醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件 細(xì)胞核-2014

細(xì)胞核概述真核細(xì)胞中最大、最重要的細(xì)胞器功能：1.遺傳物質(zhì)貯存、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的場所

2.細(xì)胞生命活動(dòng)的控制中心真核生物和原核生物的最大區(qū)別

核進(jìn)化意義：核物質(zhì)區(qū)域化1.保護(hù)核內(nèi)DNA免受損傷，保證遺傳的穩(wěn)定性2.使遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)空上分離數(shù)量：單核（多數(shù)細(xì)胞）

雙核（肝、腎、軟骨細(xì)胞）

多核（破骨細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞等）

無核（成熟紅細(xì)胞）大小：高等動(dòng)物細(xì)胞核直徑通常在5～10μm

生長旺盛的細(xì)胞：核較大，如卵、腫瘤細(xì)胞

分化成熟的細(xì)胞：核較小

常用核質(zhì)比來表示細(xì)胞核的相對大小細(xì)胞核的數(shù)量、大小與形態(tài)

形態(tài)：間期才可以觀察到細(xì)胞核的完整結(jié)構(gòu)；多樣，多為圓形或橢圓形；與細(xì)胞的形狀、類型、發(fā)育時(shí)期等有關(guān)。①

核膜

②染色質(zhì)

③核仁④

核基質(zhì)

間期核的結(jié)構(gòu)主要由4部分構(gòu)成

第一節(jié)核膜核膜(nuclearmembrane)又稱核被膜(nuclearenvelope)一、核膜的化學(xué)組成二、核膜的結(jié)構(gòu)三、核膜的功能一、核膜的化學(xué)組成主要為蛋白質(zhì)（65%～75%）和脂類，可能還有少量DNA和RNA所含的酶類和脂類都與ER相似，但含量有差異二、核膜的結(jié)構(gòu)*電鏡下，核膜是由內(nèi)核膜、外核膜、核周間隙、核孔復(fù)合體和核纖層等結(jié)構(gòu)組成。（一）外核膜(outermembrane)與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相連續(xù)外表面有核糖體附著外表面附著有細(xì)胞骨架成分，起著固定細(xì)胞核并維持細(xì)胞核形態(tài)的作用。（二）內(nèi)核膜(innermembrane)

表面無核糖體附著核質(zhì)面附著有核纖層，對核膜其支持作用（三）核周間隙(perinuclearcisternae)內(nèi)外兩層核膜之間的腔隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相連，內(nèi)含多種蛋白質(zhì)和酶

（四）核孔復(fù)合體核孔：內(nèi)外核膜融合之處形成的環(huán)狀開口數(shù)量：3000~4000個(gè)/哺乳類細(xì)胞

蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞，核孔數(shù)目較多電鏡下，核孔是由多種蛋白質(zhì)以特定方式排列而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，稱為核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex，NPC）。NPC胞質(zhì)面觀NPC核質(zhì)面觀NPC由四種組分構(gòu)成：①胞質(zhì)環(huán)②核質(zhì)環(huán)③輻柱狀亞單位環(huán)狀亞單位腔內(nèi)亞單位④中央栓※核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)*：捕魚籠式(fish-trap)結(jié)構(gòu)模型被普遍接受核孔復(fù)合體模式圖核籃胞質(zhì)面核質(zhì)面?zhèn)让嬗^核孔復(fù)合體的化學(xué)組成：主要由蛋白質(zhì)組成核孔蛋白（nucleoporin，Nup）的特點(diǎn)進(jìn)化上高度保守多含有一簇FG重復(fù)序列F：苯丙氨酸G：甘氨酸（五）核纖層(nuclearlamina)※概念*：核纖層是位于內(nèi)核膜內(nèi)側(cè)與染色質(zhì)之間的一層由高電子密度纖維蛋白質(zhì)組成的網(wǎng)絡(luò)片層結(jié)構(gòu)。只存在于間期核中，分裂期解體核纖層的化學(xué)成分：

