细胞生物学第八章总结

细生第八章总结细胞核：位置：细胞中央，脂肪细胞的边缘。数目：通常1个，肝细胞肾小管细胞软骨细胞1~2个、破骨细胞6~50个、骨骼肌细胞可有数百个。结构：核被膜、核纤层、染色质、核仁和核骨架（核基质）形状：圆球形或椭圆形、杆状、分叶状。核膜：又称核被膜(nuclearenvelope)，形成细胞核与细胞质之间的边界。构成外核膜(outernuclearmembrane)内核膜(innernuclearmembrane)核周间隙(perinuclearspace)核被膜是两层平行排列的膜，间距10到50㎚。核被膜的主要化学成分：（一）蛋白质占65%～75%。含20多种蛋白质，组蛋白、基因调节蛋白、DNA聚合酶和RNA聚合酶等内核膜中还含核纤层蛋白分子量1.6×104～1.6×105酶类与内质网相似葡萄糖-6-磷酸酶、NADH/Cytc还原酶、NADH/Cytb5还原酶脂类（与内质网相似）磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺↓胆固醇、甘油三酯↑核被膜流动性低于内质网，具有一定的稳定性。核酸（少量）核膜的结构外核膜内核膜核周间隙核孔复合体7.5nm布满核糖体，与rER相连。形态和生化性质与rER相近。外表面有IF（10nm）&MT形成的纤维网络，与细胞核定位有关。7.5nm朝向核质，外表面光滑，内表面与核纤层相连。腔隙宽20～40nm，与rER腔相通，内含蛋白质和酶。为细胞核与细胞质之间物质交流的重要通道。内外核膜融合形成核孔，直径40～70nm。核孔的数目和密度与细胞种类和生理状态密切相关。脑肝肾细胞核孔密度为12～20个/㎛2。一般细胞核孔密度35～65个/㎛2，哺乳动物细胞平均含3000个核孔。核孔面积总和约占细胞核表面积的5～10%。在电镜下观察，核孔复合体(nuclearporecomplex,NPC)呈圆形或八角形，一般认为其结构如捕鱼笼式（fish-trap）。NPC含有30～50种以上不同的多肽(统称核孔蛋白)，并由几个部分组成：胞质环（cytoplasmicring）：胞质面，8条短纤维伸向胞质核质环（nuclearring）：核质面，8条纤维与8个蛋白颗粒形成核蓝辐（spoke）：辐射状八重对称，三个结构域，即柱状亚单位、腔内亚单位、环带亚单位栓（plug）：中央栓，核质交换有关NPC的功能核孔复合体是核-质交换的通道运输方式分被动扩散与主动运输a.被动扩散：亲水性有效直径：9~10nm，长15nm，分子量40×103~60×103以下的蛋白质可自由穿过b.主动运输：组蛋白（21×103）带有信号功能的氨基酸是主动运输入核的，大分子物质的进、出核跨膜运输可入核或出核入核：组蛋白、核纤层蛋白、聚合酶等亲核蛋白出核：RNA、RNP（核糖核蛋白颗粒）、核糖体亚基核纤层：核被膜内表面连接一层致密的纤维网络结构-核纤层(nuclearlamina)。核纤层纤维直径约10nm，与胞质中间纤维属于同一超家族。哺乳动物细胞的核纤层蛋白有4种laminA,laminB1,laminB2&laminC核纤层内连核骨架，外接胞质中间纤维，其网架结构体系贯穿整个细胞。核纤层为核被膜提供机械支持；作为核外周染色质的附着位点；与核膜重建及染色质凝集相关。组成核纤层的中间纤维的整合可通过磷酸化和去磷酸化来调节核纤层蛋白基因(LMNA)突变与几种人类遗传病有关，如肌营养不良。核被膜在细胞周期中的崩解与装配：分裂前期，核纤层蛋白磷酸化，核纤层解聚，核膜裂解。laminA&laminC分散到胞质中；laminB解聚后与核膜小泡结合。分裂末期，核纤层蛋白去磷酸化，重新装配成10nm纤维；与laminB结合的核膜小泡被引导至染色体表面，小泡膜融合构成围绕染色质的新核膜。