第八章 细胞核文档资料.ppt

医学细胞生物学细胞核胞核真核细胞内最大、最重要的细胞器真核细胞内最大、最重要的细胞器细胞遗传与代谢的调控信息中心细胞遗传与代谢的调控信息中心医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•一、核膜的化学一、核膜的化学组成成•1.蛋白蛋白质：部分与内：部分与内质网相似，内核膜含有网相似，内核膜含有核核纤层蛋白蛋白•2.脂脂类：与内：与内质网相似网相似医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•二、核膜的二、核膜的结构与区域化作用构与区域化作用•1.双双层但不但不连续的非的非对称性膜称性膜单位位•1)外核膜：与内外核膜：与内质网相网相连，附着有核糖体，附着有核糖体颗粒粒及中及中间纤维，参与蛋白，参与蛋白质合成及合成及细胞核定位胞核定位•2)内核膜：表面光滑，内核膜：表面光滑，紧密附着核密附着核纤层•3)核周核周间隙：内外核膜之隙：内外核膜之间的腔隙，与内的腔隙，与内质网网联通•4)核孔：内外核膜融合形成，由蛋白核孔：内外核膜融合形成，由蛋白质构成复构成复杂结构，构，负责核内外物核内外物质运运输数目与细胞代胞代谢状状态有关医学细胞生物学医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•2.核膜将核核膜将核质与胞与胞质限定在各自区域并控制限定在各自区域并控制着核着核-质间的物的物质交交换•1)核膜的区域化作用使核膜的区域化作用使转录和翻和翻译在空在空间上上分离分离•DNA复制、复制、RNA转录和加工在核内，蛋白和加工在核内，蛋白质合成在胞合成在胞质，，避免相互干避免相互干扰。

•2)核膜控制着核膜控制着细胞核与胞核与细胞胞质间的物的物质交交换医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•三、核孔复合体与核三、核孔复合体与核-质间物物质运运输•1.核孔复合体的捕核孔复合体的捕鱼笼结构模型：构模型：•(1)胞胞质环(cytoplasmic ring), 外外环•(2)核核质环(nuclear ring), 内内环•(3)辐(spoke)•(4)中央栓中央栓(central plug): transporter医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•八个方向的八个方向的对称称结构构•含有含有围绕中央通道的中央通道的8根根辐条状条状组合合•辐条条连接到核与接到核与细胞胞质界面上的界面上的环•NPC电镜照片：照片：医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜NPC NPC 经典研究手段经典研究手段: :树脂包埋超薄切片，树脂包埋超薄切片，负染色技术，负染色技术，冷冻蚀刻冷冻蚀刻医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•在在扫描描电子子显微微镜下用下用场散射透散射透镜显示的示的Xenopus oocytes 的核被膜的核被膜医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•2.核孔复合体介核孔复合体介导细胞核与胞核与细胞胞质间的的物物质交交换•主主动运运输和被和被动运运输介介导双向双向物物质转运运医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•亲核蛋白依靠本身核定位序列与核核蛋白依靠本身核定位序列与核转运受运受体蛋白体蛋白结合形成复合体，从核孔依靠合形成复合体，从核孔依靠GTP水水解解产能能进入入细胞核，核胞核，核转运受体被分离回运受体被分离回到胞到胞质重复使用。

