医学细胞遗传学课件2014-细胞基本结构3

细胞的基本结构细胞的基本结构3细胞核细胞核nucleusnthe largest organelle in eukaryotic cells,surrounded by two double membranenit contains the cells hereditary information and controls the cells growth and reproduction.n形态体积形态体积n数目位置数目位置n间期细胞核的主要结构包括：核膜（间期细胞核的主要结构包括：核膜（nuclear membrane）、核仁（）、核仁（nucleolus）、核基质）、核基质（nuclear matrix）、染色质（）、染色质（chromatin）n分裂期细胞核崩解，无完整结构。分裂期细胞核崩解，无完整结构。核膜核膜（nuclear membrane）n包在核外的双层膜结构，是内膜系统的一部分，包在核外的双层膜结构，是内膜系统的一部分，将将DNA与细胞质分隔开，保护与细胞质分隔开，保护DNA分子免受损伤；分子免受损伤；使使 DNA的复制和的复制和RNA的翻译表达分隔开；此外它的翻译表达分隔开；此外它还是物质交换的通道。还是物质交换的通道。n核膜的外膜与内质网相核膜的外膜与内质网相连，外表面附着有核糖连，外表面附着有核糖体，还附着有中间纤维。体，还附着有中间纤维。n内外膜之间的核周间隙内外膜之间的核周间隙（perinuclear space）与内质网腔连通，内膜与内质网腔连通，内膜则和核膜内侧的核纤层则和核膜内侧的核纤层相互关联。相互关联。n内外膜在很多处相互融合连同，在这些地内外膜在很多处相互融合连同，在这些地方形成了内外相通的核孔（方形成了内外相通的核孔（nuclear pore）。）。n电镜下核孔电镜下核孔呈圆形或八呈圆形或八角形，是由角形，是由多个蛋白质多个蛋白质颗粒排列成颗粒排列成的复合体，的复合体，其中央是含其中央是含水通道。水通道。n核纤层（核纤层（nuclear lamina）是由纤层蛋）是由纤层蛋白白()组成的网络状结组成的网络状结构，能保持核膜的形构，能保持核膜的形态与核孔复合体的位态与核孔复合体的位置；蛋白形成的网络置；蛋白形成的网络还可以和染色质结合，还可以和染色质结合，提供附着点。提供附着点。n细胞分裂时，纤层蛋白被磷酸化，发生解聚，核细胞分裂时，纤层蛋白被磷酸化，发生解聚，核膜随之崩解。膜随之崩解。染色质染色质/染色体染色体n由由DNA、RNA、蛋白质组成，易被碱性染、蛋白质组成，易被碱性染料染色。间期时染色质成细丝状，弥散；料染色。间期时染色质成细丝状，弥散；细胞分裂时则高度凝缩形成染色体细胞分裂时则高度凝缩形成染色体（chromosome）。）。n组蛋白：属碱性蛋白，富含带正电荷的精组蛋白：属碱性蛋白，富含带正电荷的精氨酸和赖氨酸，分氨酸和赖氨酸，分H1、H2A、H2B、H3、H4五种，与带负电荷的五种，与带负电荷的DNA紧密结合，构紧密结合，构成染色质，抑制成染色质，抑制DNA的复制与转录。的复制与转录。n非组蛋白非组蛋白（酶蛋白、结构蛋白、调控蛋白）（酶蛋白、结构蛋白、调控蛋白）：属酸：属酸性蛋白，带负电荷，富含天冬氨酸、谷氨性蛋白，带负电荷，富含天冬氨酸、谷氨酸。多数非组蛋白能识别特异性的酸。多数非组蛋白能识别特异性的DNA序序列，控制基因复制与转录，调节基因表达。列，控制基因复制与转录，调节基因表达。染色质的结构染色质的结构n核小体（核小体（nucleosome）：染色质的基本结构单位。：染色质的基本结构单位。染色体的组装染色体的组装n30nm的染色质纤维（即螺线管的染色质纤维（即螺线管solenoid）折叠为一系列的袢环（折叠为一系列的袢环（loop）结合在由非）结合在由非组蛋白构成的染色体骨架（组蛋白构成的染色体骨架（chromosome scaffold）上）上 微带微带 染色单体染色单体n有丝分裂结束后，大部分染色质会恢复到有丝分裂结束后，大部分染色质会恢复到间期的弥散状态，但仍有少量染色质保持间期的弥散状态，但仍有少量染色质保持凝缩状态。