第11章细胞核与染色质2015

第11章核和染色质、核概述、真核细胞中除高等植物成熟的体观和哺乳动物成熟的红细胞外，还有核。在原核细胞中，DNA集中，但没有细胞核的薄膜被包围，因此被称为亚核(nucleiod)。真核细胞大部分都有核和原核细胞的核，并分布：所有真核细胞(高等植物的尸体成熟的体冠和哺乳动物成熟的红细胞除外)的数目：通常一个，成熟的体冠和红细胞(0)，肝细胞，心肌细胞(1-2)，破骨细胞(6-50)大小：占总体积10%的高等动物通常为5-10um，高等植物为5-20um，低等式物为1-4um。形态：通常是球形和卵圆孔，根据物种和细胞类型有很大的变化。组成：细胞核由膜、纤维层、染色质、核仁和核仁组成。功能：遗传发育。核特征，肝细胞和心肌细胞是双核，哺乳动物成熟的红细胞没有核，植物成熟的体细胞没有核，破骨细胞可以有6-50个核，这一章的主要内容是，*核可膜*染色质复制和表达*染色体*核和核基质，核膜1节外核膜细胞质面上附着有核糖体，与粗糙表面的内质网有关。核间隙与内质网腔相连，外核膜是内质网的一部分。原子核被内层光滑，内层被紧密的核纤维层粘连。支持核膜，可以连接到染色质和核骨骼。核周围间隙为20-40nm宽，腔内电子密度低，一般没有固定结构，与内质网腔连接。双层核膜在某些部分相互融合，形成环状的开口，称为核孔。细胞核内镶嵌着称为核孔复合体的复杂结构。(a)核膜结构，(b)核膜的衰变和组装，存在间隙，分裂期解体，核膜的动态特性：在真核细胞中，核膜伴随着细胞周期的有规则的分解和重建。分割期间：双层核膜分解为单层泡沫膜，核孔复合体分解，核纤维层组装；分裂末期：核膜在染色体周围重新形成。第二，普通哺乳动物细胞中平均有3000个核孔的核仁孔复合体(Nuclearporecomplex，NPC)。核活动旺盛的细胞有较多的核孔，反之亦然。细胞核是由通过细胞质和细胞质传递的蛋白质组(至少50个不同的蛋白质)以特定方式排列的复杂结构内外两层局部融合而形成的许多核孔。电子显微镜显示，核孔呈圆形或八角形，现在一般与fish-trap结构相同。(a)结构模型“fish-trap”(笼子)，细胞面，核面，(a)结构模型“fish-trap”(笼子)，细胞质环()联合子单位；环子单元中央插头，中央粒子，(b)组件，naturereviewsmolelectrlellbiology 11，490-501Page=nuc_pore，功能上可以看作特殊的transmembrane运输蛋白质复合物(双功能，双向亲水核物质交换通道)，双功能有两种运输方法：手动扩散和主动运输。双向既介导蛋白质的核运输，又介导RNA、核糖核蛋白粒子(RNP)的核运输。图P232:通过核孔复合物输送的功能图)，(3)通过移动受体将大分子从细胞质输送到核孔的转运受体是importins，从细胞核输送细胞质的转运受体是exportins。携带小于10nm的离子、小分子和直径的物质的手动运输。1 .核孔复合体的手动扩散引起的10nm，直径9-10nm，NPC是手动扩散的亲水通道，有效直径为9-10nm，部分可达到12.5nm。即离子，小分子，直径在10 nm以下的物质原理上可以自由通过。扩散速度与分子大小成反比。1 .通过核孔复合体的手动扩散，这个有效直径等于允许相对分子质量在404003 606003以下的蛋白质分子自由通过核孔。实际上，并非所有符合这个条件的蛋白质都能随意进出细胞核。小分子量高的蛋白质，例如组蛋白H1，通过活性运输进入细胞核。(相对分子质量只有2.1103，但具有信号功能的氨基酸序列)一些小分子蛋白本身没有信号序列，但与其他有信号序列的成分结合，可以有效地输送到核中。2 .核孔复合物的活性输运，a对输运粒子大小的限制。主动运输的功能直径(约10 20nm)大于被动运输，核孔复合材料的有效直径大小可调节；b是信号识别和载波参数过程复合物，需要消耗ATP能量以显示饱和动力学。c核输出和核输入双向。1)亲核蛋白的核转移(karyophilicprotein)，亲核蛋白：是指在细胞质内合成后，为了在细胞核内发挥功能而需要或可以进入的蛋白质种类。大部分亲核蛋白在一个细胞周期内同时转移到核内，停留在核内，进行功能活动的情况较多。组蛋白、纤维蛋白等；有些蛋白质有功能活动，例如Importins，在核物质之间穿梭。授权的位序列或授权的位信号(NLS)，亲核蛋白通常包含特殊的氨基酸序列，以确保整个蛋白质通过核孔复合体输送到核中。具有“方向”(direction)、“位置”(positioning)功能的此序列被命名为授权位序列或授权位信号。受体是importin。NLS序列可以存在于亲核蛋白的其他部分，完成核输入后不会被去除。nuclearlocalization signals，normalyruvatekinase : in cytosol，chimericpyruvatekinasecontainingsv 40 NLS : in nu clearlocalization SV目前比较决定的因素是importin，importin:授权位信号受体。Ran:一种控制货物复合物分解或形成的g蛋白。结合蛋白质和受体导入，具有经批准的位信号(NSL)片段；复合体和细胞质内的纤维结合；复合体被发送到细胞核。与Ran-GTP相互作用，复合物解散。