細胞核與遺傳信息的儲存

關于細胞核與遺傳信息的儲存第1頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

概述

第一節(jié)核被膜

第二節(jié)染色質和染色體

第三節(jié)核仁

第四節(jié)核基質

第五節(jié)細胞核的功能第六節(jié)細胞核與疾病內容第2頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三概述3.是細胞生命活動的調控中心一、細胞核最基本的功能1.貯存遺傳信息（DNA）2.復制、轉錄遺傳信息并指導蛋白質合成第3頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三二、細胞核的大小、形態(tài)、數目1.大小

生長旺盛的細胞，如卵細胞、腫瘤細胞核較大；分化成熟的細胞核較小；細胞核的大小用核質比表示；核質比=細胞核體積/細胞質體積

核質比大表示核大，核質比小表示核小。第4頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三2.形態(tài)細胞核常位于細胞的中央,但也有偏向細胞一端的，如在脂肪細胞,核被脂滴擠到邊緣。細胞核的形態(tài)一般為圓形或橢圓形,但肌細胞核呈桿狀,嗜中性細胞核呈分葉狀。3.數目每個細胞通常只有一個核，但有些細胞為雙核甚至多核，如人的肝細胞(1~2)和骨骼肌細胞(多個)。第5頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核膜核仁染色質核基質細胞核的形態(tài)伴隨細胞的增殖過程呈現周期性的變化。處于間期的細胞核叫間期核。間期細胞核第6頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

一、核膜的結構外核膜（outernuclearmembrane)內核膜（innernuclearmembrane)核周間隙（perinuclearspace)核孔（nuclearpores)核纖層（nuclearlamina)第一節(jié)核膜第7頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（一）內、外核膜和核周間隙第8頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三其表面附核糖體，形似粗面內質網,并與其相通，膜可與胞質中的某些微管、微絲相連起固定核位置的作用。外核膜外核膜第9頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三其內表面有一層電子密度高的蛋白質細絲附著，稱為核纖層。內核膜核纖層

內核膜第10頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三隙寬：20~40nm,充滿液態(tài)物質,為蛋白質和酶。此間隙與內質網有臨時通道，可進行核—質物質交換。核周間隙核周間隙第11頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核膜上的圓形小孔，是核—質的通道，不與核周隙相通。核孔（二）核孔第12頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三Cytoplasmicface（胞質面）第13頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三Nuclearface（核質面）第14頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三胞質顆粒胞質環(huán)中央栓輻胞質纖維核質環(huán)

核孔復合體結構模型核纖層第15頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（1）gp210代表一類結構性跨膜蛋白，為N連接甘露糖殘基寡糖修飾，位于核膜的“孔膜區(qū)”，在錨定核孔復合體的結構上起重要作用。功能：

a.介導核孔復合體與核被膜的連接，為核孔復合體裝配提供起始位點。

b.在核質交換功能活動中起作用。第16頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（2）p62代表一類功能性的核孔復合體蛋白。它帶有O連接N－乙酰葡萄糖胺殘基寡糖修飾。分兩個結構域：

N端區(qū)：具有XFXFX形式的重復序列（F：苯丙氨酸），直接參與核質交換。

C端區(qū)：具有疏水性的七肽重復序列，適合形成α-螺旋。與其他核孔復合體蛋白成分相互作用,將p62分子穩(wěn)定到核孔復合體上,為其N端進行核質交換活動提供支持。第17頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核孔復合體膜蛋白外膜內膜

鑲

嵌

膜

蛋

白核周腔BBBBBBBACACACACACACAC核纖層染色質（三）核纖層（nuclearlamina）第18頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

由核纖層蛋白構成，分別稱laminA、lamin

B、lamin.C。其中l(wèi)aminB與核內膜上的鑲嵌蛋白結合在一起，laminA和laminC又掛靠著laminB，染色質纖維一個或幾個部位與laminA和laminC連接在一起，核纖層蛋白還可以與核基質中的蛋白質形成聯接。核纖層（nuclearlamina）第19頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三Lamins（核纖層）第20頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

