9.细胞核.

null第九章第九章细胞核null形状及位置： 数目：通常一个细胞1个核；成熟筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞（0个）；肝细胞、心肌细胞（1-2个）；破骨细胞（6-50个） 结构：核被膜、染色质、核仁、核基质 功能：遗传与代谢的调控中心。null细胞核结构示意图内容提要：内容提要：核被膜与核孔复合体 染色质 染色体 核仁第一节 核被摸与核孔复合体第一节 核被摸与核孔复合体一、核被膜(nuclear envelope) 外核膜： 外核膜胞质面常附有核糖体，并与rER相连， 外核膜上附着10nm的中间纤维。 内核膜： 内表面有一层致密的纤维网络结构---核纤层 内膜上有一些特有的蛋白成分，如核纤层蛋白B受体（LBR）null核被膜结构示意图null3. 核纤层（nuclear lamina）: 内表面网络状纤维蛋白质 由核纤肽和中间丝构成 功能：保持核的形态；参与染色质及核膜的组装 4. 核周间隙:与内质网相通。 核孔（nuclear pore）： 内外核膜的融合处 核孔上镶嵌着核孔复合体 null细胞核的结构模式图核被膜结构示意图核被膜结构示意图二、核孔复合体(NPC)二、核孔复合体(NPC)1. 位置：内外核膜融合的区域 2. 数目：哺乳动物细胞平均有3000个核孔。 细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多 3. 核孔复合体的结构模型null 主要包括4部分： ①胞质环,环上有8条纤维伸向胞质； ②核质环，上面伸出8条纤维，纤维端部与端环相连，构成笼子状的结构； ③栓/转运器，核孔中央的一个栓状的中央颗粒； ④辐：核孔边缘伸向核孔中央的突出物。转运器胞质环核质环辐null核孔复合体结构模型4. 主要成分4. 主要成分 核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的多肽。Gp210：结构性跨膜蛋白。 p62：功能性的核孔蛋白，可能直接参与核质交换。 5. 核孔复合体的功能 5. 核孔复合体的功能 核孔复合体是双功能（被动扩散和主动运输）、双向性（入核和出核）的亲水性核质交换通道。 （1）被动运输（1）被动运输核孔有效直径10nm左右； 扩散速度与分子量成反比； D＜5×103的可自由进入； D ＞60×103的球蛋白不能进入。（2）主动运输（2）主动运输主动运输的选择性： 对运输颗粒大小的限制，功能直径10-20nm； 主动运输是信号识别和载体介导的过程，需要ATP； 具有双向性。 null核输入与核输出（3）亲核蛋白的入核机制（3）亲核蛋白的入核机制亲核蛋白：在细胞质内合成后，进入细胞核内 发挥功能的一类蛋白。 包括驻留性的（组蛋白、核纤层蛋白）和穿梭性的（importins）null爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验null核定位信号（NLS)： NLS是存在于亲核蛋白内的短的氨基酸序列片段，富含碱性氨基酸残基。能指导亲核蛋白完成核输入，且入核后不被切除。 亲核蛋白的入核机制 亲核蛋白的入核机制 协助因子： importin α （核输入受体α亚基） importin β （核输入受体β亚基） Ran（GTP结合蛋白） 亲核蛋白的入核转运过程（图10-6） 亲核蛋白的入核转运过程（图10-6）①亲核蛋白与NLS受体imporin α、β形成转运复合物； ②复合物与NPC胞质环上的纤维结合； ③纤维向核弯曲， NPC构象发生改变，转运复合物从胞质面被转移到核质面； ④转运复合物与Ran-GTP结合，导致复合物解离，亲核蛋白释放 ⑤受体的亚基与结合的Ran返回胞质，Ran-GTP水解并与imporinβ解离， Ran-GDP返回核内再转换成Ran-GTP状态。（4）RNA的出核（4）RNA的出核rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核； 5s rRNA与 tRNA：核输出由蛋白质介导； hnRNA：在核内进行5’端加帽和3’端附加多聚A 序列以及剪接等加工过程，然后形成 成熟的mRNA出核。null核输出信号 (Nuclear Export Signal，NES)： RNA分子的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核信号。 入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。 第二节 染色质第二节 染色质染色质： 指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量的RNA组成的线状复合结构，是间期细胞遗传物质的存在形式。 染色体： 指细胞分裂过程中，由染色质聚缩而形成的棒状结构。是细胞分裂期遗传物质的存在形式。一、染色质的化学组成一、染色质的化学组成染色质由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成； 各组分的含量比例为1：1：0.6：0.1； DNA与组蛋白含量比较恒定； 非组蛋白的含量变化较大，RNA含量最少。 （一）染色质DNA（一）染色质DNA基因组与DNA 染色质DNA的类型（二）染色质蛋白质（二）染色质蛋白质负责DNA分子中遗传信息的组织、复制和阅读。 分2类： 组蛋白（与DNA非特异性结合） 非组蛋白（与DNA特异性结合）1. 组蛋白1. 