医学细胞生物学：细胞基本结构3

1、细胞的基本结构3 Squidoniuswiki KelvinsongCC 细胞核 (Nucleus) 真核细胞中的细胞器 被两层细胞膜包围 含有细胞的遗传信息 调控细胞的生长和增殖 细胞核的多样性 细胞核在形态，数目，体积，位置等方面有差异 细胞核的主要结构 Adopted from LadyofHatsWiki 核膜 (nuclear envelope) 包在核外的双层膜结构 由内膜和外膜构成 与内质网相连 表面有核孔，物质交换的通道 将DNA与细胞质分隔 保护DNA分子免受损伤 使DNA复制和mRNA翻译分隔 哺乳动物细胞核电镜图 Molecular Biology of the Cell

2、. 3rd edition 核膜与内质网是相连的 外膜与内质网(endoplasmic reticulum, ER)相连， 表面附着核糖体和中间纤维 内外膜之间的核周间隙 (perinuclear space)与 内质网腔 (ER lumen)连通，内膜则和核膜内侧 的核纤层 (nuclear lamina)相连 American Society for Neurochemistry, 2006.; Molecular Biology of the Cell. 4th edition 核孔 (nuclear pore) 又称核孔复合体 (nuclear pore complex) 由内外膜在多

3、处融合连同而形成 呈圆桶形，由多种蛋白颗粒组成的复合体 圆桶中央是分子转运入核和出核的通道 电镜下的核孔 核孔的结构 核孔的结构 巨型的复合体，分子量 125000kDa 由30种左右的不同蛋 白质，即核孔蛋白 (nucleoporin)构成 例如Nup107 Fahrenkrog et al., TRENDS BIOCHEM SCI , 29, 4, 175-182 (2004) 核孔负责跨核膜转运 N. Pant and U. Aebi, Science, 273:17291732, 1996 核孔负责跨核膜转运 Molecular Biology of the Cell. 5th edi

4、tion 跨核膜转运的机制 Molecular Biology of the Cell. 5th edition 核纤层 (nuclear lamina) 是由纤层蛋白组成的网络状结构 保持核膜的形态与核孔复合体的位置 蛋白网络和染色质结合，提供附着点 纤层蛋白的磷酸化导致核膜崩解(细胞分裂) 在细胞周期调节，DNA复制，细胞分化和细胞凋 亡中扮演重要角色 Molecular Biology of the Cell. 5th edition 核纤层的 结构 核纤层蛋白病 (Laminopathy) 核纤层蛋白A/B/C的突变导致的遗传疾病 表现为肌肉组织萎缩，早衰 (progeria)等 Sc

5、affidi et al., PLoS Biol , 3 ,11, e395 (2005） 细胞核的主要结构 Adopted from LadyofHatsWiki 一个人的DNA总长度有多少？ 每个人有50万亿个细胞 每个细胞有30亿个碱基对 每个碱基对长0.34纳米 染色质 (chromatin) 组成成分的多样化 DNA RNA 蛋白质(包括组蛋白和非组蛋白) 细胞分裂间期时成弥散的细丝状 细胞分裂期时高度凝缩成染色体 (chromosome) 组蛋白 (histone) 碱性蛋白，富含带正电荷的精氨酸和赖氨酸 与带负电荷的DNA紧密结合 分为H1、H2A、H2B、H3、H4五种 调控D

6、NA的复制与转录 非组蛋白 酸性蛋白，富含天冬氨酸和谷氨酸 分为酶蛋白、结构蛋白和调控蛋白 多数能识别特异性DNA序列，控制基因复制与转 录，调节基因表达 染色体的组装 常染色质和异染色质 常染色质 (euchromatin) 呈疏松状态 活跃的复制转录 碱性染料染色后着色较浅 有时以袢环形式伸入核仁 异染色质 (heterochromatin) 呈高度缠绕的凝缩状态 无复制转录活性 碱性染料染色后着色较深 多靠近核膜的内表面 染色体(chromosome) 是打包好的有组织的染色质 包含DNA, RNA和蛋白质 主要的组成部分是一条双链DNA 其重组在遗传多样性中扮演重要角色 染色体形态结构

7、 着丝粒 centromere 主缢痕 primary constriction 动粒 kinetochore 副缢痕 secondary constriction 随体 satellite 端粒 telomere 核仁组织区 nucleolar organizing region，NOR 着丝粒在染色体上的位置 端着丝粒 Telocentric 近端着丝粒 Acrocentric 近中着丝粒 Submetacentric 中着丝粒 Metacentric / 人类染色体核型 (karyotype) 染色体领域 Chromosome Ter

8、ritories Bolzer et al., PLoS Biol 3(5), e157 (2005); Lanctt et al. Nature Reviews Genetics 8, 104-115 (2007) 细胞核的主要结构 Adopted from LadyofHatsWiki 核仁 nucleolus 位于间期的细胞核内,动态性，周期性出现 呈球形，数目、位置、大小不固定，随细胞种类 和功能而不同 由核仁组织区 (nucleolar organizing region, NOR)组织形成 主要功能是转录合成rRNA和装配核糖体亚单位 核仁的结构 纤维中心：由DNA和RNA 组成，

9、核心部分 致密纤维组分：直径为 510nm的致密纤维, 含 有正在转录的RNA分子 颗粒区： 呈致密的颗粒, 直径为15-20nm。位于周 边, 代表已合成的核糖体 前体颗粒 其它例如核仁基质 核仁的功能 核基质 (nuclear matrix) 除核膜，染色质，核 纤层及核仁以外的由 纤维蛋白组成的核内 网架体系 与细胞骨架相连，和 DNA复制，RNA转录 和加工，染色体组装 等活动相关 细胞核 细胞质 细胞外基质 (EXTRACELLULAR MATRIX, ECM) 不属于任何细胞，分布于细胞外空间的纤维网络 主要成分是蛋白，多糖，由细胞合成分泌到胞外 支持连接组织结构和调节细胞间通讯