1.支持和固定核膜，穩(wěn)定核的形狀。核纖層的外層與內核膜的脂雙分子層中的特殊蛋白相結合，與維持核孔的位置和核被膜的形狀有關。核纖層的功能

2.對染色質的有序排列起一定作用。核纖層蛋白與染色質上的一些特殊位點相結合，與核基質也相互連接，為染色質提供了結構支架，在維持染色質高度有序性方面起重要作用。第21頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三前期：核纖層蛋白磷酸化，核纖層蛋白解聚成單體，導致核崩解、破裂。

3.參與核膜的解體和重建細胞有絲分裂末期：核纖層蛋白去磷酸化，使核膜重建。第22頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三Breakdownandreformationofnuclearenvelopeduringmitosis第23頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三二、核膜的功能（一）核膜為基因表達提供了時空隔離屏障

在真核細胞中，核膜的出現將胞核物質與胞質物質限定在各自特定的區(qū)域，建立遺傳物質穩(wěn)定的活動環(huán)境，DNA復制、RNA的轉錄與蛋白合成有時空間隔，對真核細胞的進一步演化具有重要意義。第24頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（二）核膜參與了生物大分子的合成

在外核膜的表面附著核糖體，所以可進行蛋白質的合成。通過免疫電鏡技術已證實，抗體的形成首先出現在核膜的外層。在核周間隙中存在多種結構蛋白和酶類，它也能合成少量膜蛋白、脂質。第25頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（三）核質之間的物質運輸

1.被動擴散無機離子和小分子物質可以自由通過。2.主動運輸大分子物質通過核孔復合體的主動運輸。第26頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三組蛋白，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，小分子第27頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三1)親核蛋白質的核輸入親核蛋白質（karyophilicprotein)

在細胞質中合成，運到核內執(zhí)行功能的蛋白質。如DNA聚合酶、RNA聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白等。

親核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列,保證了整個蛋白質能夠通過核孔復合體被轉運到細胞核內。這段具有“定向”、“定位”作用的序列被命名為核定位信號(nuclearlocalizationsignal,NLS）。第28頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

NLS由4~8個氨基酸組成，不同的親核蛋白質上的核定位信號不同，但都富含帶正電的賴氨酸和精氨酸，通常還有脯氨酸。這些信號可以位于親核蛋白質的任何部位。在指導親核蛋白完成核輸入后不被切除。研究表明僅有核定位信號的蛋白質自身不能通過核孔復合體，它必須通過和NLS受體結合才可通過核孔復合體，這種受體稱為輸入蛋白（importin）。輸入蛋白在被轉運的親核蛋白質與核孔復合體運輸裝置之間作為一種接頭分子而起作用。第29頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

Activetransport通過核孔攝取蛋白示意圖第30頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三輸入蛋白的作用方式①本身是核孔復合體組分之一結合親核蛋白質直接轉運到核內；②作為一種停泊受體,在細胞質內與NLS結合，然后把親核蛋白運輸到核孔復合體，再向核內轉運；③作為一種穿梭受體，在細胞質內與親核蛋白質結合，一起穿過核孔復合體，在核內解離，然后再返回細胞質第31頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三ProcessofNuclearImport第32頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三2）RNA及核糖體亞基的核輸出膠體金顆粒tRNA或5SrRNA注入蛙卵核內細胞質RNP:ribonucleoproteinNES:(nuclearexportsignal)Exportin:transportreceptorwhichcanrecognizeNESandthencarryRNPsthroughnuclearenvelopetothecytoplasm.第33頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

染色質與染色體是由DNA、組蛋白、非組蛋白及RNA等組成的核蛋白復合體，是遺傳信息的載體。是同一種物質在細胞周期的不同時期中所表現的兩種不同的存在形式。

染色質是細胞間期核內伸展開的DNA蛋白纖維。染色體是高度螺旋化的DNA蛋白纖維，是在細胞分裂期看得見的可用染料染色的條狀結構。第二節(jié)染色質和染色體第34頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三一、染色質的化學組成核酸蛋白質成分DNARNA組蛋白非組蛋白所占比例10.05~0.110.5~1.5第35頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（一）DNA單一序列（uniqueseq.)

