第八章细胞核

第八章细胞核,THECELLNUCLEUS,【重点】1、核膜及核孔复合体2、染色体的空间结构【难点】核孔复合体与核仁的结构与功能,第八章细胞核,概述第一节核膜第二节染色质与染色体第三节核仁第四节核骨架第五节细胞核的功能,形状：多数圆形，另有杆状、分叶状等。,位置：细胞中央，脂肪细胞（边缘）,数目：通常一个细胞一个核,结构：核被膜核仁核基质染色质核纤层,功能：遗传信息的贮存、复制和转录。生命活动的控制中心,概述,大小：植物14m，动物10m。常以核质比来估算核的大小。正常细胞NP0.5，分裂期细胞NP0.5，衰老细胞NP0.5。,间期细胞核,核膜,核仁,染色质,核基质,细胞核的结构组成,核纤层,1核膜,一、化学成分,蛋白质和脂类与内质网相似，浓度有差异。1、蛋白质葡萄糖6磷酸酶，细胞色素P450。内核膜中还含有核纤层相关蛋白（LAP）。2、脂类胆固醇和甘油三酯较多,1、核膜外层（outernuclearmembrane）,2、核膜内层（innernuclearmembrane）,3、核周间隙（perinuclearspace）,4、核纤层（nuclearlamina）,5、核孔复合体（nuclearporecomplex）,二、结构,核膜主要功能,1、区域化作用相对稳定的内环境，精确调控遗传信息的表达2、合成生物大分子与蛋白质的合成有关。3、控制细胞核与细胞质进行物质流和信息流小分子、蛋白质的跨膜运输。,4、核纤层（nuclearlamina）,核纤层,（1）组成由核纤层蛋白（lamin）构成，属于中间纤维。（2）功能1）保持核的形态、固定核孔位置-支架作用2）参与核膜重建和染色质凝集3）参与DNA复制和核的构建,4、核纤层（nuclearlamina）,Lamins,5、核孔复合体（nuclearporecomplex,NPC）,纤维,腔内亚单位,核质环8对,核篮,核纤层,内层核膜,核被膜,外层核膜,环带亚单位8个,柱状亚单位,胞质环,（1）核孔复合体的结构,中央颗粒,（1）核孔复合体的结构,细纤丝,fish-trap,中央栓/中央颗粒,“捕鱼笼”模型,胞质环：8纤维辐：辐射状八重对称分布环带亚单位腔内亚单位柱状亚单位核质环：8纤维8颗粒，捕鱼笼样-核篮中央栓/中央颗粒：核-质交换,（2）核孔复合体的功能,介导细胞核与细胞质之间的物质交换的双功能双向性的选择亲水性通道.双功能:被动运输和主动运输双向性:蛋白质的入核转运,RNA和蛋白质的出核转运.,被动运输：功能直径910nm、长15nm，扩散速度与离子和水溶性分子的大小成反比，大于60KD蛋白质不能进入核内。主动运输：亲核蛋白质输入，RNA、RNP颗粒的输出。,1）亲核蛋白（karyophilicprotein）入核：一类在胞质内合成，以主动运输方式通过NPC，输入细胞核发挥功能作用的蛋白质,含有核输入核定位信号序列（nuclearlocalizationsignal，NLS)。保留,RNP的输出:通过改变本身的分子构象实现的.,2).RNA和RNA蛋白质的出核运输,一、染色质的化学组成,1、DNA,2染色质与染色体,1、DNA,（1）基因组（genome）：真核细胞单倍染色体组中所含有的全部遗传信息为一个基因组。（2）DNA序列分三类：单一序列（单拷贝序列，非重复序列）多数结构基因属于此类中度重复序列非编码序列，如调控基因、组蛋白基因组高度重复序列多分布于着丝粒区和端粒区多组成异染色质,功能性染色质DNA：复制起始点能够进行自我复制着丝粒分裂时两拷贝分离端粒维持自身在传代中的完整,特性：带正电荷，富含Arg，Lys，属碱性蛋白,功能：参与染色体的构建；维持染色体结构；改变基因的复制和转录活性。,2、组蛋白(histone),种类：核心组蛋白：H2A、H2B、H3、H4连接组蛋白：H1,结构：高度保守，H1具有种属和组织特异性。,3、非组蛋白(nonhistone),特性：1、序列特异性DNA结合蛋白2、带负电荷，含有较多天冬氨酸、谷氨酸，属酸性蛋白质3、能识别特异的DNA序列功能：帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达。