核被膜的主要功能：（一）区域化作用包裹核物质，建立遗传物质相对稳定的内环境。DNA复制、RNA转录和翻译在不同时间、不同区域进行，遗传信息的表达更加高效、精确。（二）合成生物大分子外核膜上的核糖体参与蛋白质合成。（三）控制细胞核与细胞质之间的物质运输被动运输无机离子和小分子分子量<5000的物质核孔复合体运输：mRNA,tRNA及核糖体亚基输出细胞核。DNA酶、RNA酶及一些核蛋白则输入细胞核。通过核孔的物质运输与信号序列有关：核定位信号(nuclearlocalizationsignal,NLS)引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列，受体为importin.NLS对连接的蛋白质无特殊要求，完成输入后不被切除。核输出信号(nuclearexportsignal,NES)引导RNP输出细胞核，受体为exportin（核素）.Ran蛋白，一类GTP结合蛋白，调节货物复合体的解体或形成。蛋白质从细胞质输入细胞核:❶携带核定位信号(NLS)的蛋白与输入蛋白α/β连接❷形成与胞质纤维结合的复合物❸蛋白复合物通过核孔进入核质❹与Ran-GTP相互作用并解离❺输入蛋白β与Ran-GTP结合被运回细胞质，Ran-GTP水解。随后，Ran-GDP返回核，输入蛋白α/β回到细胞质。染色质的主要化学成分:染色质(chromatin)是由DNA、结合蛋白及少量RNA组成的线性复合物。DNA结合蛋白：组蛋白、非组蛋白RNADNA和组蛋白的含量接近1:1功能性染色质（体）DNA含有：3种序列①单一序列②中度重复序列（104~5）③高度重复序列（>105）3种构像：①B-DNA②Z-DNA③A-DNA3种基本元素①1个着丝粒序列(CEN)。②2个端粒序列(TEL)。为一富含G的简单重复序列。③多个自主复制序列(ARS)，是DNA复制的起始点。单一序列占人类基因组60～65%编码序列，如结构基因中度重复序列(104～105)占人类基因组20～30%非编码序列，如调控基因编码序列，如组蛋白基因、rRNA基因、tRNA基因，在染色体上串联排列形成基因簇。高度重复序列(105)占人类基因组10%由极其相似的重复拷贝首尾相连排列集中分布在染色体的特定区段DNA二级结构为2条多核苷酸链反向平行盘绕形成的双螺旋结构。3种主要类型B-DNA右手螺旋，直径1.9㎚垂直升距/bp0.34㎚Z-DNA左手螺旋，直径1.2㎚垂直升距/bp0.57㎚A-DNA右手螺旋，直径2.3㎚垂直升距/bp0.26㎚着丝粒序列(centromereDNAsequence,CEN)由大量串联的重复序列组成，如α卫星DNA，其功能是参与形成着丝粒，使细胞分裂时染色体能准确地分离。端粒序列(telomereDNAsequence,TEL)不同生物的端粒序列很相似，由长5～10bp的重复单位串联而成，人的重复序列为TTAGGG。自主复制序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)DNA复制的起点，酵母基因组含200～400个ARS，大多数具有一个11bp富含AT的一致序列。组蛋白是染色质（体）中含量最高的结构蛋白。富含带正电荷的碱性氨基酸。分子量小，含量恒定。只在S期合成，并与DNA复制同步。组蛋白与DNA含量之比为1:1。根据Arg/Lys残基的比例，分为两大类，共5种。高度保守的核心组蛋白(corehistone)H2A,H2B,H3,H4可变的连接组蛋白(linkerhistone)H1具有种属特异性和组织特异性四种核心组蛋白均由球形部和尾部构成球形部借Arg残基与磷酸二酯骨架间的静电作用，使DNA缠绕在组蛋白核心周围，形成核小体。尾部富含Lys和Arg残基，为组蛋白翻译后进行修饰的部位组蛋白的氨基酸序列在进化上十分保守H3和H4豌豆和牛的组蛋白H4含102个氨基酸残基，其中仅有2个氨基酸残基不同。