重复使用•第一步：不需要能量，含有第一步：不需要能量，含有NLSs的蛋白的蛋白质结合到核被膜上，但不通合到核被膜上，但不通过核孔核孔•第二步：需能第二步：需能过程，要求程，要求GTP水解水解医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜Ran蛋白在核转运过程中的作用蛋白在核转运过程中的作用医学细胞生物学A typical NLS contains several consecutive basic amino acids (the positively charged AA: Lys, Arg)Normal pyruvate kinase: Normal pyruvate kinase: in cytosolin cytosolChimeric pyruvate kinase Chimeric pyruvate kinase containing SV40 NLS: containing SV40 NLS: in nucleusin nucleus医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜•四、核四、核纤层的的结构与功能构与功能•1、核、核纤层是一是一层紧贴内核膜的内核膜的纤维蛋白网蛋白网•核核纤层蛋白蛋白ABC组成，属于中成，属于中间纤维蛋白，蛋白，在内核膜与染色体之在内核膜与染色体之间形成形成笼型网型网络•2.功能：功能：•细胞核支架胞核支架•与核膜重建及染色体凝集密切相关与核膜重建及染色体凝集密切相关•参与参与细胞核构建与胞核构建与DNA复制复制医学细胞生物学第一第一节 核膜核膜医学细胞生物学核纤层蛋白核纤层蛋白（（LaminsLamins））医学细胞生物学薄层网状结构的核纤层：薄层网状结构的核纤层：医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体“ “染色染色染色染色质质” ” 由由由由FlemmingFlemming（（（（18821882年）首次提出，是指年）首次提出，是指年）首次提出，是指年）首次提出，是指间间期期期期细细胞核内能被碱性染料着色的物胞核内能被碱性染料着色的物胞核内能被碱性染料着色的物胞核内能被碱性染料着色的物质质。

染色质和染色体是同一种物质在细胞周期不同阶染色质和染色体是同一种物质在细胞周期不同阶染色质和染色体是同一种物质在细胞周期不同阶染色质和染色体是同一种物质在细胞周期不同阶段的表现形式段的表现形式段的表现形式段的表现形式间间期期期期分裂期分裂期分裂期分裂期染色质染色质染色质染色质染色体染色体染色体染色体螺螺螺螺旋旋旋旋化化化化去去去去螺螺螺螺旋旋旋旋化化化化细细细细胞胞胞胞周周周周期期期期医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•一、染色一、染色质的的组成成分成成分（染色（染色质与染色体）与染色体）•1.DNA（（必必须的三个功能序列的三个功能序列））•端粒：富含端粒：富含G的的简单重复序列，重复序列，维持持DNA复复制的完整性和制的完整性和稳定性定性•着着丝粒：姐妹染色粒：姐妹染色单体的体的连接部位接部位•复制起始序列：多个，复制复制起始序列：多个，复制时同同时激活激活医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•2.组蛋白：蛋白：碱性蛋白碱性蛋白质•核小体核小体组蛋白蛋白:H2A,H2B,H3,H4，，高度保守高度保守，，参与构成八聚体。

