细胞核讲课课件

细胞核第一页，共101页。细胞遗传与代谢的调控信息中心；真核细胞的重要标志；其结构和功能异常经常会导致各种疾病。

间期核核被膜染色质核仁核基质(核骨架)第二页，共101页。第三页，共101页。第四页，共101页。第五页，共101页。核膜(nuclearmembrane)

一、结构组成双层膜核周间隙核孔复合体(nuclearporecomplex，NPC)外核膜与rER相连内核膜内表面有核纤层(主要成分是核纤层蛋白lamin)第六页，共101页。核被膜的TEM照片

第七页，共101页。核被膜的结构第八页，共101页。1.核纤层(nuclearlamina)(p174)(有丝分裂促进因子)第九页，共101页。核纤层蛋白磷酸化及去磷酸化调节参与核膜的解聚和重组第十页，共101页。核膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建其动态变化受细胞周期调控因子(MPF等)的调节，与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关。

第十一页，共101页。第十二页，共101页。第十三页，共101页。2.核孔复合体结构模型：fish-trap胞质环、8条纤维及颗粒核质环、8条纤维形成核篮辐，8根中央栓

功能直径9nm，长约15nm的亲水通道。第十四页，共101页。幅：柱状亚单位腔内亚单位环带亚单位第十五页，共101页。Cytoplasmicface,cytoplasmicparticles第十六页，共101页。Nuclearface,basketinnercomplex第十七页，共101页。1.区域化作用构成核、质之间的天然选择性屏障—— 避免核质间生命活动的彼此干扰； 保护核内DNA不受损伤。2.核质之间的物质流与信息流二、核膜的主要功能3.合成生物大分子4.在细胞分裂中参与染色体的定位与分离第十八页，共101页。

(1)通过核孔复合体的被动运输

离子、小分子(＜5kD)及直径＜10nm的物质原则上可自由通过。(2)通过核孔复合体的主动运输①具有高度的选择性，并且是双向的对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被调节约9～20nm，甚至可达26nm。是一个分选信号识别与受体介导的过程，耗能。核输入与核输出。核孔复合体的核质物质交换：双功能、双向性

第十九页，共101页。亲核蛋白(入核蛋白)核定位序列(nuclearlocalizationsequence，NLS)或核输入信号(nuclearimportsignal，NIS)：引导蛋白质进入细胞核的一段4-8个氨基酸的信号序列，富含带正电荷的赖氨酸和精氨酸，一般还含有脯氨酸。受体为importin。核输出信号(nuclearexportsignal，NES)：引导RNA、RNP如核糖体亚基等输出细胞核，受体为exportin。②核蛋白质的运输第二十页，共101页。爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验第二十一页，共101页。第一个被确定的NLS是猴肾病毒(SV40)的T抗原核质蛋白的核定位信号，为信号斑第二十二页，共101页。(GTPase激活蛋白)

亲核蛋白通过NPC转运：①结合，依赖正常的NLS。②转移，需GTP水解供能。③还需要一些胞质蛋白因子的帮助，有importinα/importinβ二聚体(本质是NLS受体)、Ran(一种GTP结合蛋白)。蛋白质入核受到多种因素的综合调节。第二十三页，共101页。注意Ran-GTP及Ran-GDP的循环使用第二十四页，共101页。蛋白质的核输入与核输出带核定位信号的蛋白质核输入受体核输出受体带核输出信号的蛋白质注意核输入受体及核输出受体的循环使用第二十五页，共101页。核定位序列与蛋白质入核第二十六页，共101页。小核RNA(snRNA)是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体（spilceosome）的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。在天然状态下它们均与蛋白质相结合，称为snRNP。

第二十七页，共101页。mRNA的出核转运过程是有极性的，其5’端首先通过核孔复合体，3’端最后离开细胞核。第二十八页，共101页。真核细胞中RNA一般要经过转录后加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能核输出。snRNA、mRNA、tRNA以RNP颗粒的形式存在，即RNA的出核转运实际上是RNA-蛋白质复合体的转运，这些蛋白质因子本身含有出核信号。第二十九页，共101页。核骨架(nuclearskeleton)或核基质(nuclearmatrix)与核纤层、胞质中间纤维相互连接形成贯穿于核与质的一个独立结构系统。其主要成分是由非组蛋白的纤维蛋白构成的，还含有多种蛋白成分及少量RNA、DNA。核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。

