細(xì)胞核和染色體(6)課件

1、關(guān)于細(xì)胞核與染色體 (6)第一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu) 第二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 核被膜與核孔復(fù)合體（nuclear pore complex,NPC） 第三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、核被膜內(nèi)外兩層平行單位膜組成。每層厚約7.5nm。（一）結(jié)構(gòu)外核膜：面向胞質(zhì)，表面有核糖體，常與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連。外核膜可以看成是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的一個(gè)特化區(qū)。另外，細(xì)胞骨架成分常與外核膜相連，起著固定、網(wǎng)羅作用。內(nèi)核膜：面向核質(zhì)，有核纖層蛋白B受體。核纖層緊貼其內(nèi)表面。核周隙：內(nèi)外膜之間，寬2040nm，連通內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。核孔：內(nèi)外核膜的融合而

2、成，環(huán)狀開口，核孔周圍核膜特稱孔膜區(qū)，鑲嵌核孔復(fù)合體。含跨膜糖蛋白gp210、P62.第四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 核被膜的結(jié)構(gòu)第五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）核被膜的功能核膜成為保護(hù)性屏障, 使核處于一微環(huán)境染色體的定位和酶分子的支架基因表達(dá)的時(shí)空隔離物質(zhì)運(yùn)輸與信息交流第六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）核被膜在細(xì)胞周期中的崩解與裝配核被膜在細(xì)胞周期中發(fā)生有序的去裝配與重裝配：分裂期雙層膜崩解為單層膜泡，核孔復(fù)合體解體，核纖層去裝配；分裂末期，核被膜圍繞染色體重新形成細(xì)胞周期調(diào)控因子、RanGTP酶及結(jié)合蛋白調(diào)節(jié) 磷酸化解體，去磷酸化重建

3、。第七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月重組的新核膜來自舊核膜實(shí)驗(yàn)證據(jù)：將變形蟲培養(yǎng)在含有3H-膽堿的培養(yǎng)基中，使核被膜被標(biāo)記核移植至去核變形蟲中，追蹤觀察一個(gè)細(xì)胞周期，發(fā)現(xiàn)子代細(xì)胞核膜有放射性標(biāo)記上述單層膜泡已發(fā)現(xiàn)兩種內(nèi)核膜小囊泡含LBR（核纖層蛋白B受體）組裝時(shí)先結(jié)合染色體孔膜區(qū)小囊泡含gp210（核孔復(fù)合體特有的跨膜糖蛋白）組裝時(shí)后結(jié)合形成核孔復(fù)合體。說明核被膜的重組不是隨機(jī)的，而是具有區(qū)域特異性。第九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、核孔復(fù)合體（nuclear pore complex,NPC）由內(nèi)外兩層膜的局部融合而成

4、核孔的直徑為80-120nm。一個(gè)典型的哺乳動(dòng)物的核膜上有3000-4000個(gè)核孔,相當(dāng)于每平方微米的核膜上有10-60個(gè)。 合成功能旺盛的細(xì)胞,核孔的數(shù)量較多。第十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 掃描電鏡觀察的核孔復(fù)合物照片 第十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）NPC結(jié)構(gòu)模型 相對NPC軸心為八重對稱，相對于核膜平面不對稱，結(jié)構(gòu)進(jìn)化上高度保守。胞質(zhì)環(huán)（外環(huán)）：8條短纖維對稱分布伸向胞質(zhì)核質(zhì)環(huán)（核籃）:核籃側(cè)伸出8條纖維，周期性分布8個(gè)顆粒組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并相互交叉成網(wǎng)絡(luò)輻：分為柱狀亞單位、腔內(nèi)亞單位和環(huán)帶亞單位栓（中央顆粒）:位于核孔中心，參與核質(zhì)交換。第十二張

5、，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）NPC成份的研究 核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，統(tǒng)稱核孔蛋白（Nup）。其總相對分子質(zhì)量約為125106，推測可能含有30余種不同的多肽，共1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。gP210：N-連接糖蛋白，位于孔膜區(qū) 誘導(dǎo)內(nèi)外核膜融合成核孔 為核孔復(fù)合體裝配提供起始位點(diǎn)，將其錨定于孔膜區(qū) 參與核質(zhì)交換P62：O-連接糖蛋白 N端直接參與核質(zhì)交換； C端穩(wěn)定NPC第十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（三） NPC的功能核質(zhì)物質(zhì)交換的雙功能、雙向選擇性親水通道第十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1965年，Ccarl Feldherr 將各種不

