第八章 细胞核

1、第八章：细胞核第八章：细胞核The Cell NucleusThe Cell Nucleus前 言 细胞核的出现是细胞进化的重要标志，其有无是原核与真核细胞区别的根本标志。 核进化意义： 保护DNA，使之免受胞质机械运动的影响。 使基因表达的两步（转录和翻译）在不同的时间和空间进行。基因信息传递 转录翻译DNADNA核苷酸顺序RNARNA蛋白质氨基酸顺序细胞核： 细胞质：DNA复制 蛋白质合成（翻译）RNA合成（转录） 基因表达调控特点：1、形状：多样，与细胞形态相适应2、数量：通常只有一个核3、位置：常居中4、大小：直径约510um5、核质比约1：9 核质比：细胞核与细胞质的体积比。间期细胞

2、核1、核被膜（核膜）2、染色质3、核基质（核纤层，核骨架）4、核仁间期细胞核结构N:常染色质，：核仁，标注：异染色质第一节：核被膜（核膜）第一节：核被膜（核膜）Nuclear envelopeNuclear envelope（nuclear membranenuclear membrane）一、化学组成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二、核膜的结构1、外核膜2、内核膜3、核周隙4、核孔复合体5、核纤层1、外核膜 与rER膜相连续 表面有核糖体附着 分布有细胞骨架，固定细胞

3、核、维持细胞核形态2、内核膜 与外核膜平行，表面光滑，无核糖体附着 核质面附着一层结构致密的纤维蛋白网络核纤层，对核膜起支持作用3、核周隙 内外层核膜在核孔的位置相互融合，两层核膜之间的腔隙称为核周隙（perinuclear space）。 与rER腔相通，内含多种蛋白质和酶类。 核周隙成为内、外核膜之间的缓冲区。4、核孔复合体（nuclear pore complex，NPC） 在内外核膜的融合之处形成环状开口，称为核孔。 核孔的数目、疏密程度和分布形式存在差异。 核孔并非单纯由内外两层核膜融合形成的简单空洞， 而是由多种蛋白质以特定的方式排列形成的复合体 结构，成为核孔复合体。 核孔复合体

4、主要由蛋白质组成，gp210和p62时最具 代表性的两个成分。结构性功能性基本结构： 胞质环 、核质环、辐、中央栓 核孔复合体模型：捕鱼笼式柱状亚单位腔内亚单位环状亚单位 核孔复合物的结构模型 Cytoplasmic face Nuclear face basket inner complex5、核纤层（nuclear lamina） 是位于内核膜内侧与染色质之间的一层由高电子密度纤维蛋白质组成的网络片层结构。 外表面与内核膜的特殊部位结合，内表面与染色质的特殊位点结合。 主要化学成分：核纤层蛋白（Lamin A、B、C）实际上是一种中间纤维蛋白。 1、支架作用 2、与核膜的崩解和重建关系密切

5、 3、与染色质凝集成染色体相关 3、参与细胞核构建与DNA复制核纤层的功能：核纤层蛋白磷酸化核纤层蛋白磷酸化核纤层蛋白核纤层蛋白去去磷酸化磷酸化三、核膜主要功能（一）核膜为基因表达提供了时空隔离屏障区域化作用使转录和翻译在时间和空间上分离（二）核膜参与蛋白质的合成外核膜表面的附着核糖体（三）核孔复合体控制核质之间的物质交换自由扩散：水、离子、小分子主动运输：大分子高度选择性：核孔复合体直径大小可调节是信号识别与载体介导的过程，需消耗能量双向性，兼有核输入与核输出两种功能1.亲核蛋白的核输入 亲核蛋白（karyophilic protein）： 一类在胞质内合成，以主动运输方式通过NPC，输入细

6、胞核发挥功能作用的蛋白质,含有核输入信号序列。 如：核质蛋白。金标记的核质蛋白穿越核孔金标记的核质蛋白穿越核孔亲核蛋白的转运步骤：结合（亲核蛋白的转运步骤：结合（bindingbinding）（不需能量）（不需能量） 转移（转移（translocationtranslocation）（需能量）（需能量）参与转运的因子：参与转运的因子：NLSNLS、GTPGTP结合蛋白等结合蛋白等 核孔复合体最重要的生物核孔复合体最重要的生物学功能之一是主动运输，其主学功能之一是主动运输，其主动运输是一个信号识别与载体动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要介导的过程，需要ATP.ATP.第二节：染色质与染色