核纖層蛋白（屬于中間纖維蛋白）哺乳類細(xì)胞的核纖層蛋白（lamin）有3類laminAlaminCLaminB由同一基因編碼的不同的加工產(chǎn)物※核纖層的功能*1.核纖層在細(xì)胞核中起支架作用2.核纖層與核膜的崩解和重建密切相關(guān)laminA、C分散到胞質(zhì)中l(wèi)aminB與核膜小泡結(jié)合3.核纖層與染色質(zhì)凝集成染色體相關(guān)分裂間期，染色質(zhì)與核纖層結(jié)合緊密，不能螺旋化成染色體；分裂前期，核纖層解聚，染色質(zhì)與核纖層的結(jié)合喪失，染色質(zhì)凝集成染色體。4.核纖層參與DNA的復(fù)制利用爪蟾卵母細(xì)胞核重建體系的研究發(fā)現(xiàn)，重建的缺乏核纖層的細(xì)胞核不能進(jìn)行DNA的復(fù)制，提示核纖層參與了DNA復(fù)制。三、※核膜的功能*核膜為基因表達(dá)提供了時(shí)

空隔離屏障使DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)

翻譯在時(shí)空上分離，建立了遺

傳物質(zhì)穩(wěn)定的活動(dòng)環(huán)境；保證了RNA轉(zhuǎn)錄后先進(jìn)行加工、

修飾，才能輸入細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)

而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，使遺傳

信息的表達(dá)調(diào)控過程更加精確、

高效。2.核膜參與蛋白質(zhì)的合成3.核孔復(fù)合體控制著核-質(zhì)間的物質(zhì)交換核孔復(fù)合體是介導(dǎo)核-質(zhì)間物質(zhì)交換的

雙向親水通道具有兩種運(yùn)輸方式被動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸9-10nm通過核孔復(fù)合體的被動(dòng)運(yùn)輸靜止?fàn)顟B(tài)下，核孔中央有直徑9～10nm的親水通道，水、無機(jī)離子、小分子及直徑小于10nm的物質(zhì)原則上可自由通過。通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸絕大多數(shù)生物大分子的核-質(zhì)分配需要借助核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸方式來實(shí)現(xiàn)。具有高度選擇性，表現(xiàn)在以下三方面①核孔復(fù)合體的孔徑

可調(diào)，主動(dòng)運(yùn)輸?shù)墓?/p>

能直徑比被動(dòng)運(yùn)輸大，

為10～20nm，可調(diào)節(jié)

達(dá)26nm。②核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸是信號識別與載體介導(dǎo)的過程，需消耗能量。③具有雙向性，兼有核輸入與核輸出兩種功能核輸入：DNA復(fù)制與RNA轉(zhuǎn)錄所需的各種酶、組蛋白、核糖體蛋白等核輸出：mRNA、tRNA、核糖體大小亞基等1.親核蛋白的核輸入※親核蛋白*（karyophilicprotein）：指在細(xì)胞質(zhì)中游離核糖體上合成、經(jīng)核孔轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞核發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)。游離核糖體親核蛋白一般都有一段特殊的氨基酸信號序列，起著定向和定位的作用，保證蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體向核內(nèi)輸入，這一特殊的信號序列稱為核定位序列*

(nuclearlocalizationsequence,NLS)。NLS特點(diǎn)：含4~8個(gè)氨基酸的短肽序列不同親核蛋白上的NLS不同，但都富含堿性氨基酸（Lys、Arg），通常還有脯氨酸NLS可以位于親核蛋白的任何部位，并且在指導(dǎo)親核蛋白完成核輸入以后不被切除。-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-具有正常NLS的T-抗原

聚集于細(xì)胞核內(nèi)NLS發(fā)生突變的T-抗原

分布于胞質(zhì)中病毒SV40的T-抗原在宿主細(xì)胞中的分布親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的條件①核定位序列（NLS）②NLS受體（核輸入蛋白）核輸入受體α核輸入受體β③Ran：一種GTP結(jié)合蛋白核輸入受體親核蛋白親核蛋白的核輸入過程2.RNA及核糖體亞基的核輸出核輸出受體帶有核輸出信號

的蛋白質(zhì)核質(zhì)胞質(zhì)

