细胞生物学cellnuclear

1、细胞核植植物物细细胞胞结结构构模模式式图图动动物物细细胞胞结结构构模模式式图图1、掌握细胞核的基本结构、组成及各、掌握细胞核的基本结构、组成及各 结结 构的特点构的特点 2、掌握细胞核物质运输的特点，核基、掌握细胞核物质运输的特点，核基 质及核仁的功能质及核仁的功能 3、掌握染色质的化学组成，染色体、掌握染色质的化学组成，染色体 DNA的特征性结构，组蛋白的结构的特征性结构，组蛋白的结构 和功能，染色质包装的过程和功能，染色质包装的过程教学要求教学要求4、熟悉中期染色体的特征性结构，常、熟悉中期染色体的特征性结构，常 染色质和异染色质的区别染色质和异染色质的区别5、了解特殊染色体的结构特征、了

2、解特殊染色体的结构特征教学要求教学要求 真核细胞内最大的、最重真核细胞内最大的、最重要的细胞器，是遗传物质存要的细胞器，是遗传物质存储、复制和转录的场所，是储、复制和转录的场所，是细胞生命活动的控制中心细胞生命活动的控制中心细胞核细胞核(nucleus)细胞核的形状细胞核的形状：圆、椭圆形，少数呈不规圆、椭圆形，少数呈不规 则形则形细胞核的数目：细胞核的数目： 真核细胞：真核细胞：绝大部分有绝大部分有1个个细胞核（植物成细胞核（植物成 熟熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞无无 细胞核）细胞核） 肝细胞、肾小管细胞、软骨细胞、粒细胞等肝细胞、肾小管细胞、软骨细胞、

3、粒细胞等 有多核有多核细胞核一般特征细胞核一般特征 细胞核细胞核与细胞质的体积与细胞质的体积比比 核质比核质比=细胞核的体积细胞核的体积/细胞质的体积细胞质的体积 核质比核质比表示表示细胞核的大小细胞核的大小和细胞的和细胞的成成 熟程度熟程度核质比核质比细胞核的结构细胞核的结构核膜核膜（双层膜）：把核内（双层膜）：把核内物质与细胞质分开物质与细胞质分开。核孔：核孔：实现核质之间频繁实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。的物质交换和信息交流。染色质：染色质：由由DNA（遗传信息（遗传信息的载体）和蛋白质组成的载体）和蛋白质组成；核仁：核仁：与与rRNA的合成及核糖的合成及核糖体的形成有关体的形成

4、有关又又称称核被膜核被膜（nuclear envelope）位于）位于的最外层，是细胞质与细胞核的最外层，是细胞质与细胞核之间的界膜。将细胞之间的界膜。将细胞分成两分成两大结构与功大结构与功能区域：能区域：DNA/RNA 复制转复制转 录（核），蛋录（核），蛋白质翻译（细胞质白质翻译（细胞质） 由由内内、外外两层平行膜两层平行膜构成。构成。第一节第一节 核膜核膜nuclear membrane 约占约占65% 75%，包括组蛋白、基因调，包括组蛋白、基因调节蛋白、节蛋白、DNA和和RNA聚合酶、聚合酶、RNA酶以酶以及电子传递有关的酶。及电子传递有关的酶。 卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、胆固醇卵磷脂、

5、磷脂酰乙醇胺、胆固醇和和甘甘 油油三三酯（后两者含量较高）。酯（后两者含量较高）。一、核膜的化学组成 核孔核孔（nuclear pore）由至少）由至少100种不同的蛋白质种不同的蛋白质（nucleoporin）构成，称为）构成，称为（nuclear pore complex，NPC）。）。 核孔的直径约为核孔的直径约为80120nm，核孔复合体的直径约，核孔复合体的直径约为为120nm150nm。 在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在一在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在一般认为其结构如同捕鱼笼。般认为其结构如同捕鱼笼。 核孔复合体有核孔复合体有4种结构组分种结构组分： 位于核孔边缘