7、体第二节：染色质与染色体Chromatin and Chromatin and chromosomechromosome是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同存在形式,但化学组成是相同的。 染色质是间期细胞遗传物质的存在形式，由 DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA等构成的细丝状复合结构，形态不规则，弥散分布于细胞核内。染色体是指细胞核在有丝分裂或减数分裂过程中，染色质经复制后反复缠绕凝聚而成的条状或棒状结构，借以保证DNA被准确的分配到子代细胞中去，对物种稳定性状的维持起重要作用。 1、核酸 ( DNA 、RNA ) 2、 蛋白( 组蛋白、非组蛋白 )一、组成成分（一）、DNA是遗传信息的载体

8、基因基因（genegene）：具有一定生物功能的）：具有一定生物功能的DNADNA序列。序列。 人：人：2424种不同的种不同的DNADNA分子组成分子组成2424条染色体，条染色体，即即2222条常染色体和条常染色体和2 2条性染色体。条性染色体。 基因组基因组（genomegenome）：真核细胞单倍染色体）：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。组中所含有的全部遗传信息为一个基因组。 真核细胞真核细胞DNADNA三种序列：三种序列： 单一序列单一序列（单拷贝序列，非重复序列）（单拷贝序列，非重复序列） 结构基因，结构基因，60%-65%60%-65% 中度重复序列中度重

9、复序列 （10101-51-5） 调控基因，调控基因，20%-30%20%-30% 高度重复序列高度重复序列 （大于（大于10105 5） 着丝粒区和端粒区着丝粒区和端粒区 多组成异染色质多组成异染色质 10%10%左右左右 功能性染色体具备三种基本元素：功能性染色体具备三种基本元素： 能够进行自我复制能够进行自我复制 复制源（复制源（replication originreplication origin） 分裂时两拷贝分离分裂时两拷贝分离 着丝粒（着丝粒（centromerecentromere） 维持自身在传代中的完整维持自身在传代中的完整 端粒（端粒（telomeretelomere）

10、一个着丝粒序列，两个端粒序列，数个复制源序列（二）、组蛋白是真核细胞染色质中的基本结构蛋白（二）、组蛋白是真核细胞染色质中的基本结构蛋白 特性 碱性蛋白 带正电荷 分类 核小体蛋白： H2A,H2B,H3,H4 无种属、组织特异性 形成核小体的稳定结构 H1组蛋白：有种属、组织特异性 在构成核小体中起连接作用 化学修饰：乙酰化和甲基化参与基因转 录调控（三）、非组蛋白特性 酸性蛋白 有种属和组织特异性 作用：维持染色体结构 催化酶促反应 参与基因表达调控（四）、RNA 染色质中含量极低的生物大分子。 多为新合成的RNA前体。二、分类1、常染色质（euchromatin） 间期细胞中结构较松散，

11、碱性染料着色较浅的染间期细胞中结构较松散，碱性染料着色较浅的染色质，能活跃地进行复制和转录。色质，能活跃地进行复制和转录。2、异染色质（heterochromatin） 间期细胞中结构较紧密，碱性染料着色较深，转间期细胞中结构较紧密，碱性染料着色较深，转录不活跃的染色质。录不活跃的染色质。异染色质分类：组成性异染色质 兼性异染色质 组成性异染色质： 整个细胞周期中处于凝集状态的染色质。多位于着丝粒、端粒和染色体臂的凹陷部位，合成于S期。 兼性异染色质： 含有一系列重复序列的DNA，在一定细胞类型、一定发育阶段凝集成异染色质状态，可向常染色质转变。常染色质与异染色质比较常染色质异染色质碱性染料染

12、色 着色浅着色深形态解旋的细纤维丝卷曲成粗大颗粒部位核中央核周近核膜功能活跃地复制转录无转录活性 深染区：异染色质，浅染区：常染色质 常染色质和异染色质虽有许多不同，但二常染色质和异染色质虽有许多不同，但二者的者的化学本质相同化学本质相同，是同一物质的不同存，是同一物质的不同存在状态，二者在一定条件下在状态，二者在一定条件下可以互换可以互换。 如：如：巴氏小体巴氏小体（Barr bodyBarr body）：）：哺乳类雌性哺乳类雌性动物的一对染色体，一条常染色质；另动物的一对染色体，一条常染色质；另一条为异染色质，间期可见其凝固形成巴一条为异染色质，间期可见其凝固形成巴氏小体。可用于鉴别胎儿性