第三十页，共101页。核骨架上结合有DNA复制所需要的酶。还有RNA聚合酶的结合位点，RNA的合成在核骨架上进行的。一般认为核骨架与染色体骨架为同一类物质，30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上而形成袢环的结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体。第三十一页，共101页。ChromosomeStructure(染色体骨架或核骨架)第三十二页，共101页。染色质和染色体(chromatinandchromasome)DNA少量RNA组蛋白(histone)非组蛋白(nonhistone)

一、化学组成DNP(核蛋白)第三十三页，共101页。3种序列：①单一序列；②中度重复序列（101~5）；③高度重复序列（>105）。3种构型：①B-DNA；②A-DNA；③Z-DNA。3种关键序列(功能元件)：(p180)①复制源序列②着丝粒序列③端粒序列酵母人工染色体(YAC)：含上述3种成分，可用于转基因等研究。1.染色体(质)DNA第三十四页，共101页。ThreeDNAconformations

B型DNA(右手双螺旋DNA)，活性最高的DNA构象；A型DNA，B型DNA的重要变构形式，仍有活性；Z型DNA，左手螺旋，B型DNA的另一种变构形式，活性明显降低。

第三十五页，共101页。第三十六页，共101页。

2.histone

non-histone①H1、核小体组蛋白（H2A、H2B、H3、H4），富含带正电荷的精氨酸、赖氨酸等碱性氨基酸，属碱性蛋白。②H1具种属和组织特异性。核小体组蛋白在进化上高度保守。③可与带负电荷的DNA结合，并抑制其复制和转录。①富含带负电荷的天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸，属酸性蛋白。②能识别特异的DNA序列，又称序列特异性DNA结合蛋白。③具有多种功能，包括作为染色体结构支架；协助DNA复制；调节基因表达。

第三十七页，共101页。二、染色体的组装1.

核小体(nuclesome)：直径10nm，包括200bpDNA、核小体组蛋白(组蛋白八聚体)及一分子H1。核心：(H2A、H2B、H3、H4)×2；

146bpDNA缠绕其1.75圈；

H1在核心颗粒外与DNA结合，锁住核心DNA的进出端。连接DNA：平均长度60bp多个核小体形成核小体链(串珠链)，染色质的一级结构第三十八页，共101页。第三十九页，共101页。第四十页，共101页。第四十一页，共101页。2.染色体袢环结构模型1)

核小体链2)螺线管：外径30nm，内径10nm，每6个核小体绕成一个螺旋而成。染色质的二级结构。3)袢环：直径300nm，螺线管折叠形成，其基部与非组蛋白的染色体骨架连接。染色质的三级结构。4)微带：每18个袢环呈放射平面排列绕成。染色质的高级结构或四级结构。5)染色单体：直径700nm，每一个单体约含106个微带。→DNA链被压缩近10000倍第四十二页，共101页。solenoid第四十三页，共101页。示螺线管结构第四十四页，共101页。电镜下的30nm和10nm染色质纤维

第四十五页，共101页。(染色体纵轴或支架)示染色质袢环第四十六页，共101页。HeLa细胞中期的染色体骨架（DNA放射环的根部结合在染色体骨架上）第四十七页，共101页。染色体支架袢环（直径30nm螺旋管）123456789101112131415161718微带一条染色单体约有106个微带。染色单体着丝点着丝点丝第四十八页，共101页。第四十九页，共101页。第五十页，共101页。1号染色体中的DNA包装倍数1号染色体中的双螺旋DNA总长88,000μm，包装成染色体后只有10μm长。第五十一页，共101页。三、常染色质(euchromatin)和异染色质(heterochromatin)位于核中央，有一部分伸入核仁为核仁内染色质。结构松散，直径10nm，着色浅。早复制(S期早、中期)。可转录，参与蛋白质合成。紧贴核纤层内面，也伸入核仁为核仁周围染色质。结构紧密，直径＞30nm，着色深。晚复制(S期晚期)，早凝缩(异固缩现象)。一般无转录活性。第五十二页，共101页。第五十三页，共101页。组成性异染色质：位于染色体端粒、着丝粒、次镒痕处，终生为异染色质。兼性异染色质：在某些细胞类型或一定的发育阶段，原来的常染色质转变为异染色质，或相反。①雌性哺乳类体细胞核内，胚胎发育前16-18天，两条X染色体都有转录活性。②之后，其中一条X染色体异染色质化(异固缩)，失活。③实现剂量补偿，如G6PD基因(位人Xq28)。④染色质通过紧密折叠压缩可能是关闭基因活性的一种途径。X染色质(barrbody，巴氏小体)：第五十四页，共101页。荧光原位杂交显示的着丝粒卫星DNA和端粒第五十五页，共101页。barrbody多形核白细胞的核内，X染色质形成特殊的“鼓槌”结构。口腔粘膜上皮细胞中，X染色质紧贴在细胞核膜内表面，深染。第五十六页，共101页。其它兼性异染色质：如血红蛋白β链基因在胎儿期是异染色质，在成人期是常染色质。血红蛋白基因在红细胞中是常染色质，在其它细胞中是异染色质。第五十七页，共101页。Hb类型成人Hb：HbA2297～98%HbA2