中度重復序列（middlerepetitive

seq.)高度重復序列（highlyrepetitiveseq.)第36頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三1.單一序列（uniquesequence)

在基因組中僅有一個或幾個拷貝，負責蛋白質氨基酸組成的信息,以三聯體密碼方式進行編碼。大多數編碼蛋白質(酶)的結構基因屬這種結構形式。第37頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三2.中度重復序列（middlerepetitivesequence)

重復次數在10~105之間。多數是不編碼的序列，構成基因的間隔序列，在基因調控中起重要作用，涉及DNA復制、RNA轉錄及轉錄后加工等方面。有一些是有編碼功能的基因，如rRNA基因，tRNA基因，組蛋白的基因、核糖體蛋白的基因等。第38頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三3.高度重復序列（highlyrepetitivesequence)

由一些短的DNA序列呈串聯重復排列，一般為幾個、十幾個或幾十個bp，但重復拷貝數超過105，在染色體的端粒、著絲粒，構成結構基因的間隔，維系染色體結構，與減數分裂中同源染色體聯會配對有關。第39頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（二）組蛋白

組蛋白是真核細胞染色質的主要結構蛋白，富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸，屬堿性蛋白質。其含量恒定，在真核細胞中共有5種。第40頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三組蛋白的分類及特性

種類賴氨酸/精氨酸殘基數分子量

(kD)保守性存在部位及結構作用H1存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體29.0021523.0低高高極高極高H2AH2BH3H41.2212914.02.6612513.60.7713515.30.7910211.3存在于連接線上核小體蛋白，幫助DNA卷曲形成核小體第41頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三組蛋白的化學修飾乙酰化：可改變賴氨酸所帶的電荷，降低組蛋白與DNA的結合，調節(jié)轉錄的進行。

磷酸化：同乙?；?/p>

甲基化：可增強組蛋白和DNA的相互作用，調節(jié)轉錄活性第42頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（三）非組蛋白①酸性蛋白質，帶負電荷,富含天門冬AA，谷AA等酸性AA②種類多

③具有種屬和組織特異性

④整個周期都能合成

特性第43頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三非組蛋白的功能

①參與構建染色體②啟動DNA的復制③調控基因的轉錄第44頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三第45頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三二、染色質的類型第46頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三伸展狀態(tài)，螺旋化程度低，用堿性染料染色時著色淺而均勻的染色質。2.單一序列DNA和中度重復序列DNA，具有轉錄活性。3.大部分位于間期核的中央，一部分介于異染色質之間。4.在細胞分裂期，常染色質位于染色體的臂。

(一)常染色質（euchromatin)

第47頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（二）異染色質（heterochromatin)

1.螺旋化程度高，處于凝集狀態(tài)，堿性染料染色時著色較深。2.一般位于核的邊緣或圍繞在核仁的周圍。3.轉錄不活躍或無轉錄活性。4.可分為結構異染色質和兼性異染色質第48頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三組成性異染色質（constitutiveheterochromatin)

在各種細胞類型的細胞周期中（除復制期外）都呈濃縮狀態(tài)，由高度重復的DNA序列構成；在中期染色體上常位于染色體的著絲粒區(qū)，端粒區(qū)、次縊痕等部位；具有遺傳惰性，不轉錄也不編碼蛋白質；在復制行為上，較常染色質早聚縮晚復制。第49頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三兼性異染色性（facultativeheterochromatin)

