医学细胞生物学细胞核和核糖体

细胞核与染色体主要内容一、核膜（Nuclearenvelope)二、染色质与染色体(Chromatinandchromasome)三、核仁（Nucleolus)四、核纤层和核基质（Laminaandnuclearmatrix)五、核糖体（Ribosome)1781年Trontana发现于鱼类细胞;1831年，Brown发现于植物。大小：植物1~4μm，动物10μm。常以核质比来估算核的大小。正常细胞NP≈0.5，分裂期细胞NP>0.5，衰老细胞NP<0.5。

形状：圆形，椭圆形,平滑肌细胞(杆状)…….。位置：细胞中央

，成熟植物细胞的边缘。数目：通常一个，成熟的筛管和红细胞（0)、肝细胞、心肌细胞(1-2)、破骨细胞(6~50)、骨骼肌细胞(数百)、植物毡绒层细胞(2~4)。

Nucleusstructure间期典型的真核生物细胞核结构:

①核被膜

②染色质

③核仁

④核基质功能:

①贮存遗传信息

②传递遗传信息①外核膜（outernuclearmembrane)②内核膜（innernuclearmembrane)③核周隙（perinuclearspace)

④核孔复合体(nuclearporecomplex)

第一节

核

膜（Nuclearmembrane)一、核膜的结构二、核膜的功能◆基因表达的时空隔离◆核膜成为保护性屏障,使核处于一微环境◆染色体的定位和酶分子的支架三、核孔复合体(NPC)的结构与功能

形成:内外核膜融合形成的开口

组成:核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin)

构成，称为核孔复合体（nuclearporecomplex)

一般哺乳动物细胞平均有3000-4000个核孔。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多,反之较少。

Cytoplasmicface

cytoplasmicparticlesNuclearface

basketinnercomplex捕鱼笼式核孔复合体：（nuclearporecomplex,NPC)

胞质环

核质环

柱状亚单位辐--------腔内亚单位中央栓

环带亚单位

外环核膜辐辐内环外环栓栓核周间隙横截面图纵截面图1.核孔复合体结构(1)核孔复合体的运输特点双功能

被动运输：部分离子、代谢物和5kDa以下蛋白质

主动运输：高分子量物质，是一个信号识别与载体介导的过程，孔径具有可调节性双向性

从核内运到胞质：RNA.组装好的核糖体亚基

从胞质运进核内：复制和转录所需的酶以及一些蛋白质主动运输被动扩散蛋白质小分子RNA2.核孔复合体的功能:介导细胞核与细胞质间的物质运输60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,小分子受体核蛋白：（nuclearprotein)在细胞质中合成，运输到核内起作用的一类蛋白质。（核质蛋白:与核小体组装相关的亲核蛋白)水解头放射性标记,注入胞质中（2)核蛋白、核定位信号、核输出信号、输入蛋白、输出蛋白尾尾核质蛋白核质蛋白核定位信号(入核信号)（nuclearlocalizationsignal)引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。

首先是在SV40病毒的T抗原中发现的，核定位信号位于蛋白质的任何部位，通常为由一段4~8个氨基酸组成的短肽，富含带正电荷的Lys、Arg及Pro，没有专一性，作用是帮助核蛋白进入细胞核。NLS对连接的蛋白质无特殊要求，完成输入后不被切除。

核孔大小：9nm~26nm是可以调控。

核定位信号Nuclearlocalizationsignals（ＮＬＳ)核输出信号（nuclearexportsignal,NES)

为核内物质出核信号，位于在核内合成后进入细胞质中工作的分子中。往返于核质和胞质间的穿梭蛋白既有NLS又有NES。输入蛋白（importin)

是可溶性的细胞质基质蛋白，为NLS受体，能够与核蛋白的NLS和核孔蛋白结合，穿过NPC入核，在核内与核蛋白分离后再返回到胞质中，是一种穿梭受体（shuttlingreceptor)。输出蛋白（exportin)