6、同大小的金顆粒注射到變形蟲的細(xì)胞質(zhì)中，然后檢查這些顆粒進(jìn)入細(xì)胞核的情況，發(fā)現(xiàn)小的金顆粒很快進(jìn)入了細(xì)胞核，但體積越大進(jìn)入的速度就越慢，大于10nm的金顆粒就進(jìn)不了細(xì)胞核，由此推測核孔可作為水性的運(yùn)輸通道，允許小分子的物質(zhì)自由擴(kuò)散出入細(xì)胞核 核孔的被動(dòng)運(yùn)輸?shù)谑鍙?，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月通過NPC的被動(dòng)擴(kuò)散NPC是一圓形親水通道，功能直徑為9-10nm，有的可達(dá)12.5nm，長約15nm。10nm以下的物質(zhì)原則上可以自由通過。40-60103可自由穿過。第十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月通過NPC的主動(dòng)運(yùn)輸1. 對運(yùn)輸顆粒大小的限制。主動(dòng)運(yùn)輸?shù)墓δ苤睆奖缺粍?dòng)運(yùn)輸大，約

7、1020nm，甚至可達(dá)26nm，其有效直徑的大小是可調(diào)節(jié)的。 2.通過NPC的主動(dòng)運(yùn)輸是一個(gè)信號識別與載體介導(dǎo)的過程，需ATP，并表現(xiàn)飽和動(dòng)力學(xué)特征。 3.雙向運(yùn)輸親核物質(zhì)的核輸入RNA及核糖體亞單位的核輸出第十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月通過核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁疽鈭D（引自B.Talcott等，1999） （a）自由擴(kuò)散；（b）協(xié)助擴(kuò)散；（c）信號介導(dǎo)的核輸入；（d） 信號介導(dǎo)的核輸出。 第十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月親核蛋白運(yùn)輸機(jī)制 基本概念親核蛋白(karyophilic protein)核定位信號(nuclear localization sign

8、als ,NLS)核輸出信號(nuclear export signals, NES)第十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月親核蛋白親核蛋白是指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成, 然后運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)起作用的一類蛋白質(zhì)。如各種組蛋白、DNA合成酶類、RNA轉(zhuǎn)錄和加工的酶類、各種起調(diào)控作用的蛋白因子等。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸信號序列, 起蛋白質(zhì)定向、定位作用。第二十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一個(gè)被確定NLS序列的蛋白質(zhì)是SV40的T抗原。其野生型氨基酸序列為Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val。典型的NLS是一個(gè)短肽，由4個(gè)氨基酸殘基組成，富含帶正電荷的Lys和Arg

9、，通常還有Pro。不同的NLS尚未發(fā)現(xiàn)共同的特征序列。NLS序列可定位在親核蛋白的不同部位，連續(xù)也可分散存在。入核信號是蛋白質(zhì)的永久性部分,在引導(dǎo)入核過程中,并不被切除, 可以反復(fù)使用, 有利于細(xì)胞分裂后核蛋白重新入核。核定位信號(nuclear localization signal, NLS)第二十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核定位信號第二十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核定位信號 第二十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月親核蛋白核輸入示意 NLS被磷酸化或蛋白質(zhì)與胞質(zhì)滯留因子（細(xì)胞骨架）結(jié)合都可導(dǎo)致親和蛋白不能入核。第二十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)

10、作于2022年6月爪蟾卵母細(xì)胞核質(zhì)蛋白注射實(shí)驗(yàn)第二十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核輸出信號(nuclear expotr-signal,NES) 作為核內(nèi)物質(zhì)輸出細(xì)胞核的信號，幫助核內(nèi)的某些分子迅速通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。另外, 有些蛋白并非是核內(nèi)常駐人口, 通常要往返于核質(zhì)和胞質(zhì)之間, 這些穿梭蛋白既有NLS又有NES 第二十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核內(nèi)蛋白質(zhì)的輸出第二十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA及核糖體亞單位的核輸出載體介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸需分子伴侶參與存在核輸出信號（NES）rRNA，以RNP形式輸出（RNApolymerase I）5S

11、 rRNA、 tRNA由蛋白質(zhì)介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn) （RNApolymerase III）hnRNA加工后，以成熟的mRNA形式出核 （RNApolymerase II） 5端具有m7 GpppG帽子結(jié)構(gòu)時(shí), 即被定位于細(xì)胞質(zhì), 而沒有帽子結(jié)構(gòu)則定位在細(xì)胞核。 第二十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核纖層分布于內(nèi)核膜與染色質(zhì)之間緊貼內(nèi)核膜的一層蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由一層特殊的中間纖維呈正交網(wǎng)絡(luò)組成，切面觀呈片層結(jié)構(gòu)，整體觀呈球形結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為，核纖層為核膜及染色質(zhì)提供結(jié)構(gòu)支架，維持核孔的位置和核被膜的形狀，并介導(dǎo)核膜與染色質(zhì)之間的相互作用。核纖層是一種高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)。核纖層在細(xì)胞的有絲分裂中和核被膜

12、的崩解與重組密切相關(guān)。第二十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 核仁（Nucleolus） 真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，單一或多個(gè)球形小體；高度動(dòng)態(tài)，核仁周期，隨有絲分裂，周期性消失與重建 ；多樣性 大小、形狀、數(shù)目隨生物種類、細(xì)胞類型和代謝狀態(tài)而變化。第三十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、核仁的超微結(jié)構(gòu)1、纖維中心2、致密纖維組分3、顆粒組分4、核仁相隨染色質(zhì)5、核仁基質(zhì)/骨架第三十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、核仁形態(tài)纖維中心(fibrill