在某些細胞類型或在一定發(fā)育階段，原來的常染色質聚縮，喪失轉錄活性，變?yōu)楫惾旧|。兼性異染色質的總量隨細胞類型而變化，一般胚胎細胞含量少，高度分化的細胞含量較多，說明隨著細胞分化，較多的基因漸次以聚縮狀態(tài)而關閉。因此，染色質的壓縮折疊可能是關閉基因活性的一種途徑。第50頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三常、異染色質的區(qū)別

常染色質

異染色質螺旋化程度低高染色

較淺較深

間期核中央核邊緣

分裂期染色體臂著絲粒區(qū)和端粒區(qū)

活性常轉錄很少轉錄

復制時間S早、中期S晚期第51頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三染色質的一級結構：核小體染色質的二級結構：螺線管染色質的三級結構：超螺線管染色質的四級結構：染色單體（一）染色質的四級結構模型三、染色質的結構與包裝第52頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三1.一級結構

核小體是染色質的基本結構單位，為染色質的一級結構，10nm。染色體的基本結構-核小體第53頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三球狀組蛋白核心H4DNA雙螺旋(140-160bp、1.75圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm連接DNA（60bp）H1H1核小體核心部連接部DNA分子：140~160bp、1.75圈組蛋白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚體組蛋白：H1DNA分子：60bp核小體第54頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三2.二級結構

螺線管是染色質的二級結構，6個核小體纏繞一圈形成的中空性管.外30nm;內10nm,組蛋白H1位于螺旋管內側。染色質的二級結構——螺線管第55頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三內10nm組蛋白H1第56頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三3.三級結構超螺線管為染色質的三級結構，它是由螺旋管進一步盤曲而形成。4.四級結構超螺線管進一步折疊成為四級結構—染色單體。（DNA分子長度壓縮至1/8000~1/10000）。第57頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三第58頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（二）染色質的袢環(huán)結構模型(loopmodel)一、二級結構與四級結構模型一致：核小體（10nm），螺線管（30nm）30nm螺形成袢環(huán)第59頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三袢環(huán)模型（loopmodel）染色體支架（非組蛋白）袢環(huán)（30nm螺線管）123456789101112131415161718第60頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三第61頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三四、染色體第62頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（一）染色體的形態(tài)結構染色單體次縊痕短臂（p）長臂（q）隨體常染色質區(qū)異染色質區(qū)主縊痕（初級縊痕）第63頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三中期染色體按著絲粒的位置分為：

1/2~5/8中央著絲粒染色體5/8~7/8亞中著絲粒染色體7/8

近端著絲粒染色體中部亞中部近端部端部—末端處染色體的類型第64頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三主縊痕模式圖動粒結構域配對結構域中心結構域第65頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三隨體染色體的臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁的形成有關，稱為核仁組織區(qū)（NOR)。第66頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三端粒（telomere）第67頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

生殖細胞、胚胎干細胞和腫瘤細胞含有端粒酶，可以使端?；謴驮L。

端粒是存在于染色體末端的特化部位。通常由一簡單重復的序列組成,進化上高度保守?？梢员Ｗo染色體末端不被降解，并防止與其它染色體的末端融合。正常染色體每復制一次,端粒序列減少50~100個bp,因而端粒也被稱為細胞的生命鐘,當端粒縮短到一定程度，即是細胞衰老的標志。端粒（telomere）第68頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

端粒酶是一種由蛋白質和RNA組成的核糖核蛋白酶。具有延長端粒末端重復序列的功能，如果端粒酶活性喪失，端粒將逐漸縮短，從而導致細胞衰老。端粒酶端粒酶與端粒的關系第69頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

2009年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎頒給三名科學家，他們解決了生物學的一個重大問題：在細胞分裂時染色體如何完整地自我復制以及染色體如何受到保護以免于退化。這三位諾貝爾獎獲得者向我們展示，解決辦法存在于染色體末端—端粒，以及形成端粒的酶—端粒酶。第70頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三ElizabethH.Blackburn伊麗莎白-布萊克本CarolW.Greider卡羅爾-格雷德JackW.Szostak杰克-紹斯塔克UniversityofCalifornia

