第八章-细胞核与遗传信息的储存 1

1、第八章 细胞核与遗传信息的储存,（nucleus and the storage of genetic information ）,概述 第一节 核被膜 第二节 染色质和染色体 第三节 核仁 第四节 核基质 第五节 细胞核的功能 第六节 细胞核与疾病,内容,概 述,3.是细胞生命活动的调控中心,一、细胞核最基本的功能,1.贮存遗传信息（DNA）,2.复制、转录遗传信息并指导蛋白质合成,二、细胞核的大小、形态、数目,1.大小 生长旺盛的细胞，如卵细胞、肿瘤细胞核较大； 分化成熟的细胞核较小；幼稚细胞核较大； 细胞核的大小用核质比表示； 核质比=细胞核体积/细胞质体积,核质比大表示核大，核质比小表

2、示核小。,2.形态 细胞核常位于细胞的中央,但也有偏向细胞一端的，如在脂肪细胞,核被脂滴挤到边缘。 细胞核的形态一般为圆形或椭圆形,但肌细胞核呈杆状,嗜中性细胞核呈分叶状。,3.数目 每个细胞通常只有一个核，但有些细胞为双核甚至多核，如人的肝细胞(12)和骨骼肌细胞(多个)。,核 膜,核 仁,染色质,核基质,细胞核的形态伴随细胞的增殖过程呈现周期性的变化。处于间期的细胞核叫间期核。,间期细胞核,一、核膜的结构,外核膜（outer nuclear membrane),内核膜（inner nuclear membrane),核周间隙（perinuclear space),核 孔（nuclear p

3、ores),核纤层（nuclear lamina),第一节 核 膜,（一）内、外核膜和核周间隙,其表面附核糖体，形似粗面内质网,并与其相通，膜可与胞质中的某些微管、微丝相连起固定核位置的作用。,外核膜,外核膜,其内表面有一层电子密度高的蛋白质细丝附着，称为核纤层。,内核膜,核纤层,内核膜,隙宽：2040nm,充满液态物质,为蛋白质和酶。此间隙与内质网有临时通道，可进行核质物质交换。,核周间隙,核周间隙,核膜上的圆形小孔，是核质的通道，不与核周隙相通。 核孔复合体：多种核孔蛋白质以特定方式排列形成的复合结构。,核孔,（二）核孔,Cytoplasmic face（胞质面）,Nuclear face

4、 （核质面）,胞质颗粒,胞质环,中央栓,辐,胞质纤维,核质环,核孔复合体结构模型,核纤层,（1）gp210代表一类结构性跨膜蛋白，为N连接甘露糖残基寡糖修饰，位于核膜的“孔膜区”，在锚定核孔复合体的结构上起重要作用。,功能： a.介导核孔复合体与核被膜的连接，为核孔复合体装配提供起始位点。 b.在核质交换功能活动中起作用。,（2）p62代表一类功能性的核孔复合体蛋白。它带有O连接N乙酰葡萄糖胺残基寡糖修饰。,分两个结构域： N端区：具有XFXFX形式的重复序列（F：苯丙氨酸），直接参与核质交换。 C端区：具有疏水性的七肽重复序列，适合形成 -螺旋。与其他核孔复合体蛋白成分相互作用, 将p62分

5、子稳定到核孔复合体上,为其N端进行核质交换活动提供支持。,核纤层,染色质,（三）核纤层（nuclear lamina）,由核纤层蛋白构成，分别称lamin A、 lamin B、lamin.C。其中laminB与核内膜上的镶嵌蛋白结合在一起， laminA和 laminC 又挂靠着 laminB，染色质纤维一个或几个部位与laminA和 laminC连接在一起，核纤层蛋白还可以与核基质中的蛋白质形成联接。,核纤层（nuclear lamina）,Lamins（核纤层）,1.支持和固定核膜，稳定核的形状。 核纤层的外层与内核膜的脂双分子层中的特殊蛋白相结合，与维持核孔的位置和核被膜的形状有关。,

