡單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成,如衛(wèi)星DNA；③具有顯著的遺傳惰性,不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；④在復(fù)制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮；⑤在功能上參與染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致染色質(zhì)區(qū)間性；作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起遺傳變異。兼性異染色質(zhì)概念：在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段,原來的常染色質(zhì)聚縮,并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性,而形成的異染色質(zhì)。可轉(zhuǎn)化為常染色質(zhì)。異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。

（三）巴氏小體（barrbody）在哺乳動物細(xì)胞內(nèi)如有兩個X染色體（通常為雌性），則其中的一個染色體常表現(xiàn)為異染色質(zhì)，稱巴氏小體。雌性哺乳類動物的X染色體就是一類特殊的兼性異染色質(zhì)。人的胚胎發(fā)育到16天以后，兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機發(fā)生異染色質(zhì)化而失活，一條X染色體轉(zhuǎn)變?yōu)榘褪闲◇w，呈塊狀緊靠核膜，染色反應(yīng)表現(xiàn)為深染。因此通過檢查羊水中胚胎細(xì)胞的巴氏小體可預(yù)測胎兒的性別。四、染色體的組裝Eachhumancellcontainsabout2mofDNAwithinnucleusifstretchedend-to-end,yetthenucleusofahumancellitselfisonlyabout6umindiameter.Compactionratio=nearly10000-fold.（一）核小體——染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)核小體：是染色體的基本結(jié)構(gòu)單位，為200bp左右的DNA分子和一個組蛋白八聚體及一個H1分子構(gòu)成的圓盤狀顆粒。1.核小體結(jié)構(gòu)要點每個核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個組蛋白八聚體核心(Core)及一個分子H1；由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒；146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈,組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bpDNA，鎖住核小體DNA的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用；兩個相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長度60bp，不同物種變化值為0～80bp；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；核小體的形成使DNA分子壓縮了7倍。由X-射線晶體衍射(2.8A)所揭示的核小體三維結(jié)構(gòu)（引自K.Luger等，1997）a．通過DNA超螺旋中心軸所顯示的核小體核心顆粒8個組蛋白分子的位置；b．垂直與中心軸的角度所見到的核小體核心顆粒的盤狀結(jié)構(gòu)；c．半個核小體核心顆粒的示意模型，一圈DNA超螺旋（73bp）和4種核心組蛋白分子，每種組蛋白由3個α螺旋和一個伸展的N-端尾部組成。N-端尾部有序排列，參與核小體之間的相互作用，以形成螺線管等高級結(jié)構(gòu)。2.核小體三維結(jié)構(gòu)（二）螺線管——染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)概念：在組蛋白H1的協(xié)助下，核小體串珠盤旋形成螺線中空結(jié)構(gòu)，每圈6個核小體，螺距11nm，外徑30nm,內(nèi)徑10nm。組蛋白H1與相鄰核小體上的位點結(jié)合，協(xié)助核小體包裹成有規(guī)律的重復(fù)排列結(jié)構(gòu)。螺線管的形成使核小體串珠結(jié)構(gòu)壓縮了約6倍。（三）螺線管的進一步包裝

目前有兩種模型解釋螺線管的進一步包裝：多級螺線化模型染色體骨架——放射環(huán)模型1.染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型

壓縮比：7倍6倍40倍5倍—→合計8400倍

DNA—→核小體—→螺線管—→超螺線管—→染色單體

◆一級結(jié)構(gòu)：核小體（10nm）◆二級結(jié)構(gòu)：螺線管

——直徑30nm的纖維◆三級結(jié)構(gòu)：超螺線管

——螺線管螺旋化形成的圓筒狀結(jié)構(gòu)（0.4μm）◆四級結(jié)構(gòu)：染色單體

——由超螺線管進一步螺旋折疊形成（2-10μm）2.染色質(zhì)包裝的骨架——放射環(huán)模型非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架；30nm的染色質(zhì)纖維（螺線管）折疊成環(huán),沿染色體縱軸結(jié)合在染色體骨架,由中央向四周伸出,構(gòu)成放射環(huán)。每18個由螺線管形成DNA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(miniband)。微帶是染色體高級結(jié)構(gòu)的單位,大約106個微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。

