第八章細胞核

概述核被膜和核孔復合體染色質(zhì)和染色體核仁核基質(zhì)細胞核的功能*染色體異常與疾病第七章細胞核

細胞核（nucleus）是細胞內(nèi)最大的細胞器。它的出現(xiàn)是原核生物進化到真核生物的重要標志。1674年，Leeuwenhoek首次發(fā)現(xiàn)核結(jié)構(gòu)1831年，R.Brown命名細胞核㈠形態(tài)：與細胞形態(tài)相適應，大多數(shù)為球形，卵圓形。但也常隨生物種類、細胞類型以及代謝和發(fā)育狀況不同而有很大差異。

第一節(jié)概述⑴㈡大?。弘S生物種類、細胞類型以及代謝和發(fā)育狀況不同而有所差異。最小的直徑小于1μm，最大的直徑500~600μm

大多數(shù)細胞核直徑5~30μm。細胞核的大小常用

核質(zhì)比（NP）來表示，NP=V核/V質(zhì)

第一節(jié)概述⑵㈢數(shù)目：隨細胞種類不同而異。多數(shù)細胞有一個細胞核，也有雙核，多核的。㈣位置：通常位于細胞的中央，但也有偏向一端，或在邊緣的。第一節(jié)概述⑶neutrophilratmuscleshowingtheperipherallylocatednuclei(blue).fibroblasts㈤間期細胞核的組成

第一節(jié)概述⑷核膜核仁染色質(zhì)核基質(zhì)間期細胞核DNAandassociatedproteins(chromatin)nucleoluscentrosomemicrotubulenuclearlaminaouternuclearmembraneinnernuclearmembranenuclearenvelope1μmnuclearporeintermediatefilamentsendoplasmicreticulum㈠核被膜（nuclearenvelope）

兩層單位膜組成的雙層膜，它將核質(zhì)與細胞質(zhì)分開。EM下分三部分外層核膜內(nèi)層核膜核間隙

第二節(jié)核被膜和核孔復合體⑴⒈外層核膜（outernuclearmembrane）面向細胞質(zhì)，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連續(xù)，厚約4~10nm，其外表面附有核糖體。外核膜第二節(jié)核被膜和核孔復合體⑴⒉內(nèi)層核膜（innernuclearmembrane）

面向核質(zhì)，平整光滑，無核糖體附著，其內(nèi)側(cè)有核纖層。

第二節(jié)核被膜和核孔復合體⑵內(nèi)核膜核纖層⒊核間隙（perinuclearspace）或核周腔位于內(nèi)外核膜之間，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，寬約20~40nm。第二節(jié)核被膜和核孔復合體⑵核間隙㈡核膜孔與核孔復合體

核膜孔（nuclearpore）——由內(nèi)外核膜局部融合形成，它是溝通細胞核與細胞質(zhì)間物質(zhì)交換的通道

圓環(huán)狀，孔徑一般為50~70nm數(shù)目隨細胞種類和生理狀態(tài)的不同而異

第二節(jié)核被膜和核孔復合體⑶外核膜Cytoplasmicface（胞質(zhì)面）Nuclearface（核質(zhì)面）

核孔復合體（nuclearporecomplex）

——核膜孔及與其相關聯(lián)的各種結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)體系。它包括：

孔環(huán)顆粒周邊顆粒中央顆粒細纖絲功能——

溝通核質(zhì)間物質(zhì)交流的孔道

核孔復合體（nuclearporecomplex）——核膜孔及與其相關聯(lián)的各種結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)體系。它包括孔環(huán)顆粒周邊顆粒中央顆粒細纖絲核孔復合體的功能——對選擇性物質(zhì)交流起關鍵性作用。第二節(jié)核被膜和核孔復合體⑷㈢核纖層（nuclearlamina）——在核膜的內(nèi)膜靠核質(zhì)一側(cè)，由一層纖維蛋白質(zhì)組成的單層纖維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。功能：①為核膜提供一個構(gòu)筑支架②為染色質(zhì)提供附著位點。