6、核纤层的功能,2.对染色质的有序排列起一定作用。 核纤层蛋白与染色质上的一些特殊位点相结合，与核基质也相互连接，为染色质提供了结构支架，在维持染色质高度有序性方面起重要作用。,前期：核纤层蛋白磷酸化，核纤层蛋白解聚成单体，导致核崩解、破裂。 末期：核纤层蛋白去磷酸化，使核膜重建。,3. 参与核膜的解体和重建,细胞有丝分裂,4. 参与DNA的复制： 没有核纤层的细胞核不能复制DNA。,Breakdown and reformation of nuclear envelope during mitosis,二、核膜的功能,（一）核膜为基因表达提供了时空隔离屏障,在真核细胞中，核膜的出现将胞核物质与

7、胞质物质限定在各自特定的区域， 建立遗传物质稳定的活动环境，DNA复制、RNA的转录与蛋白合成有时空间隔，对真核细胞的进一步演化具有重要意义。,（二）核膜参与了生物大分子的合成,在外核膜的表面附着核糖体，所以可进行蛋白质的合成。通过免疫电镜技术已证实，抗体的形成首先出现在核膜的外层。在核周间隙中存在多种结构蛋白和酶类，它也能合成少量膜蛋白、脂质。,（三） 核质之间的物质运输,1.被动扩散 无机离子和小分子物质可以自由通过。,2.主动运输 大分子物质通过核孔复合体的主动运输。,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,1) 亲

8、核蛋白质的核输入,亲核蛋白质（karyophilic protein),在细胞质中合成，运到核内执行功能的蛋白质。如DNA聚合酶、RNA聚合酶、组蛋白、核糖体蛋白等。,亲核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列,保证了整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运到细胞核内。这段具有“定向”、“定位”作用的序列被命名为核定位信号(nuclear localization signal , NLS）。,NLS由48个氨基酸组成，不同的亲核蛋白质上的核定位信号不同，但都富含带正电的赖氨酸和精氨酸，通常还有脯氨酸。这些信号可以位于亲核蛋白质的任何部位。在指导亲核蛋白完成核输入后不被切除。 研究表明仅有核定位信号的蛋白质

9、自身不能通过核孔复合体，它必须通过和NLS受体结合才可通过核孔复合体，这种受体称为输入蛋白（importin）。 输入蛋白在被转运的亲核蛋白质与核孔复合体运输装置之间作为一种接头分子而起作用。,Active transport,通过核孔摄取蛋白示意图,输入蛋白的作用方式,本身是核孔复合体组分之一，结合亲核蛋白质直接转运到核内；,作为一种停泊受体,在细胞质内与NLS结合，然后把亲核蛋白运输到核孔复合体，再向核内转运；,作为一种穿梭受体，在细胞质内与亲核蛋白质结合， 一起穿过核孔复合体，在核内解离，然后再返回细胞质,Process of Nuclear Import,2）RNA及核糖体亚基的核输出

10、,胶体金颗粒 tRNA或5SrRNA,注入,蛙卵核内,细胞质,RNP: ribonucleoprotein NES: (nuclear export signal) Exportin: transport receptor which can recognize NES and then carry RNPs through nuclear envelope to the cytoplasm.,染色质与染色体是由DNA、组蛋白、非组蛋白及RNA等组成的核蛋白复合体，是遗传信息的载体。是同一种物质在细胞周期的不同时期中所表现的两种不同的存在形式。,染色质是细胞间期核内伸展开的DNA蛋白纤维。 染

11、色体是高度螺旋化的DNA蛋白纤维，是在细胞分裂期看得见的可用染料染色的条状结构。,第二节 染色质和染色体,一、染色质的化学组成,核 酸,蛋白质,成 分,DNA,RNA,组蛋白,非组蛋白,所占比例,1,0.050.1,1,0.51.5,（一）DNA,单一序列（unique seq.),中度重复序列（middle repetitive seq.),高度重复序列（highly repetitive seq.),1.单一序列（unique sequence),在基因组中仅有一个或几个拷贝，负责蛋白质氨基酸组成的信息,以三联体密码方式进行编码。大多数编码蛋白质(酶)的结构基因属这种结构形式 。,2.中度

12、重复序列（middle repetitive sequence),重复次数在10105之间。多数是不编码的序列，构成基因的间隔序列，在基因调控中起重要作用，涉及DNA复制、RNA转录及转录后加工等方面。有一些是有编码功能的基因，如rRNA基因，tRNA基因，组蛋白的基因、核糖体蛋白的基因等。,3.高度重复序列（highly repetitive sequence),由一些短的DNA序列呈串联重复排列，一般为几个、十几个或几十个bp，但重复拷贝数超过105，在染色体的端粒、着丝粒，构成结构基因的间隔，维系染色体结构，与减数分裂中同源染色体联会配对有关。,（二）组蛋白,组蛋白是真核细胞染色质的主要

