细胞核PPT课件.ppt

第六章细胞核 nucleus 细胞核是细胞内最大的细胞器 载有全部基因组的染色体 它是DNA复制和RNA转录的中心 是细胞进行遗传与代谢等生命活动的调控中心 也是区别真核生物和原核生物最重要的标志 1 第一节细胞核的形态与结构 细胞核的大小因物种不同而不同 高等动物5 10um高等植物5 20um低等植物1 4um细胞核的形态存在差异 物种和类型不同 圆形或椭圆形 大部分 杆状枝状带状 2 通常一个核 极少无核 有的多核 数目 哺乳动物成熟红细胞 3 结构 细胞核功能 遗传物质贮存 复制和转录的场所 细胞生命活动的控制中心 4 间期细胞核 核膜 核仁 染色质 核基质 电镜下细胞核 间期 的组成 核膜 核仁 染色质 核基质 5 第二节核膜与核孔复合体 二 核周池 一 核膜 核被膜 三 核孔复合体 四 核纤层 6 间期的细胞核的形态结构 7 核被膜是包围在细胞核外的界膜 将细胞分隔成细胞质和细胞核两个区域 一 核膜 核被膜 核被膜由两层单位膜组成 分为外层核膜和内层核膜 8 面向细胞质 其表面附核糖体 形似粗面内质网 膜可与胞质中的某些微管 微丝相连起固定核位置的作用 细胞分裂间期 与中等纤维 微管等细胞骨架相连 促使核膜生长 面向核质 无核糖体附着 但内核膜上有特异蛋白 如laminB受体 LBR 为核纤层 lamin B提供结合位点 从而把核膜固着在核纤层上 核孔区的核被膜称为孔膜区 外核膜 内核膜 9 由外核膜 内核膜 核周腔 核孔复合物和核纤层等5个部分组成 10 核内 外膜之间形成的宽约20 40nm的腔隙 也叫膜间腔 二 核周池 11 三 核孔复合体 每个核孔周围有个盘状结构叫核孔复合体 它是由排列成八角的蛋白颗粒所组成 呈八重对称分布的跨膜的辐射状结构 围绕在中央运输体的周围 12 核孔 作用 细胞质与细胞核之间进行物质交换的主要通道 不同生理状态下 核孔数量会改变 同时核孔数量与基因的转录活性有关 13 核孔复合体 NPC 的结构 核篮 14 核孔复合体的功能是核质物质与信息交换的亲水通道1 双功能性运输通道2 双向性运输通道 15 双功能性运输通道 1 通过核孔复合体的被动运输2 通过核孔复合体的主动运输亲核蛋白核定位信号亲核蛋白入核转运的步骤核输出信号 16 1 通过核孔复合体的被动扩散 核孔复合体呈管柱状 内充满液体 直径9 10nm 长15nm 亲水性 只允许离子和水溶性小分子及直径在10nm以下的物质自由通过 分子量 5kD自由扩散分子量 17kD扩散很慢分子量 60kD很难扩散 17 2 通过核孔复合体的主动运输 选择性表现在以下三个方面 对运输颗粒大小的限制 有效功能直径可被调节至约10 20nm 甚至可达26nm主动运输是一个信号识别与载体介导的过程 需要消耗能量 主动运输具有双向性 即核输入与核输出 亲核蛋白质的核输入 RNA及核糖体亚基的核输出 18 亲核蛋白 1 概念 指在细胞质内合成后 需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质2 类型 被转运到核内后 一直停留在核内行使功能穿梭于核质之间进行功能活动 19 核定位信号 nuclearlocalizationsignal NLS 1 核定位信号的发现2 NLS的特点 20 包有尾部的胶体金颗粒 电镜检测 核定位信号的发现 21 NLS的特点 1 NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段 富含碱性氨基酸残基 如Lys Arg 此外还常含有Pro2 NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列 T抗原 也可以分成两段 两段之间间隔约10个氨基酸残基 核质蛋白 3 NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位 在指导完成核输入后并不被切除 22 亲核蛋白入核转运的步骤 23 核输出信号 核输出信号 NuclearExportSignal NES RNA分子的出核转运需要蛋白分子的帮助 这些蛋白因子本身含有出核信号mRNPRNA