6、胞质面的一侧，位于核孔边缘胞质面的一侧，又称外环，环上有又称外环，环上有8条细长纤维条细长纤维对称分布伸向胞质；对称分布伸向胞质；： 位于核孔边缘核质面的一侧，位于核孔边缘核质面的一侧，又称内环，环上也对称连有又称内环，环上也对称连有8条条细长纤维，在纤维末端形成一细长纤维，在纤维末端形成一个直径个直径60nm的小环，小环也由的小环，小环也由8个颗粒构成；个颗粒构成；捕鱼笼式核孔复合体模型捕鱼笼式核孔复合体模型：由核孔边缘伸向由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，可中心，呈辐射状八重对称，可进一步分为三个结构域：进一步分为三个结构域：（连接胞质、核质（连接胞质、核质环）、环）、核孔边缘向核周核

7、孔边缘向核周间质）、间质）、向核孔中心向核孔中心。：位于：位于核孔中心，呈颗粒状或棒状，核孔中心，呈颗粒状或棒状，在物质交换中可能起一定作用，在物质交换中可能起一定作用，又称又称（central transporter）。）。捕鱼笼式核孔复合体模型捕鱼笼式核孔复合体模型1、核孔复合体是核质与胞质之间进行物质交换的通道。、核孔复合体是核质与胞质之间进行物质交换的通道。因此可将它视因此可将它视为特殊的跨膜运输蛋白复合体。为特殊的跨膜运输蛋白复合体。表现为两种运输方式：被动扩散与主动运输；表现为两种运输方式：被动扩散与主动运输； 对被运输的物质在大小上加以限制（对被运输的物质在大小上加以限制（10n

8、m）；）； 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗ATP提供能量提供能量（26nm）；）；表现在两个方面：表现在两个方面：介导蛋白质的入核转运；介导蛋白质的入核转运；介导介导RNA、核糖体蛋白颗粒的出核转运。、核糖体蛋白颗粒的出核转运。四、核纤层的结构与功能（nuclear lamina）是附着于内核膜下的）是附着于内核膜下的纤维蛋白网，由核纤层蛋白构成，属于中间纤维。纤维蛋白网，由核纤层蛋白构成，属于中间纤维。 功能：功能：1、核膜为基因表达提供了时空隔、核膜为基因表达提供了时空隔 离屏障离屏障 2、核膜参与蛋白质的合成、核膜参与蛋白

9、质的合成3、核孔复合体控制核、核孔复合体控制核-质间的物质质间的物质 交换交换核膜的功能第二节第二节 染色质与染色体染色质与染色体 1879年，年，W. Flemming提出染色质（提出染色质（Chromatin）这一术语。）这一术语。 1888年，年，Waldeyer正式提出染色体（正式提出染色体（Chromosome）这一）这一命名。命名。 染色质是间期细胞遗传物质的存在形式。最早是染色质是间期细胞遗传物质的存在形式。最早是1879年年Flemming提出的用以描述核中染色后强烈着色的物质。提出的用以描述核中染色后强烈着色的物质。 DNA : 组蛋白组蛋白 : 非组蛋白非组蛋白 : 少量少

10、量RNA = 1 : 1 : 0.6 : 0.01 DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白与与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白与RNA的含的含量则随细胞生理状态的不同而变化。量则随细胞生理状态的不同而变化。 组蛋白和非组蛋白组蛋白和非组蛋白都可被磷酸化，进而发挥它们在细胞核都可被磷酸化，进而发挥它们在细胞核内信息的传递及转录调控方面的重要作用。内信息的传递及转录调控方面的重要作用。 一个真核细胞单倍染色体组中所含的全部遗传信息称为一个一个真核细胞单倍染色体组中所含的全部遗传信息称为一个。 真核细胞中每条未复制的染色体均含有一条真核细胞中每条未复制的染色体均含有一条DNA分子。分子。 DN