染色體包裝的實際形式可能是多種機制（模型）的融合。3.放射環(huán)模型圖示五、染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)有絲分裂中期染色體高度凝集，具有最高的壓縮比，形態(tài)結(jié)構(gòu)典型。兩條染色單體以著絲粒相連，互稱姐妹染色單體（Sisterchromatid）。中期染色體包括以下幾個部分：(1)著絲粒(centromere)與著絲點(動粒，kinetochore)(2)次縊痕(secondaryconstriction)(3)隨體（satellite）(4)核仁組織區(qū)(nucleolarorganizingregion,NOR)(5)端粒(telomere)（一）著絲粒與著絲點主縊痕：中期染色體上一個染色較淺而內(nèi)陷而縊縮的部位，連接兩個染色單體。著絲粒：是主縊痕部位處的染色質(zhì)部分，高度重復(fù)的異染色質(zhì)組成。

著絲點：又稱動粒，主縊痕處兩個染色單體外側(cè)與紡錘體微管連接的圓盤狀蛋白質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，是紡錘體微管的結(jié)合部位，參與分裂后期染色體向兩極的分離。

主縊痕1.中期染色體分類

按著絲粒在染色體上的分布，中期染色體分為四類：中著絲粒染色體亞中著絲粒染色體亞端著絲粒染色體端著絲粒染色體2.著絲粒-動粒復(fù)合體的結(jié)構(gòu)著絲粒-動粒區(qū)域是一個高度有序的整合結(jié)構(gòu)包括三個結(jié)構(gòu)域：動粒結(jié)構(gòu)域：位于著絲粒的表面，包括三層板狀結(jié)構(gòu)和圍繞外層的纖維冠。中央結(jié)構(gòu)域：位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方。其中含有高度重復(fù)的衛(wèi)星DNA。配對結(jié)構(gòu)域：位于著絲粒內(nèi)表面，含有內(nèi)部著絲粒蛋白和染色單體連接蛋白。（二）次縊痕與隨體次縊痕：除主縊痕外，染色體上其它呈淺縊縮的部分稱次縊痕，次縊痕的位置相對穩(wěn)定，它的數(shù)量、位置和大小是鑒定染色體的一個顯著特征和標(biāo)記。隨體：指位于染色體末端的球形或棒狀染色體節(jié)段，異染色質(zhì)構(gòu)成，通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。其形態(tài)、大小和位置比較固定，是鑒別染色體的特征之一。（三）端粒端粒是染色體末端的特化部分，包含DNA和蛋白質(zhì)。端粒由高度重復(fù)的短序列串聯(lián)而成，在進化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，人的序列為TTAGGG。在動物細(xì)胞中，只有生殖系細(xì)胞和部分干細(xì)胞中存在端粒酶活性，因此端粒起到細(xì)胞分裂計數(shù)器的作用：隨細(xì)胞分裂，端粒逐漸縮短，最終損傷到染色體的正常功能。生物學(xué)意義：維持染色體的獨立性和完整性；參與染色體在核內(nèi)的空間排布及同源染色體的正確配對；并與細(xì)胞的壽命有關(guān)，起“細(xì)胞分裂計數(shù)器”的作用。2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予3位美國科學(xué)家,以表彰他們“發(fā)現(xiàn)端粒和端粒酶是如何保護染色體的”。原位雜交實驗顯示的端粒位置1.