13、ar centers，F(xiàn)C)：是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)淺染、低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)小島，主要成分為rDNA、RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄因子，是rDNA儲存位點(diǎn)。真核生物5SrRNA基因不定位在NOR。嗜銀蛋白與rDNA結(jié)合起調(diào)節(jié)作用。致密纖維組分(dense fibrillar component，DFC)：呈環(huán)形或半月形包圍FC，實(shí)驗(yàn)證明rRNA以最高電子密度出現(xiàn)在密集纖維區(qū)，因此認(rèn)為該區(qū)是rRNA轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域，加工。特異結(jié)合蛋白fibrillarin、核仁素、Ag-NOR蛋白。第三十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、核仁形態(tài)顆粒組分(granular component，GC)：

14、代謝細(xì)胞主要結(jié)構(gòu)。由直徑15-20 nm的高電子密度顆粒構(gòu)成，主要成分是RNA和蛋白質(zhì)，是不同加工階段的RNP。核糖體亞單位裝配、成熟和存儲位點(diǎn)。核仁基質(zhì)（nuclelous matrix):為無定形的蛋白質(zhì)性液態(tài)物質(zhì)，電子密度低，是上述三種組分的結(jié)構(gòu)環(huán)境。第三十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核仁周邊染色質(zhì)(NAC) ：包圍在核仁周圍的染色質(zhì)，高度螺旋，屬異染色質(zhì)。核仁內(nèi)染色質(zhì)(INC) ： 伸入核仁內(nèi)的染色質(zhì)，處于非螺旋狀態(tài)，屬常染色質(zhì)，載有rRNA基因（rDNA），此段DNA稱核仁組織者（NO）它是形成核仁的部位。核仁相隨染色質(zhì)第三十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6

15、月rDNA成簇串聯(lián)排列在核仁內(nèi)染色質(zhì)DNA袢環(huán)，為合成rRNA提供模板。形成纖維中心。rRNA基因高速轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生大量的rRNA 形成致密纖維部分rRNA經(jīng)加工與來自細(xì)胞質(zhì)的蛋白質(zhì)組裝成核糖體亞基前體顆粒，形成核仁的顆粒組分 核糖體形成的空間順序是：纖維中心 致密纖維組分 顆粒組分第三十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核仁組織區(qū)（NOR）：nucleolar-organizer region人類有5對染色體上存在核仁組織區(qū)，它們都是短臂上帶有隨體的染色體（D組：13、14、15；G組：21、22）這些染色體稱核仁組織者染色體。其短臂末端與隨體之間有染色質(zhì)細(xì)絲相連（DNA袢環(huán)），上含轉(zhuǎn)

16、錄rRNA基因它可指導(dǎo)rRNA的合成。核膜核仁含有rDNA的10個(gè)伸展的間期染色體袢環(huán)進(jìn)入核仁中機(jī)械剪切體外分離的含有不完整染色體袢環(huán)的核仁第三十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、核 仁 的 功 能-核糖體的生物發(fā)生1.rRNA基因的轉(zhuǎn)錄2. rRNA前體加工和核糖體亞單位的組裝3.mRNA的輸出與降解第三十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5SrRNA基因是串聯(lián)重復(fù)的多拷貝基因集中于核仁區(qū)。人的一個(gè)單倍基因組中約有200個(gè)拷貝，rDNA沒有組蛋白核心，是裸露的DNA節(jié)段，相鄰基因之間為非轉(zhuǎn)錄的間隔DNA。定位核仁外第四十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月rDN

17、ArRNA轉(zhuǎn)錄單位3nm間隔片段轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn)RNA聚合酶蛋白質(zhì)顆粒轉(zhuǎn)錄時(shí)，RNA聚合酶沿DNA分子排列，此酶由基因頭端向末端移動(dòng)，轉(zhuǎn)錄好的rRNA分子從聚合酶處伸出，愈近末端愈長，從左右兩側(cè)均可伸出，呈圣誕樹樣結(jié)構(gòu)。第四十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月圣誕樹樣結(jié)構(gòu)第四十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月rDNA45SrRNA蛋白質(zhì)RNP18SrRNA28SrRNA40S小亞單位5.8SrRNA5SrRNA核仁外DNA60S大亞單位33種蛋白質(zhì)49種蛋白質(zhì)核孔第四十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月45SrRNA合成后與來自細(xì)胞質(zhì)的近80多種蛋白質(zhì)結(jié)合成80S的RNP顆粒，在加工成熟過程丟失一部分RNA和蛋白質(zhì)，形成核糖體大、小亞基的前體。小亞基前體含18SrRNA和33種蛋白質(zhì)；大亞基前體含5.8S、28S、5SrRNA與49種蛋白質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中組裝成成熟核糖體第四十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2