SanFrancisco,CA,USA美國加州大學舊金山分校JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,MD,USA巴爾的摩約翰-霍普金斯醫(yī)學院HarvardMedicalSchool;MassachusettsGeneralHospital

Boston,MA,USA;哈佛醫(yī)學院第71頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（二）染色體穩(wěn)定遺傳的功能序列第72頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三１.自主復制序列（autonomouslyreplicatingsequence,ARS）

是DNA復制的起點；均有一段保守序列：

200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp,

2.著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN)其功能是形成著絲粒，使細胞分裂中染色體能夠準確地分離。由串聯重復序列組成；含有11個高度保守的堿基序列：-TGATTTCCGAA-，第73頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

草履蟲的：TTGGGG

錐蟲的：TAGGG

擬南芥的：TTTAGGG

人的：TTAGGG3.端粒序列(telomericsequence,TEL)

不同生物的端粒序列都很相似，由長5-10bp的重復單位串聯而成。第74頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

①保證染色體末端的完全復制，端粒DNA提供復制線性DNA末端的模板。②在兩端形成保護性的帽結構，使DNA免受核酸酶和其他不穩(wěn)定因素的破壞和影響。③在細胞的壽命、衰老和死亡中起作用。端粒的功能：第75頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（三）人類的正常核型

一個體細胞（somaticcell）中的全部染色體，按其大小和形態(tài)特征排列所構成的圖像。

1.核型（Karyotype）2.染色體的顯帶技術

用特殊的染色方法使染色體在其長軸上顯出明暗交替或染色深淺不同的橫紋——帶（band）。第76頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三采血→接種→培養(yǎng)→秋水仙素處理→收集細胞→低滲→固定→制片→染色→觀察染色體標本的制備3)羊水細胞培養(yǎng)及染色體標本制備2)骨髓細胞染色體標本制備1)人類外周血淋巴細胞培養(yǎng)及染色體標本制備抽羊水最佳時間妊娠16～20周第77頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三顯帶技術整條顯帶局部顯帶Q帶：喹吖因或熒光染料G帶：Giemsa染色R帶：Q、G反帶高分辨帶C帶：著絲粒等區(qū)的異染色質T帶：端粒N帶：NOR區(qū)酸性蛋白第78頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（四）巨型染色體是一類形態(tài)特殊、體積巨大的染色體

在某些生物的細胞中，可以觀察到一些特殊的、體積巨大的染色體，被稱為巨型染色體（giantchromosome），包括燈刷染色體（lampbrushchromosome）和多線染色體（polytenechromosome）。第79頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

燈刷染色體為一類普遍存在于魚類、兩棲類等動物卵母細胞中、處于第一次減數分裂雙線期的染色體，它是一個二價體，包含4條染色單體。該類染色體中央存在由染色粒構成的主軸，從染色粒向兩側伸出一系列對稱的側環(huán)，呈現“燈刷樣”形態(tài)。

1.燈刷染色體呈燈刷樣形態(tài)結構第80頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三兩棲類卵母細胞中的燈刷染色體第81頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

大部分DNA以染色粒形式存在，無轉錄活性，而側環(huán)是RNA轉錄活躍的區(qū)域，每一個側環(huán)往往是一個大的轉錄單位，或由幾個轉錄單位構成，是一個固定的染色質功能單位，常有新轉錄RNA結合其上。燈刷染色體側環(huán)上的RNA主要是mRNA，mRNA與蛋白質結合形成無活性的RNP顆粒，這些顆粒存在于卵母細胞中，以便受精之后使用。因此燈刷染色體的形態(tài)與卵子發(fā)生過程中營養(yǎng)儲備密切相關。