第二節(jié)染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)（chromatin）：是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)的存在形式，是由DNA、組蛋白，非組蛋白及少量RNA組成的細(xì)絲狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。染色體（chromosome）：是指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中，染色質(zhì)經(jīng)復(fù)制后反復(fù)纏繞凝聚而成的條狀或棒狀結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)和染色體是遺傳物質(zhì)在細(xì)胞周期不同時(shí)相的不同表現(xiàn)形態(tài)。細(xì)絲狀，彌散分布于核內(nèi)有利于遺傳信息的復(fù)制和表達(dá)間期染色質(zhì)中期染色體條狀或棒狀結(jié)構(gòu)有利于遺傳物質(zhì)的平均分配從裂解的核中溢出的染色質(zhì)中期染色體※染色質(zhì)和染色體的組成成分*：DNA組蛋白非組蛋白RNA少量，含量隨細(xì)胞生理狀態(tài)的不同而變化染色質(zhì)的穩(wěn)定成分，占染色質(zhì)總量的98%，二者比例約1：1一、染色質(zhì)與染色體的組成成分1.DNA序列的類型真核細(xì)胞DNA序列分為3類

①單一序列（單拷貝序列）在基因組中一般只有單一拷貝或少數(shù)幾個(gè)拷貝絕大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)（酶）的結(jié)構(gòu)基因均屬于單一序列(一)DNA——遺傳信息的載體②中度重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)在10～105之間，序列長度從幾百到幾千個(gè)bp不等多數(shù)是不編碼序列，構(gòu)成基因內(nèi)或基因間的間隔序列，在基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用。少數(shù)是有編碼功能的基因，如rRNA基因、tRNA基因、組蛋白基因、核糖體蛋白的基因等。③高度重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)超過105，分布在染色體的著絲粒區(qū)和端粒區(qū)，長度一般為幾個(gè)至幾十個(gè)bp。高度重復(fù)序列有些散在分布，另一些則串聯(lián)重復(fù)，均不能轉(zhuǎn)錄主要是構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因的間隔，維系染色體結(jié)構(gòu)，還可能與減數(shù)分裂過程中同源染色體聯(lián)會(huì)有關(guān)。2.一條功能性染色質(zhì)DNA必須具備3類功能序列*※人：GGGTTA核小體組蛋白染色質(zhì)(二)組蛋白（histone）1.組蛋白的特點(diǎn)真核生物染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)蛋白堿性蛋白，富含的Arg

和Lys等堿性氨基酸帶有正電荷，可與帶

負(fù)電荷的DNA緊密結(jié)

合(非特異性結(jié)合)。2.※組蛋白的分類*組蛋白共有5種，按功能可分兩大類⑴

核小體組蛋白（nucleosomalhistone）H2A、H2B、H3、H4；組成八聚體，協(xié)助DNA卷曲成核小體結(jié)構(gòu)無種屬及組織特異性，進(jìn)化上高度保守⑵H1組蛋白穩(wěn)定核小體并與核小體

的進(jìn)一步包裝有關(guān)有一定的種屬及組織特異性3.※組蛋白的功能*協(xié)助折疊及包裝DNA形成染色體保護(hù)DNA不被酶消化組蛋白與DNA的結(jié)合可抑制DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄組蛋白乙酰化、磷酸化等化學(xué)修飾可改變組蛋白的電荷性質(zhì)，使組蛋白與DNA結(jié)合力減弱，有利于DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。甲基化則可增強(qiáng)組蛋白和DNA的相互作用，抑制DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。(三)非組蛋白（non-histone）概念：除組蛋白之外的染色質(zhì)結(jié)合蛋白的總稱特點(diǎn)：含量少，種類多在不同組織細(xì)胞中的種類和數(shù)量均不相同與特異的DNA序列結(jié)合※功能*：協(xié)助DNA折疊，啟動(dòng)和推進(jìn)DNA的復(fù)制，

調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄二、常染色質(zhì)與異染色質(zhì)按間期核中染色質(zhì)螺旋化程度、功能狀態(tài)的不同，可分為：常染色質(zhì)異染色質(zhì)常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的異同*相同點(diǎn)：化學(xué)本質(zhì)相同，只是不同功能狀態(tài)下染色質(zhì)的

不同構(gòu)型而已，一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。

不同點(diǎn)常染色質(zhì)異染色質(zhì)