根据间期时染色质折叠压缩及凝缩状态。根据间期时染色质折叠压缩及形态功能的不同可分为异染色质形态功能的不同可分为异染色质（heterochromatin）和常染色质）和常染色质（euchromatin）。）。n常染色质能进行活跃复制转录，呈疏松状常染色质能进行活跃复制转录，呈疏松状态，碱性染料染色后着色较浅，有时以袢态，碱性染料染色后着色较浅，有时以袢环形式伸入核仁。环形式伸入核仁。n异染色质在间期的细胞核中处于高度缠绕异染色质在间期的细胞核中处于高度缠绕的凝缩状态，无转录活性，碱性染料染色的凝缩状态，无转录活性，碱性染料染色后着色较深，多靠近核膜内表面。后着色较深，多靠近核膜内表面。常染色质与异染色质的特性比较常染色质与异染色质的特性比较特征特征常染色质常染色质异染色质异染色质数量分布数量分布一一般般占占染染色色体体的的极极大大部分部分一一般般占占染染色色体体的的少少部部分分,位位于于着着丝丝粒粒区区、端端粒粒、核核仁仁形形成成区区，染染色色体体的的中中间间、末末端端及及整整个个染染色体臂色体臂染色反应染色反应正常染色反应正常染色反应特有染色反应特有染色反应DNA 复制正常复制正常复制晚复制晚复制凝缩程度凝缩程度折叠疏松折叠疏松折叠紧密折叠紧密固缩行为固缩行为间间期期解解螺螺旋旋，分分裂裂时时形形成成螺旋，分裂中期达到高峰螺旋，分裂中期达到高峰异固缩（正、负异固缩）异固缩（正、负异固缩）组成特性组成特性含含单单一一和和重重复复序序列列，能进行转录能进行转录组组成成性性异异染染色色质质含含重重复复和和非非重重复复DNADNA，不不转转录录；兼兼性性异异染染色色质质含有活动基因，有转录活性含有活动基因，有转录活性化学性质化学性质无差别无差别无差别无差别染色体形态结构染色体形态结构n中期时染色体形态比较稳定，是观察染色中期时染色体形态比较稳定，是观察染色体形态和计数的最佳时期。体形态和计数的最佳时期。着丝粒着丝粒centromere主缢痕主缢痕primary constriction动粒动粒kinetochore副缢痕副缢痕secondary constriction随体随体satellite端粒端粒telomere核仁组织区核仁组织区nucleolar organizing region，NOR动粒（动粒（kinetochore）人类染色体人类染色体 核型（核型（karyotype）图）图 核仁核仁nucleolusn位于间期的细胞核内，呈球形，数目、位位于间期的细胞核内，呈球形，数目、位置、大小不固定，随细胞种类和功能而异。置、大小不固定，随细胞种类和功能而异。n动态，周期性出现（核仁周期）动态，周期性出现（核仁周期）n核仁由核仁组织区（核仁由核仁组织区（nucleolar organizing region，NOR）组织形成，核仁的主要功）组织形成，核仁的主要功能是转录合成能是转录合成rRNA和装配核糖体亚单位。和装配核糖体亚单位。核仁的结构核仁的结构n核仁呈裸露的海绵状，有核仁呈裸露的海绵状，有4部分基本结构：部分基本结构：n核仁相随染色质：核仁相随染色质：核仁内染色质核仁内染色质-电电镜下核仁中央的低镜下核仁中央的低密度浅染区，由人密度浅染区，由人13、14、15、21、22号染色体伸出的号染色体伸出的编码编码rRNA基因的基因的袢环构成（袢环构成（NOR）。）。n纤维结构：由纤维结构：由rRNA、核糖体蛋白和少量、核糖体蛋白和少量RNA结结合蛋白构成的致密网架结构。合蛋白构成的致密网架结构。n颗粒成分：位于纤维结构外侧，可能是不同加工颗粒成分：位于纤维结构外侧，可能是不同加工和成熟阶段的核糖体亚基前体。和成熟阶段的核糖体亚基前体。n核仁基质核仁基质n核仁周期：核仁的结构呈周期性动态变化。核仁周期：核仁的结构呈周期性动态变化。n核仁的主要功能是转录合成核仁的主要功能是转录合成rRNA和装配核糖体亚和装配核糖体亚单位。单位。n核基质核基质(核骨架核骨架nuclear skeleton)：指除核：指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的由纤被膜、染色质、核纤层及核仁以外的由纤维蛋白组成的核内网架体系维蛋白组成的核内网架体系。