组蛋白富含带正电荷的精氨酸，赖氨酸，属碱性蛋白质 在真核细胞中组蛋白共有5种，分为两类： 一类是高度保守的核心组蛋白：H2A、H2B、H3、H4 另一类是可变的连接组蛋白：H1。 2. 非组蛋白2. 非组蛋白非组蛋白是染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质，又称序列特异性DNA结合蛋白。 包括DNA和RNA聚合酶、染色体骨架蛋白、基因表达调控蛋白等。 null非组蛋白的特性 ① 含有较多的天门冬氨酸、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，而组蛋白只在S期合 成，并与DNA复制同步进行； ③ 能识别特异的DNA序列，识别与结合靠氢键和离 子键； ④ 具有多样性和异质性； ⑤ 具有多种功能：帮助DNA分子折叠；协助DNA复 制；控制基因转录；调节基因表达。 二、染色质的基本结构单位---核小体二、染色质的基本结构单位---核小体 （一）主要实验证据 1. 温和的方法裂解细胞核，铺展电镜观察，30nm 纤维（螺线管），盐处理后，10nm的串珠结构。 2. 非特异性的微球菌核酸酶消化染色质，离心和电泳 后，发现大多数DNA片断200bp左右，不完全消 化则大多200、400、600bp等。 null未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝盐处理后解聚的染色质呈彼此连接的直径为10nm的串珠状结构null 3. X射线衍射、中子散射和电镜三维重组技术，研究染色质结晶颗粒，发现核小体颗粒是直径11nm、高6nm的扁圆柱体，具有二分对称性。 4. SV40微小染色体分析。DNA为环状，周长1500nm，可形成25个核小体，实际观察到23个,与推断基本一致。 nullX射线衍射、中子散射和电镜三维重建直径11nm、高6nmnull（二）核小体的结构要点（二）核小体的结构要点① 每个核小体单位包括约 200bp的DNA超螺旋、 一个组蛋白八聚体核心 和一分子组蛋白H1。null② 由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成盘状核心颗粒；每个二聚体通过离子键和氢键结合约30bpDNA。 null ③ DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，146bp 组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。null④ 相邻核心颗粒之间以连接DNA(linker DNA)相连，典型长度60bp。 ⑤ 组蛋白与DNA是非特异性结合。 ⑥ 核小体沿DNA的定位受非组蛋白等因素影响。 null核小体null核小体和螺线管nullDNA 与 细 胞 核三、染色质包装的结构模型核小体：DNA螺旋缠绕组蛋白形成核小体，长度压缩 了7倍，形成直径为10nm的核小体串珠结构。 螺线管：核小体串珠结构螺旋盘绕，每圈6个核小 体，形成外径30nm、内径10nm的螺线管， 长度压缩6倍。 超螺线管：螺线管进一步螺旋化形成直径0.4um的圆 筒状结构，称超螺线管，长度压缩40倍。 染色单体：超螺线管进一步螺旋折叠形成染色单体， 直径2-10um，长度压缩5倍。三、染色质包装的结构模型nullnullDNA经过四级螺旋包装形成的染色体结构共压缩了8400倍DNA螺线管超螺线管核小体压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍染色单体四、常染色质和异染色质四、常染色质和异染色质（一）常染色质 概念：间期核内染色质纤维折叠压缩程度低，处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。 组成：单一序列DNA和中等重复序列DNA。 特点：是进行活跃转录的部位，是基因转录的必要条件。（二）异染色质（二）异染色质概念：间期核内染色质纤维折叠压缩程度高，处于聚缩状态，用碱性染料染色时着色深的那些染色质。 1. 结构异染色质：1. 结构异染色质：概念：除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，DNA包装比在整个细胞周期中基本没有较大变化的异染色质。 特点： ①位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段； ②由相对简单、高度重复的DNA序列构成； ③有显著的遗传惰性，不转录也不编码蛋白质； ④在复制行为上表现为晚复制、早聚缩； ⑤在功能上参与染色质高级结构的形成。null2. 兼性异染色质： 概念：在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为异染色质。 胚胎细胞含量少，高度特化细胞含量多。 异染色质化是关闭基因的一条途径。 第三节 染色体第三节 染色体同一物种的染色体数目相对恒定。 性细胞染色体为单倍体——n表示， 体细胞为2倍体——2n表示 染色体的数目因物种而异。 一、中期染色体的形态结构一、中期染色体的形态结构 染色体—姐妹染色单体—着丝粒 中着丝粒染色体 近中着丝粒染色体 近端着丝粒染色体 端着丝粒染色体1. 中期染色体的类型：2. 染色体的主要结构2. 染色体的主要结构（1）着丝粒与动粒： 着丝粒(主缢痕)：中期染色单体相互联系在一 起的特殊部位。 动粒：主缢痕处两个染色单体外侧表层部位的 特殊结构，与动 粒微管相接触，与染色体的移 动有关。