11--12細胞核1-36(1)

1、細胞核(nucleus),細胞生物學(xué)及遺傳學(xué)教研室 蒲淑萍2012年4月,細胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心；真核細胞的重要標(biāo)志；其結(jié)構(gòu)和功能異常經(jīng)常會導(dǎo)致各種疾病。,間期核,核被膜染色質(zhì)核仁核基質(zhì)(核骨架),,。常以核質(zhì)比(核質(zhì)指數(shù)，NP)來估算核的大小。一般來說，正常細胞NP≈0.3-0.5，分裂期細胞NP>0.5，衰老細胞NP<0.5，腫瘤細胞=1。,核被膜 (nuclear envelop),,一、結(jié)構(gòu)組成,雙

2、層膜核周間隙核孔復(fù)合體(nuclear pore complex，NPC),外核膜與rER相連內(nèi)核膜內(nèi)表面有核纖層(主要成分是核纖層蛋白lamin),,,,,,,,,,,核被膜的TEM照片,核被膜的結(jié)構(gòu),1.核纖層(nuclear lamina) (p146),,核纖層蛋白與核膜的解聚和重組,核被膜在細胞有絲分裂中有規(guī)律地解體與重建 其動態(tài)變化受細胞周期調(diào)控因子(MPF等)的調(diào)節(jié)，與核纖層蛋白、核孔復(fù)合

3、體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。,2.核孔復(fù)合體 結(jié)構(gòu)模型：fish-trap,?胞質(zhì)環(huán)、8條纖維及顆粒?核質(zhì)環(huán)、8條纖維形成核藍?輻?中央栓,Cytoplasmic face, cytoplasmic particles,Nuclear face,basket inner complex,,1. 區(qū)域化作用 構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障—— ?避免核質(zhì)間生命活動的彼此干擾； ?保護核內(nèi)DNA不受損傷。

4、2. 核質(zhì)之間的物質(zhì)流與信息流,二、核被膜的主要功能,(1)通過核孔復(fù)合體的被動運輸,離子、小分子(＜5kD)及直徑＜10nm的物質(zhì)可自由通過。,(2)通過核孔復(fù)合體的主動運輸,①具有高度的選擇性，并且是雙向的?對運輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被 調(diào)節(jié)約9～20nm，甚至可達26nm 。?是一個信號識別與受體介導(dǎo)的過程，耗能。?核輸入與核輸出。,?親核蛋白(入核蛋白)?核定位序列(nuclear localizat

5、ion sequence，NLS)或核輸入信號 (nuclear import signal)：引導(dǎo)蛋白質(zhì)進入細胞核的一段4-8個氨基酸的信號序列，富含帶正電荷的賴氨酸和精氨酸，一般還含有脯氨酸。受體為importin。?核輸出信號(nuclear export signal，NES)：引導(dǎo)RNA、RNP如核糖體亞基等輸出細胞核，受體為exportin。,②核蛋白質(zhì)的運輸,爪蟾卵母細胞核質(zhì)蛋白注射實驗,第一個被確定的NLS是猴腎病毒（

6、SV40）的T抗原,小核RNA(snRNA)是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中RNA剪接體（spilceosome）的主要成分，參與mRNA前體的加工過程。在天然狀態(tài)下它們均與蛋白質(zhì)相結(jié)合，稱為snRNP。,,,,,3. 合成生物大分子4.在細胞分裂中參與染色體的定位與分離,染色質(zhì)和染色體 (chromatin and chromasome),DNA少量RNA組蛋白(histone)非組蛋白(nonhistone),,,一、化學(xué)

7、組成,DNP(核蛋白),?3種序列：①單一序列；②中度重復(fù)序列（101~5）；③高度重復(fù)序列（>105）。?3種構(gòu)型：①B-DNA；② A-DNA；③ Z-DNA。?3種關(guān)鍵序列： (p154)①復(fù)制源序列②著絲粒序列③端粒序列 ?酵母人工染色體(YAC )：含上述3種成分，可用于轉(zhuǎn)基因等研究。,1. 染色體（質(zhì)）DNA,Three DNA conformations,B型DNA(右手雙螺旋DNA)，活性最高的

8、DNA構(gòu)象； A型DNA，B型DNA的重要變構(gòu)形式，仍有活性； Z型DNA，左手螺旋，B型DNA的另一種變構(gòu)形式，活性明顯降低。,2. histone non-histone,①H1、核小體組蛋白（H2A、H2B、H3、H4），富含帶正電荷的Arg、Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白②H1具種屬和組織特異性。核小體組蛋白在進化上高度保守③可與帶負電荷的DNA結(jié)合，并抑制其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄,①富含帶負電荷的Asp、G