5.import in由Ran-GTP水解为ran-GDP，ran-GDP返回核，import in返回细胞质。(2)在RNA和核糖体亚基中，由细胞质传递到细胞核的蛋白质，通常在转录后加工，由转化成成熟RNA分子的RNA分子携带。(。核输出信号(nuclearexportsignal，NES):受体是exportin，是诱导RNP输出核，并对蛋白质的出核运输起决定作用的氨基酸序列。RNA聚合酶I转录的rRNA分子。RNA聚合酶 RNA聚合酶转录的5srRNA和tRNA表示核内杂RNA(hnrna)，这是由核膜内部表面的纤维层蛋白组成的连续致密的网状结构。第三，纤维层，功能：细胞核支撑膜，为染色体提供支架。调节基因表达。调节DNA修复。与细胞周期有关。构成：laminA，b，c纤维层蛋白质本身形成纤维相网络结构，动态特性：分裂期间核纤维层分解，蛋白质单体存在于细胞质中。，3，纤维层，2节染色质，染色质是在周期核内由DNA，组蛋白，非组蛋白和少量RNA组成的线性复合结构，1，染色质DNA，染色质和染色体是细胞周期不同阶段可相互变化的形态结构，(1)基因组大小比较，(2)Z(zig-zag)型是左撇子螺旋DNA，结构上与b型大不相同。高盐浓度下发生的CGCGCG短链中，生物学功能未知。反映DNA双螺旋结构的可塑性。DNA的三个组成，三个DNA组成中的大沟的特征在基因信息表达过程中起着关键作用，调节蛋白都通过分子上的氨基酸侧链和沟内碱基对两侧的潜在氢原子捐赠者(=NH)或受体(o和n)形成氢键，从而识别DNA遗传信息。另外，z型DNA与细胞癌变有关。DNA的三个组成，两个，染色质蛋白、组蛋白和DNA结合，碱基蛋白序列特异性非组蛋白(nonhistone)没有与特定DNA序列或组蛋白结合，naturereviewsnephrogrogy 6，332-342 进化上非常保守的H1组蛋白有特定的属和组织特异性，(2)非组蛋白，序列特异性DNA结合蛋白特性多样性识别DNA有特定的功能多样性，锌指模式，亮氨酸拉链模式，螺旋-角-螺旋模式，凝胶延迟实验(gellaterardationassay) 接合时形成对称的二聚体结构模式(symmetrichomodimer structure mode)。2)锌指模式：RNA聚合酶必需转录因子TF a，包括9个规则锌指重复单元，每单元30个氨基酸残基，一对半胱氨酸和一对组氨酸，以及Zn2形成安置键。(3)亮氨酸拉链模式(Leucinezippermotif，ZIP):的二聚体形成是特定DNA序列蛋白相互识别的共同原则。染色质蛋白， 螺旋-角-螺旋模式等蛋白质在与DNA结合的域中形成对称的二聚体；二聚体的每个单体由20个氨基酸组成，两个单体各形成一个螺旋，连接到中间的角，形成螺旋-角-螺旋结构；其中c单边alpha螺旋是识别螺旋，起到识别DNA dagou特定碱基信息的作用。第三，染色质蛋白，锌指转录因子 (TF a)的同模式(Zinc-fingermotif)。这种蛋白质由域中多个规则重复单元组成，与DNA结合。每个单位有30个氨基酸和1个Zn2，中间的Zn2形成了周围1对Cys和1对His的放置键，形成了一个手指结构锌指单元。每个锌单位是DNA结合域，每个锌手指的c端形成alpha螺旋，与DNA结合。某些锌指模式包含两对Cys，而不是His。3，染色质蛋白质，亮氨酸拉链图案等蛋白质，在与DNA结合的结构域附近形成螺旋，每两个轮子(7个氨基酸残基)有一个leu，共包含4个或5个leu，alpha helix一侧的leu排成一行。两个蛋白质分子螺旋以Leu之间的疏水性形成拉链，称为亮氨酸拉链图案。螺旋-环-螺旋模式HMG框架模式，4)螺旋-环-螺旋结构模式(HLH):螺旋-环-螺旋结构的蛋白质家族成员之间的同源或二元异5)HMG框架结构模式(HMG-boxmotif):具有3个alpha螺旋结构模式，具有弯曲DNA的功能，因此具有HMG框架结构的转录因子也称为组件，通过弯曲DNA并促进与相邻部位结合的其他转录元素的相互作用来激活转录。与SRY相同。iii，核糖体，(a)核糖体发现，透射电子显微镜下珠子形状的11纳米核小体结构，figure 4-22 molecularlocologrogyofthec(garland science 2008)处理暴露在相同核酸酶下的DNA会产生随机大小的DNA片段。因此，据推测，除了染色体DNA中的特定部位外，核糖体受到保护，不被随机切割，这种保护作用与结合在DNA中的蛋白质有关。1974年，美国哈佛大学的KornbergR提出了由：DNA和组蛋白组成的重复子单元：原子核。证据，(a)原子核的发现，x射线晶体衍射揭示了原子核的三维结构，(a)原子核的发现，SV40微染色体(微基因组)分析，virology，2009，384(。组蛋白H1对核粒子进一步结合20bpDNA，锁定核体DNA内外，稳定核体的作用。两个相邻的细胞核之间通过连接DNA(linkerDNA)连接，一般长度为60bp，不同的物种变化值为0 80bp。核苷酸的结构，组蛋白和DNA的相互作用主要是结构性的，基本上不依赖核苷酸的特异性序列核糖体随着DNA的位置受到多种因素的影响，通过核糖体相位变化影响基因表达。在figure 4-27 molecularlocologyofthewlell(garland science 2008)中，DNA弯曲组蛋白核也是核糖体相位的影响因素。