第二節(jié)核被膜和核孔復合體⑸.㈣核膜的功能⒈核膜包圍核物質(zhì)形成特定的代謝環(huán)境⒉核膜將RNA合成與蛋白質(zhì)的合成分開⒊核膜溝通了細胞核與細胞質(zhì)間的雙向物質(zhì)交流第二節(jié)核被膜和核孔復合體⑹組蛋白，DNA聚合酶，RNA聚合酶，核糖體蛋白主動運輸RNA，核糖體亞基被動運輸012離子，小分子1882年，F(xiàn)lemming首先提出染色質(zhì)一詞染色質(zhì)（chromatin）——間期細胞核內(nèi)伸展、彌散呈絲網(wǎng)狀分布，易被堿性染料著色的物質(zhì)。染色體（chromosome）——染色質(zhì)在細胞分裂期因高度折疊、盤曲而凝縮成條狀或棒狀的特定形態(tài)，稱為染色體。

染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在細胞不同時期的兩種形態(tài)。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑴一.化學組成染色質(zhì)和染色體是由相同物質(zhì)組成的。其主要成分有——

DNA組蛋白非組蛋白RNA1∶1∶0.5~1.5∶0.05㈠

DNA——是染色質(zhì)中貯存遺傳信息的生物大分子；是染色質(zhì)中結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定，數(shù)量恒定的基本成分。是生物遺傳的物質(zhì)基礎。

DNA與蛋白質(zhì)比較：含量、種類第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑵㈡組蛋白（histone）——染色質(zhì)中富含精氨酸和賴氨酸的堿性蛋白質(zhì)，其含量與DNA相近，帶正電荷。依據(jù)組蛋白中精氨酸和賴氨酸的含量比例不同分為五種——H2A、H2B、H3、H4和H1。（詳見表9-1）功能：①與DNA緊密結(jié)合，幫助維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的完整性。②抑制DNA的復制和轉(zhuǎn)錄。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑸㈢非組蛋白（non-histone）——真核細胞特有的一類富含天門冬氨酸和谷氨酸等酸性氨基酸的酸性蛋白質(zhì)，帶負電荷，數(shù)量少，但種類多。有種屬和組織特異性，含量常隨外界環(huán)境及細胞類型而異。它可與組蛋白結(jié)合，使組蛋白與DNA脫離，使DNA得以進行復制和轉(zhuǎn)錄。㈣RNA——量少，含量變化較大。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑹二.染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)（DNA1.74M）㈠四級結(jié)構(gòu)模型（1977年，Sedate）⒈一級結(jié)構(gòu)——核小體和串珠狀纖維1974年，Kornberg提出核小體結(jié)構(gòu)核小體（nucleosome）——染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，由約200bp的DNA分子和五種組蛋白組成。組蛋白H2A、H2B、H3、H4各2個分子組成八聚體。約140bp的DNA在八聚體外纏繞1.75圈，形成核小體核心，其余約60bp的DNA是與相臨核小體相連的聯(lián)系段，稱為連接線，H1位于連接線上。

第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑺串珠狀纖維——若干個核小體重復排列并連接在一起。直徑約10nm。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑻八聚體H1H1H1染色體的基本結(jié)構(gòu)-核小體

⒉二級結(jié)構(gòu)——螺線管（solenoid）

——在一級結(jié)構(gòu)基礎上，每6個核小體為一圈，形成外徑30nm，內(nèi)徑10nm，螺距11nm的中空管狀結(jié)構(gòu)第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑼

⒊三級結(jié)構(gòu)——超螺線管（supersolenoid）

——螺線管進一步螺旋化形成直徑400nm的圓筒狀結(jié)構(gòu)⒋四級結(jié)構(gòu)——染色單體（chromatid）

——超螺線管進一步螺旋化并盤繞壓縮形成中期的染色單體

1/71/61/401/5DNA雙螺旋→核小體→螺線管→超螺線管→染色單體總共壓縮約7×6×40×5=8400倍第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑽㈡襻環(huán)模型⒈核小體（nucleosome）→串珠狀纖維↓螺旋化⒉螺線管（solenoid）↓折疊⒊襻環(huán)（loop）↓18個襻環(huán)以支架為軸心呈放射狀排列⒋微帶（miniband）↓106個微帶沿軸心支架縱向排列⒌染色單體（chromatid）第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑾二級結(jié)構(gòu)折疊：30nm螺形成襻環(huán)染色體支架（非組蛋白）襻環(huán)（30nm螺線管）123456789101112131415161718微帶三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)106個微帶常染色質(zhì)（euchromatin）異染色質(zhì)（heterochromatin）染色（EM）淺亮較深形態(tài)（EM）細纖維絲粗大顆粒位置（間期）細胞核中部細胞核邊緣位置（分裂期）染色體臂著絲粒、端粒、常染色質(zhì)之間直徑10nm25nm螺旋化程度低高，與組蛋白緊密結(jié)合DNA序列單一、中度重復序列高度重復序列功能活性活性高、轉(zhuǎn)錄活躍活性低、很少轉(zhuǎn)錄三.四.染色質(zhì)是遺傳信息的載體

基因（gene）——具有遺傳效應的DNA片段。約含500~6000bp，具有指令RNA合成，并通過mRNA決定蛋白質(zhì)的功能。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⑿

基因、DNA、染色質(zhì)三者的關系——基因是具有遺傳效應的DNA片段，位于染色質(zhì)上，染色質(zhì)的化學成分主要是DNA。

基因組（genome）——含有一個生物體生長、發(fā)育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸，即二倍體生物的一個配子所含有的全部基因（或全部染色體）。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⒀

基因組的大小可用其含有的bp數(shù)來表示，總的來說，復雜的高等生物基因組比簡單的低等生物基因組大。例：大腸桿菌4×106bp編碼4000個pro分子

酵母菌2×107bp是大腸桿菌的5倍

人單倍體3×109bp是大腸桿菌的800倍一個體細胞有兩個基因組，多細胞生物的每個細胞都含有相同的基因組。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⒁人類基因組計劃(humangenomeproject,HGP)

內(nèi)容：構(gòu)建詳細的人類基因組遺傳圖和物理圖，確定人類DNA的全部核苷酸序列，定位全部基因，并對人類基因進行鑒定和分離，其終極目標是闡明人類基因組全部DNA序列、識別基因、建立儲存這些信息的數(shù)據(jù)庫、開發(fā)數(shù)據(jù)分析工具，并研究HGP

實施所帶來的倫理、法律和社會問題。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⒂1986年，RenatoDulbecco（美）首先提出。

1990年10月，美國政府正式啟動，計劃投資30億美元，由能源部和NIH聯(lián)合承擔，爭取15年完成。最初，有美（54%）、英（33%）、日（7%）、法(2.8%)、德（2.2%)五國參加，我國從1999年加入，負責3號染色體短臂3000萬bp的測序任務（1%）。2000年，我國完成工作框架圖，2001年完成序列圖中國卷。全部HGP于2003年初提前完成。

實際測出人類基因約3萬個第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⒃人類染色體染色體（chromosome）是遺傳物質(zhì)(基因)的載體。它由DNA和蛋白質(zhì)等構(gòu)成，具有儲存和傳遞遺傳信息的作用。人類有24種染色體，1-22號常染色體，X，Y性染色體。中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)最為典型。第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⒄人類中期染色體第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⒅染色體穩(wěn)定存在的必要條件第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⒆核仁組織區(qū)——存在于細胞內(nèi)特定染色體次縊痕處，是含有主要rRNA基因的一個染色體區(qū)段，具有締合核仁的功能。4分類中央著絲粒染色體亞中著絲粒染色體近端著絲粒染色體1/25/87/8end12345正常核型