13、别。氏小体。可用于鉴别胎儿性别。巴氏小体（巴氏小体（barr bodybarr body）。）。雌性哺乳动物细胞中一条雌性哺乳动物细胞中一条异固缩化的异固缩化的X X染色体。染色体。人的胚胎发育到人的胚胎发育到1616天以后，天以后， 出现巴氏小体。出现巴氏小体。2m2m长的长的DNADNA存在于存在于5m5m的核仁内？的核仁内？DNADNA分子有多长？分子有多长？1.72mDNADNA分子存在于哪个细胞器里面？分子存在于哪个细胞器里面？细胞核细胞核三、染色质组装成染色体一级结构：核小体二级结构：螺线管三级结构：超螺线管四级结构：染色单体 多级螺旋模型一级结构：核小体 核小体是染色体的基本结构

14、单位。核小体是染色体的基本结构单位。 组成：组成：DNADNA约约200200bpbp左右左右 组蛋白八聚体一个组蛋白八聚体一个 组蛋白一个组蛋白一个 H2A,H2B,H3,H4H2A,H2B,H3,H4构成圆盘状颗粒构成圆盘状颗粒 DNADNA分子在八聚体上缠绕分子在八聚体上缠绕1.751.75圈，约圈，约146146个个bpbp，即形成核小体。即形成核小体。组蛋白核心组蛋白核心二级结构：螺线管 多以30nm染色质纤维的形式存在 在1参与下形成 每周含个核小体 核小体和螺线管的结构 三级结构：超螺线管3030nmnm的螺线管进一步压缩盘绕，形成直径的螺线管进一步压缩盘绕，形成直径400400

15、nmnm的超螺线管。的超螺线管。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。骨架骨架-放射环（袢环）结构模型放射环（袢环）结构模型1. 1.核小体。核小体。2.2.核小体组成螺线管。核小体组成螺线管。3.3.螺线管进一步折叠成一系列袢环结构螺线管进一步折叠成一系列袢环结构 域，沿染色单体纵轴向外伸出，形成放射域，沿染色单体纵轴向外伸出，形成放射环，基部连于中央的非组蛋白支架上。环，基部连于中央的非组蛋白支架上。 每个袢环包含每个袢环包含315315个核小体，每个核小体，每1818个袢个袢 环排列于同一平面上，形成微带环排列于同一平面上，形成微带4.4.多次折叠盘曲，形成染色单体

16、。多次折叠盘曲，形成染色单体。袢环模型袢环模型多级螺旋模型多级螺旋模型组蛋白核心组蛋白核心核小体核小体串珠链串珠链30nm30nm染色质纤维染色质纤维袢环袢环分裂期染色体分裂期染色体一级结构一级结构 7 71010二级结构二级结构 螺线管螺线管 6 6三级结构三级结构 超螺线管超螺线管 4040四级结构四级结构 超螺线管超螺线管 4 45 5 姐妹染色单体（sister chrommatid） 中期染色体由两条染色单体组成，它们由一个DNA分子复制而来，通过一个着丝粒相连，称姐妹染色单体。 特征性结构：着丝粒 主缢痕 动粒 随体 次缢痕 端粒 四、染色体的形态结构1. 着丝粒将两条姐妹染色单体

17、相连 主缢痕（primary constriction）着丝粒处出现的一个向内凹陷的缢痕。又称初级缢痕。 着丝粒（centromere）:主缢痕的中心部位，为中期染色体的主要功能结构域，是高度重复的异染色质结构。 着丝点（动粒，kinetochore）:位于主缢痕处两条染色单体的外侧表层部位，由蛋白质组成，是纺锤丝微管的聚合中心之一。2.着丝粒-动粒复合体动粒结构域位于着丝粒的外表面中心结构域位于动粒域的内侧配对结构域位于中心域的内表面，姐妹染色单体在此互相连接 内着丝粒蛋白 染色体单体连接蛋白 着丝粒动粒复合体着丝粒动粒复合体3.3.次缢痕（次缢痕（secondary constrictio

