细胞生物学笔记2.doc

第八章 细胞核(nucleus)与染色体(chromosome)第一节 核被膜与核孔复合体一、核被膜二、核孔复合体第二节 染色质一、染色质是细胞生命活动的基础二、染色质DNA三、染色质蛋白质四、染色质的基本结构单位——核小体五、染色质包装的结构模型六、常染色质和异染色质第三节 染色质结构与基因活化一、活性染色质和非活性染色质二、染色质的活化与基因激活第四节 染色体一、中期染色体的形态结构二、染色体DNA的3种功能元件三、核型与染色体显带四、巨大染色体（多线染色体和灯刷染色体）第五节 核 仁一、核仁的超微结构二、核仁的功能三、核仁周期四、亚核结构（核体）第六节 核基质1、核被膜● 结构组成 ● 核被膜的功能 ● 核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建 结构组成ü 外核膜（outer nuclear membrane），通常附有核糖体颗粒，且常常与糙面内质网（rER）相连，使核周隙与内质网腔彼此相通ü 内核膜（inner nuclear membrane），表面光滑，无核糖体附着，但内表面附着有致密的核纤层和特有蛋白质成分【如核纤层蛋白B受体（LBR）】 ü 核纤层（nuclear lamina）ü 核周间隙（perinuclear space）ü 核孔（nuclear pore） 与孔膜区核被膜的功能 u构成核、质之间的天然选择性屏障 ²避免生命活动的彼此干扰 ²保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤 u核质之间的物质交换与信息交流 核被膜在细胞在有丝分裂中有规律地解体与重建u 新核膜来自旧核膜u 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性（domain-specific）。

u 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配体系提供了实验模型◆ 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节，调节作用可 能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关 2、核孔复合体（nuclear pore complex, NPC）●结构模型 ●核孔复合体成份的研究 ●核孔复合体的功能： « 核孔复合体成份的研究 核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相对分子质量约为125×106，推测可能含有100余种不同的多肽，共1 000多个蛋白质分子 u gp210：结构性跨膜蛋白 u p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域gp210：结构性跨膜蛋白² 介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在“孔膜区”，从而为核孔复合体装配提供一个起始位点；² 在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用；² 在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域² 疏水性N端区：可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换；² C端区：可能通过与其它核孔复合体蛋白相互作用，从而将p62分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。

« 结构模型 u 胞质环（cytoplasmic ring），外环，环上有8条短纤维伸向胞质； u 核质环（nuclear ring），内环，环上也有8根较长纤维（50－70nm）的纤维伸入核内，并在末端连接一个直径60nm的小环（8个颗粒组成）——核篮； u 辐（spoke） ²柱状亚单位（column subunit） 位于核孔边缘，连 接内外环，支撑作用； ²腔内亚单位(luminal subunit) 伸入核间腔； ²环带亚单位（annular subunit） 在柱状亚单位之 内，靠近NPC中心 u 中央栓（central plug）：中央颗粒，位于核孔中央与物质运输有关，又称transporter« 核孔复合体的功能u核质交换的双向性选择性亲水通道 双功能：被动扩散和主动运输； 双向性：核→质；质→核 u通过核孔复合体的主动运输 u亲核蛋白与核定位信号 u转录产物RNA的核输出 4、亲核蛋白入核转运的步骤²结合：需NLS识别并结合importin；²转运：需GTP水解提供能量Ⅰ、结合（binding）——亲核蛋白首先结合到NPC的胞质面，依赖NLS； Ⅱ、亲核蛋白与importinα/importinβ形成转运复合物； Ⅲ、转运复合物和NPC的胞质纤维结合； Ⅳ、NPC改变构象，转运复合体从胞质面被转到核质面； Ⅴ、转运复合体与Ran-GTP结合，导致复合体解散，亲核蛋白释放； Ⅵ、亚基和Ran-GTP返回胞质， Ran-GTP水解成Ran-GDP，并与inprotinβ解离， Ran-GDP返回核内，转换成Ran-GTP 5、转录产物RNA的核输出转录后的RNA通常需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。

² RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核，需要能量；² RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核输出由蛋白质介导；² RNA 聚合酶II转录的hn RNA，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，5’端的m7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的；² 细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运，也有负调控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体(spliceosome)有关² mRNA的出核转运过程是有极性的，其5’端在前，3’端在后² 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² 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1、通过NPC的被动扩散NPC作为亲水通道（有效直径9～10nm），离子、小分子、直径10nm以下的物质理论上都可自由通过；-物质的扩散速度和分子大小成反比；并非所有的小分子都能经过NPC运输，如有的蛋白的运输需要信号序列；有的被限制在细胞核或者细胞质内不能移动2、通过核孔复合体的主动运输 生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的主动运输完成的，具有高度的选择性，并且是双向的。

选择性表现在以下三个方面：² 对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被调节约10～20nm，甚至可达26nm， ² 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征；² 主动运输具有双向性，即核输入与核输出 3、亲核蛋白与核定位信号²亲核蛋白（karyophilic protein） 在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质²核定位信号 (nuclear localization signal，NLS)— NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有Pro；— NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（T抗原），也可以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基（核质蛋白）；— NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导完成核输入后并不被切除；— NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件3、染 色 质 一、染色质的概念及化学组成 二、染色质的基本结构单位—核小体(nucleosome) 三、染色质包装的结构模型 四、常染色质和异染色质一、染色质的概念及化学组成1、染色质概念 ◆ 染色质（chromatin）:指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式。

◆ 染色体(chromosome): 指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构；² 染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构；² 染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同,构象不同2、染色体DNAu 基因组（genome） ²概念 凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是DNA在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子；一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组 ²基因组大小通常随物种的复杂性而增加 ²基因组中两类遗传信息：编码序列 和 调控序列 ；u DNA分子一级结构具有多样性² 蛋白质编码序列 DNA² 编码rRNA、tRNA、snRNA和组蛋白的串联重复DNA序列² 含重复序列的DNA — 简单序列DNA；— 散在重复序列ü DNA转座子，LRT反转座子，非LRT反转座子，假基因等；ü 非LRT反转座子又分为：短散在元件和长散在元件；²高度重复DNA序列 — 卫星DNA，主要分布在染色体着丝粒部位；— 小卫星DNA，又称数量可变的的串联重复序列，常用于DNA指纹技术作个体鉴定；— 微卫星DNA重复单位序列最短，具高度多态性，在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。

uDNA二级结构具有多形性(polymorphism)²三种构型DNA：—B型DNA（右手双螺旋DNA）；活性最高的DNA构象；—A型DNA，B型DNA的重要变构形式，仍有活性；—Z型DNA，Z型DNA是左手螺旋，B型DNA的另一种变构形式，活性明显降低uDNA构型的生物学意义 — 沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中起关键作用基因表达调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧脸与沟中碱基对两侧潜在的氢原子供体（=NH）或受体（O和N）形成氢键而识别DNA 遗传信息的— 沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别— 三种构型的DNA处于动态转变之中— DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，这种变化在DNA复制与转录中具有重要的生物学意义 3、染色体蛋白质 ：负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读组蛋白(histone)² 核小体组蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构² H1组蛋白：在构成核小体时H1起连接作用, 它赋予染色质以极性² 特点：—真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）；—没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。

非组蛋白特点：² 非组蛋白具多样性和异质性；² 对DNA具有识别特异性，又称序列特异性； 均为DNA结合蛋白，结合位点在大沟内，依靠氢键和离子键结合的序列。