核型（karyotype）——是體細胞中期染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)的總稱。即依據(jù)染色體數(shù)目、長度、著絲粒位置、次縊痕及隨體有無等特征，將生物體細胞的全套染色體（顯微照片）按一定順序依次編號形成的一個組成序列。

人的正常核型：女性：46，XX

男性：46，XY第三節(jié)染色質(zhì)和染色體⒇人類體細胞染色體按Denver體制分成七組。組序染色體編號形態(tài)大小著絲粒位置隨體次縊痕鑒別程度A1~3最大1,3中央2亞中無1常見可鑒定B4~5次大亞中無不易區(qū)分C6~12,X中等亞中無9常見不易區(qū)分D13~15中等近端有13偶見不易區(qū)分E16~18小16中央17,18亞中無16常見可鑒定F19~20次小中央無不易區(qū)分G21~22,Y最小近端有不易區(qū)分六X染色質(zhì)和Y染色質(zhì)

㈠X染色質(zhì)（Barr小體）1949年，Barr發(fā)現(xiàn)Barr小體——X染色質(zhì)——直徑1微米，緊貼核內(nèi)緣的平凸形深染小體

X染色質(zhì)的形成原因——Lyon假說⑴劑量補償⑵隨機失活⑶胚胎早期㈡Y染色質(zhì)（Fbody）——直徑0.3微米的強熒光小體（Yq12）

核性別——細胞核中染色質(zhì)的性別差異（X染色質(zhì)和Y染色質(zhì)）第三節(jié)染色質(zhì)和染色體(21)一概述1781年，F(xiàn)ortan首先發(fā)現(xiàn)。在真核細胞間期核內(nèi)，一般1~2個，球形小體，其形態(tài)、大小、數(shù)目隨生物種類、細胞類型及生理狀態(tài)不同而異。在EM下，核仁（nucleolus）

呈無被膜，電子密度較高，由纖維絲構(gòu)成的海綿狀結(jié)構(gòu)。

第四節(jié)核仁⑴光鏡下的核仁(nucleolus)，勻質(zhì)球體電鏡下的核仁(nucleolus)，裸露無膜，由纖維絲構(gòu)成二結(jié)構(gòu)㈠原纖維成分：緊密排列的原纖維絲，長20~40nm，直徑5~8nm。成分是RNA與蛋白質(zhì)，構(gòu)成核仁的海綿狀網(wǎng)架。㈡顆粒成分：電子密度較大的顆粒，直徑15~20nm，密布于原纖維網(wǎng)架中或圍繞其外面，成分是RNA和蛋白質(zhì)，很可能是核糖體前體。第四節(jié)核仁⑵㈢核仁相隨染色質(zhì)：由直徑=10nm的纖維組成，可分為兩部分——

核仁周圍染色質(zhì)：圍繞在核仁周圍，主要是異染色質(zhì)。

核仁內(nèi)染色質(zhì)：DNA伸展到原纖維部分，為合成RNA提供模板。主要是常染色質(zhì)。㈣核仁基質(zhì)：無定型蛋白質(zhì)性液體物質(zhì)，其中懸浮著原纖維成分和顆粒成分。第四節(jié)核仁⑶三主要成分㈠蛋白質(zhì)：占核仁干重80%，主要是核仁染色質(zhì)的組蛋白，非組蛋白，其次是核糖體蛋白，此外還有多種酶類。㈡RNA：占核仁干重10%，與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白的形式存在。㈢DNA：占核仁干重8%，主要是指存在于核仁相隨染色質(zhì)中的DNA。㈣微量脂類第四節(jié)核仁⑷三功能

㈠合成rRNArDNA——編碼rRNA的基因，即合成rRNA的模板。1個重復單位=基質(zhì)片段（rDNA）+間隔片段1個長軸DNA分子=若干個重復單位第四節(jié)核仁⑸rDNArRNA轉(zhuǎn)錄單位3nm間隔片段轉(zhuǎn)錄