第八章细胞核

概述核被膜和核孔复合体染色质和染色体核仁核基质细胞核的功能*染色体异常与疾病第七章细胞核

细胞核（nucleus）是细胞内最大的细胞器。它的出现是原核生物进化到真核生物的重要标志。1674年，Leeuwenhoek首次发现核结构1831年，R.Brown命名细胞核㈠形态：与细胞形态相适应，大多数为球形，卵圆形。但也常随生物种类、细胞类型以及代谢和发育状况不同而有很大差异。

第一节概述⑴㈡大小：随生物种类、细胞类型以及代谢和发育状况不同而有所差异。最小的直径小于1μm，最大的直径500~600μm

大多数细胞核直径5~30μm。细胞核的大小常用

核质比（NP）来表示，NP=V核/V质

第一节概述⑵㈢数目：随细胞种类不同而异。多数细胞有一个细胞核，也有双核，多核的。㈣位置：通常位于细胞的中央，但也有偏向一端，或在边缘的。第一节概述⑶neutrophilratmuscleshowingtheperipherallylocatednuclei(blue).fibroblasts㈤间期细胞核的组成

第一节概述⑷核膜核仁染色质核基质间期细胞核DNAandassociatedproteins(chromatin)nucleoluscentrosomemicrotubulenuclearlaminaouternuclearmembraneinnernuclearmembranenuclearenvelope1μmnuclearporeintermediatefilamentsendoplasmicreticulum㈠核被膜（nuclearenvelope）

两层单位膜组成的双层膜，它将核质与细胞质分开。EM下分三部分外层核膜内层核膜核间隙

第二节核被膜和核孔复合体⑴⒈外层核膜（outernuclearmembrane）面向细胞质，与内质网相连续，厚约4~10nm，其外表面附有核糖体。外核膜第二节核被膜和核孔复合体⑴⒉内层核膜（innernuclearmembrane）

面向核质，平整光滑，无核糖体附着，其内侧有核纤层。

第二节核被膜和核孔复合体⑵内核膜核纤层⒊核间隙（perinuclearspace）或核周腔位于内外核膜之间，与内质网腔相通，宽约20~40nm。第二节核被膜和核孔复合体⑵核间隙㈡核膜孔与核孔复合体

核膜孔（nuclearpore）——由内外核膜局部融合形成，它是沟通细胞核与细胞质间物质交换的通道

圆环状，孔径一般为50~70nm数目随细胞种类和生理状态的不同而异

第二节核被膜和核孔复合体⑶外核膜Cytoplasmicface（胞质面）Nuclearface（核质面）

核孔复合体（nuclearporecomplex）

——核膜孔及与其相关联的各种结构所构成的环状结构体系。它包括：

孔环颗粒周边颗粒中央颗粒细纤丝功能——

沟通核质间物质交流的孔道

核孔复合体（nuclearporecomplex）——核膜孔及与其相关联的各种结构所构成的环状结构体系。它包括孔环颗粒周边颗粒中央颗粒细纤丝核孔复合体的功能——对选择性物质交流起关键性作用。第二节核被膜和核孔复合体⑷㈢核纤层（nuclearlamina）——在核膜的内膜靠核质一侧，由一层纤维蛋白质组成的单层纤维网络结构。功能：①为核膜提供一个构筑支架②为染色质提供附着位点。

第二节核被膜和核孔复合体⑸.㈣核膜的功能⒈核膜包围核物质形成特定的代谢环境⒉核膜将RNA合成与蛋白质的合成分开⒊核膜沟通了细胞核与细胞质间的双向物质交流第二节核被膜和核孔复合体⑹组蛋白，DNA聚合酶，RNA聚合酶，核糖体蛋白主动运输RNA，核糖体亚基被动运输012离子，小分子1882年，Flemming首先提出染色质一词染色质（chromatin）——间期细胞核内伸展、弥散呈丝网状分布，易被碱性染料着色的物质。染色体（chromosome）——染色质在细胞分裂期因高度折叠、盘曲而凝缩成条状或棒状的特定形态，称为染色体。

染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种形态。第三节染色质和染色体⑴一.化学组成染色质和染色体是由相同物质组成的。其主要成分有——