参与构成八聚体•H1，具有特异性，，具有特异性，稳定核小体定核小体进出出DNA序序列•参与染色体折叠包装，保参与染色体折叠包装，保护DNA；通；通过氨基氨基酸修酸修饰调控基因控基因转录•3.非非组蛋白：蛋白： 与与DNA序列特异性序列特异性结合，合，调控控转录医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•二、常染色二、常染色质与异染色与异染色质•1.常染色常染色质•(1)概念概念概念概念: : 间期核内染色期核内染色质纤维折叠折叠压缩程度低程度低, 处于伸展于伸展状状态, 用碱性染料染色用碱性染料染色时着色着色较浅的染色浅的染色质•(2)组成成: 单一序列和中度重复序列一序列和中度重复序列•(3)DNA包装比包装比约为1/2000 1/1000•(4)并非所有基因都具有并非所有基因都具有转录活性活性,常染色常染色质状状态只是基只是基因因转录的必要条件而非充分条件的必要条件而非充分条件医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体• •2.2.异染色异染色异染色异染色质质• •(1)(1)概念概念概念概念: :间间期期期期细细胞核中胞核中胞核中胞核中, , 折叠折叠折叠折叠压缩压缩程度高程度高程度高程度高, ,处处于聚于聚于聚于聚缩缩状状状状态态的染色的染色的染色的染色质组质组分分分分• •(2)(2)类类型型型型• •组组成型异染色成型异染色成型异染色成型异染色质质(constitutive (constitutive    ) )除复制期以外除复制期以外除复制期以外除复制期以外, ,整个整个整个整个细细胞周期均胞周期均胞周期均胞周期均处处于聚于聚于聚于聚缩缩状状状状态态, ,形成多个染色中心形成多个染色中心形成多个染色中心形成多个染色中心 • •兼性异染色兼性异染色兼性异染色兼性异染色质质(facultative (facultative    ) )在某些在某些在某些在某些细细胞胞胞胞类类型或一型或一型或一型或一定的定的定的定的发发育育育育阶阶段段段段, , 原来的常染色原来的常染色原来的常染色原来的常染色质质聚聚聚聚缩缩, , 并并并并丧丧失基因失基因失基因失基因转转录录活性活性活性活性, , 变为变为异染色异染色异染色异染色质质, ,如哺乳如哺乳如哺乳如哺乳类类X X染色体失活染色体失活染色体失活染色体失活医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体The inactive X chromosome: an example of facultative heterochromatin医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体常染色质常染色质结构异染色质结构异染色质兼性异染色质兼性异染色质碱性染料染色碱性染料染色较浅较浅较深较深螺旋化程度螺旋化程度较低较低较高较高基因转录水平基因转录水平活跃活跃无无核内分布核内分布均匀，多在核中央均匀，多在核中央多位于核周近核膜处多位于核周近核膜处复制时间复制时间S期早、中期期早、中期晚复制，早聚集晚复制，早聚集DNA序列构成序列构成单一序列和中度重复单一序列和中度重复序列序列高度重复序列高度重复序列功能功能基因转录区域基因转录区域染色质高级结构形染色质高级结构形成成可与常染色质互相可与常染色质互相转化，为转录关闭转化，为转录关闭区域区域医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•三、染色三、染色质组装装为染色体染色体•1.核小体：核小体：DNA片段片段缠绕组蛋白八聚体形成蛋白八聚体形成的基本的基本结构构单位。

位医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体• •(1) (1) 核小体核小体核小体核小体单单位位位位: 200bp DNA,1: 200bp DNA,1个八聚体个八聚体个八聚体个八聚体, 1, 1分子分子分子分子H1H1• •(2) (2) 组组蛋白八聚体构成核小体的蛋白八聚体构成核小体的蛋白八聚体构成核小体的蛋白八聚体构成核小体的盘盘状核心状核心状核心状核心结结构构构构• •(3) 146bp DNA(3) 146bp DNA盘绕盘绕八聚体八聚体八聚体八聚体1.751.75圈圈圈圈, H1, H1在核心在核心在核心在核心颗颗粒外粒外粒外粒外锁锁住核小体住核小体住核小体住核小体DNADNA的的的的进进出端出端出端出端, ,稳稳定核小体定核小体定核小体定核小体• •(4) (4) 相相相相邻邻核小体核小体核小体核小体间间以以以以连连接接接接DNA DNA 相相相相连连, , 典型典型典型典型长长度度度度60bp60bp• •(5) (5) 组组蛋白与蛋白与蛋白与蛋白与DNADNA间间的相互作用无碱基序列特异性的相互作用无碱基序列特异性的相互作用无碱基序列特异性的相互作用无碱基序列特异性医学细胞生物学球状组蛋白核心球状组蛋白核心球状组蛋白核心球状组蛋白核心H4DNADNA双螺旋双螺旋双螺旋双螺旋(14(146bp6bp、、、、1.751.75圈）圈）圈）圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B 10nm连接连接连接连接DNADNA（（（（50-50-60bp60bp）））） H1 H1核核核核小小小小体体体体核心部核心部核心部核心部连接部连接部连接部连接部: : : :DNADNA分子：分子：分子：分子：14146bp6bp、、、、1.751.75圈圈圈圈组蛋白：组蛋白：组蛋白：组蛋白：2 2（（（（H2AH2A、、、、H2BH2B、、、、H3H3、、、、H4H4））））DNADNA分子：分子：分子：分子：6060bpbp八聚体八聚体八聚体八聚体核核核核小小小小体体体体核小体是染色质的基本组成单位，为染色质的一级结构。