13、结构蛋白，富含带正电荷的精氨酸和赖氨酸，属碱性蛋白质。其含量恒定，在真核细胞中共有5种。,组蛋白的分类及特性,种类,赖氨酸 /精氨酸,残基数,分子量 (kD),保守性,存在部位及结构作用,H1,存在于核心颗粒，形成核小体,存在于核心颗粒，形成核小体,存在于核心颗粒，形成核小体,存在于核心颗粒，形成核小体,29.00,215,23.0,低,高,高,极高,极高,H2A,H2B,H3,H4,1.22,129,14.0,2.66,125,13.6,0.77,135,15.3,0.79,102,11.3,存在于连接线上,核小体蛋白，帮助DNA卷曲形成核小体,组蛋白的化学修饰,乙酰化：可改变赖氨酸所带的电

14、荷，降低组蛋白与DNA的结合，调节转录的进行。,磷酸化：同乙酰化,甲基化：可增强组蛋白和DNA的相互作用，调节转录活性,（三）非组蛋白, 酸性蛋白质，带负电荷,富含天门冬AA，谷AA等酸性AA, 种类多, 具有种属和组织特异性, 整个周期都能合成,特性,非组蛋白的功能, 参与构建染色体, 启动DNA的复制, 调控基因的转录,二、染色质的类型,伸展状态，螺旋化程度低，用碱性染料染色时着色浅而均匀的染色质。 单一序列DNA和中度重复序列DNA，具有转录活性。 大部分位于间期核的中央，一部分介于异染色质之间。 在细胞分裂期，常染色质位于染色体的臂。 并非所有常染色质均有转录活性，处于常染色质状态是转

15、录的必要条件。,(一)常染色质（euchromatin),（二）异染色质（heterochromatin),1.螺旋化程度高，处于凝集状态，碱性染料染色时着色较深。 2.一般位于核的边缘或围绕在核仁的周围。 3.转录不活跃或无转录活性。 4.可分为组成性异染色质和兼性异染色质,组成性异染色质（constitutive heterochromatin),又称为恒定性异染色质：在各种细胞类型的细胞周期中（除复制期外）都呈浓缩状态，由高度重复的DNA序列构成；在中期染色体上常位于染色体的着丝粒区，端粒区、次缢痕等部位；具有遗传惰性，不转录也不编码蛋白质；在复制行为上，较常染色质早聚缩晚复制。,兼性异

16、染色性（facultative heterochromatin),在某些细胞类型或在一定发育阶段，处于凝缩失活状态，而在其他时期松展为常染色质。兼性异染色质的总量随细胞类型而变化，一般胚胎细胞含量少，高度分化的细胞含量较多，说明随着细胞分化，较多的基因渐次以聚缩状态而关闭。因此，染色质的压缩折叠可能是关闭基因活性的一种途径。,常、异染色质的区别,常染色质,异染色质,螺旋化程度,低,高,染 色,较浅,较深,间 期,核中央,核边缘,分裂期,染色体臂,着丝粒区和端粒区,活 性,常转录,很少转录,复制时间,S 早、中期,S 晚期,染色质的一级结构：核小体 染色质的二级结构：螺线管 染色质的三级结构：超

17、螺线管 染色质的四级结构：染色单体,（一）染色质的四级结构模型,三、染色质的结构与包装,1.一级结构 核小体是染色质的基本结构单位，为染色质的一级结构， 10nm。,染色体的基本结构-核小体,球状组蛋白核心,DNA双螺旋(140-160bp、1.75圈）,H2A,H2A,H2B,H2B,连接DNA（60bp）,核小体,核心部,连接部,DNA分子：140160bp、1.75圈,组 蛋 白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚体,组 蛋 白：H1,DNA分子：60bp,2 .二级结构,螺线管是染色质的二级结构，6个核小体缠绕一圈形成的中空性管. 外30nm; 内10nm,组蛋白H1位于螺旋管内侧。

