第十章細胞核

●核被膜

●染色質或染色體

●核骨架

●核仁細胞核的結構：

內核膜、外核膜和核周隙三部分構成。特點：第一節(jié)核被膜與核孔復合體一、核被膜是雙層膜結構（一）結構圖12-3核被膜的結構

核纖層：（二）核纖層核纖層的作用：●保持核的形態(tài)：●參與染色質和核膜的組裝和崩解：圖12-4核纖層結構

有絲分裂過程中核被膜的降解與重組裝

核孔復合體（nuclearporecomplex，NPC）：在核孔上鑲嵌著一種復雜的結構。（三）核孔復合體1.結構模型（fish-trap結構）

①胞質環(huán)：②核質環(huán)：③中央栓（中央顆粒）：④輻：核孔邊緣伸向核孔中央的突出物圖12-4抽提后核孔胞質面的結構圖12-5抽提后核孔核質面的結構

圖12-6核孔結構模型2.核孔復合體的功能（雙功能性、雙向性）：

被動運輸①被動運輸

①親核蛋白與NLS受體（二聚體）結合形成轉運復合物②轉運復合物與NPC胞質環(huán)上的纖維結合③纖維向核彎曲，轉運器構象發(fā)生改變貨物通過④貨物受體復合體與Ran-GTP結合，釋放出貨物⑤與Ran-GTP結合的importinβ輸出細胞核⑥importinα在核內exportin的幫助下運回細胞質（圖12-8）核定位信號（NLS）：→親核蛋白向細胞核的輸入的主動運輸：

②主動運輸Normalpyruvate

kinase:incytosolChimeric

pyruvate

kinasecontainingSV40NLS:innucleusNLSarepresentonlyinnuclearproteinsAtypicalNLScontainsseveralconsecutivebasicaminoacids(thepositivelychargedAa:Lys,Arg)Wild-type:T-antigeninnucleusMutant-type:T-antigenincytosol圖12-8核質素輸入細胞核的過程

RNP的蛋白質具有核輸出信號（nuclearexportsignal,NES）（12-9）。→對RNA分子和RNP顆粒核輸出的主動運輸?shù)诙?jié)染色質一、化學組成（一）DNA單一序列、中度重復序列和高度重復序列1.DNA類型：染色質：2.DNA二級結構類型

A、B和Z型①非組蛋白具有多樣性與異質性

②能識別特異的DNA序列，識別和結合靠氫鍵和離子鍵。③幫助DNA分子折疊，有利于DNA的復制和基因的轉錄，協(xié)助啟動DNA復制，控制基因轉錄，調節(jié)基因表達（二）組蛋白H2A、H2B、H3、H4和H1。（三）非組蛋白1.非組蛋白（序列特異性DNA結合蛋白）的特性：Histones:

ThemostabundantproteinsassociatedwitheukaryoticDNARichinpositivelychargedbasicaminoacids,whichinteractwiththenegtivelychargedphosphategroupsinDNATheaminoacidsequencesofhistonesH2A,H2B,H3,H4areremarkablysimilaramongdistantlyspecies

→α螺旋-轉角-α螺旋模式

→鋅指模式

→亮氨酸拉鏈模式

→螺旋-環(huán)-螺旋模式

→

HMG框模式

2.序列特異性DNA結合蛋白的結構模式：α螺旋-轉角-α螺旋基序鋅指結構基序亮氨酸拉鏈基序幾種主要序列特異性DNA結合蛋白的結構特征１.核小體是染色質的基本單位的證據(jù)：●溫和的方法處理（圖８-１)●用非特異性微球菌核酸酶處理●應用射線、中子散射和電鏡三維重建技術●用SV40微小染色體技術二、染色質的基本結構單位－核小體圖８-１30nm和1０nm染色質纖維①每個核小體單位包括約200bp的DNA、一個組蛋白核心和一個組蛋白H1②由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構成核心顆粒③DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被組蛋白H1鎖合④相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線DNA。⑤DNA與組蛋白不是特異結合，而是結構性的

⑥核小體沿ＤＮＡ的定位受不同因素的影響２.核小體的結構要點

圖12-11）：Histone

octamer:(H2A-H2B)-(H3-H4)-(H3-H4)-(H2A-H2B)WhereisthehistoneH1?H1moleculesareassociatedwiththelinkerregion.146+15~50bplinkerDNA200bpDNADigestedbriefly:H1+Octamer+200bpDNADigestedlonger:Octamer+146bpH1isreleased核小體的結構

1.核小體(10nm)2.螺線管(30nm)3.超螺線管

(0.4um)4.染色單體（2-10um）

從核小體開始到染色體,DNA總共壓縮:

壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍

DNA→核小體→螺線管-→超螺線管-→染色單體三、染色體的包裝（一）染色質包裝的多級螺旋模型圖8-2核小體和螺線管的結構

（二）染色體的骨架-放射環(huán)結構模型圖8-3染色體的包裝方式

Hela細胞去除組蛋白的中期染色體電鏡照片

→

DNA包裝比約為1000～2000分之一

→單一序列DNA和中度重復序列DNA

→并非所有基因都具有轉錄活性,常染色質只是基因轉錄的必要條件而非充分條件

三、異染色質和常染色質

在間期核內染色質纖維折疊壓縮程度低，處于伸展狀態(tài)，用堿性染料染色時著色淺的那些染色質（圖12-14）1.常染色質：2.特征：①多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色體臂②高度重復的DNA序列構成

③遺傳惰性

④晚復制早聚縮；⑤參與染色質高級結構的形成。3.異染色質在間期核內染色質纖維折疊壓縮程度高，處于緊縮狀態(tài)，用堿性染料染色時著色深的那些染色質。

★結構染色質的特征：★兼性異染色質：某些細胞類型或一定發(fā)育階段，原來的常染色質聚縮并喪失基因轉錄活性圖8-4異染色質（核內深染部分）和常染色質（核內淺染部分）

圖8-5熒光原位雜交顯示的著絲粒衛(wèi)星DNA女性細胞中的巴氏小體四、染色體結構（一）染色體形態(tài)和結構1.染色體：是細胞在有絲分裂時遺傳物質存在的特定形式，是間期細胞染色質結構緊密包裝的結果。2.核仁組織區(qū)（nucleolarorganizingregions,NORs）：是核糖體RNA基因所在的區(qū)域，其精細結構呈燈刷狀。是染色體端部的特化部分（圖8-6），其生物學作用在于維持染色體的穩(wěn)定性。3．隨體：指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。4．端粒：

染色體各部分的名稱

核仁組織者中心形成核仁圖8-6熒光原位雜交顯示的端粒（上）和端粒序列（下）

（二）著絲粒的結構1.著絲點結構域：2.中央結構域：3.配對結構域：圖12-20著絲粒的3個結構域著絲粒的結構圖12-21著絲點結構域2.染色體3個元件及功能：①自主復制DNA序列(ARS)：是DNA復制的起點②著絲粒DNA序列(CEN)：其功能是參與形成著絲粒，使細胞分裂中染色體能夠準確地分離③端粒DNA序列(TEL)：穩(wěn)定遺傳人工酵母染色體（YＡＣ）端粒DNA的復制人工酵母染色體（三）核型與帶型低滲處理，秋水仙素處理以及血細胞培養(yǎng)技術。1、核型

是細胞分裂中期染色體特征的總和，包括染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征等方面。2、核型分析：

對染色體急性測量計算的基礎上，進行分組、排隊、配對并進行形態(tài)分析的過程。3、核型的模式圖將一個染色體組的全部染色體逐個按其特征描制下來，在按其長短、形態(tài)等特征排列起來的圖像

4、染色體分帶技術是經物理、化學因素處理后，再用染料對染色體進行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶的方法5、分帶技術可分為兩大類：一類是產生的染色帶分布在整條染色體如：G（圖12-23）、Q（圖12-24）和R帶富含AT亮帶富含CG暗帶另一類是局部性的顯帶，它只能使少數(shù)特定的區(qū)域顯帶如：C（圖12-25）、T和N帶圖12-23人類G帶核型，G帶顯示的是染色體上富含AT的區(qū)域圖12-24人類Q帶核型，Q帶顯示的帶紋與G帶相似

圖12-25人類C帶核型，C帶顯示的是著絲粒異染色質①體積巨大②多線性③體細胞聯(lián)會，形成一個染色體④橫帶紋⑤膨突和環(huán)，

（五）幾類特殊的染色體1、多線染色體

1881年意大利的Balbiani發(fā)現(xiàn)于雙翅目搖蚊幼蟲的唾腺細胞，植物胚珠細胞。特點：果蠅唾腺細胞全套多線染色體圖12-26唾腺染色體

1.由兩條同源染色體組成，每條同源染色體含2條染色單體。

2.軸上有一些染色粒，代表染色質緊密螺旋化的部位

3.兩條染色單體向兩邊伸出許多側環(huán)側環(huán)是RNA活躍轉錄的區(qū)域。2．燈刷染色體

這種染色體最早發(fā)現(xiàn)于魚類、兩棲類和爬行類卵母細胞減數(shù)分裂的雙線期，雙線期是卵黃合成的旺盛期

→特點：圖12-27燈刷染色體第三節(jié)核仁一、核仁結構1.纖維中心(FC)

是被致密纖維包圍的一個或幾個低電子密度的圓形結構，主要成分為RNA聚合酶和rDNA，這些rDNA是裸露的分子。2.致密纖維組分(DFC)

呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構成，是新合成的RNP（指結合蛋白質的rRNA），轉錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處3.顆粒組分(GC)由直徑15-20nm的顆粒構成，是不同加工階段的RNP。4.核仁相隨染色質圖12-28核仁結構二、核仁的功能（一）rRNA基因轉錄的形態(tài)和組織特征（二）rRNA前體的加工（三)核糖體亞單位的裝配rDNA沒有組蛋白核心，是裸露的DNA節(jié)段，兩個相鄰基因之間為一段非轉錄的間隔DNA（圖12-29），rRNA首先出現(xiàn)在纖維部，而后轉向顆粒部。2.纖維部的纖維狀物質是新合成的45SrRNA，它與蛋白質形成RNP復合體，45SrRNA甲基化以后經RNA酶裂解為2個分子，18SrRNA和32SrRNA，后者再裂解為28SrRNA的5.8SrRNA。3.5SrRNA的基因并不定位在核仁上，通常定位在常染色體，5SrRNA合成后被轉運至核仁區(qū)參與大亞基的裝配。

圖12-29rRNA的轉錄圖12-30核糖體的組裝

第五節(jié)染色質結構和基因轉錄一、活性染色質及其主要特征

1.活性染色質具有DNaseI

超敏感部位

2.活性染色質在生化上具有特殊性

二、染色質結構與基因轉錄

疏松染色質結構的形成

染色質的區(qū)間性

染色質模板的轉錄

（一）疏松染色質結構的形成DNA局部結構的改變與核小體相位的影響 當調控蛋白與染色質DNA的特定位點結合時， 染色質易被引發(fā)二級結構的改變；進而引起其 它的一些結合位點與調控蛋白的結合。 核小體通常定位在DNA特殊位點而利于轉錄組蛋白的修飾 組蛋白的修飾改變染色質的結構，直接或間接 影響轉錄活性 組蛋白賴氨酸殘基乙?；╝cetylation），影響轉錄HMG結構域蛋白的影響 HMG結構域可識別某些異型的DNA結構，與DNA

彎折和DNA-蛋白質復合體高級結構的形成有關（二）染色質的區(qū)間性基因座控制區(qū)（locuscontrolregion,LCR） 染色體DNA上一種順式作用元件，具有穩(wěn)定 染色質疏松結構的功能； 與多種反式因子的結合序列可保證DNA復制 時與啟動子結合的因子仍保持在原位。隔離子（insulator） 防止處于阻遏狀態(tài)與活化狀態(tài)的染色質結構 域之間的結構特點向兩側擴展的染色質DNA

序列，稱為隔離子。 作用：作為異染色質定向形成的起始位點； 提供拓撲隔離區(qū)（三）染色質模板的轉錄基因轉錄的模板不是裸露的DNA，染色質是否處于活化狀態(tài)是決定轉錄功能的關鍵轉錄的“核小體犁”（nucleosomeplow）假說

第五節(jié)核基質核基質(核骨架)：為真核細胞核內的網絡結構，是除核被膜、染色質、核纖層及核仁以外的核內網架體系。

（一）核基質的組成1.組成：①非組蛋白性纖維蛋白，核骨架碎片中還存在三種支架蛋白（SCⅠ、SCⅡ、SCⅢ)，SCⅡ、Ⅲ的功能尚不明確，SCⅠ是DNA拓樸異構酶Ⅱ②少量RNA和DNA③少量磷脂和糖類2.特點：核骨架纖維粗細不等，形成三維網絡結構與核纖層，與核孔復合體相接，將染色質和核仁網絡在其中。核骨架-核纖層-中間纖維三者相互聯(lián)系形成一個貫穿于核、質間的統(tǒng)一網絡系統(tǒng)。（二）核骨架的功能

DNA是以復制環(huán)的形式錨定在核骨架上的，核骨架上有DNA復制所需要的酶，如：DNA聚合酶α、DNA引物酶、DNA拓樸異構酶II等，DNA的自主復制序列（ARS）也是結合在核骨架上。1.為DNA的復制提供支架2.是基因轉錄加工的場所

RNA的轉錄同樣需要DNA錨定在核骨架上才能進行，核骨架上有RNA聚合酶的結合位點，使之固定于核骨架上，RNA的合成是在核骨架上進行的。新合成的RNA也結合在核骨架上并在這里進行加工和修飾。3.與染色體構建有關一般認為核骨架與染色體骨架為同一類物質，30nm的染色質纖維就是結合在核骨架上，形成放射環(huán)狀的結構，在分裂期進一步包裝成光學顯微鏡的染色體（圖12-31）圖12-31染色質結合在核骨架/染色體骨架上1.選擇素（selectin）屬

A.親同性CAMB.親異性CAM2.細胞粘附分子

A.都是跨膜糖蛋白B.多為單次跨膜蛋白C.都依賴鈣離子

D.胞外區(qū)為肽鏈的N端部分，帶有糖鏈，負責與配體的識別

E.胞質區(qū)為肽鏈的C端部分，與質膜下的骨架成分直接相連3.化學突觸（synapsis）

A.是存在于可興奮細胞間B.其作用是通過釋放神經遞質來傳導興奮

C.突觸后膜內有許多囊泡，稱突觸小泡，內含神經遞質4.胞間連絲中的連絲小管（desm