端粒酶和細(xì)胞衰老端粒酶：是一種核糖核蛋白復(fù)合物，具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性.DNA復(fù)制終止時，染色體DNA由于去除引物而引起末端縮短，端粒酶以物種專一的內(nèi)在RNA作為模板，利用逆轉(zhuǎn)錄酶活性，對DNA末端進行加尾加長，把合成的端粒重復(fù)序列添加到染色體DNA的3’末端，避免了染色體末端基因在多輪復(fù)制后的丟失。端粒和細(xì)胞衰老關(guān)系密切。如：多莉羊的端粒和正常羊相比短20％，同時多莉羊和正常羊相比表現(xiàn)為早衰、早亡。腫瘤細(xì)胞具有表達(dá)端粒酶活性的能力，故能無限增殖。2.端粒酶的作用機制（四）核仁組織區(qū)與核仁組織者核仁組織區(qū)(NOR)是rDNA(rRNA基因)所在的染色體區(qū)域，與核仁的形成有關(guān)。能夠合成核糖體的28S、18S和5.8SrRNA(5SrRNA基因除外)。核仁組織區(qū)位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是核仁組織區(qū).rDNA(rRNA基因)是從染色體上伸出的DNA袢環(huán)，每個rDNA袢環(huán)就是一個核仁組織者。人類rDNA基因位于5對染色體上，即13、14、15、21、22號染色體，它們共同構(gòu)成的區(qū)域稱為核仁組織區(qū)。（五）多線染色體由于多次復(fù)制而不分離而形成的一條染色體具有多條染色單體的現(xiàn)象，在光鏡下表現(xiàn)為深淺交替的帶與間帶，帶膨大時形成袢環(huán)狀結(jié)構(gòu)，基因轉(zhuǎn)錄時呈伸展?fàn)顟B(tài)。分布：昆蟲幼蟲多種組織及某些動植物的一些高度特化細(xì)胞中。（六）燈刷染色體燈刷染色體是卵母細(xì)胞進行第一次減數(shù)分裂時,停留在雙線期的染色體。它是一個二價體,含4條染色單體,由軸和側(cè)絲組成,形似燈刷。染色體軸由染色粒(chromomere,染色質(zhì)凝集而成的顆粒)軸絲構(gòu)成,每條染色體軸長400μm,從染色粒向兩側(cè)伸出兩個相類似的側(cè)環(huán),伸出的環(huán)是成對對稱的,一個平均大小的環(huán)約含100kbDNA。每個側(cè)環(huán)由一個轉(zhuǎn)錄單位或幾個轉(zhuǎn)錄單位組成，是RNA轉(zhuǎn)錄活躍的地方。是研究基因表達(dá)極為理想的材料。分布：存在于魚類、兩棲類的卵母細(xì)胞。六、核型與染色體帶型核型（karyotype）：是細(xì)胞分裂中期染色體特征的總和，包括染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征等方面。染色體組型通常指核型的模式圖，代表一個物種的模式特征。帶型：染色體經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對染色體進行分化染色，呈現(xiàn)特定的深淺寬窄不同帶紋。染色體顯帶技術(shù)最重要的應(yīng)用就是明確鑒別任何一條染色體，甚至某一移位片段。

第三節(jié)核仁核仁是真核細(xì)胞間期核中最顯著的細(xì)胞器，在活細(xì)胞用普通光學(xué)顯微鏡便可看到，這是由于核仁的折光性強，與細(xì)胞其他結(jié)構(gòu)可顯出明顯的界限。在細(xì)胞核內(nèi)呈濃密的球狀小體。據(jù)報道，這個細(xì)胞器最早是有Fontana于1881年首次發(fā)現(xiàn)。數(shù)目：每個細(xì)胞有核仁1-2個，甚至更多，大?。旱鞍踪|(zhì)合成旺盛的細(xì)胞核仁大，如卵母細(xì)胞、分泌細(xì)胞；不具備蛋白合成能力的細(xì)胞核仁小。位置：在核中位置通常不固定，生長旺盛細(xì)胞中，常趨向核的邊緣。功能：是rRNA合成、加工及核糖體亞單位裝配的場所。周期：核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。