18、,染色质的二级结构螺线管,内10nm,组蛋白H1,3 .三级结构,超螺线管为染色质的三级结构，它是由螺旋管进一步盘曲而形成。,4 .四级结构,超螺线管进一步折叠成为四级结构染色单体。（DNA分子长度压缩至1/80001/10 000）。,（二）染色质的袢环结构模型 (loop model),一、二级结构与四级结构模型一致：核小体（10nm），螺线管（30nm）,30nm螺形成袢环,袢环模型（loop model）,染色体支架（非组蛋白）,袢环（ 30nm螺线管）,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,四、染色体,（一）染色体的形态结构,染色单

19、体,次缢痕,短臂（p）,长臂（q）,随体,常染色质区,异染色质区,主缢痕（初级缢痕）,中期染色体按着丝粒的位置分为：,1/25/8,中央着丝粒 染色体,5/87/8,亚中着丝粒 染色体,7/8,近端着丝粒 染色体,中部,亚中部,近端部,端部, 末端处,染色体的类型,主缢痕模式图,动粒结构域,配对结构域,中心结构域,动粒：由蛋白质组成的存在于着丝粒两侧的特化圆盘状结构。每一中期染色体含有两个动粒，是细胞分裂时纺锤丝微管附着的部位，与细胞分裂过程中染色体的运动密切相关。在细胞分裂后期，微管牵引着两条染色单体向细胞两极移动，动粒起着核心作用，控制着微管的装配和染色体的移动。,着丝粒-动粒复合体：有着

20、丝粒、动粒共同组成的一种复合结构，两者的结构成分互相穿插，在功能上紧密联系，共同介导纺锤丝与染色体的结合。包括3种结构域：动粒域、中心域、配对域。,随体,染色体的臂上凹陷缩窄形成次缢痕，与核仁的形成有关，称为核仁组织区（NOR)。,端粒（telomere）,生殖细胞、胚胎干细胞和肿瘤细胞含有端粒酶，可以使端粒恢复原长。,端粒是存在于染色体末端的特化部位。通常由一简单重复的序列组成,进化上高度保守。可以保护染色体末端不被降解，并防止与其它染色体的末端融合。 正常染色体每复制一次,端粒序列减少50100个bp,因而端粒也被称为细胞的生命钟,当端粒缩短到一定程度，即是细胞衰老的标志。,端粒（telo

21、mere）,端粒酶是一种由蛋白质和RNA组成的核糖核蛋白酶。具有延长端粒末端重复序列的功能，如果端粒酶活性丧失，端粒将逐渐缩短，从而导致细胞衰老。,端粒酶,端粒酶与端粒的关系,2009年的诺贝尔生理学或医学奖颁给三名科学家，他们解决了生物学的一个重大问题：在细胞分裂时染色体如何完整地自我复制以及染色体如何受到保护以免于退化。这三位诺贝尔奖获得者向我们展示，解决办法存在于染色体末端端粒，以及形成端粒的酶端粒酶。,Elizabeth H. Blackburn 伊丽莎白-布莱克本,Carol W. Greider 卡罗尔-格雷德,Jack W. Szostak 杰克-绍斯塔克,University

22、of California San Francisco, CA, USA美国加州大学旧金山分校,Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, MD, USA 巴尔的摩约翰-霍普金斯医学院,Harvard Medical School; Massachusetts General Hospital Boston, MA, USA; 哈佛医学院,（二）染色体稳定遗传的功能序列,.自主复制序列（autonomously replicating sequence, ARS）,是DNA复制的起点；,均有一段保守序列： 200bp-A(T)T

23、TTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp,2.着丝粒序列 (centromere DNA sequence, CEN),其功能是形成着丝粒，使细胞分裂中染色体能够准确地分离。,由串联重复序列组成；,含有11个高度保守的碱基序列： -TGATTTCCGAA-，,草履虫的：TTGGGG 锥虫的：TAGGG 拟南芥的：TTTAGGG 人的：TTAGGG,3.端粒序列 (telomeric sequence, TEL),不同生物的端粒序列都很相似，由长5-10bp的重复单位串联而成。,保证染色体末端的完全复制，端粒DNA提供复制线性DNA末端的模板。 在两端形成保护性的帽结构，使DNA免受核酸