,4、少量RNA,来源与功能尚存争议,二、染色质的类型,异染色质分类：结构异染色质兼性异染色质,兼性（功能）异染色质（facultativeheterochromatin）,异染色质分为两类：,结构（恒定）异染色质（constitutiveheterochromatin）各种类型细胞，除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，DNA的包装在整个细胞周期中基本没有较大的变化的异染色质，常位于着丝粒和端粒处,终生为异染色质。,在某些细胞类型或一定的发育阶段，原来的常染色质聚缩，并丧失基因转录活性变为异染色质，如Barrbody.,四级结构模型襻环模型,二、染色质的结构及组装模型,（一）一级结构：核小体（nucleosome）,连接部,DNA分子：相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。,组蛋白：H1锁住核心DNA的进出口。,核心部,组蛋白：H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。,DNA分子：缠绕在核心颗粒表面，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合。,30nm和11nm染色质纤维,6个核小体缠绕一圈形成的中空性管.外30nm;内10nm,组蛋白H1位于螺旋管内侧。螺线管即为30nm的染色质纤维。,（二）二级结构：螺线管（solenoid）,螺旋管顶面观,螺旋管侧面观,（三）三级结构：超螺线管,直径400nm,（四）四级结构：染色单体,超螺线管再一次折叠螺旋化，即成四级结构。,DNA,核小体,螺线管,超螺线管,染色单体,袢环模型（scaffoldradialloopstructuremodel),2nmDNA双螺旋,10nm核小体,核小体串珠,6个核小体构成外30nm螺线管,52个螺线管盘旋形成1个DNA绊环,18个绊环结合在核基质上形成微带,大约106微带沿纵轴构建成子染色体,袢环模型：袢环微带与染色体,放射环,微带,袢环,染色体支架,DNA,核小体,螺线管,复制环,微带,染色单体,染色体,袢环模型实验证据,去除组蛋白,DNA双螺旋,核小体,核小体串珠,螺线管,袢环,放射环,染色体,？,？,？,？,（一级结构）,（二级结构）,（三级结构）,（四级结构）,超螺线管,压缩7,压缩6,压缩40,压缩5,共压缩8400,Chromotin&Chromosome,H2A,H2A,H2B,H2B,H1,H1,PackingofDNA,四、染色体(chromosome),染色质(chromatin)与染色体(chromosome)是同一物质在不同时期的表现形式。,（一）染色体的结构（二）染色体数目和染色体组,（一）染色体的结构,1随体（某些染色体有）,3短臂,4着丝粒（主缢痕）,5长臂,6次缢痕（某些染色体有）,7端粒,2核仁组织区（次缢痕）,随体（satellite)位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。,核仁组织区（nucleolarorganizingregionNOR）构成核仁，位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是NORs。,次缢痕（secondaryconstriction)除主缢痕以外，在染色体上其他的浅染缢缩的部位。,着丝粒（centromere）:位于主缢痕的中心部位动粒kinetochore：位于着丝粒外侧的蛋白质的复合结构，分内、中、外三层,分类：中央着丝粒染色体亚中着丝粒染色体近端着丝粒染色体端着丝粒染色体,端粒（telomere）是染色体两个端部特化结构，由高度重复的短序列组成，高度保守。作用：1.维持染色体的稳定性与完整性。2.参与染色体空间排布与同源染色体的配对。3.细胞寿命及癌变相关。,2009年诺贝尔生理医学奖授予ElizabethBlackburn、CarolGreider和JackSzostak，奖励的成就是发现了染色体端粒(telomeres)。,（二）核型与染色体带型,1.核型：将一个体细胞中的全套染色体在有丝分裂中期的表型，包括数目、大小和形态特征。2.人类正常体细胞染色体核型描述：46，XX(XY),3、带型（band）染色体经过一定的处理后经特定染色，使其沿长轴呈现的深浅各异、宽窄不等的带纹。,染色体核型,染色体核型,染色体显带技术是经物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（band）的方法。