第82頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三2.多線染色體是由多條染色體組成的結構多線染色體存在于雙翅目昆蟲幼蟲的唾液腺、腸、氣管等組織細胞中，因染色體DNA多次復制但不分離，子染色體呈平行排列相互連接在一起，由此形成體積巨大的由多條染色體組成的結構，即多線染色體，如果蠅唾液腺細胞的多線染色體。

第83頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三果蠅唾液腺細胞的多線染色體第84頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

光鏡下多線染色體沿其縱軸可見一系列交替的帶與間帶，多數基因分布于帶上。果蠅發(fā)育中，多線染色體某些帶將膨大形成許多蓬松點，其上具有袢環(huán)樣結構。每個袢環(huán)具有一個基因，隨著基因轉錄的進行，袢環(huán)染色質將逐漸由折疊狀態(tài)變?yōu)樯煺?，以適應基因的轉錄。

同種屬不同個體間多線染色體的帶型基本一致，但不同種果蠅多線染色體的帶型差異很大，研究發(fā)現帶型與基因有關。多線染色體并非細胞內的惰性結構，而是動態(tài)的，含有許多在發(fā)育的特定階段形成的蓬松點區(qū)域，是DNA轉錄成RNA的結果。第85頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核仁(nucleolus)第三節(jié)核仁第86頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核仁電鏡照片第87頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三光鏡：核仁通常是勻質的球體，具較強的折光性，易被酸性或堿性染料著色電鏡：核仁裸露無膜、由纖維絲構成，包括纖維成分、顆粒成分、核仁相隨染色質和核仁基質。一、核仁的結構第88頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核仁相隨染色質核仁周圍染色質：核仁內染色質

：包圍在核仁周圍的染色質，高度螺旋，屬異染色質。伸入核仁內的染色質，處于非螺旋狀態(tài)，屬常染色質，載有rRNA基因（rDNA）,此段DNA稱核仁組織區(qū)（NOR）,它是形成核仁的部位。第89頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三直徑5～8nm，多在核仁的中心部位?？杀籖NA酶和蛋白酶消化，故纖維成分為RNA與蛋白質的復合物，它可在核仁內構成海綿狀網架。

纖維中心和致密纖維組份顆粒成份核仁的周邊部分，電子密度較高，顆粒直徑15～20nm，為核糖體的前體。核仁基質低電子密度、無定形的蛋白質物質，為上述三種結構的存在環(huán)境。第90頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三二、核仁的形成

核仁隨細胞的周期性變化而變化，而核仁染色體的凝集（前期）與解凝集（末期），決定核仁的消失和重現。核仁組織區(qū)（nucleolarorganizerregionNOR)

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）這些染色體稱核仁染色體。其短臂末端與隨體之間有染色質細絲相連（DNA袢環(huán)），含rRNA基因，可指導rRNA的合成。第91頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核膜核仁含有rDNA的10個伸展的間期染色體袢環(huán)進入核仁中第92頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

間期有1~2個或多個核仁。分裂前期染色質濃縮、rRNA合成停止，rDNA袢環(huán)逐漸縮回到染色體，核仁消失。分裂末期染色體解旋，rDNA伸展，合成rRNA，組建成新的核仁。第93頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三三、核仁的功能合成、加工rRNA和裝配核糖體亞基的重要場所。（一）rRNA合成和加工定位在核仁組織區(qū)（NOR）的rDNA呈串狀重復排列（中度重復順序）第94頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三第95頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三rDNArRNA轉錄單位3nm間隔片段轉錄的起點轉錄的終點RNA聚合酶蛋白質顆粒rDNA轉錄rRNA(45SrRNA前體、纖維狀)顆粒狀（18s5.8s28srRNA、蛋白質顆粒）剪切、加工加工、包裝核糖體的亞基第96頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

核仁是裝配核糖體大小亞基的場所，核糖體的大小亞基在核仁中裝配成熟后，通過核孔轉運至細胞質中，形成有功能的核糖體。（二）核糖體亞基的組裝45SrRNA核糖體蛋白共同加工裝配第97頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核仁在核糖體合成和組裝中的作用第98頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三狹義：核基質(nuclearskeleton)核骨架廣義：包括核基質、核纖層、核孔復合體結構體系、染色體骨架