非组蛋白数量少、种类多（500多种）富含带负电荷的酸性氨基酸Asp,Glu，包括：结构蛋白、调控蛋白和参与核酸代谢及染色体化学修饰的酶蛋白。能识别及结合特异的DNA序列帮助DNA折叠。启动基因的复制和转录，调控基因的表达。具有种属、组织特异性不同种属染色质中，非组蛋白不同。同一机体不同组织、器官中，非组蛋白不同。常染色质和异染色质：（一）常染色质(euchromatin)间期细胞核内碱性染料着色浅的区域及核仁相随染色质的一部分。结构松散，螺旋化程度低，直径10㎚。DNA具有转录活性。常位于核中央，或以袢环伸入核仁。易被核酸酶在一些敏感的位点降解。在S期早期复制。（二）异染色质(heterochromatin)分布在细胞核周缘的深色区在间期核中处于凝缩状态，无转录活性，是遗传惰性区。在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩。结构异染色质兼性异染色质/功能性异染色质结构异染色质(constitutiveheterochromatin)除S期外，整个细胞周期保持压缩状态，代表沉默的DNA。存在于着丝粒、端粒以及其他一些位点（人类Y染色体大部分区域）由高度重复DNA序列构成非编码序列，不转录、翻译。兼性异染色质(facultiveheterochromatin)仅在某些细胞或细胞的某一阶段出现异染色质常染色质Barrbody哺乳动物雌性细胞核中失活的X染色体表现为深黑色的结构，称为Barrbody.三、染色体的形成用非特异性核酸酶处理染色质，多数DNA被降解成大约200bp的片段；处理裸露的DNA则产生随机降解的片段。1974年哈佛大学的RogerKornberg建立了核小体模型。染色质的一级结构-核小体每个核小体(nucleosome)包括约200bpDNA、1个组蛋白核心和1个H1。由H2A、H2B、H3、H4各2分子形成八聚体，构成核心颗粒；DNA以左手螺旋盘绕在核心颗粒表面1.75圈，每圈83bp，共146bp；两端被H1锁合；相邻核心颗粒之间是一段60bp的连接DNA。DNA盘绕直径为10㎚的组蛋白八聚体核心颗粒包装成核小体，在H1介导下形成直径为11nm的纤维。DNA长度压缩了7倍。染色质的二级结构-螺线管核小体串珠螺旋盘绕，每圈6个核小体，构成外径30nm，内径10nm，螺距11nm的螺线管。H1位于螺线管内部，其球状中心结合核小体上的特殊位点，N-端和C-端则与相邻核小体组蛋白核心的其它位点作用。核小体串珠形成规则的重复排列结构-螺线管，长度压缩6倍。（三）染色质包装的高级结构1.染色体多级螺旋化模型（multiplecoilingmodel）2.染色体袢环结构模型（loopmodel）染色质包装的多级螺旋化模型染色质的三级结构30nm的螺线管进一步螺旋，形成直径0.4㎛(400nm)，长11～60㎛的圆筒状结构-超螺线管。DNA长度被压缩了40倍。染色质的四级结构11～60㎛的超螺线管再缠绕、折叠，形成2～10㎛的染色单体。DNA长度被压缩了5倍。共压缩8400～10000倍。有丝分裂染色体代表染色质压缩的极限；1㎛长的染色体一般含有1cm长的DNA，包装的比率是10000:1。2.染色体袢环结构模型30nm纤维形成一系列袢环(loop)。每18个袢环呈放射状平面排列，从骨架伸出，构成微带(miniband)（三级结构）。约106个微带沿骨架纵轴排列，构建成染色单体四、染色体——染色质盘曲、折叠压缩近万倍，包装成大小不等形态各异的短棒状结构。1.中期染色体的形态2条染色单体、着丝粒、染色体臂(q&p)、随体和次缢痕2.中期染色体(metaphasechromosomes)的类型类型着丝粒位置中着丝粒染色体½～⅝近中着丝粒染色体⅝～⅞近端着丝粒染色体⅞～末端端着丝粒染色体*末端3.染色体的主要结构（1）着丝粒-动粒复合体