存在于细胞核中、能够识别并结合NES和核孔蛋白，引导核内物质通过NPC输出到胞质，然后快速回到细胞核。

核运输系统消耗的能量由单体GTP酶Ran水解GTP提供细胞质细胞核

Ran-GEFRan-GAP核孔Ran蛋白是一种GTP酶（GTPase)Ran•GDPRan•GTP构象间转换由两种Ran特异性调节蛋白引起：

细胞质基质GTP酶活化蛋白

（GAP)

核鸟嘌呤交换因子（GEF)两种构象（3)核运输系统：核蛋白的输入和核物质的输出

染色质（chromatin）是指间期细胞核内能被碱性染料染色的物质，由DNA.组蛋白，非组蛋白及少量RNA组成的复合体，是间期遗传物质在细胞内的存在形式。

染色质和染色体是同一物质不同时相的不同表现形态

染色质（间期)染色体（分裂期)第二节核蛋白包裹DNA形成染色质染色质(chromatin)染色体(chromosome)染色质在细胞周期中会发生周期性变化:中期染色体染色质化学组成存在形式一、染色质的组成成分组成：DNA.组蛋白、非组蛋白、少量RNA比例：1:1:(1-1.5):0.05。（一）染色质DNA基因组（genome):真核细胞单倍染色体组中所含有

的全部遗传信息为1个基因组

。

人基因组：22条常染色体+2条性染色体

组成:DNA组蛋白

非组蛋白RNA

比例:11(1-1.5)0.05

（一）染色质的组成成分1.染色体（质)DNA(1)DNA序列的复杂性单一序列（uniquesequence）：

又称非重复序列，一般只有一个拷贝。绝大多数结构基因在单倍体中是单拷贝或几个拷贝

。中度重复序列（intermediaterepetitiverequence）：

拷贝数在10-105之间，如编码rRNA.tRNA和组蛋白的基因均属此类。高度重复序列（highlyrepetitiverequence）：

拷贝数在105以上，通常由简单的核苷酸序列组成，主要分布在染色体的着丝粒部位和端粒部位。

（2)染色体稳定遗传的三种功能序列

复制源顺序：自主复制DNA序列(autonomouslyreplicatingsequence,ARS)：DNA的自主复制;着丝粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)：DNA的平均分配;端粒DNA序列(telomereDNAsequence,TEL)：DNA复制的完整性，防止黏着。

端粒（telomere)：由高度

重复的短序列组成，高度保守。

作用：

维持染色体的稳定性。

起细胞分裂计时器的作用。端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50~100bp，其复制要靠具有反转录酶

性质的端粒酶来完成，正常体

细胞缺乏此酶，故随细胞分裂

而变短，细胞随之衰老。

四膜虫中端粒酶介导的端粒合成带正电荷，富含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为2类：核心组蛋白（corehistone）：H2A、H2B.H3、H4；连接组蛋白（linkerhistone）：H1。结构：高度保守，尤其是H3和H4。核心组蛋白由球形部和尾部构成，球形部借与磷酸二脂骨架间的静电作用使DNA分子缠绕在组蛋白核心上，形成核小体，尾部含有大量Arg和Lys，为组蛋白转译后进行修饰的部位。H1多样性，具有属(genus)和组织特异性。

（二)组蛋白（histone)H4H3H4H3H2AH2AH2BH2B10nm组蛋白的功能◆核小体组蛋白(nucleosomalhistone),

包括H2A、H2B.H3和H4,作用是与DNA组装成核小体：包装作用，单一功能◆H1不参加核小体的组建,在构成核小体时起连接作用,并赋予染色质以极性。

特性:1.含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带

负电荷，属酸性蛋白质。2.整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在S期合成。3.能识别特异的DNA序列，识别与结合靠氢键和离子键。