DNA组蛋白非组蛋白RNA1∶1∶0.5~1.5∶0.05㈠

DNA——是染色质中贮存遗传信息的生物大分子；是染色质中结构性质稳定，数量恒定的基本成分。是生物遗传的物质基础。

DNA与蛋白质比较：含量、种类第三节染色质和染色体⑵㈡组蛋白（histone）——染色质中富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质，其含量与DNA相近，带正电荷。依据组蛋白中精氨酸和赖氨酸的含量比例不同分为五种——H2A、H2B、H3、H4和H1。（详见表9-1）功能：①与DNA紧密结合，帮助维持染色质结构和功能的完整性。②抑制DNA的复制和转录。第三节染色质和染色体⑸㈢非组蛋白（non-histone）——真核细胞特有的一类富含天门冬氨酸和谷氨酸等酸性氨基酸的酸性蛋白质，带负电荷，数量少，但种类多。有种属和组织特异性，含量常随外界环境及细胞类型而异。它可与组蛋白结合，使组蛋白与DNA脱离，使DNA得以进行复制和转录。㈣RNA——量少，含量变化较大。第三节染色质和染色体⑹二.染色质的结构（DNA1.74M）㈠四级结构模型（1977年，Sedate）⒈一级结构——核小体和串珠状纤维1974年，Kornberg提出核小体结构核小体（nucleosome）——染色质的基本结构单位，由约200bp的DNA分子和五种组蛋白组成。组蛋白H2A、H2B、H3、H4各2个分子组成八聚体。约140bp的DNA在八聚体外缠绕1.75圈，形成核小体核心，其余约60bp的DNA是与相临核小体相连的联系段，称为连接线，H1位于连接线上。

第三节染色质和染色体⑺串珠状纤维——若干个核小体重复排列并连接在一起。直径约10nm。第三节染色质和染色体⑻八聚体H1H1H1染色体的基本结构-核小体

⒉二级结构——螺线管（solenoid）

——在一级结构基础上，每6个核小体为一圈，形成外径30nm，内径10nm，螺距11nm的中空管状结构第三节染色质和染色体⑼

⒊三级结构——超螺线管（supersolenoid）

——螺线管进一步螺旋化形成直径400nm的圆筒状结构⒋四级结构——染色单体（chromatid）

——超螺线管进一步螺旋化并盘绕压缩形成中期的染色单体

1/71/61/401/5DNA双螺旋→核小体→螺线管→超螺线管→染色单体总共压缩约7×6×40×5=8400倍第三节染色质和染色体⑽㈡襻环模型⒈核小体（nucleosome）→串珠状纤维↓螺旋化⒉螺线管（solenoid）↓折叠⒊襻环（loop）↓18个襻环以支架为轴心呈放射状排列⒋微带（miniband）↓106个微带沿轴心支架纵向排列⒌染色单体（chromatid）第三节染色质和染色体⑾二级结构折叠：30nm螺形成襻环染色体支架（非组蛋白）襻环（30nm螺线管）123456789101112131415161718微带三级结构四级结构106个微带常染色质（euchromatin）异染色质（heterochromatin）染色（EM）浅亮较深形态（EM）细纤维丝粗大颗粒位置（间期）细胞核中部细胞核边缘位置（分裂期）染色体臂着丝粒、端粒、常染色质之间直径10nm25nm螺旋化程度低高，与组蛋白紧密结合DNA序列单一、中度重复序列高度重复序列功能活性活性高、转录活跃活性低、很少转录三.四.染色质是遗传信息的载体

基因（gene）——具有遗传效应的DNA片段。约含500~6000bp，具有指令RNA合成，并通过mRNA决定蛋白质的功能。第三节染色质和染色体⑿

基因、DNA、染色质三者的关系——基因是具有遗传效应的DNA片段，位于染色质上，染色质的化学成分主要是DNA。

基因组（genome）——含有一个生物体生长、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸，即二倍体生物的一个配子所含有的全部基因（或全部染色体）。第三节染色质和染色体⒀

基因组的大小可用其含有的bp数来表示，总的来说，复杂的高等生物基因组比简单的低等生物基因组大。例：大肠杆菌4×106bp编码4000个pro分子

酵母菌2×107bp是大肠杆菌的5倍

人单倍体3×109bp是大肠杆菌的800倍一个体细胞有两个基因组，多细胞生物的每个细胞都含有相同的基因组。第三节染色质和染色体⒁人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)

内容：构建详细的人类基因组遗传图和物理图，确定人类DNA的全部核苷酸序列，定位全部基因，并对人类基因进行鉴定和分离，其终极目标是阐明人类基因组全部DNA序列、识别基因、建立储存这些信息的数据库、开发数据分析工具，并研究HGP