与细胞骨架与细胞骨架相连，和相连，和DNA复制，复制，RNA转录和加工，染转录和加工，染色体组装等活动相关。色体组装等活动相关。n分布于细胞外空间的纤维网络结构体系。分布于细胞外空间的纤维网络结构体系。n主要成分是蛋白和多糖，由细胞合成，并主要成分是蛋白和多糖，由细胞合成，并分泌到胞外。分泌到胞外。细胞外基质（细胞外基质（extracellular matrix，ECM）nCell tissuenECM 可分为可分为3大类基本物质：大类基本物质：胶原胶原、弹性蛋白弹性蛋白非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白（纤连蛋白（纤连蛋白、层粘连蛋白）、层粘连蛋白）氨基聚糖氨基聚糖、蛋白聚糖蛋白聚糖胶原胶原collagen nCollagen are the most abundant proteins found in the animals.It is the major protein comprising the ECM.胶原的结构胶原的结构n各类胶原的基本结构都是由三条肽链组成三股螺各类胶原的基本结构都是由三条肽链组成三股螺旋结构（原胶原旋结构（原胶原），然后相互间有序排列，侧向），然后相互间有序排列，侧向共价结合，彼此交联聚合形成胶原原纤维。共价结合，彼此交联聚合形成胶原原纤维。胶原的结构胶原的结构n型胶原的原胶原由三条型胶原的原胶原由三条链组成。链组成。n每条链由重复的每条链由重复的Gly-X-Y序列构成序列构成使多肽链卷曲为使多肽链卷曲为左手螺旋，每圈含左手螺旋，每圈含3个氨个氨基酸残基。基酸残基。n三股三股螺旋相互盘绕成右螺旋相互盘绕成右手超螺旋，即原胶原。手超螺旋，即原胶原。n原胶原分子间通过侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸原胶原分子间通过侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基共价交联形成链间氢键。相互呈阶梯式有序残基共价交联形成链间氢键。相互呈阶梯式有序排列，排列，聚合成直径不同、长度不等的原纤维。聚合成直径不同、长度不等的原纤维。胶原的合成胶原的合成n链最初在链最初在RER翻译合成，肽链翻译合成，肽链N端、端、C端端各具有一段不含各具有一段不含Gly-X-Y序列的前肽，称为序列的前肽，称为前前链。链。胶原的合成胶原的合成nC端前肽借二硫键形成链间交联，使三条前端前肽借二硫键形成链间交联，使三条前链链“对齐对齐”排列。排列。n从从C端向端向N端自发聚合，形成三股螺旋结构。前肽端自发聚合，形成三股螺旋结构。前肽部分则呈非螺旋卷曲。带有前肽的三股螺旋胶原部分则呈非螺旋卷曲。带有前肽的三股螺旋胶原分子称为前胶原（分子称为前胶原（procollagen），被分泌囊泡运），被分泌囊泡运到细胞外。到细胞外。胶原的合成胶原的合成n前肽的存在，保证了前胶原在运出细胞前不会先前肽的存在，保证了前胶原在运出细胞前不会先行组装成原纤维。行组装成原纤维。n细胞外的特异性前胶原肽酶水解前肽结构，形成细胞外的特异性前胶原肽酶水解前肽结构，形成原胶原，然后交联聚合形成胶原原纤维。原胶原，然后交联聚合形成胶原原纤维。n原胶原两端保留有非螺旋的端肽区。原胶原两端保留有非螺旋的端肽区。胶原的合成胶原的合成n胶原原纤维集合成束，形成胶原纤维。胶原原纤维集合成束，形成胶原纤维。n胶原蛋白在内质网和高尔基体中进行了羟胶原蛋白在内质网和高尔基体中进行了羟基化和糖基化修饰，到细胞外在酶作用下基化和糖基化修饰，到细胞外在酶作用下端肽区侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基端肽区侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基交联形成链间氢键，有助于三股超螺旋结交联形成链间氢键，有助于三股超螺旋结构的稳固。构的稳固。n胶原变性后不能自然复性重新形成三股螺胶原变性后不能自然复性重新形成三股螺旋结构，