一、化學(xué)組成和形態(tài)結(jié)構(gòu)化學(xué)組成核酸（RNA,11%;DNA,8%）蛋白質(zhì)和酶類（80%）形態(tài)結(jié)構(gòu)

無核膜包裹，電鏡下可見三個不完全分隔的區(qū)域：1.纖維中心(FC)2.致密纖維組分(DFC)3.顆粒組分(GC)（一）纖維中心(FC)被致密纖維包圍的一個或幾個低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶和rDNA，這些rDNA是裸露的分子(沒有組蛋白核心)。（二）致密纖維組分(DFC)結(jié)構(gòu)特點：是核仁內(nèi)電子密度最高的區(qū)域，呈環(huán)形或半月形，由致密的纖維構(gòu)成，包圍纖維中心；主要成分：主要含有正在轉(zhuǎn)錄的rRNA分子、核糖體蛋白及新合成的RNP（指結(jié)合蛋白質(zhì)的rRNA），轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處；（三）顆粒組分（GC）由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP（RNA與結(jié)合的蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物），位于核仁的外周。主要成分是正在加工成熟的核糖體亞單位前體顆粒，顆粒成分的數(shù)量決定了核仁的大小。（四）其它核仁結(jié)構(gòu)核仁基質(zhì)：核仁區(qū)含有的一些無定形物質(zhì)核仁相隨染色質(zhì)：又分為：

1.核仁內(nèi)染色質(zhì)（含rDNA的常染色質(zhì)）；

2.核仁周圍染色質(zhì)（異染色質(zhì)）；二、核仁的功能主要功能是核糖體的生物發(fā)生，是一個向量過程：從核仁纖維組分開始,再向顆粒組分延續(xù)。這一過程包括rRNA的合成、加工和核糖體亞單位的裝配。核仁的另一個功能涉及mRNA的輸出與降解。（一）核仁是rRNA的合成、加工的場所組織特征:位于核仁組織區(qū)的rDNA是rRNA的信息來源。

rRNA基因是重復(fù)的多拷貝基因(人的一個細(xì)胞中約有200個拷貝)，真核細(xì)胞中28S,5.8S,18SrRNA的基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位，由RNA聚合酶Ⅰ轉(zhuǎn)錄出45SrRNA前體。形態(tài)特征:“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)錄時，RNA聚合酶沿DNA分子排列，由基因頭端向末端移動，轉(zhuǎn)錄好的rRNA分子從聚合酶處伸出，愈近末端愈長，從左右兩側(cè)均可伸出，呈“圣誕樹”。1.rRNA的加工過程RNA聚合酶Ⅰ轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生rRNA前體，如哺乳動物rRNA前體為45S（13000bp）。45SrRNA甲基化以后經(jīng)RNA酶裂解形成18s、28s、5.8srRNA。

（二）核糖體亞單位的組裝45SrRNA加工過程中rRNA不是以游離的方式存在，而是首先和蛋白質(zhì)結(jié)合成80S的RNP，再被逐級切割成兩種大小不同的核糖體亞單位前體。5SrRNA基因不在核仁組織區(qū)，也是成簇串聯(lián)排列，由RNA聚合酶I，合成后被轉(zhuǎn)運至核仁區(qū)參與大亞基的裝配。加工下來的蛋白質(zhì)和小的RNA存留在核仁中,可能起著催化核糖體構(gòu)建的作用。1.組裝示意圖三、核仁的周期在進行有絲分裂的細(xì)胞中，核仁出現(xiàn)一系列結(jié)構(gòu)與功能的周期性變化。形態(tài)上表現(xiàn)為消失與重建。核仁結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化依賴于rDNA轉(zhuǎn)錄活性和細(xì)胞周期的運行。有絲分裂期核仁的周期性變化：前期：核仁變小，染色質(zhì)凝集，RNA合成停止中期和后期：核仁消失末期：rRNA重新開始合成，形成小核仁極小的核仁進一步合并最終形成核仁第四節(jié)核基質(zhì)（核骨架）核基質(zhì)（nuclear