（三).非组蛋白非组蛋白的功能功能:1.参与染色体的构建;3.调控基因转录。2.启动基因复制;二、常染色质和异染色质间期核中染色质可分为异染色质（heterochromatin)常染色质（enchromatin)。异染色质的特点：①在间期核中处于凝缩状态，无转录活性、是遗传惰性区。②在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩（异固缩现象)。③分为两类：结构（恒定)异染色质（constitutiveheterochromatin)、兼性（功能)异染色质（facultativeheterochromatin)巴氏小体（barrbody)。雌性哺乳动物细胞中一条异固缩化的X染色体。人的胚胎发育到16天以后，

出现巴氏小体。

barrbody三、染色质的结构及染色体的组装人体的一个细胞核中有23对染色体,每条染色体的DNA双螺旋若伸展开,平均长为5cm,核内全部DNA连结起来约1.7~2.0m。

nucleosomes(10nm)condensedform(30nm)

染色质的包装◆核小体(nucleosome)◆螺线管(solenoid)◆超螺线管(supersolenoid)◆染色体(chromosome)

从核小体开始到染色体,DNA总共压缩:

压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍

DNA-→核小体→螺线管-→超螺线管-→染色单体1.核小体（nucleosome)：核小体：一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成，通过酶消化实验建立。①每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1；②由H2A、H2B.H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒；③DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈83bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；④相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。

核小体是染色质的基本组成单位,为染色质的一级结构,

10nm。将DNA分子长度压缩1/7。

球状组蛋白核心H4DNA双螺旋H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm连接DNA（50-60bp)核小体核心部连接部DNA分子:140～160bp、1.75圈组

蛋

白：2（H2A、H2B.H3、H4）八聚体组

蛋

白:H1DNA分子:50～60bp核小体形成11nm的纤维2.螺线管（solenoid)：在电镜下观察用温和方法分离的染色质是直径30nm的纤维：由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一圈（螺线管)，长度压缩6倍；solenoid3.染色体的构建：目前多认为30nm的纤维折叠为一系列的环（loop,袢环)结合在核骨架上（或称染色体骨架)，结合点是富含AT的区域

。

ChromatinPacking四、染色体形态特征随体次缢痕主缢痕端粒长臂短臂染色单体着丝粒

由于有丝分裂中期的染色体形态结构比较稳定,故常在中期观察染色体形态结构或计数。中期染色体是由两条姐妹染色体(chromatid)构成,彼此以着丝粒相连。便于细胞分裂。

染色体分类图示是两个不同的概念，前者指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位，后者指主缢痕处两个染色单体外侧与纺锤体微管连接的部位。着丝粒包含3个结构域1)动粒（着丝点)结构域（kinetochoredomain)2)中心结构域（centraldomain)3)配对结构域(pairdomain)（一)着丝粒（centromere)和动粒（kinetochore)1)动粒结构域（kinetochoredomain)位于着丝粒的外表面，包括三层板状结构和围绕外层的纤维冠(fibrouscorona)。

2)中心结构域（centraldomain)位于着丝点结构域的下方。其中含有高度重复的卫星DNA。3)配对结构域(pairdomain)位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结。对于着丝粒蛋白研究主要是使用ACA来研究的。用ACAs发现鉴定出来的CENP主要有6种，即：CENP-A至F。

（二)次缢痕(secondaryconstriction)

（有丝分裂中期染色体上的结构)

核仁组织区（nucleolarorgnizingregionsNORs)，间期核仁的结构，构成核仁，位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是NORs。

（三)随体(satellite)：某些染色体的短臂末端呈球形或棒状结构。

五、核型与染色体带型

（一)核型(Karyotype)即细胞分裂中期染色体特征的总和。包括染色体的数目、大小和形态、着丝粒的位置、随体的有无等特征。

性细胞染色体为单倍体（haploid)，用n表示;正常核型：23,Y;23,X。

体细胞为2倍体（diploid)以2n表示，如人类2n=46，23对，分为A~G7组,1~22常染色体；(X,Y)为性染色体．正常核型：46,XY;46,XX。

18三体综合征患儿第三节

核仁（nucleolus)核仁（nucleolus)见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般1~2个，有时多达3~5个。主要功能是转录rRNA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。一、核仁的形态结构和化学组成