24、酶和其他不稳定因素的破坏和影响。使染色体的末端不会与其他染色体的末端融合，保持染色体结构的完整。 在细胞的寿命、衰老和死亡中起作用。,端粒的功能：,（三）人类的正常核型,一个体细胞（somatic cell）中的全部染色体，按其大小和形态特征排列所构成的图像。,1. 核型（Karyotype）,2.染色体的显带技术,用特殊的染色方法使染色体在其长轴上显出明暗交替或染色深浅不同的横纹带（band）。,采血接种培养秋水仙素处理收集细胞低渗固定制片染色观察,染色体标本的制备,3)羊水细胞培养及染色体标本制备,2)骨髓细胞染色体标本制备,1)人类外周血淋巴细胞培养及染 色体标本制备,抽羊水最佳时间妊娠

25、1620周,显带 技术,整条显带,局部显带,Q带：喹吖因或荧光染料,G带：Giemsa染色,R带：Q、G反带,高分辨带,C带：着丝粒等区的异染色质,T带：端粒,N带：NOR区酸性蛋白,（四） 巨型染色体是一类形态特殊、体积巨大的染色体,在某些生物的细胞中，可以观察到一些特殊的、体积巨大的染色体，被称为巨型染色体（giant chromosome），包括灯刷染色体（lampbrush chromosome）和多线染色体（polytene chromosome）。,灯刷染色体为一类普遍存在于鱼类、两栖类等动物卵母细胞中、处于第一次减数分裂双线期的染色体，它是一个二价体，包含4条染色单体。该类染色体

26、中央存在由染色粒构成的主轴，从染色粒向两侧伸出一系列对称的侧环，呈现“灯刷样”形态。,1. 灯刷染色体呈灯刷样形态结构,两栖类卵母细胞中的灯刷染色体,大部分DNA以染色粒形式存在，无转录活性，而侧环是RNA转录活跃的区域，每一个侧环往往是一个大的转录单位，或由几个转录单位构成，是一个固定的染色质功能单位，常有新转录RNA结合其上。 灯刷染色体侧环上的RNA主要是mRNA，mRNA与蛋白质结合形成无活性的RNP颗粒，这些颗粒存在于卵母细胞中，以便受精之后使用。因此灯刷染色体的形态与卵子发生过程中营养储备密切相关。,2. 多线染色体是由多条染色体组成的结构,多线染色体存在于双翅目昆虫幼虫的唾液腺、

27、肠、气管等组织细胞中，因染色体DNA多次复制但不分离，子染色体呈平行排列相互连接在一起，由此形成体积巨大的由多条染色体组成的结构，即多线染色体，如果蝇唾液腺细胞的多线染色体。,果蝇唾液腺细胞的多线染色体,光镜下多线染色体沿其纵轴可见一系列交替的带与间带，多数基因分布于带上。果蝇发育中，多线染色体某些带将膨大形成许多蓬松点，其上具有袢环样结构。每个袢环具有一个基因，随着基因转录的进行，袢环染色质将逐渐由折叠状态变为伸展，以适应基因的转录。 同种属不同个体间多线染色体的带型基本一致，但不同种果蝇多线染色体的带型差异很大，研究发现带型与基因有关。多线染色体并非细胞内的惰性结构，而是动态的，含有许多在

28、发育的特定阶段形成的蓬松点区域，是DNA转录成RNA的结果。,核仁(nucleolus),第三节 核 仁,核仁电镜照片,光镜：核仁通常是匀质的球体，具较强的折光性，易被酸性或碱性染料着色,电镜：核仁裸露无膜、由纤维丝构成，包括纤维成分、颗粒成分、核仁相随染色质和核仁基质。,一、核仁的结构,纤维中心：由具有rRNA基因的染色质构成 致密纤维组分：不同转录阶段的rRNA分子 颗粒组分：正在加工的rRNA及蛋白质构成,核仁相随染色质,核仁周围染色质：,核仁内染色质 ：,包围在核仁周围的染色质，高度螺旋，属异染色质。,伸入核仁内的染色质，处于非螺旋状态，属常染色质，载有rRNA基因（rDNA）,此段D

29、NA称核仁组织区（NOR）,它是形成核仁的部位。,直径58nm，多在核仁的中心部位。可被RNA酶和蛋白酶消化，故纤维成分为RNA与蛋白质的复合物，它可在核仁内构成海绵状网架。,纤维成份,颗粒成份,核仁的周边部分，电子密度较高，颗粒直径1520nm，为核糖体的前体。,核仁基质,低电子密度、无定形的蛋白质物质，为上述三种结构的存在环境。,二、核仁的形成,核仁随细胞的周期性变化而变化， 而核仁染色体的凝集（前期）与解凝集（末期），决定核仁的消失和重现。,核仁组织区（nucleolar organizer region NOR),人类有5对染色体上存在核仁组织区，它们都是短臂上带有随体的染色体（D组：