ProteinRNP核糖体亚基 24 四 核纤层 中等纤维 在高等真核细胞的内层核膜下 有一个由纤维蛋白形成的网络壳层 叫做核纤层 nuclearlamina 核纤层的化学成分叫作核纤层蛋白 lamin 是种类不多的几种多肽 在哺乳动物细胞中有3种 即核纤层蛋白A B 包括B1 B2 C 核纤层蛋白B与内层核膜的特定受体结合 核纤层蛋白A C与染色质上的特殊位点结合 25 核纤层的功能与对核膜 染色质的支持及核的构造有关 1 核纤层为核膜提供支架 与核膜的行为密切相关 2 核纤层与染色质及核的组装有密切关系 26 第三节染色质 一 染色质的化学组成 27 1 染色质DNA DNA是染色质的重要成分 是遗传物质的载体 也是核内DNA复制和RNA转录的模板 真核细胞的基因组由只有一个拷贝DNA序列和具有多个拷贝并反复出现的DNA顺序 称重复顺序 组成 28 各种不同类型的重复顺序差别 1 每种重复顺序在基因组出现的频率2 每种重复顺序呈现出特定核苷酸序列3 组成每个重复单位的核苷酸的数目分类高级重复序列 染色体的着丝粒 端粒及异染色质区中度重复序列 几乎所有高等真核细胞基因组 调控作用单拷贝序列 大多数真核生物的结构基因 29 组蛋白是真核细胞特有的结构蛋白质 属于碱性蛋白质 是构成染色质的主要蛋白质成分 易与DNA结合 具有抑制基因表达的作用 核小体组蛋白 包括H2A H2B H3 H4 无种属特异性 进化上保守 H1组蛋白有一定的种属和组织特异性 2 染色质蛋白 30 非组蛋白指染色体上与特异DNA序列相结合的蛋白质 也称序列特异性DNA结合蛋白 非组蛋白为酸性蛋白质 带负电荷 富含天门冬氨酸 谷氨酸等酸性氨基酸 种类多 具有种属和组织特异性 与DNA特异性结合 在整个细胞周期都能合成 非组蛋白功能 帮助DNA分子折叠 有利于DNA的复制和转录 启动基因复制 控制基因转录 调节基因表达 31 核糖核酸 RNA tRNA rRNA mRNA hnRNA 核不均一RNA snRNA 核内小RNA 含量不到DNA量的10 这些RNA是染色质中的正常组分还是转录出来的各种RNA的残存 尚有争议 32 2020 1 7 33 二 染色质的结构 一 一级结构 核小体 核小体是染色质的基本组成单位 是染色质的一级结构 10nm 每个核小体包括约200个DNA 1个组蛋白八聚体和1个H1组蛋白 串珠样结构 真核细胞染色质 34 二 核小体的结构要点 1 每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白H1 35 2 组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构 相对分子质量100 103 由四个二聚体组成 包括两个H2A H2B和两个H3H4 3 146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1 75圈 4 两个相邻核小体之间以连接DNA相连 典型长度60bp 不同物种变化值为0 80bp不等 5 组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的 基本不依赖于核苷酸的特异序列 6 核小体沿DNA的定位受不同因素的影响 36 球状组蛋白核心 DNA双螺旋 140 160bp 1 75圈 H2A H2A H2B H2B 连接DNA 50 60bp 核小体 核心部 连接部 DNA分子 140 160bp 1 75圈 组蛋白 2 H2A H2B H3 H4 八聚体 组蛋白 H1 DNA分子 50 60bp 37 染色质电镜图 38 螺线管是染色质的二级结构 6个核小体缠绕一圈形成的中空性管 外30nm 内10nm 组蛋白H1位于螺线管内侧 将串珠状小体长度压缩1 6 DNA分子长度压缩6倍 螺线管即为30nm的染色质纤维 二 二级结构 螺旋管状 39 三 三级结构 超螺线管为染色质的三级结构 它是由螺线管进一步盘曲而形成 将螺线管长度压缩39 40 DNA被压缩40倍 四 四级结构 超螺线管进一步折叠又被压缩4 5 5 6成为四级结构 染色单体 DNA被压缩5倍 DNA分子长度压缩至1 