(一)核仁的化学组成主要是核酸和蛋白质,少量的糖类。蛋白质：占80%,核糖体蛋白、组蛋白和非组蛋白、酸性磷酸酶、ATP酶、RNA聚合酶。RNA:占10%;以RNP的形式存在DNA:占8%；存在于核仁染色质部分电子显微镜下观察到的核仁形态(二)核仁的亚显微形态1.纤维中心:它们是深入核仁内的核仁组织者区(NOR),具有rRNA基因(rDNA)２.致密纤维组分(fibrillarcenters，FC):是电子密度致密部分，呈圆形或半圆形分布在浅染区周围纤维包围的一个或几个高电子密度的圆形结构，主要有正在转录的rRNA组成，此外还包括RNA聚合酶和蛋白质。３.颗粒区(granularcomponent，GC):由直径15-20nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP，是核糖体亚基的前体物。除此之外还有核仁周围的核仁相随染色质、深入到核仁内部的核仁染色质以及核仁基质，即无定形的蛋白质性液体物质环境。

二、核仁周期(nucleoluscycle)周期性变化间期：核明显分裂期：核仁组织区的染色体浓缩，rRNA合成停止，核仁逐渐缩小，最后消失;末期：子细胞形成时，合成重新开始，核仁又重新出现。

三、核仁的功能1.合成rRNA,并进行加工2.装配核糖体的大、小亚基核仁中进行的核糖体装配核仁细胞核核糖体蛋白rDNAPre-rRNA5SrRNA18S28S5.8S5S40S亚基60S亚基18S28S5S5.8SrDNArRNA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四节、核纤层和核基质一、核纤层:位于内核膜的内表面的纤维网络，可支持核膜并与染色质及核骨架相连。

核纤层属于细胞质骨架中的Ⅴ型中间纤维。

。核

孔复

合

体膜蛋白外

膜内

膜

镶

嵌

膜

蛋

白核

周

腔bbbbbbbaggaagaggagaag核纤层染色质（纤维)核纤层由核纤层蛋白（lamina）构成，分为A、B.C三种多肽亚单位。

1)在细胞核中起支架作用

2)参与核膜重建及染色体

凝集3)有助于DNA的复制核纤层的功能二、核基质（nuclearmatrix)，或称为核骨架（nuclearskeleton):是指在细胞核内，除了核被膜、核纤层、染色质与核仁以外的由蛋白质组成的网架结构体系，分布在整个细胞核内，通过提供作用位点参与和支持DNA的各种功能。

形态结构：1)纤维蛋白成分构成的

纤维网架结构2)分布于核空间3)与核纤层和核孔复合体相连（a）（b）0.2µm5µmNC1.核基质的形态结构与化学组成化学组成:

蛋白:400多种，分为两类:

:各类细胞共有的蛋白成分

:其组成与细胞类型、分化状

态、生

理及病理状态有关。RNA:少量

核基质蛋白（nuclearmatrixprotein)

核基质结合蛋白（nuclearmatrixassociatedprotein)（1)提供染色体骨架与染色体构建有关（2)DNA复制的附着位点（3)基因转录和加工支架

（4)核骨架也参与有丝分裂末期的核膜重建

2.核基质的功能DNA3µm染色体支架（一)核糖体的成分含40%的蛋白质、60%的RNA，由两个亚单体构成。分为70S、80S和55S三种类型。由大小两个亚基构成，只在以mRNA为模板合成蛋白质时才结合在一起，肽链合成终止后，大小亚单位又解离。核糖体并不是单独工作的，而是由多个甚至几十个串连在一条mRNA分子上，称多聚核糖体（polyribosome)。

第五节核