核小体是染色质的基本组成单位，为染色质的一级结构核小体是染色质的基本组成单位，为染色质的一级结构核小体是染色质的基本组成单位，为染色质的一级结构  10nm10nm10nm10nm将DNADNADNADNA分子长度压缩分子长度压缩分子长度压缩分子长度压缩1/71/71/71/7医学细胞生物学螺螺螺螺线线管管管管是染色是染色是染色是染色质质的二的二的二的二级结级结构每6 6个核小体个核小体个核小体个核小体缠绕缠绕一圈一圈一圈一圈形成的中空性管形成的中空性管形成的中空性管形成的中空性管  外外外外30nm; 30nm;   内内内内10nm, 10nm, 组组蛋白蛋白蛋白蛋白H1H1位位位位于螺旋管内于螺旋管内于螺旋管内于螺旋管内侧侧将串珠状小体将串珠状小体将串珠状小体将串珠状小体长长度度度度压缩压缩5/65/6；；；；DNADNA分分分分子子子子长长度度度度压缩压缩1/421/42，螺，螺，螺，螺线线管即管即管即管即为为30nm30nm的染色的染色的染色的染色质纤维质纤维10nm30nm组蛋白组蛋白2 .2 .2 .2 .二级结构二级结构二级结构二级结构医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•beads on a string-nucleosome from interphase nucleus医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•螺螺线管管医学细胞生物学3.3.3.3.三级结构：三级结构：三级结构：三级结构：超螺超螺超螺超螺线线管管管管为为染色染色染色染色质质的三的三的三的三级结级结构，构，构，构，它是由螺它是由螺它是由螺它是由螺线线管管管管进进一步一步一步一步盘盘曲而形成。

曲而形成曲而形成曲而形成将螺将螺将螺将螺线线管管管管长长度度度度压缩压缩3939   4040倍超螺超螺超螺超螺线线管管管管进进一步一步一步一步折叠又被折叠又被折叠又被折叠又被压缩压缩4 4   6 6倍成倍成倍成倍成为为四四四四级结级结构构构构————染色染色染色染色单单体体体体 经过染色体的四级结构，经过染色体的四级结构，经过染色体的四级结构，经过染色体的四级结构，DNADNADNADNA分子长度压缩了分子长度压缩了分子长度压缩了分子长度压缩了8000800080008000   10000100001000010000倍4.4.4.4.四级结构：四级结构：四级结构：四级结构：医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•(1) 一一级结构构: 核小体核小体•(2) 二二级结构构:螺螺线管管(solenoid)•(3) 三三级结构构: 超螺超螺线管管(supersolenoid) •(4) 四四级结构构: 染色染色单体体(chromatid)• 7  6  40  5 •DNA →核小体核小体 →螺螺线管管 →超螺超螺线管管→染色染色单体体医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•四、染色体的形四、染色体的形态结构构•1.着着丝粒：主粒：主缢痕痕处的染色的染色质部分，部分，连接两接两个姐妹染色个姐妹染色单体，由高度重复的异染色体，由高度重复的异染色质组成。

成•动粒：主粒：主缢痕两痕两侧的特化的特化圆盘状状结构，由构，由蛋白蛋白质构成，是构成，是细胞分裂胞分裂时纺锤丝动粒微粒微管的附着部位，参与染色体向两管的附着部位，参与染色体向两级移移动•着着丝粒粒—动粒复合体：粒复合体：动粒粒结构域；中心构域；中心结构域和配构域和配对结构域医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•(1)中中 着着 丝 粒粒 染染 色色 体体(metacentric CS)•(2)亚 中中 着着 丝 粒粒 染染 色色 体体(submetacentric CS)•(3)亚 端端 着着 丝 粒粒 染染 色色 体体(subtelocentric CS)•(4)端端 着着 丝 粒粒 染染 色色 体体(telocentric CS) 医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•2.次次缢痕：除主痕：除主缢痕之外的痕之外的缢缩部位至少有一条染色体上有次少有一条染色体上有次缢痕，但并非所痕，但并非所有染色体上都有可用作有染色体上都有可用作鉴别染色体的染色体的标记•3.端粒：位于染色体两端的特化端粒：位于染色体两端的特化结构，相构，相同的短串同的短串联重复序列和蛋白重复序列和蛋白质构成。