11、A分子分子3种基本元素：种基本元素： （replication origin），是），是DNA复制的起点。复制的起点。 （centromere sequence），姐妹染色单体的连接部位，），姐妹染色单体的连接部位，与染色体的分离有关。与染色体的分离有关。 （telomere sequence），保证染色体的独立性和遗传稳），保证染色体的独立性和遗传稳定性。定性。染色体染色体DNA的三种基本序列的三种基本序列端粒序列端粒序列着丝点序列着丝点序列复制源序列复制源序列 组蛋白（组蛋白（histone）是构成真核生物染色体的基本是构成真核生物染色体的基本结构蛋白。带正电荷，富含精氨酸，赖氨酸，属结构

12、蛋白。带正电荷，富含精氨酸，赖氨酸，属碱性蛋白。可与酸性碱性蛋白。可与酸性DNA分子紧密结合分子紧密结合。 根据聚丙烯酰胺凝胶电泳将组蛋白分为根据聚丙烯酰胺凝胶电泳将组蛋白分为5种：种： H1，H2A, H2B, H3, H4 组蛋白在细胞周期的组蛋白在细胞周期的S期与期与DNA同时合同时合成，成，然后转移然后转移至核内，与至核内，与DNA结合，形结合，形成核小体。成核小体。 组蛋白组蛋白与与DNA结合可抑制结合可抑制DNA的复制的复制与与 RNA转录，组蛋白转录，组蛋白的修饰（乙酰化、的修饰（乙酰化、磷磷 酸化酸化和甲基化和甲基化）可影）可影 响染色质的活性。响染色质的活性。 ：无种属及组织

13、特异无种属及组织特异性，进化上高度保守；协助性，进化上高度保守；协助DNA卷曲成核卷曲成核小体的稳定结构。小体的稳定结构。有一有一定的种属特异性和组织特异性；与核小体定的种属特异性和组织特异性；与核小体的进一步包装有关。的进一步包装有关。根据在核小体中的作用分为两类根据在核小体中的作用分为两类 非组蛋白（非组蛋白（non-histone）是指细胞核中组是指细胞核中组蛋白以外的染色体结合蛋白，是序列特异性蛋白以外的染色体结合蛋白，是序列特异性DNA结合蛋白。结合蛋白。非组蛋白包括染色体骨架蛋白、调节蛋白以非组蛋白包括染色体骨架蛋白、调节蛋白以及核酸代谢和染色质化学修饰的相关酶类。及核酸代谢和染色

14、质化学修饰的相关酶类。特性：特性： 含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质。具含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质。具多样性和异质性。多样性和异质性。 非组蛋白在整个细胞周期都进行非组蛋白在整个细胞周期都进行合成合成(组蛋白组蛋白只在只在S期期合成合成)。 能识别特异的能识别特异的DNA序列，识别与结合借助氢键和离子键。序列，识别与结合借助氢键和离子键。；非组蛋白的特性和功能 间期核中染色质可分为间期核中染色质可分为常染色质常染色质（enchromatin）和）和异染色异染色质质（heterochromatin）。）。是在有丝分裂完成之后，能够转变成间期是在有丝分裂完成之

15、后，能够转变成间期的染色质部分。常染色质在分裂期染色深，但在间期染色浅。的染色质部分。常染色质在分裂期染色深，但在间期染色浅。一般而言，常染色质是具有转录活性区，是基因区。一般而言，常染色质是具有转录活性区，是基因区。 大约有百分之十的染色质在整个间期仍然保持大约有百分之十的染色质在整个间期仍然保持，将，将这种染色质称为这种染色质称为。异染色质在分裂期和间期的着色。异染色质在分裂期和间期的着色力相同。无转录活性，是遗传惰性区。力相同。无转录活性，是遗传惰性区。图中的图中的N和和n分别表分别表示细胞核和核仁示细胞核和核仁, 核核仁外染色深的区域是仁外染色深的区域是异染色质。异染色质。骨髓干细胞骨