800 1 10000 40 核小体 10nm 染色质的四级结构模型 螺线管 30nm 超螺线管 300nm 染色单体 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍 DNA 压缩7倍 组蛋白 一级 二级 三级 四级 41 间期染色质根据其形态表现和染色性能区分为 1 常染色质 euchromatin 结构均一疏松 折叠压缩程度低 染色浅 分布核中央 间期 分裂期位于染色体臂 单一和中度重复序列DNA 在复制行为上 早复制 晚聚缩 具有转录活性 三 常染色质与异染色质 42 2 异染色质 heterochromatin 结构紧密 折叠压缩程度高 着色深 间期位于核的边缘 分裂期位于着丝粒 端粒或在染色体臂的常染色质之间 由高度重复DNA序列构成 在复制行为上 晚复制 早聚缩 无转录活性 异染色质分为结构异染色质和兼性异染色质 43 兼性异染色质 巴氏小体 失活的X染色体 巴氏小体 某些细胞类型或在一定的发育阶段 原来的常染色质凝缩 并丧失基因转录活性 变为异染色质 如女性XX 胚胎16前为常染色质 16天后其中一条X染色质由常染色质异固缩为X染色质 兼性异染色质 性别鉴定 结构异染色质指的是各种类型细胞在整个细胞周期内处于凝集状态的染色质 多位于着丝粒区域 端粒和染色体臂的凹入部位 含有大量的重复序列的DNA 多在S期的晚期复制 44 常染色质 异染色质 异染色质可以储存信息 也可作为转录的终止点 也可以作为DNA聚合酶的起始点 45 46 谢谢 47 第五节核仁nucleolus 一 核仁的超微结构 四 核仁基质 二 致密纤维部分 三 颗粒组分 一 纤维中心 48 人的成纤维细胞核仁电镜图 49 一 纤维中心 纤维中心是被纤维成分不同程度包围着的浅染的低电子密度区域 载有rRNA基因 rDNA 此段DNA称核仁组织区 NOR 它是形成核仁的部位 50 纤维结构 是核仁超微结构中电子密度最高的部分 染色较深 呈环形或半月形包围浅染区的纤维中心 通常由致密的纤维构成 见不到颗粒 主要成分为RNA与蛋白质 构成核仁的海绵状网架 二 致密纤维部分 51 是核仁的主要结构 位于核仁的边缘部分 由 15 20nm的核糖核蛋白 RNP 颗粒构成 可被RNA酶和蛋白酶消化 这些颗粒是正在加工 成熟的核糖体亚基的前体颗粒 三 颗粒组分 52 或称核仁骨架 是将核仁用RNA酶和DNA酶处理过后 核仁内染色质 纤维结构和颗粒结构均被消化 在电镜下看到的核仁的残余结构 四 核仁基质 53 rRNA基因 rDNA 从染色体上伸展出的DNA袢环 存在的部位 颗粒成分 54 二 核仁的功能 合成 RNA和装配核糖体的大 小亚基 转录的终点 蛋白质颗粒 rDNA rRNA 转录的起点 RNA聚合酶 rDNA rRNA 45SrRNA前体 纤维状 颗粒状 18s5 8s28srRNA 蛋白质颗粒 核糖体的亚基 5 3 55 一 rRNA的合成 加工和成熟rRNA基因 初级RNA转录本 45srRNA 32srRNA 28srRNA 5 8rRNA 20srRNA 18srRNA 核糖体甲基化 加工 成熟 二 核糖体亚单位的组装rDNA rRNA 与核仁蛋白质结合 加工 形成核糖大小亚单位 细胞质 80S核糖核蛋白颗粒 蛋白质合成 56 57 58 RNA聚合酶 rRNA RNA RNA 80s核糖体 60s亚基 40s亚基 rRNA 18srRNA 蛋白质 49种 蛋白质 33种 5 8srRNA 5srRNA 28srRNA 59 核糖体存在于真核细胞和原核细胞中 专门进行蛋白质合成的细胞器 主要成分为rRNA和蛋白质 真核细胞中比例1 1 真核细胞的小亚基单位中含有一个18S的rRNA和33种蛋白质 大亚基由3种rRNA 5S 5 8S 28S 和50种蛋白质 60 非膜性细胞器 电镜 高电子密度的圆形或椭圆形致密小颗粒 61 mRNA结合部位A部位 氨酰基位或受位 P部位 肽酰基位或供位 T因子 肽基转移酶位 G因子 GTP酶位或转位酶 E部位 62 mRNA tRNA 多肽 E部位 5 3 mRNA A部位 P部位 G因子 T因子 核糖体的四个活性部位 63 细胞