核基質又稱核骨架（nuclearskeleton）第四節(jié)核基質第99頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

真核細胞核內除去核膜、核纖層、染色質與核仁以外的一個以纖維蛋白成分為主的精密網架體系。核基質充滿整個核內空間。核基質(innernulearmatrix)一、形態(tài)結構和基本組分第100頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三核基質基本組分(非組蛋白性質)纖維蛋白核基質蛋白是各種類型細胞共有的蛋白質核基質結合蛋白是與細胞類型及分化程度相關的蛋白質RNA：RNA與蛋白質結合成RNP復合物

DNA：可能是染色質殘余部分

第101頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三二、核基質的功能（一）與DNA復制有關(DNA復制位點結合于核基質上)體外培養(yǎng)的3T3成纖維細胞大鼠再生肝細胞3H-TdR進行脈沖標記分離核基質30分鐘內，發(fā)現與核基質緊密結合的DNA中有90%是新合成的DNA。第102頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三(二）參與基因表達的調控3H-尿核苷脈沖標記Hela細胞95%以上的放射性存在于核基質上

1.核基質與基因轉錄活性說明RNA是在核基質上進行合成的第103頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三Volgestin等(1983)用雌激素刺激雞輸卵管細胞中卵清蛋白基因的表達。發(fā)現只有活躍轉錄的卵清蛋白基因才能結合于核基質上，而不轉錄的β珠蛋白基因不結合。

Hentzen等(1984)報道了成紅細胞中正在轉錄的β－珠蛋白基因結合于核基質上。上述實驗表明，具有轉錄活性的基因結合在核基質上，核基質上有RNA聚合酶的結合位點。

第104頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三2.核基質與hnRNA的加工Ciejek(1982)等以小雞輸卵管細胞為材料，在-20℃低溫條件下（降低內源核糖核酸酶活性）分離出核基質，發(fā)現所有的卵清蛋白和卵黏蛋白mRNA的前體都僅存在于核基質中。有人則具體指出hnRNA上的polyA區(qū)可能就是hnRNA在核基質中的附著點。第105頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三（三）參與DNA的包裝與染色體的構建(染色體“袢環(huán)”模型)

（四）核基質與病毒復制核內病毒的發(fā)生與核基質相關。單純皰疹病毒核衣殼在核基質上裝配。腺病毒的hnRNA在拼接過程中能與核基質結合。腺病毒（核內DNA病毒）的復制和裝配與核基質關系密切。第106頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

一方面它是遺傳信息的主要貯存庫，整套的遺傳信息貯存在細胞核內。在細胞分裂周期中，這些遺傳信息可通過復制傳遞給下一代細胞。另一方面，遺傳信息表達時，帶有指導蛋白質合成信息的mRNA，以及在蛋白質合成中起重要作用的rRNA和tRNA都來自于細胞核。細胞核的功能主要有兩個方面：第五節(jié)細胞核的功能第107頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三一、貯存、傳遞遺傳信息第108頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

DNA分子合成一個與自己相同的DNA分子的過程。其結果DNA含量增加一倍。1.DNA復制(replication)DNA復制的基本形式和過程DNA復制的特點半保留性半不連續(xù)性第109頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三T—AA—TG—CC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TTATAATCGGCTATAAA