16、髓干细胞异染色质分类：异染色质分类： 巴氏小体巴氏小体（barr body）：）： 雌性哺乳动物细胞中两条雌性哺乳动物细胞中两条X染色体之一在发育早期随染色体之一在发育早期随机发生异染色质化失活。机发生异染色质化失活。 雄性哺乳类细胞的单个雄性哺乳类细胞的单个X染染色体呈常染色质状态。色体呈常染色质状态。barr body 核小体核小体：一种串珠状结构，由：一种串珠状结构，由和和两部分组成两部分组成每个核小体单位包括约每个核小体单位包括约200bp的的DNA、一个核心组蛋白和一个、一个核心组蛋白和一个H1；由由H2A、H2B、H3、H4各两分子形各两分子形成八聚体，构成核心组蛋白；成八聚体，构

17、成核心组蛋白；DNA分子以左手螺旋缠绕在核心组分子以左手螺旋缠绕在核心组蛋白表面，每圈蛋白表面，每圈83bp，共，共1.75圈，圈，约约146bp，两端被，两端被H1锁合；锁合；相邻核心颗粒之间为一段相邻核心颗粒之间为一段60bp的的连接线连接线DNA； （三）螺线管进一步包装成染色（三）螺线管进一步包装成染色体体 D N A 从 螺 线 管 到 超 螺 线 管从 螺 线 管 到 超 螺 线 管（0.2-0.40.2-0.4）大约压缩了）大约压缩了40倍。倍。1号染色体中的号染色体中的DNA包装倍数包装倍数 染色体形态结构一般是指中染色体形态结构一般是指中期染色体。期染色体。 着丝粒与动粒着丝

18、粒与动粒 次缢痕次缢痕 端粒端粒 随体随体 核仁组织区核仁组织区 （一）着丝粒位于两条姐妹染色单体的连接处（一）着丝粒位于两条姐妹染色单体的连接处 , 并将染色单体并将染色单体分为短臂分为短臂(p)和长臂和长臂(q)。根据着丝粒在染色体上的位置。根据着丝粒在染色体上的位置, 分为分为中着丝中着丝粒粒、近中近中着丝、近端部着丝和端部着丝着丝、近端部着丝和端部着丝四种类型。四种类型。 。（二）（二）次缢痕次缢痕（secondary constriction）是染色体上的一个是染色体上的一个缢缩部位，它的数量、位置和大小是某些染色体的重要形缢缩部位，它的数量、位置和大小是某些染色体的重要形态特征。态

19、特征。（三）（三）核仁组织区核仁组织区（nucleolar orgnizing regions NORs），位于染色体的次缢痕区，与核，位于染色体的次缢痕区，与核仁形成有关。仁形成有关。（四）（四）随体随体（satellite）是位于近端着丝粒染色体末端的、是位于近端着丝粒染色体末端的、圆形或圆柱形的染色体片段，通过次缢痕与染色体主要部圆形或圆柱形的染色体片段，通过次缢痕与染色体主要部分相连。随体由异染色质组成，含高度重复分相连。随体由异染色质组成，含高度重复DNA序列，是序列，是识别染色体的主要特征之一识别染色体的主要特征之一。（五五）端粒端粒（telomere）： 是染色体两个端部的特化是

20、染色体两个端部的特化区，由高度重复的短序列区，由高度重复的短序列组成，富含鸟苷酸组成，富含鸟苷酸G，高，高度保守。度保守。原位杂交实验显示位于人染色体末端的端粒原位杂交实验显示位于人染色体末端的端粒 1 保证染色体末端的完全复制，端粒保证染色体末端的完全复制，端粒DNA提供提供了复制线性了复制线性DNA末端的模板；末端的模板； 2在染色体两端形成保护性帽结构，使在染色体两端形成保护性帽结构，使DNA免免受核酸酶或其他不稳定因素的破坏和影响，受核酸酶或其他不稳定因素的破坏和影响，使染色体末端不会与其他染色体末端融合，使染色体末端不会与其他染色体末端融合，保证染色体的结构完整保证染色体的结构完整