9、lu等酸性氨基酸，屬酸性蛋白②有種屬和組織特異性③能識別特異的DNA序列，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白④具有多種功能，包括幫助DNA折疊；協(xié)助DNA復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達,,,,二、染色質(zhì)和染色體的亞微結(jié)構(gòu),1. 核小體 (nuclesome) ：直徑10nm，包括200bpDNA、組蛋白八聚體及一分子H1。,核心：(H2A、H2B、H3、H4)×2， 146bpDNA纏繞1.75圈連接DNA(60

10、bp)，結(jié)合H1,→核小體鏈(串珠鏈)，染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。,,2. 染色體支架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型(袢環(huán)模型),1) 核小體鏈2) 螺線管：6個核小體繞成一個螺旋，外徑30nm，內(nèi)徑10nm。染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 。 3) 袢環(huán)：直徑300nm，螺線管折疊形成，其基部與非組蛋白的染色體縱軸連接。染色質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)。4) 微帶：每18個袢環(huán)呈放射平面排列繞成。染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)或四級結(jié)構(gòu)。5) 染色單體：直徑700nm，每一個單體約含

11、106個微帶?！鶧NA鏈被壓縮近10000倍,solenoid,示螺線管結(jié)構(gòu),電鏡下的30nm和10nm染色質(zhì)纖維,(染色體縱軸或支架),HeLa細胞中期的染色體骨架（DNA放射環(huán)的根部結(jié)合在染色體骨架上）,?核骨架或核基質(zhì) (nuclear matrix)與核纖層、胞質(zhì)中間纖維相互連接形成貫穿于核與質(zhì)的一個獨立結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。其主要成分是由非組蛋白的纖維蛋白構(gòu)成的。?一般認為核骨架與染色體骨架為同一類物質(zhì)，30nm的染色質(zhì)纖

12、維就是結(jié)合在核骨架上，形成放射環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，在分裂期進一步包裝成光學(xué)顯微鏡下可見的染色體。,(p147),染色體支架,,袢環(huán)（直徑30nm螺旋管）,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,,微 帶,一條染色單體約有106個微帶。,染色單體,著絲點,,著絲點絲,,,三、常染色質(zhì)(euchromatin)和異染色質(zhì)(heterochromatin),位于核中央，有一部分伸入核仁為核仁內(nèi)染色

13、質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，直徑10nm，著色淺早復(fù)制(S期早、中期)可轉(zhuǎn)錄，參與蛋白質(zhì)合成,緊貼核纖層內(nèi)面，也伸入核仁為核仁周圍染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密， 直徑＞30nm，著色深晚復(fù)制(S期晚期)，早凝縮(異固縮現(xiàn)象)一般無轉(zhuǎn)錄活性,,結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)：位于染色體端粒、著絲粒、次鎰痕處，終生為異染色質(zhì)。兼性異染色質(zhì)：在某些細胞類型或一定的發(fā)育階段，可為常染色質(zhì)或異染色質(zhì)。,①雌性哺乳類體細胞核內(nèi)，胚胎發(fā)育前16-18天，兩條X染色體都有轉(zhuǎn)錄活性。

14、②之后，其中一條X染色體異染色質(zhì)化(異固縮)，失活。③實現(xiàn)劑量補償，如G6PD基因，位Xq28。④染色質(zhì)通過緊密折疊壓縮可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。,X染色質(zhì)(barr body，巴氏小體)：,,,熒光原位雜交顯示的著絲粒衛(wèi)星DNA和端粒,,barr body,,多形核白細胞的核內(nèi)，X染色質(zhì)形成特殊的“鼓槌”結(jié)構(gòu)。,,口腔粘膜上皮細胞中，X染色質(zhì)緊貼在細胞核膜內(nèi)表面，深染。,,,,兼性異染色質(zhì)：,如血紅蛋白β鏈基因在胎兒期是異染色

15、質(zhì)，在成人期是常染色質(zhì)。血紅蛋白基因在紅細胞中是常染色質(zhì)，在其它細胞中是異染色質(zhì)。,四、中期染色體 (p153),,次縊痕,,姐妹染色單體,,,染色體的四種類型,核仁組織區(qū)： 控制間期核仁形成的染色質(zhì)部分，即rRNA基因(rDNA)，位于有隨體染色體(人類13、14、15、21、22號)的次縊痕處。 （p154）,關(guān)于PBL,1.請你設(shè)計離體實驗證明信號肽、SRP和SRP受體(DP)的功能。2.總結(jié)信號序列在