第十一章 細胞核

第十一章細胞核概況核被膜染色體核仁1781年Trontana發(fā)現(xiàn)魚類細胞細胞核；1831年，Brown發(fā)現(xiàn)植物細胞核。細胞核大小：植物1~4μm，動物10μm。通常以核質(zhì)比來估算細胞核的大小。正常細胞核質(zhì)比≈0.5，分裂期細胞NP>0.5，衰老細胞NP<0.5。概況細胞核形狀：圓形，胚乳細胞(網(wǎng)狀）蝶類絲腺細胞(分支狀)。細胞核位置：細胞中央。細胞核數(shù)目：通常一個，成熟的紅細胞（0）、肝細胞、心肌細胞(1-2）、破骨細胞(6~50）、骨骼肌細胞(數(shù)百）。細胞核結(jié)構(gòu)：①核被膜、②核仁、③核基質(zhì)、④染色質(zhì)、⑤核纖層。細胞核功能：①遺傳、②發(fā)育。細胞核結(jié)構(gòu)核被膜核被膜的構(gòu)成：①內(nèi)核膜（innernuclearmembrane）②外核膜（outernuclearmembrane）③核周隙（perinuclearspace）外核膜：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分，胞質(zhì)面附有核糖體。核周隙：寬20~40nm，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。核纖層：位于內(nèi)核膜的內(nèi)表面的纖維網(wǎng)絡(luò)，可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。核纖層由核纖肽（lamin）構(gòu)成，核纖肽是一類中間纖維，分為A、B兩型。核纖層在細胞分裂時呈現(xiàn)出周期性的變化，在間期核中，核纖層提供了染色質(zhì)（異染色質(zhì)）在核周邊錨定的位點。在前期結(jié)束時，核纖層磷酸化，核膜解體。B型核纖肽與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)中。在分裂末期，核纖肽去磷酸化，核膜重新組裝，介導(dǎo)了核膜的重建。核被膜的內(nèi)表面有絲分裂過程中核被膜的解體和重組核纖肽核纖層的作用：1．保持核的形態(tài)：2．參與染色質(zhì)和核的組裝：核孔復(fù)合體電鏡下核孔復(fù)合體胞質(zhì)面顆粒電鏡下核孔復(fù)合體核質(zhì)面籃網(wǎng)狀復(fù)合體核孔概況核孔由至少50種不同的蛋白質(zhì)（nucleoporin）構(gòu)成，稱為核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex，NPC）。哺乳動物每個細胞平均有3000個核孔。細胞核活動旺盛的細胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。電鏡下，核孔是呈圓形或八角形，目前認為其結(jié)構(gòu)如fish-trap。核孔結(jié)構(gòu)核定位信號（nuclearlocalizationsignal，NLS）：引導(dǎo)蛋白質(zhì)進入細胞核的一段信號序列。受體為importin。第一個被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，序列為：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val。NLS對連接的蛋白質(zhì)無特殊要求，完成輸入后不被切除。核輸出信號（nuclearexportsignal,NES），引導(dǎo)RNP輸出細胞核，受體為exportin。Ran蛋白，一類G蛋白，調(diào)節(jié)貨物復(fù)合體的解體或形成。通過核孔的物質(zhì)運輸與信號序列ProcessofNuclearImport膠體金標(biāo)記的核質(zhì)蛋白的核內(nèi)運輸線粒體物質(zhì)通過核孔復(fù)合體輸出過程物質(zhì)通過核孔復(fù)合體的運輸染色體1848年，Hofmeister發(fā)現(xiàn)于鴨跖草的小孢子母細胞。1888年，Waldeyer提出Chromosome。1879年，W.Flemming提出Chromatin。一、染色質(zhì)的化學(xué)組成組成：DNA、組蛋白、非組蛋白、少量RNA比例：1:1:(1-1.5):0.05。（一）DNA3種序列：①單一序列；②中度重復(fù)序列（101-5）；③高度重復(fù)序列（>105）。3種基本元素：①自主復(fù)制序列(ARS)，是DNA復(fù)制的起點。②著絲粒序列(CEN)，含α衛(wèi)星DNA。③端粒序列(TEL)。Threekeyregionsofachromosome帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種，分為：核心組蛋白（corehistone）：H2A、H2B、H3、H4；連接組蛋白（linkerhistone）：H1。結(jié)構(gòu)：高度保守，尤其是H4。核心組蛋白由球形部和尾部構(gòu)成，球形部借Arg與磷酸二脂骨架間的靜電作用使DNA分子纏繞在組蛋白核心上，形成核小體，尾部含有大量Arg和Lys，為組蛋白轉(zhuǎn)譯后進行修飾的部位。H1多樣性，具有屬(genus)和組織特異性。（二）組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白。特性：含有較多天冬氨酸、谷氨酸，帶負電荷，屬酸性蛋白質(zhì)。整個細胞周期都進行合成，組蛋白只在S期合成。能識別特異的DNA序列，識別與結(jié)合籍氫鍵和離子鍵。功能：幫助DNA折疊；協(xié)助DNA復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達。