构成维持染色体持染色体稳定与完整，参与染色体核内定与完整，参与染色体核内排布和同源染色体配排布和同源染色体配对，与衰老凋亡相，与衰老凋亡相关•4.随体：染色体末端球形或棒状随体：染色体末端球形或棒状结构，由构，由异染色异染色质构成，通构成，通过次次缢痕与主体相痕与主体相连，，是是识别染色体的重要形染色体的重要形态特征•5.核仁核仁组织区区 rRNA基因基因转录活活跃区域，与核仁形成有区域，与核仁形成有关医学细胞生物学主主主主缢缢痕痕痕痕( (初初初初级缢级缢痕痕痕痕) )次次次次缢缢痕痕痕痕着着着着丝丝粒粒粒粒短臂短臂短臂短臂（（（（p p））））长长臂臂臂臂（（（（q q））））随随随随 体体体体常染色常染色常染色常染色质质区区区区异染色异染色异染色异染色质质区区区区端粒端粒端粒端粒中期染色体的形态结构中期染色体的形态结构中期染色体的形态结构中期染色体的形态结构医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•多多线染色体：一条染色体染色体：一条染色体含有多条染色含有多条染色单体而不分体而不分离，光离，光镜下表下表现为沿染色沿染色体体纵轴一系列深浅交替的一系列深浅交替的带与与间带。

•(1)双翅目昆虫幼虫双翅目昆虫幼虫组织细胞胞•(2)来源来源: 核内有核内有丝分裂分裂•(3)带及及间带•(4)袢袢环: 基因活基因活跃转录的的形形态学学标志志 医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•灯刷染色体：同源灯刷染色体：同源染色体交叉相染色体交叉相连，，染色粒串染色粒串联为主主轴，，向两向两侧伸出成伸出成对侧环•(1)普遍普遍见于于动物卵物卵母母细胞胞•(2)来源来源: 停留在双停留在双线期的染色体期的染色体医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•五、核型与染色体五、核型与染色体带型型•核型：个体核型：个体细胞全部胞全部染色体在有染色体在有丝分裂中分裂中期的表型，包括染色期的表型，包括染色体数目、大小和形体数目、大小和形态特征医学细胞生物学第二第二节 染色染色质与染色体与染色体•带型：染色体型：染色体经特定染料染色后，沿特定染料染色后，沿长轴显示深浅各异、示深浅各异、宽窄不等的窄不等的带纹，是，是鉴别染色体和易位片段的重要手段染色体和易位片段的重要手段医学细胞生物学第三第三节 核仁核仁•一、核仁的形一、核仁的形态和化学和化学组成成•1.基因基因：：纤维中心是分中心是分布有布有rRNA基因的染色基因的染色质区区•2.转录：致密：致密纤维含有含有处于不同于不同转录阶段的段的rRNA分子分子•3.加工加工：：颗粒分子由正粒分子由正在加工和成熟的在加工和成熟的RNA及及蛋白蛋白质构成构成医学细胞生物学Ø rDNA rDNA是染色体上伸展出的是染色体上伸展出的是染色体上伸展出的是染色体上伸展出的DNADNA袢袢袢袢环环，在袢，在袢，在袢，在袢环环上上上上￿ ￿ ￿ ￿rRNArRNA基因串基因串基因串基因串联联排列，排列，排列，排列，进进行高速行高速行高速行高速转录转录，，，，产产生生生生rRNArRNA，，，，组织组织形成形成形成形成核仁。