C

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CTTGCG半保留復制CGGCATATAA

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G

CTTGCGA—TG—CAAA-TA-TA—TC—GC—GG—CG—CA—TTTA—TG—CC—GA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TA—TG—CT—AC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG-C第110頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三5353復制起始點復制叉53535353復制起始點復制叉先導鏈后導鏈（延遲鏈）RNA引物崗崎片段第111頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三轉錄(transcription)：以DNA分子為模板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的過程。2.基因的轉錄第112頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三細胞核的功能是由其各部分共同完成的。二、指導蛋白質合成DNA分子攜帶遺傳信息；DNA復制和mRNA、tRNA以及5SrRNA的轉錄在核基質進行；核仁合成大部分rRNA并把它們和其他成分一起裝配成糖體的大、小亞基；核膜調節(jié)核—質間的物質交換。第113頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三DNARNA聚合酶IIIIIIhnRNA45SrRNA5SrRNAtRNA剪接、戴帽加尾18SrRNA28SrRNA5.8SrRNA小亞基大亞基mRNAPro.合成信息核糖體Pro.合成場所AA-tRNA復合物Pro.合成中的轉運第114頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三DNA分子在誘變因子直接或間接的作用下，會發(fā)生堿基組成或排列順序的變化，從而導致遺傳信息的改變。在體細胞發(fā)生的DNA損傷可能影響其功能或生存，而在生殖細胞發(fā)生的則可能影響到后代。

盡管環(huán)境中各種因素可對生物體內的DNA分子結構造成損傷，但生物體仍然保持了遺傳穩(wěn)定性。這是因為DNA損傷后可通過細胞內的DNA修復系統進行修復。

三、損傷的DNA分子通過DNA修復系統進行修復第115頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三DNA損傷修復的方式1.光修復2.切除修復3.重組修復4.SOS修復第116頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三1.光修復是最早發(fā)現的DNA修復方式

光修復(photo-repair)是由光修復酶（photolyase）完成的，此酶能特異性識別紫外線造成的核酸鏈上相鄰嘧啶共價鍵結合的二聚體，并與其結合，這步反應不需要光；結合后如受300～600nm波長的光照射，則此酶就被激活，將二聚體分解為兩個正常的嘧啶單體，然后酶從DNA鏈上釋放，DNA恢復正常結構。具體過程如圖第117頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三光修復過程示意圖第118頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三①為完整的DNA分子區(qū)段。②UV照射形成T＝T，DNA空間構型改變。③光修復酶識別DNA損傷部位并與之結合，形成酶-DNA復合體。④在光作用下，修復酶被激活，使嘧啶二聚體分開。⑤酶-DNA復合體解體，酶釋放，DNA恢復正常構型，光修復過程完成。

光修復主要是低等生物的一種修復方式，后來發(fā)現類似的修復酶廣泛存在于動植物中。

第119頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三2.切除修復是細胞內DNA損傷修復最重要的方式

切除修復（excisionrepair），普遍存在于各種生物細胞中，對無堿基位點、嘧啶二聚體、堿基烷基化、單鏈斷裂等多種DNA損傷都能起修復作用。切除修復發(fā)生在復制之前，在這種修復過程中光不起作用，但需要核酸內切酶、DNA聚合酶和連接酶等的參與。

如果切除修復系統有缺陷，例如人的著色性干皮病患者由于缺少核酸內切酶，對紫外線特別敏感，該病患者不能切除紫外線誘發(fā)的T=T，導致突變積累，易患基底細胞癌。第120頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三

修復過程主要有以下幾個階段：①已經形成嘧啶二聚體的DNA分子片段②由核酸酶識別DNA的損傷位點，在損傷部位的5′端切開磷酸二酯鍵。不同的DNA損傷需要不同的特殊核酸內切酶來識別和切割。③由5′→3′核酸外切酶將損傷的DNA片段切除。④在DNA聚合酶的作用下，以完整的互補鏈為模板，按5′→3′方向合成新的DNA片段，填補已切除的空隙。⑤由DNA連接酶將新合成的DNA片段與原來的DNA斷鏈連接起來，完成修復過程。第121頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三嘧啶二聚體的切除修復示意圖第122頁，講稿共132頁，2023年5月2日，星期三3.重組修復應用DNA重組方式完成修復過程

又稱復制后修復（postreplicationrepair）。在DNA復制進行時如果發(fā)生DNA損傷，此時DNA