222～3%

HbF22

＜1%胎儿Hb：HbF22

胚胎Hb：HbGowerⅠ22

(妊娠12周内）HbGowerⅡ22

HbPortland22

第五十八页，共101页。四、中期染色体

次缢痕姐妹染色单体第五十九页，共101页。染色体的四种类型第六十页，共101页。两种黄麂的核型核型(karyotype)是指染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小、形态特征的总和。第六十一页，共101页。核仁组织区(nucleolarorganizer，NOR)：控制间期核仁形成的染色质部分，即rRNA基因(rDNA)，位于有随体染色体(人类13、14、15、21、22号)的次缢痕处。（p180）第六十二页，共101页。核仁（nucleolus）

见于间期的细胞核内，海绵状球体,无外界膜包围，一般1-2个，也有多达3-5个的。核仁的形状、大小、数量、位置等因细胞种类和生理状态而异。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，反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。核仁的主要功能是转录rRNA和组装核糖体单位。第六十三页，共101页。第六十四页，共101页。第六十五页，共101页。第六十六页，共101页。第六十七页，共101页。一、核仁的化学组成和亚微结构纤维中心(FC)

：主要成分为rDNA致密纤维区(DFC)：rDNA→rRNA→RNP颗粒区(GC)

：不同加工阶段的RNP→核糖体亚基前体核仁相随染色质核仁内染色质：rDNA，即NOR核仁周围染色质转录RNA结合蛋白第六十八页，共101页。第六十九页，共101页。BHK-21细胞核仁的电镜照片，银颗粒示rRNA转录部位第七十页，共101页。二、核仁周期1.有丝分裂前期：染色质染色体,RNA聚合酶磷酸化，rDNA停止转录，核仁逐渐消失。2.末期：染色体染色质，rDNA转录为rRNA，核仁出现。凝集去凝集第七十一页，共101页。第七十二页，共101页。三、核仁的功能1.rRNA的合成、加工成熟rDNA：每个转录单位包括5.8S、18S、28SrRNA基因及间隔顺序，在染色质轴丝上呈串联重复，彼此以非转录间隔顺序相连，转录时呈“圣诞树”样结构串。rDNA每个转录单位前体rRNA(45S)

5.8S、18S、28SrRNA转录

核酸酶第七十三页，共101页。转录单位之rRNA基因的结构（一个转录单位）第七十四页，共101页。第七十五页，共101页。核仁致密纤维区第七十六页，共101页。rDNArRNA基质单位转录单位3nm间隔片段转录的起点转录的终点RNA聚合酶蛋白质颗粒rDNA转录rRNA(45SrRNA前体、纤维状)颗粒状（18s5.8s28srRNA、蛋白质颗粒）剪切、加工加工、包装核糖体的亚基第七十七页，共101页。第七十八页，共101页。人间期细胞核仁组织区含有rRNA基因的10个染色体袢环延伸进入并簇集在核仁（引自B.Alberts）

第七十九页，共101页。人类有5对染色体(13、14、15、21、22号)含有核仁组织者第八十页，共101页。第八十一页，共101页。第八十二页，共101页。2.核糖体的组装18SrRNA+蛋白质→小亚基前体28S、5.8SrRNA+蛋白质→大亚基前体其它核DNA5SrRNA核孔运输核糖体转录第八十三页，共101页。5SrRNA通常定位在常染色体，人的位于1号染色体长臂，转录后被转运至核仁区参与大亚基的装配第八十四页，共101页。细胞核与病变细胞核形态异常染色体异常、基因突变

第八十五页，共101页。第八十六页，共101页。三倍体(triploid)：3n＝69染色体数目异常第八十七页，共101页。双倍染色体(diplochromosome)第八十八页，共101页。染色体结构异常相互易位(reciprocaltranslocation)第八十九页，共101页。环状染色体(ringchromosome，r)第九十页，共101页。常染色体病先天愚形(Downsyndrome)第九十一页，共101页。发病率1/800～1/600新生儿严重智力低下生长发育迟缓特殊面容眼距宽，外眼角上斜鼻根低平，舌大通贯