①动粒结构域位于着丝粒表面，由外板(outerplate)、内板(innerplate)、中间区(interzone)和围绕外层的纤维冠(fibrouscorona)构成。动粒微管与外板相连，无动粒微管存在时，外板可见由微管蛋白构成的纤维冠（由微管蛋白构成）。②中央结构域位于动粒结构域内侧人类染色体着丝粒DNA,是着丝粒区的主体。由171bp富含AT的序列(α-卫星DNA)构成，在着丝粒中串联重复上千次。着丝粒DNA与特异蛋白结合（后述），在细胞分裂时分开姐妹染色单体。③配对结构域位于中心结构域内表面，染色单体连接的部位。该区域有2种蛋白，在细胞分裂时协助染色单体的配对和分离。内着丝粒蛋白(innercentromereprotein,INCENP)染色单体连接蛋白(chromatidlinkingprotein,CLIP)着丝粒-动粒复合体为染色体有序地配对和分离提供了基础。（2）次缢痕(secondaryconstriction)分布在近端着丝粒染色体的短臂上，是主缢痕以外的缢缩部位。位置、大小恒定作为鉴定某些染色体的标记多数染色体的次缢痕是核仁组织区（3）核仁组织区(nuclearorganizerregion,NOR)人类染色体NOR位于次缢痕包含编码18S,28SrRNA的基因(rDNA)细胞间期组织核仁的形成存在13、14、15、21、22号染色体上（4）随体(satellite)染色体末端的棒状或球状结构，由高度重复DNA序列组成，通过次缢痕染色质丝与染色体相连。形态、大小恒定，是识别染色体的重要特征之一。（5）端粒(telomere)由端粒DNA和端粒结构蛋白组成的染色体端部特化结构，在染色体的每一端形成一个“帽子”。是富含GC的5～8bp的一段特定重复序列。人类的端粒含有5’TTAGGG3’该序列重复500～5000次3’AATCCC5’维持染色体结构的稳定性，确保染色体DNA的完全复制，“帽子”保护染色体免受核酸酶的攻击。参与染色体在核内的空间排布。在正常细胞中，染色体每复制一次，端粒DNA序列丢失50～100bp。皮肤活组织→从真皮分离成纤维细胞→体外培养→传代→无限传代？约90%的人类肿瘤是由含有活性端粒酶的细胞组成的。端粒酶含有一段与富含G的单链互补的RNA，它延伸到富含G链的末端，形成突出。该RNA结合到富含G单链的突出末端（步骤1），作为在链的3’端加入核苷酸的模板（步骤2）。当一段DNA合成后，端粒RNA滑向正在延伸的这条链的新末端（步骤3），作为额外核苷酸渗入的模板（步骤4）。互补链的缺口由细胞的常规复制机制来填补。三、核型与染色体显带一）核型(karyotype)指一个体细胞中的全套染色体，按其形态特征进行分组排列。按国际统一标准分为七组23对，1～22对为常染色体，X,Y为性染色体。人类染色体分组及主要形态特征表示方法：写出染色体总数，标出性染色体组合。正常女性46,XX.正常男性46,XY.（二）染色体显带染色体经物理、化学技术处理后，再进行分化染色，使其在长轴上呈现宽窄不同、深浅不一的带纹(band)的方法。分带技术可分为两类：染色带分布在整条染色体的长度上：Q,G&R带局部显带：C,T&N带染色体显带技术巴黎会议染色体命名规则界标(landmark):染色体明显而恒定的形态学特征。界标把染色体臂(p,q)分成若干区和带从着丝粒起，向外沿着染色体臂按顺序编号分成区，区内再分成带亚带带内再按顺序细分。亚带再细分，则只加数字，不用标点。如14q32.31，表示：14号染色体长臂3区2带3亚带1位核仁（Nucleolus）：存在于真核细胞间期核中，光镜下为均匀、海绵状的球体。数量及大小：通常1-2个，或多个。蛋白合成旺盛的细胞核仁大如分泌细胞、神经元等位置：不固定。