30、13、14、15；G组：21、22）这些染色体称核仁染色体。其短臂末端与随体之间有染色质细丝相连（DNA袢环），含rRNA基因，可指导rRNA的合成。,核膜,核仁,含有rDNA的10个伸展的间期染色体袢环进入核仁中,间 期,有12个或多个核仁。,分裂前期,染色质浓缩、rRNA合成停止，rDNA袢环逐渐缩回到染色体，核仁消失。,分裂末期,染色体解旋，rDNA伸展，合成rRNA，组建成新的核仁。,三、核仁的功能,合成、加工rRNA和装配核糖体亚基的重要场所。,（一）rRNA合成和加工,定位在核仁组织区（NOR）的rDNA呈串状重复排列（中度重复顺序）,rDNA,rRNA,转录的起点,转录的终点,R

31、NA聚合酶,蛋白质颗粒,rDNA,rRNA(45S rRNA前体、纤维状),颗粒状（18s 5.8s 28srRNA、蛋白质颗粒）,核糖体的亚基,核仁是装配核糖体大小亚基的场所，核糖体的大小亚基在核仁中装配成熟后，通过核孔转运至细胞质中，形成有功能的核糖体。,（二）核糖体亚基的组装,45S rRNA,核糖体蛋白,共同加工装配,核仁在核糖体 合成和组装中的作用,狭义：核基质,(nuclear skeleton),核骨架,广义：包括核基质、核纤层、核 孔复合体结构体系、染色 体骨架,核基质又称核骨架（nuclear skeleton）,第四节 核 基 质,真核细胞核内除去核膜、核纤层、染色质与核仁

32、以外的一个以纤维蛋白成分为主的精密网架体系。核基质充满整个核内空间。,核基质(inner nulear matrix),一、形态结构和基本组分,核基质基本组分,(非组蛋白性质),纤维蛋白,核基质蛋白是各种类型细胞共有的蛋白质,核基质结合蛋白是与细胞类型及分化程度相关的蛋白质,RNA：RNA与蛋白质结合成RNP复合物,DNA：可能是染色质残余部分,二、核基质的功能,（一）与DNA复制有关,(DNA复制位点结合于核基质上),体外培养的3T3成纤维细胞,大鼠再生肝细胞,3H-TdR进行,脉冲标记,分离核基质,30分钟内，发现与核基质紧密结合的DNA中有90%是新合成的DNA。,(二）参与基因表达的调

33、控,3H-尿核苷脉冲标记Hela细胞,95%以上的放射性存在于核基质上,1. 核基质与基因转录活性,说明RNA是在核基质上进行合成的,Volgestin等(1983) 用雌激素刺激鸡输卵管细胞中卵清蛋白基因的表达。发现只有活跃转录的卵清蛋白基因才能结合于核基质上，而不转录的珠蛋白基因不结合。 Hentzen等(1984) 报道了成红细胞中正在转录的珠蛋白基因结合于核基质上。 上述实验表明，具有转录活性的基因结合在核基质上，核基质上有RNA聚合酶的结合位点。,2.核基质与hnRNA的加工,Ciejek(1982)等以小鸡输卵管细胞为材料，在-20低温条件下（降低内源核糖核酸酶活性）分离出核基质，

34、发现所有的卵清蛋白和卵黏蛋白mRNA的前体都仅存在于核基质中。有人则具体指出hnRNA上的polyA区可能就是hnRNA在核基质中的附着点。,（三）参与DNA的包装与染色体的构建,(染色体“袢环”模型),（四）核基质与病毒复制,核内病毒的发生与核基质相关。 单纯疱疹病毒核衣壳在核基质上装配。 腺病毒的hnRNA在拼接过程中能与核基质结合。 腺病毒（核内DNA病毒）的复制和装配与核基质关系密切。,一方面它是遗传信息的主要贮存库，整套的遗传信息贮存在细胞核内。在细胞分裂周期中，这些遗传信息可通过复制传递给下一代细胞。 另一方面，遗传信息表达时，带有指导蛋白质合成信息的mRNA，以及在蛋白质合成中起