10、细胞外基质 (ECM) 细胞外基质的位置 细胞外基质基本组成 胶原 collagen 弹性蛋白 elastin 非胶原糖蛋白 纤粘连蛋白 fibronectin，FN 层粘连蛋白 laminin，LN 氨基聚糖 glycosaminoglycan，GAG 蛋白聚糖 proteoglycan 胶原 collagen 的种类 胶原的结构 由三条肽链组成三股螺旋结构（原胶原 ），然后 相互间有序排列，侧向共价结合，彼此交联聚合 形成胶原原纤维 胶原的结构 型胶原的原胶原由三条 链组成 每条链由重复的Gly-X-Y序列 构成使多肽链卷曲为左手螺 旋，每圈含3个氨基酸残基 三股螺旋相互盘绕成右手 超螺旋

11、，即原胶原 分子内和分子间的交联 胶原蛋白端肽区侧向相邻的赖氨酸或羟赖 氨酸残基交联形成链间氢键，有助于三股 超螺旋结构的稳固 胶原的合成 n链最初在链最初在RER翻译合成，肽链翻译合成，肽链N端、端、C端端 各具有一段不含各具有一段不含Gly-X-Y序列的前肽，称为序列的前肽，称为 前前链。链。 埃勒斯-当洛二氏综合症 (EhlersDanlos syndrome) 是一种遗传疾病 由于胶原蛋白在结构， 合成上的缺陷所导致的 结缔组织异常 又称皮肤弹力过度症或 松皮症 维生素C 前链的脯氨酸及赖氨酸残基在ER中的羟基化修 饰由脯氨酰-4羟化酶及脯氨酰-3羟化酶催化 维生素C是这两种酶必需的辅

12、助因子 维生素C缺乏导致不能形成正常的胶原原纤维， 从而导致血管、肌腱、皮肤变脆和易出血 弹性蛋白 elastin 是弹性纤维网络的主 要成分 富含甘氨酸和脯氨酸， 无糖基化修饰 疏水短肽使其具有弹 性 形成无规则卷曲或疏 松有弹性的交联网络 非胶原糖蛋白之 纤粘连蛋白 (fibronectin, FN) 一种大型糖蛋白，有可溶型和不可溶型 作用是将细胞连接到细胞外基质上 http:/www.reading.ac.uk/ 纤粘连蛋白的结构 血浆FN是由二条相似的肽链在C端借二硫键联成的V字形 二聚体 （细胞FN为多聚体） FN肽链具有5-7个有特定功能的结构域 与其它ECM（如胶原、蛋白聚糖）

13、结合，使细胞外基质形成网络 能识别并结合细胞表面的受体，使细胞附着于ECM上 非胶原糖蛋白之 层粘连蛋白 (laminin, LN) 一种大型的糖蛋白，与型胶原一起构成基膜 多种LN的受体通过识别其糖链结构与之结合 是胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分 对细胞迁移，生长和分化有重要影响 层粘连蛋白的结构 由一条重链（） 和两条轻链（, ） 借二硫键交联而成， 外形呈十字形 三条短臂各由三条 肽链的N端序列构 成，长臂由杆区及 球区构成 存在多个与细胞结 合的位点 氨基聚糖 (GAG) 由重复排列的二糖单 位聚合而成 通常为糖醛酸和氨基 己糖 直链无分支的糖结构 例如透明质酸 (hyaluron

14、an) 透明质酸 (hyaluronan) 蛋白聚糖 (proteoglycan) 在核心蛋白的丝氨酸残基上装配氨基聚糖链 Aggrecan 聚集蛋白聚糖 蛋白聚糖的作用 储存水和离子 参与基底膜的构建 使细胞表面具有较大的可塑性，从而具有抗挤压 能力，对细胞有保护作用 结合生长因子，参与信号传递过程调节，影响胚 胎发育进程 ECM与细胞的相互作用 影响细胞的存活、生长与死亡 决定细胞的形状 控制细胞的分化 参与细胞的迁移 Cell, 152, 6, 2013 Thank You! 染色体的组装染色体的组装 n30nm的染色质纤维（即螺线管的染色质纤维（即螺线管solenoid） 折叠为一系列

15、的袢环（折叠为一系列的袢环（loop）结合在由非）结合在由非 组蛋白构成的染色体骨架（组蛋白构成的染色体骨架（chromosome scaffold）上）上 微带微带 染色单体染色单体 染色质的结构染色质的结构 n核小体（核小体（nucleosome） ：染色质的基本：染色质的基本 结构单位。结构单位。 n常染色质能进行活跃复制转录，呈疏松状态，碱常染色质能进行活跃复制转录，呈疏松状态，碱 性染料染色后着色较浅，有时以袢环形式伸入核性染料染色后着色较浅，有时以袢环形式伸入核 仁。仁。 n异染色质在间期的细胞核中处于高度缠绕的凝缩异染色质在间期的细胞核中处于高度缠绕的凝缩 状态，无转录活性，碱性染料染色后着色较深，状态，无转录活性，碱性染料染色后着色较深， 多靠近核膜内表面。多靠近核膜内表面。 人类染色体核型 (karyotype) n纤维结构：由纤维结构：由rRNA、核糖体蛋白和少量、核糖体蛋白和少量R