18、nsecondary constriction） 染色体上主缢痕以外的缢缩狭窄部位。染色体上主缢痕以外的缢缩狭窄部位。 位置、大小相对恒定，可作为鉴别特位置、大小相对恒定，可作为鉴别特定染色体的一个标志。定染色体的一个标志。 4. 4. 随体（随体（satellitesatellite）是某些染色体末端的棒状或球状结构，通过次缢是某些染色体末端的棒状或球状结构，通过次缢痕与染色体相连，是识别染色体的重要特征之一。痕与染色体相连，是识别染色体的重要特征之一。位于：第位于：第1313、1414、1515、2121、2222号染色体上。号染色体上。5. 5. 端粒（端粒（telomeretelome

19、re）染色体末端富含的串联重复序列，可维持染染色体末端富含的串联重复序列，可维持染色体的稳定性，保证染色体色体的稳定性，保证染色体DNADNA的完全复制，的完全复制，维持染色体的稳定及参与染色体在核内的空间维持染色体的稳定及参与染色体在核内的空间排布。排布。构成：端粒构成：端粒DNADNA和端粒结构蛋白。和端粒结构蛋白。端粒酶：端粒酶：由蛋白质和端粒由蛋白质和端粒DNADNA互补的互补的RNARNA构构成，可以自身成，可以自身RNARNA为模板合成端粒为模板合成端粒DNADNA，使使端粒得以补充。端粒得以补充。五、核型与染色体带型1、核型（karyotype）一个体细胞中的全部染色体在有丝分裂

20、中期的表型，包括染色体的数目、大小和形态特征。数目：人类正常体细胞有46条染色体。表示法：正常男性：46，XY正常女性：46，XX 分类：常染色体（autosome） 性染色体（sex chromosome）染色体核型2、带型（band） 染色体经过一定的处理，用特定的染料染色后，使染色体沿其长轴显示深浅各异、宽窄不等的带纹。 以着丝粒、端粒和特殊的染色体带作界标，把染色体臂（p表示短臂，q表示长臂）分为若干区。 染色体显带技术的应用：染色体组型的建立和染色体模式图的绘制；染色体结构与功能的研究；染色体畸变及其机制的研究；染色体介导的基因转移。染色体显带第三节第三节 核仁核仁核仁 nucleo

21、lus 是真核细胞间期核中最明显的结构，光镜 下为均质、无包膜的球形小体 核仁（核仁（nucleolusnucleolus）见于间期的细胞核内，呈见于间期的细胞核内，呈圆球形，无包膜。一般圆球形，无包膜。一般1-21-2个，有时多达个，有时多达3-53-5个。主要功能是转录个。主要功能是转录rRNArRNA和组装核糖体单和组装核糖体单位。位。一般蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快的细胞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，反之核仁很小或有较大和数目较多的核仁，反之核仁很小或缺失。缺失。一、主要成分三种主要成分： 蛋白质 80% RNA 3%-13% DNA 8%二、 结构特点

22、 * 纤维中心 电镜下为核仁中央部位的浅染低电 子密度区域 所含主要成分为rDNA 核仁组织者：rDNA rRNA 核仁 （nucleolus organizernucleolus organizer） 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染色体的次溢痕）* 致密纤维成分 核仁内电子密度最高的区域， 位于浅染区的周围 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 镜下呈致密的颗粒结构，位于核 仁的外周，在核仁中占比例最大 所含主要成分为核糖体前体颗粒 （rRNA前体颗粒） 三、 核仁的功能 *

23、 rRNA的合成和加工 rDNA的初级产物为45S rRNA 28S rRNA 32S rRNA 45S rRNA 5.8S rRNA 20S rRNA 18S rRNA * 核糖体的装配 核糖体组成：蛋白质 + rRNA 由胞质输入 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（nucleolar cycle）。 有丝分裂前期： 染色质凝集rDNA回缩rRNA合成停止核仁减小消失 有丝分裂末期： 染色体解旋成染色质rDNA伸展rRNA合成核仁重新出现第四节第四节 核基质核基质n真核细胞中除核膜、染色质和核仁以外真核细胞中除核膜、染色质和核仁以外的部分，是一种以非组蛋白为主的纤维的部分，是一种以非组蛋白为主的纤维网架结构。又称核基质。网架结构。又称核基质。n广义：核内网架结构、核纤层、广义：核内网架结构、核纤层、NPCNPCn狭义：核内网架结构。狭义：核内网架结构。 成分：成分：非组蛋白性的纤维蛋白非组蛋白性的纤维蛋白 如：核糖