間期結(jié)構(gòu)松散緊密

堿性染料染色著色淺著色深

螺旋化程度低高

轉(zhuǎn)錄活性具有轉(zhuǎn)錄活性無轉(zhuǎn)錄活性

主要分布部位核中央核邊緣、核仁周圍

序列特點(diǎn)單一或中度

重復(fù)DNA序列組成性異染色質(zhì)：高度重復(fù)DNA序列

復(fù)制行為早復(fù)制晚復(fù)制、早聚縮異染色質(zhì)可分兩類：組成性異染色質(zhì)：指在各種類型細(xì)胞的細(xì)胞周期中（除復(fù)制期外）均呈凝縮狀態(tài)的異染色質(zhì)。由高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)多分布于染色體的著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕等部位兼性異染色質(zhì)：只在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，處于凝縮失活狀態(tài)，而在其他時(shí)期松展為常染色質(zhì)?？偭孔兓c細(xì)胞類型有關(guān)，胚胎細(xì)胞中含量少，高度分化的細(xì)胞中含量多。雌性哺乳動(dòng)物體細(xì)胞核中的X染色質(zhì)（巴氏小體）即為一種兼性異染色質(zhì)Barrbody三、※染色質(zhì)組裝成染色體*伸展的染色質(zhì)纖維(一)核小體——染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位

核小體（nucleosome）是染色體組裝的一級結(jié)構(gòu)，為直徑約10nm的圓盤狀顆粒。※核小體的組成*：

DNA：約200bp左右146bp：盤繞組蛋白八聚體1.75圈，稱核心DNA60bp：連接相鄰的核小體，稱連接DNA（長度變異大）

組蛋白八聚體：一個(gè)

Ｈ1組蛋白：一個(gè)

核小體串珠的形成使DNA分子長度壓縮了約7倍（二）核小體進(jìn)一步螺旋形成螺線管螺線管（solenoid）是染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，是在組蛋白H1的協(xié)助下，由核小體串珠結(jié)構(gòu)盤旋而成的中空結(jié)構(gòu)每圈6個(gè)核小體，外徑30nm，螺距11nm螺線管的形成使核小體串珠結(jié)構(gòu)壓縮了約6倍10nm組蛋白八聚體H1組蛋白DNA組蛋白八聚體核小體組蛋白H1位于螺線管的內(nèi)部，是螺線管形成和穩(wěn)定的關(guān)鍵因素30nm染色質(zhì)纖維核小體串珠電鏡下，間期核中的染色質(zhì)大多以一種30nm染色質(zhì)纖維（螺線管）的形式存在。（三）螺線管進(jìn)一步包裝成染色體關(guān)于螺線管如何進(jìn)一步包裝成染色體，目前有兩種模型：①多級螺旋模型

（multiplecoilingmodel）②染色體骨架-放射環(huán)模型

(scaffold-radialloopstructuremodel)1.※多級螺旋模型*一級結(jié)構(gòu)：核小體，直徑10nm二級結(jié)構(gòu)：螺線管，直徑30nm三級結(jié)構(gòu)：超螺線管，

直徑0.2～0.4um四級結(jié)構(gòu)：染色單體最早是Laemmli等(1977)根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出的。他們用2mol/L的NaCl加肝素處理HeLa細(xì)胞的中期染色體，除去組蛋白和大部分非組蛋白后，在電鏡下看到了由非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架和由骨架伸出的無數(shù)的DNA袢環(huán)。2.染色體骨架-放射環(huán)模型※染色體骨架-放射環(huán)模型*一級結(jié)構(gòu)：核小體二級結(jié)構(gòu)：螺線管(30nm纖維)高級結(jié)構(gòu)：袢環(huán)結(jié)構(gòu)和染色單體

高級結(jié)構(gòu)的組裝過程：⑴螺線管進(jìn)一步折疊成

一系列袢環(huán)結(jié)構(gòu)，袢

環(huán)的基部連于中央的

染色體骨架上。⑵每18個(gè)袢環(huán)呈放射狀平面排列，形成微帶。⑶約106個(gè)微帶沿縱軸排列，形成染色單體。染色體骨架-放射環(huán)模型四、染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)在有絲分裂中期，染色體高度凝集，形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征明顯，可作為染色體一般形態(tài)和結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。中期染色體由著絲粒相連的兩條