生长旺盛的细胞中常趋边。核仁的形态结构和化学组成主要化学组成：RNA（11%）DNA（8%）蛋白质（80%）酶类核仁无膜包裹，是多种成分构成的巨大网络结构电镜下可分为三个区域：纤维中心、致密纤维组分、颗粒成分核仁的纤维中心是分布有rRNA基因的染色质区纤维中心（fibrillarcenter，FC）在电镜下包埋于颗粒组分内部的，低电子密度的圆形结构体，是rRNA基因——rDNA的存在部位。核仁组织者/区（nucleolarorganizer/region,NOR）每一个rRNA基因的袢环称为一个核仁组织者。人类rRNA基因位于5条染色体上为13,14,15,21,22号染色体。核仁组织区定位在核仁染色体次缢痕部位。核仁结构的致密纤维含有处于不同转录阶段的rRNA分子致密纤维组分（densefibrillarcomponent，DFC）：是核仁内电子密度最高的区域，由致密的纤维构成，呈环形或半月形包围纤维中心；主要含正在转录的rRNA分子、核糖体蛋白。核仁结构的颗粒成分由正在加工和成熟的RNA及蛋白质构成颗粒成分（granularcomponent，GC）：呈致密的颗粒，主要由正在加工、成熟的核糖体亚单位的前体颗粒构成，多位于核仁的外周；决定间期核仁的大小差异。核仁基质（nucleolarmatrix）：是核仁区内的一些无定形物质，包裹着纤维中心、致密纤维组分、颗粒组分。核仁周围染色质（perinucleolarchromatin）：是包围在核仁周围的异染色质。核仁相随染色质（nucleolarassociatedchromatin）：是核仁周围染色质与含rDNA的常染色质的统称。纤维中心（FC）——rDNA存在区域纤维中心与致密纤维组分（DFC）交界处——rRNA转录致密纤维组分及颗粒成分（GC）中——rRNA的加工及核糖体大小亚基装配核仁的功能：（一）核仁是rRNA基因转录和加工的场所每个基因转录长13000bp的初始转录产物——即45SrRNA。rDNA成簇串联重复排列，有利于RNA聚合酶Ⅰ的高效、连续运作。新合成的rRNA沿rDNA长轴垂直分布，类似圣诞树。核仁周期（nucleolarcycle）：在进行有丝分裂的细胞中，核仁出现一系列结构和功能的周期性变化。进入有丝分裂时，核仁先变形变小，颗粒组分、纤维组分逐渐消失在周围核质中之后染色质凝集，所有RNA合成停止，rDNA袢环收缩回到相应染色体的核仁组织者区中期和后期核仁消失有丝分裂末期，核仁组织者区的rDNA去凝集，重新开始转录，组成核仁的物质聚集成数个分散的前核仁体（prenucleolarbody）在核仁组织区附近融合成极小的核仁，进一步融合，形成核仁核骨架（nuclearscaffold）/核基质（nuclearmatrix）：是指真核细胞间期细胞核中除核膜、染色质和核仁外的部分，是一个以非组蛋白为主构成的纤维网架结构；其基本形态与细胞骨架相似，与细胞骨架有一定连系。核骨架的形态结构与化学组成由3-30nm粗细不一的纤维组成，其纤维单体的直径3-4nm。蛋白成分复杂，多达200多种。核骨架蛋白(非组蛋白的纤维蛋白)分为两类：核基质蛋白(nuclearmatrixprotein)：各类细胞共有的蛋白成分。核基质结合蛋白(nuclearmatrixassociatedprotein)：其组成与细胞类型、分化状态、生理及病理状态有关。含有少量RNA，对维系核骨架三维结构的完整性是必需的。核骨架的功能：（1）核骨架是DNA复制（2）核骨架在基因转录中发挥重要作用（3）核骨架参与染色体核核膜的构建细胞核是真核细胞最重要的细胞器，是遗传物质DNA存在的主要部位，其主要功能是遗传信息的贮存、复制和转录，是细胞生命活动的控制中心。遗传物质的复制半保留复制（semiconservativereplication）：在以自