分带技术可分为两大类，一类是产生的染色带分布在整过染色体的长度上如：G（图12-23）、Q（图12-24）和R带，另一类是局部性的显带，它只能使少数特定的区域显带，如C（图12-25）、Cd、T和N带。,人类G带核型，G带显示的是染色体上富含AT的区域,染色体的显带技术,46,XX,del(18)(q21.3),46,XX,9qh+,inv(9)(p11q13),3核仁（nucleolus）,均质、无膜的球形小体。位于核内一侧，12个或多个。由纤维丝构成海绵状结构。1781年,Fontana.,核仁边集：便于把核仁合成的物质(核糖体的大小亚基)输送到细胞质。,核仁的主要成份,蛋白质：80，组蛋白、非组蛋白、核糖体蛋白及酶类。RNA：11%45S、28S、18S、5.8S。DNA:8%，rDNA。微量的脂类。,电镜下,一、形态结构特点*纤维中心：电镜下为浅染的低电子密度区域所含主要成分为rDNA核仁组织者：rDNArRNA核仁（nucleolusorganizer）,一个核仁组织者由一个DNA袢环组成，人类rRNA基因位于5条不同的染色体上（13、14、15、21、22）,*致密纤维成分：所含主要成分为正在转录的rRNA，此外还有一些RNA结合蛋白*颗粒成分：主要成分为核糖体前体颗粒（rRNA前体颗粒）,其他：核仁基质,核仁相随染色质,核仁周围染色质(PEC)核仁内染色质(INC),二、功能1、rRNA的合成和加工rDNA的初级产物为45SrRNA45SrRNA32SrRNA28SrRNA5.8SrRNA20SrRNA18SrRNA2、核糖体的装配核糖体组成：蛋白质+rRNA由胞质输入,核糖体的合成过程,rRNA基因,转录,45SrRNA前体,核糖体蛋白,大核糖核蛋白颗粒,核仁外合成的5SrRNA,小亚基,未成熟的大亚基,再循环的RNA和蛋白质,大亚基,有功能的核糖体,60S亚基,40S亚基,2.组装核糖体,一、核糖体的形态结构,形态：不规则颗粒状（无膜）结构：大亚基小亚基,补充内容,二、核糖体的化学组成,rRNA,蛋白质,原核细胞核糖体(70S),真核细胞核糖体(80S),化学组成,70S核糖体,50S,30S,80S核糖体,60S,40S,23SRNA,16SRNA,5SRNA,28SRNA,5.8SRNA,5SRNA,18SRNA,34种蛋白质,21种蛋白质,50种蛋白质,33种蛋白质,补充内容,三、核糖体的分布类型,附着核糖体,核仁,游离核糖体,附着核糖体,示核糖体分布,补充内容,四、核糖体活性部位,mRNA结合部位：小亚基上，与mRNA结合,核糖体活性部位模式图,A位：大亚基上，接受氨基酸tRNA位,P位：大亚基上，释放tRNA位,肽基转移酶部位：大亚基上，催化肽键形成,GTP酶位：大亚基上，移位AP,动画,补充内容,三、核仁周期,概念：核仁是一高度动态的结构，在细胞周期出现一系列结构与功能的周期性变化，称为核仁周期（nucleolarcycle）。核仁重建的模型：NOR解凝集前核仁体小核仁核仁,间期,分裂期,细胞分裂期后末期,细胞有12个或多个核仁。,染色质浓缩、rRNA合成停止，rDNA袢环逐渐缩回到染色体，核仁缩小继而消失。,核仁组织区染色体解旋，rDNA伸展成袢样，在酶的作用下合成rRNA，经积累和包装rDNA袢环周围又组建成新的核仁。,核仁（有）,核仁（消失）,核仁（再现）,核骨架/核基质是指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外由纤维蛋白形成的核内网架体系。,4核骨架(nucleoskeleton),.组成：330nm的蛋白纤维和一些颗粒结构成分复杂，主要为非组蛋白性的纤维蛋白，少量DNA和RNA。,.功能：DNA的复制的支架；参与基因的转录表达及调控；参与染色体的包装和构建。以及核膜的重建。,(一).肿瘤细胞具有较高的核质比。细胞核较大；核畸形：拉长、锯齿状、有凹、张芽、分叶、桑椹状、弯月形等。(二).核被膜：增厚、不规则状、出现小泡。肿瘤细胞核孔数目增加。(三).核仁受病毒、物理、化学因素影响：.形成致密的球体；.成份解体；.脱颗粒；.残留纤维性蛋白质团块。肿瘤细胞核仁：大、数目增加、深染。(四).组蛋白的磷酸化加强,5细胞核与疾病（自学）,一、染色体病,(一)常染色体数目异常先天愚型(Down综合征)、21三体综合征，核型为：47，XX(XY)，+2