姐妹染色單體構(gòu)成主要結(jié)構(gòu)：著絲粒、

主縊痕、次縊痕、端

粒、隨體等。（一）著絲粒（centromere）主縊痕：中期染色體的兩條姐妹染色單體的連接處向內(nèi)凹陷、著色較淺的縊痕。著絲粒：指主縊痕處的染色質(zhì)部分，由高度重復(fù)的異染色質(zhì)組成。著絲粒將染色體分為兩個(gè)臂依據(jù)著絲粒的位置，中期染色體分為4種類型中著絲粒

染色體亞中著絲粒

染色體近端著絲粒

染色體端著絲粒

染色體動(dòng)粒（kinetochore）位于著絲粒兩側(cè)的圓盤狀結(jié)構(gòu)由蛋白質(zhì)構(gòu)成是細(xì)胞分裂時(shí)紡錘絲動(dòng)粒微管的附著部位，參與染色體的運(yùn)動(dòng)與分離。（二）著絲粒-動(dòng)粒復(fù)合體中期染色體動(dòng)粒微管著絲粒-動(dòng)粒復(fù)合體：由著絲粒和動(dòng)粒共同組成的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)介導(dǎo)紡錘絲與染色體的結(jié)合包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域：動(dòng)粒域中心域配對域紡錘絲著絲粒動(dòng)粒紡錘絲動(dòng)粒域：圓盤狀結(jié)構(gòu)，

由蛋白質(zhì)構(gòu)成，是紡

錘體動(dòng)粒微管的附著

部位。中心域：位于動(dòng)粒域

的內(nèi)側(cè)，是復(fù)合體的

主體，由富含高度重

復(fù)序列的異染色質(zhì)構(gòu)

成。配對域：在中心域內(nèi)

表面，是兩條染色單

體相互連接的區(qū)域。動(dòng)粒在電鏡下呈三層板狀結(jié)構(gòu)內(nèi)層外層中層※動(dòng)粒與著絲粒的比較*成分功能著絲粒染色質(zhì)連接姐妹染色單體動(dòng)粒蛋白質(zhì)與動(dòng)粒微管相連，和染色體的移動(dòng)有關(guān)（三）次縊痕（secondaryconstriction）指某些染色體上除主縊痕之外的淺染縊縮部位其數(shù)量、位置和大小可用作鑒別染色體的標(biāo)記位于某些染色體末端的球形或棒狀結(jié)構(gòu)主要由異染色質(zhì)構(gòu)成通過次縊痕區(qū)與染色體

主體部分相連隨體也是識別染色體的重要特征之一（四）隨體（satellite）人類有隨體的染色體：13～15、21、22號全部為近端著絲粒染色體有隨體染色體的次縊痕部位含有多拷貝的rRNA基因（5SrRNA除外），是具有組織形成核仁能力的染色質(zhì)區(qū)，與核仁形成有關(guān)，此區(qū)稱為核仁組織區(qū)（nucleolusorganizingregion,NOR）。（五）端粒（telomeres）染色體末端的特化部位，由端粒DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成。端粒DNA不含基因，由富含G的短串聯(lián)重復(fù)序列構(gòu)成，在進(jìn)化上高度保守。

人：(GGGTTA)n端粒的功能：保證染色體末端的完全復(fù)制在染色體的兩端形成保護(hù)性的帽結(jié)構(gòu)，使DNA免受核酸酶和其他不穩(wěn)定因素的破壞和影響，使染色體末端不會(huì)與其他染色體的末端融合，保持染色體的結(jié)構(gòu)完整。在細(xì)胞的壽命、衰老和死亡以及腫瘤的發(fā)生和治療中起作用。

端粒是細(xì)胞分裂的“計(jì)數(shù)器”，細(xì)胞每分裂一次，端粒減少50～100核苷酸。五、核型與帶型人類G帶核型核型：指一個(gè)體細(xì)胞中的全部染色體，按其大小、形態(tài)特征順序排列所構(gòu)成的圖像。核型分析：將待測細(xì)胞的核型進(jìn)行染色體數(shù)目、形態(tài)特征的分析，稱為核型分析。人類G帶核型帶型：染色體標(biāo)本經(jīng)過一定程序處理，并用特定染料染色后，染色體沿其長軸可顯現(xiàn)出明暗或深淺相間、寬窄不等的帶紋，構(gòu)成了每條染色體的帶型。染色體顯帶技術(shù)可準(zhǔn)確識