（三）非組蛋白二、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)人類體細胞核有23對染色體，染色體的DNA雙螺旋若伸展開，平均長為5cm，核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來約1.7-2.0m。nucleosomes(10nm)condensedform(30nm)二、從DNA到染色體核小體（nucleosome）：一種串珠狀結(jié)構(gòu)，由核心顆粒和連結(jié)線DNA兩部分組成。①每個核小體單位包括約200bp的DNA、一個組蛋白核心和一個H1；②核心顆粒由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成；③DNA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鎖合；④相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線DNA。通過核小體，DNA長度壓縮7倍，形成11nm的纖維。在電鏡下觀察用溫和方法分離的染色質(zhì)是直徑30nm的纖維，這種纖維的形成有兩種解釋：①由核小體螺旋化形成，每6個核小體繞一圈，長度壓縮6倍；②由核小體纖維Z字形折疊而成，長度壓縮40倍。對于更高級染色體包裝方式，至今尚不明確。目前多認為30nm的纖維折疊為一系列的環(huán)（loop）結(jié)合在核骨架上（或稱染色體骨架），結(jié)合點是富含AT的區(qū)域。螺線管染色體包裝三、異染色質(zhì)和常染色質(zhì)間期核中染色質(zhì)可分為異染色質(zhì)（heterochromatin）和常染色質(zhì)（enchromatin）。異染色質(zhì)的特點：①在間期核中處于凝縮狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性、是遺傳惰性區(qū)。②在細胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制、早凝縮（異固縮現(xiàn)象）。③分為兩類：結(jié)構(gòu)（恒定）異染色質(zhì)（constitutiveheterochromatin）、兼性（功能）異染色質(zhì)（facultativeheterochromatin）

異染色質(zhì)位置效應(yīng)酵母;果蠅.一個功能異染色質(zhì)的例子女性體細胞內(nèi)的Barr小體雌或?雄Earlyembryo:XchromosomesAllelefororangefurAlleleforblackfurCelldivisionandXchromosomeinactivationTwocellpopulationsinadultcat:InactiveXActiveXOrangefurInactiveXActiveXBlackfurrandomOrange/orangeblack/blackotherOrange/orangeblack/black巴氏小體（barrbody）。雌性哺乳動物細胞中一條異固縮化的X染色體。人的胚胎發(fā)育到16天以后，出現(xiàn)巴氏小體。barrbody四、染色體一、染色體相關(guān)的術(shù)語隨體次縊痕主縊痕端粒長臂短臂核仁組織區(qū)（nucleolarorgnizingregionsNORs）構(gòu)成核仁，位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是NORs。NORsinhumanchromosomes:13\14\15\21\22Codefor(ineukaryotes):18s,28s,5.8srRNA端粒（telomere）：由高度重的短序列組成，高度保守。作用：維持染色體的穩(wěn)定性。起細胞分裂計時器的作用。端粒核苷酸復(fù)制和基因DNA不同，每復(fù)制一次減少50~100bp，其復(fù)制要靠具有反轉(zhuǎn)錄酶性質(zhì)的端粒酶來完成，正常體細胞缺乏此酶，故隨細胞分裂而變短，細胞隨之衰老。性細胞染色體為單倍體（haploid），用n表示;體細胞為2倍體（diploid）以2n表示，還有一些物種的染色體成倍增加成為4n、6n、8n等，稱為多倍體。染色體的數(shù)目因物種而異，如人類2n=46，黑猩猩2n=48，果蠅2n=8，家蠶2n=56，小麥2n=42，水稻2n=24，洋蔥2n=16.（二）染色體的數(shù)目著絲粒（centromere）和著絲點（kinetochore）是兩個不同的概念，前者指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位，后者指主縊痕處兩個染色單體外側(cè)與紡錘體微管連接的部位。著絲粒包含3個結(jié)構(gòu)域1、著絲點結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）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(fibrouscorona)。（三）著絲粒的結(jié)構(gòu)OPinterzoneIP著絲粒DNA(FISHimage)2、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。3、配對結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，中期兩條染色單體在此相互連結(jié)。對于著絲粒蛋白研究主要是使用ACA來研究的。用