35、重要作用的rRNA和tRNA都来自于细胞核。,细胞核的功能主要有两个方面：,第五节 细胞核的功能,一、贮存、传递遗传信息,DNA分子合成一个与自己相同的DNA分子的过程。其结果DNA含量增加一倍。,1.DNA复制(replication ),DNA复制的基本形式和过程,DNA复制的特点,半保留性,半不连续性,半保留复制,复制起始点,复制叉,复制起始点,复制叉,先导链,后导链（延迟链）,RNA引物,岗崎片段,转录(transcription) ： 以DNA分子为模板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的过程。,2.基因的转录,细胞核的功能是由其各部分共同完成的。,二、指导蛋白质合成,DNA分子携带遗

36、传信息； DNA复制和mRNA、tRNA以及5SrRNA的转录在核基质进行； 核仁合成大部分rRNA并把它们和其他成分一起装配成糖体的大、小亚基； 核膜调节核质间的物质交换。,DNA,RNA聚合酶II,I,III,hnRNA,45SrRNA,5SrRNA,tRNA,剪接、戴帽,加尾,18SrRNA,28SrRNA,5.8SrRNA,小亚基,大亚基,mRNA,Pro.合成信息,核糖体,Pro.合成 场所,AA-tRNA复合物,Pro.合成中的转运,DNA分子在诱变因子直接或间接的作用下，会发生碱基组成或排列顺序的变化，从而导致遗传信息的改变。在体细胞发生的DNA损伤可能影响其功能或生存，而在生殖

37、细胞发生的则可能影响到后代。 尽管环境中各种因素可对生物体内的DNA分子结构造成损伤，但生物体仍然保持了遗传稳定性。这是因为DNA损伤后可通过细胞内的DNA修复系统进行修复。,三 、损伤的DNA分子通过DNA修复系统进行修复,DNA损伤修复的方式,1. 光修复 2. 切除修复 3. 重组修复 4. SOS修复,1. 光修复是最早发现的DNA修复方式,光修复(photo-repair)是由光修复酶（photolyase）完成的，此酶能特异性识别紫外线造成的核酸链上相邻嘧啶共价键结合的二聚体，并与其结合，这步反应不需要光；结合后如受300600nm波长的光照射，则此酶就被激活，将二聚体分解为两个正

38、常的嘧啶单体，然后酶从DNA链上释放，DNA恢复正常结构。具体过程如图,光修复过程示意图,为完整的DNA分子区段。 UV照射形成TT，DNA空间构型改变。 光修复酶识别DNA损伤部位并与之结合，形成酶- DNA复合体。 在光作用下，修复酶被激活，使嘧啶二聚体分开。 酶-DNA复合体解体，酶释放，DNA恢复正常构型，光修复过程完成。 光修复主要是低等生物的一种修复方式，后来发现类似的修复酶广泛存在于动植物中。,2.切除修复是细胞内DNA损伤修复最重要的方式,切除修复（excision repair），普遍存在于各种生物细胞中，对无碱基位点、嘧啶二聚体、碱基烷基化、单链断裂等多种DNA损伤都能起修

39、复作用。切除修复发生在复制之前，在这种修复过程中光不起作用，但需要核酸内切酶、DNA聚合酶和连接酶等的参与。,如果切除修复系统有缺陷，例如人的着色性干皮病患者由于缺少核酸内切酶，对紫外线特别敏感，该病患者不能切除紫外线诱发的T=T，导致突变积累，易患基底细胞癌。,修复过程主要有以下几个阶段： 已经形成嘧啶二聚体的DNA分子片段 由核酸酶识别DNA的损伤位点，在损伤部位的5端切开磷酸二酯键。不同的DNA损伤需要不同的特殊核酸内切酶来识别和切割。 由53核酸外切酶将损伤的DNA片段切除。 在DNA聚合酶的作用下，以完整的互补链为模板，按53方向合成新的DNA片段，填补已切除的空隙。 由DNA连接酶将新合成的DNA片段与原来的DNA断链连接起来，完成修复过程。,嘧啶二聚体的切除修复示意图,3. 重组修复应用DNA重组方式完成修复过程,又称复制后修复（post replication repair）。在DNA复制进行时如果发生DNA损伤，此时DNA两条链已经解旋，其修复可用DNA重组方式，其修复过程如下：,受损伤的DNA链进行复制时，产生的子代DNA链在损伤的对应部位出现缺口。 完整的母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