21、3 在细胞在细胞 的寿命、衰老和死亡以及肿瘤的发的寿命、衰老和死亡以及肿瘤的发生和治疗中起作用生和治疗中起作用端粒的主要功能1. 多线染色体多线染色体（Polytene chromosome）：）：2、灯刷染色体灯刷染色体（lampbrush chromosome） 最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期，染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色线期，染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。侧环是体。侧环是DNA活跃转录的区域。活跃转录的区域。鱼类卵母细胞灯刷染色体鱼类卵母细胞灯刷染色体：是指某一个体细胞的是指某一个

22、体细胞的在有丝分裂中期的表型，包括染色体的数目、大小和形态在有丝分裂中期的表型，包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。特征等方面。 人类正常男性体细胞核型为：人类正常男性体细胞核型为：46，XY； 正常女性体细胞核型为：正常女性体细胞核型为：46，XX：染色体经显带染色技术处染色体经显带染色技术处理后，使其沿长轴呈现特定的深浅不同、宽窄不等的带纹理后，使其沿长轴呈现特定的深浅不同、宽窄不等的带纹（band）的方法。）的方法。 G带（带（Giemsa-banding）：将染色体制片经盐溶液、胰酶或）：将染色体制片经盐溶液、胰酶或碱处理，再用碱处理，再用Giemsa染料染色，在光镜下进行检查染料

23、染色，在光镜下进行检查, 见到特见到特征性的带。一般富含征性的带。一般富含AT碱基的碱基的DNA区段表现为暗带。此法区段表现为暗带。此法可制成永久性的标本。可制成永久性的标本。 核仁核仁（nucleolus）见于间期的细胞核内，呈圆球）见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般形，一般12个，有时多达个，有时多达35个。主要功能是转录个。主要功能是转录rRNA和组装核糖体单位。和组装核糖体单位。 一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞有较大和数目较多的核仁，反之核仁很小或缺失。大和数目较多的核仁，反之核仁很小或缺失。 核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。核

24、仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。第三节第三节 核仁核仁一、核仁的形态结构和化学组成一、核仁的形态结构和化学组成主要化学组成主要化学组成（依细胞类型和生理状态而异）：（依细胞类型和生理状态而异）： 蛋白质：蛋白质：80%（核糖体蛋白、组蛋白、非组蛋白等）（核糖体蛋白、组蛋白、非组蛋白等） 酶：与核仁生理功能有关酶：与核仁生理功能有关 RNA：11%，主要为，主要为rRNA基因转录产物基因转录产物 DNA：8%，主要为，主要为rRNA基因基因 核仁结构组分：核仁结构组分：（一）（一）：是被致密纤维包围的：是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，一个或几个低电子密度的圆形结构，这些这

25、些 rDNA是从染色体上伸出的袢环。是从染色体上伸出的袢环。（二）（二）：呈环：呈环形或半月形包围形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是，由致密的纤维构成，是。（三）（三）由直径由直径15-20nm的的颗粒构成，是颗粒构成，是。 核仁的三种基本结构结合在一起，共同完成核仁的功能。核仁的三种基本结构结合在一起，共同完成核仁的功能。人成纤维细胞中核仁的电子显微镜照片人成纤维细胞中核仁的电子显微镜照片 （A）是完整的核；（）是完整的核；（B）局部观察的照片，主要是致密区）局部观察的照片，主要是致密区二、核仁的功能二、核仁的功能 核仁是细胞合成核糖体的工厂，涉及核仁是细胞合成核糖体的工厂，涉及和和。装配成的核糖体颗粒经核孔进入细胞质，在胞质中进一步装配成成熟的功能性核糖体。装配成的核糖体颗粒经核孔进入细胞质，在胞质中进一步装配成成熟的功能性核糖体。45S rRNA三、核仁周期三、核仁周期 核仁形成的分子机理尚不清楚，目前仅知道需要核仁形成的分子机理尚不清楚，目前仅知道需要rRNA基因基因的激活。的激活。第四节第四节 核基质（核骨架）核基质（核骨架）1974年年Ronald Berezney和和Donald Coffey首次用核首次用核酸酶和去垢剂处理细胞核酸酶和去垢剂处理细胞核, 除去了除去了95%的核物质后