实施所带来的伦理、法律和社会问题。第三节染色质和染色体⒂1986年，RenatoDulbecco（美）首先提出。

1990年10月，美国政府正式启动，计划投资30亿美元，由能源部和NIH联合承担，争取15年完成。最初，有美（54%）、英（33%）、日（7%）、法(2.8%)、德（2.2%)五国参加，我国从1999年加入，负责3号染色体短臂3000万bp的测序任务（1%）。2000年，我国完成工作框架图，2001年完成序列图中国卷。全部HGP于2003年初提前完成。

实际测出人类基因约3万个第三节染色质和染色体⒃人类染色体染色体（chromosome）是遗传物质(基因)的载体。它由DNA和蛋白质等构成，具有储存和传递遗传信息的作用。人类有24种染色体，1-22号常染色体，X，Y性染色体。中期染色体的形态结构最为典型。第三节染色质和染色体⒄人类中期染色体第三节染色质和染色体⒅染色体稳定存在的必要条件第三节染色质和染色体⒆核仁组织区——存在于细胞内特定染色体次缢痕处，是含有主要rRNA基因的一个染色体区段，具有缔合核仁的功能。4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1/25/87/8end12345正常核型

核型（karyotype）——是体细胞中期染色体形态结构的总称。即依据染色体数目、长度、着丝粒位置、次缢痕及随体有无等特征，将生物体细胞的全套染色体（显微照片）按一定顺序依次编号形成的一个组成序列。

人的正常核型：女性：46，XX

男性：46，XY第三节染色质和染色体⒇人类体细胞染色体按Denver体制分成七组。组序染色体编号形态大小着丝粒位置随体次缢痕鉴别程度A1~3最大1,3中央2亚中无1常见可鉴定B4~5次大亚中无不易区分C6~12,X中等亚中无9常见不易区分D13~15中等近端有13偶见不易区分E16~18小16中央17,18亚中无16常见可鉴定F19~20次小中央无不易区分G21~22,Y最小近端有不易区分六X染色质和Y染色质

㈠X染色质（Barr小体）1949年，Barr发现Barr小体——X染色质——直径1微米，紧贴核内缘的平凸形深染小体

X染色质的形成原因——Lyon假说⑴剂量补偿⑵随机失活⑶胚胎早期㈡Y染色质（Fbody）——直径0.3微米的强荧光小体（Yq12）

核性别——细胞核中染色质的性别差异（X染色质和Y染色质）第三节染色质和染色体(21)一概述1781年，Fortan首先发现。在真核细胞间期核内，一般1~2个，球形小体，其形态、大小、数目随生物种类、细胞类型及生理状态不同而异。在EM下，核仁（nucleolus）

呈无被膜，电子密度较高，由纤维丝构成的海绵状结构。

第四节核仁⑴光镜下的核仁(nucleolus)，匀质球体电镜下的核仁(nucleolus)，裸露无膜，由纤维丝构成二结构㈠原纤维成分：紧密排列的原纤维丝，长20~40nm，直径5~8nm。成分是RNA与蛋白质，构成核仁的海绵状网架。㈡颗粒成分：电子密度较大的颗粒，直径15~20nm，密布于原纤维网架中或围绕其外面，成分是RNA和蛋白质，很可能是核糖体前体。第四节核仁⑵㈢核仁相随染色质：由直径=10nm的纤维组成，可分为两部分——

核仁周围染色质：围绕在核仁周围，主要是异染色质。

核仁内染色质：DNA伸展到原纤维部分，为合成RNA提供模板。主要是常染色质。㈣核仁基质：无定型蛋白质性液体物质，其中悬浮着原纤维成分和颗粒成分。第四节核仁⑶三主要成分㈠蛋白质：占核仁干重80%，主要是核仁染色质的组蛋白，非组蛋白，其次是核糖体蛋白，此外还有多种酶类。㈡RNA：占核仁干重10%，与蛋白质结合成核蛋白的形式存在。㈢DNA：占核仁干重8%，主要是指存在于核仁相随染色质中的DNA。㈣微量脂类第四节核仁⑷三功能

㈠合成rRNArDNA——编码rRNA的基因，即合成rRNA的模板。1个重复单位=基质片段（rDNA）+间隔片段1个长轴DNA分子=若干个重复单位第四节核仁⑸rDNArRNA转录单位3nm间隔片段转录