null着丝粒含3个结构域： 动粒结构域； 中央结构域； 配对结构域null荧光原位杂交显示着丝粒卫星DNA（2）次缢痕（secondary constriction）（2）次缢痕（secondary constriction）位置相对稳定，数目、位置和大小是鉴定染色体个别性的一个显著特征。（3）核仁组织区（NOR）（3）核仁组织区（NOR）位于染色体的次缢痕部位。是核糖体RNA基因（5SrRNA基因除外）所在的区域。（4）随体（satellite）（4）随体（satellite）指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。（5）端粒（telomere）（5）端粒（telomere）染色体两个端部的特化结构； 通常由富含鸟苷酸（G）的短的串联重复序列DNA组成， 维持染色体的稳定性。二、染色体DNA的三种功能元件二、染色体DNA的三种功能元件 自主复制DAN序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS)、 着丝粒DNA序列(centromere DNA sequence,CEN) 端粒DNA序列(telomere DNA sequence,TEL) 。 1. 自主复制DAN序列(ARS)1. 自主复制DAN序列(ARS)是DNA复制的起点，真核生物的染色体含多个复制的起点。 大多数具有一个11-14 bp，富含AT的共有序列。 共有序列上下游200bp的区域是复制所必须的2. 着丝粒DNA序列(CEN)2. 着丝粒DNA序列(CEN)功能是参与形成着丝粒，使细胞分裂中染色体能够准确地分离. 具有两个彼此相邻的核心区，一个是80-90 bp的AT区，另一个是11 bp的保守区。 核心区序列被破坏，功能受阻。 3. 端粒DNA序列(TEL) 3. 端粒DNA序列(TEL) 端粒序列由富含G的短的重复序列串联而成，人的重复序列为GGGTTA。 端粒的重复序列是由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色体末端。 端粒酶具有逆转录酶的性质，以物种专一的内在RNA为模板，把合成的DNA添加到染色体的3‘端。 正常体细胞染色体缺乏端粒酶活性，人的生殖细胞和部分干细胞染色体具有端粒酶活性。 端粒起到细胞分裂计时器的作用。 null染色体的三种功能元件第四节 核仁（necleolus）第四节 核仁（necleolus）核仁见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般1-2个，也有多达3-5个的。 核仁的数量和大小因细胞种类、细胞所处的时期和功能而异。 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。 一、核仁的超微结构一、核仁的超微结构 电镜下可辨认出3个特征性的区域： 纤维中心(fibrillar centers，FC)， 致密纤维组分(dense fibrillar component，DFC) 颗粒组分(granular component，GC) 。鼠肝细胞核仁的结构鼠肝细胞核仁的结构1. 纤维中心(FC)1. 纤维中心(FC)是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构； 主要成分为rDNA和RNA聚合酶Ⅰ； FC中的染色质不形成核小体结构。2. 致密纤维组分（DFC）2. 致密纤维组分（DFC）呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成； 是新合成的RNP（指结合蛋白质的rRNA）； 转录主要发生在FC与DFC的交界处。3. 颗粒组分（GC）3. 颗粒组分（GC）由直径15-20 nm的核糖核蛋白（RNP）颗粒构成； 是正在加工、成熟的核糖体亚单位的前体颗粒 二、核仁的功能二、核仁的功能 核仁的主要功能是核糖体的生物发生 这一过程包括rRNA的合成、加工和核糖体亚 单位的装配。 整个过程从核仁纤维中心开始，向致密纤维 组分延伸，最后到达颗粒组分。 1. rRNA基因的转录1. rRNA基因的转录rRNA基因（rDNA）定位于染色体上的NORs； rRNA的基因转录呈“圣诞树”样的结构； 真核生物中rRNA基因有100-5000个拷贝，串联成重复序列； rRNA基因由RNA聚合酶I负责转录，可以在一个转录单位连续工作。 nullrRNA的基因rDNA的位置null2. rRNA前体的加工2. rRNA前体的加工RNA聚合酶转录产生的初始转录产物为rRNA前体； 不同生物rRNA前体的大小不同，哺乳类的rRNA前体为45S，酵母的为37S； rRNA前体需经加工、修饰转变为5.8S rRNA、 18S rRNA、 28S rRNA； 真核生物的5S rRNA基因不定位在NORs，通常定位在常染色体，串联成簇，由RNA酶III负责转录。3. 核糖体亚单位的装配3. 核糖体亚单位的装配新合成的45SrRNA很快与蛋白质形成RNP复合体（80S的RNP）； 加工过程中，80S RNP逐渐失去一些RNA和蛋白质，然后剪切形成两种大小不同的核糖体亚单位，之后转移到细胞质中。nullrRNA前体的加工及核糖体的装配过程示意图null核仁生产核糖体过程示意图三、核仁周期三、核仁周期细胞周期中核仁是高度动态的结构； 有丝分裂前期末核仁解体，末期核仁开始重建。 本章小结：本章小结：核孔复合体 染色质 染色体 核仁本章复习：本章复习题：1.名词解释：染色质 核定位信号（NLS) 核仁组织区（NORs） 端粒 2. 试述核小体的结构要点。 3. 中期染色体的三种功能元件及其作用。 4. 概述核仁的结构及其功能。