每一个核仁每一个核仁每一个核仁每一个rRNArRNA基因的袢基因的袢基因的袢基因的袢环环称称称称为为一个一个一个一个核仁核仁核仁核仁组织组织者者者者Ø￿ ￿ ￿ ￿rRNArRNA基因通常分布于几条不同的染色体上，人基因通常分布于几条不同的染色体上，人基因通常分布于几条不同的染色体上，人基因通常分布于几条不同的染色体上，人类类rRNArRNA基因位于基因位于基因位于基因位于5 5条染色体上，即条染色体上，即条染色体上，即条染色体上，即1313、、、、1414、、、、1515、、、、2121、、、、2222号号号号染色体在二倍体的染色体在二倍体的染色体在二倍体的染色体在二倍体的4646条染色体上，就有条染色体上，就有条染色体上，就有条染色体上，就有1010条分布有条分布有条分布有条分布有rRNArRNA基因，它基因，它基因，它基因，它们们共同构成的区域称共同构成的区域称共同构成的区域称共同构成的区域称为为NORNOR核仁核仁核仁核仁组织组织区定位在核仁染色体的次区定位在核仁染色体的次区定位在核仁染色体的次区定位在核仁染色体的次缢缢痕部位痕部位痕部位痕部位核仁组织区（核仁组织区（核仁组织区（核仁组织区（NORNOR））））医学细胞生物学人人人人间间期期期期细细胞核仁胞核仁胞核仁胞核仁组组织织区含有区含有区含有区含有rRNArRNA基基基基因的因的因的因的1010个染色体袢个染色体袢个染色体袢个染色体袢环环延伸延伸延伸延伸进进入并簇集入并簇集入并簇集入并簇集在核仁在核仁在核仁在核仁（引自（引自（引自（引自AlbertsAlberts））））￿ ￿ ￿ ￿医学细胞生物学第三第三节 核仁核仁•二、核仁的功能二、核仁的功能•1.rRNA基因基因转录加加工的工的场所所•2.rRNA与核糖体蛋与核糖体蛋白白组装装医学细胞生物学第三第三节 核仁核仁•三、核仁周期三、核仁周期•与与细胞周期相关胞周期相关联，有，有丝分裂分裂时结构和功构和功能的周期性能的周期性变化化•1.变形形变小小•2.RNA合成停止，袢合成停止，袢环收收缩•3.核仁消失核仁消失•4.DNA解聚，重新解聚，重新组成前核仁体成前核仁体•5.融合融合为核仁核仁医学细胞生物学第四第四节 核骨架核骨架•一、核骨架的形一、核骨架的形态结构与化学构与化学组成成•1.形形态结构：构：细胞核内广泛分布的以胞核内广泛分布的以纤维蛋蛋白构成的交白构成的交错排列网架排列网架结构。

构•2.化学化学组成：百余种蛋白成：百余种蛋白•核基核基质蛋白蛋白•核基核基质结合蛋白合蛋白医学细胞生物学医学细胞生物学第四第四节 核骨架核骨架•二、核骨架功能二、核骨架功能•1.DNA复制的支架复制的支架•2.基因基因转录中中发挥重要作用重要作用•3.参与染色体和核膜构建参与染色体和核膜构建医学细胞生物学第五第五节 细胞核的功能胞核的功能•一、一、遗传信息存信息存储•保持保持DNA稳定定•二、二、遗传信息复制信息复制•1.多个复制起始点，双多个复制起始点，双链中一条不中一条不连续复制复制•2.需要多种需要多种酶和其他蛋白和其他蛋白质的参与的参与•3.端粒端粒酶能保持能保持DNA复制复制时染色体末端的完整染色体末端的完整性性•三、三、遗传信息的信息的转录医学细胞生物学第六第六节 细胞核与疾病胞核与疾病•一、一、细胞核形胞核形态异常与异常与肿瘤瘤•二、染色体异常与二、染色体异常与肿瘤瘤。