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1、细胞核组成:核被膜、核纤层、染色质、核仁、及核体核被膜结构组成:内外核膜、核纤层、核孔、核周空间核被膜功能:核质之间的天然选择性屏障,避免生命活动的彼此干扰,保护 DNA 不受细胞骨架运动所产生的机械力损伤,基因表达的的空隔离;调控核质之间的物质交换和信息交流核被膜解体与重建的要点:新核膜来自旧核膜;核被膜的去组装时非随机的,具有区域特异性;以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核组装体系提供了实验模型;核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节,调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体的磷酸化与去磷酸化修饰有关。核孔复合体的结构:胞质环(外环) 、核质环(内环) 、辐(柱状亚单位、腔内亚单位
2、、环带亚单位) 、中央栓。成分gp210(结构性跨膜蛋白,介导核孔复合体与核被膜的连接,将核孔复合体锚定在孔膜区,从而为核孔复合体组装提供一个起始位点;在内外核膜融合形成核孔中起重要作用;在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用) 、p62(功能性的,具有俩个功能结构域,疏水性 N 端:可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换;C 端区:可能通过与其他核孔复合体蛋白相互作用,从而将 p62 分子稳定到核孔复合体上,为其 N 端进行核质交换活动提供支持。 )核孔复合体的功能:核质交换的双向性亲水通道(输出与输入,主动与被动) ;通过核孔复合体的主动运输(选择性表现:对运输颗粒大小限制、是一个
3、信号识别与载体介导的过程,需要消耗能量,表现出饱和动力学特征,双向性) ;核蛋白:指在细胞质中合成,然后运到核内起作用的一类蛋白质。核定为信号(NLS):另一种形式的信号肽,可以位于多肽序列的任何部分,没有专一性,帮助亲核蛋白进入细胞核指导输入后不切除,是亲核蛋白入核必要不充分条件。亲核蛋白入核:结合(需 NLS 识别并结合入核蛋白) ;转运(需 GTP 提供能量)染色质:间期细胞核内由 DNA、组蛋白、非组蛋白及少量 RNA 组成的线性复合结构,是间期细胞遗传物质存在的形式。基因组:凡具有细胞形态的生物其遗传物质都是 DNA,在真核细胞中,每条未复制的染色体包装一条 DNA 分子,一个生物贮
4、存在单倍染色体组中的总遗传信息。分为编码序列和调控序列。DNA 分子一级结构多样性:非重复序列 DNA;中度重复 DNA 序列(短散在重复元件、长散在重复元件、可移动,影响基因表达) ;高度重复 DNA 序列(卫星 DNA、小卫星DNA,个体鉴定、微卫星 DNA,遗传上高度保守,高度多态性)DNA 分子二级结构:B 型(右手双螺旋,活性最高)A 型(右手, B 型变构形式)Z(左手,B 型变构形式)DNA 构型生物学意义:沟(特别是大沟特征在遗传信息表达过程中起关键作用) ;沟的宽度及深浅影响调控蛋白对 DNA 信息的识别;三种构型的 DNA 处于动态转变之中;DNA、二级结构的变化与高级结构
5、的变化是相互关联的,这种变化在其复制与转录中具有重要的生物学意义。染色体蛋白:负责 DNA 分子遗传信息的组织、复制和阅读。包括组蛋白与非组蛋白。组蛋白:是构成真核生物染色体的基本结构蛋白,富含带正电荷的精氨酸和赖氨酸,是碱性蛋白,可以和酸性的 DNA 紧密相连,由化学修饰(乙酰化、磷酸化、甲基化、核糖化)分为核小体组蛋白和 H1 组蛋白;核小体组蛋白分四种,帮助 DNA 卷曲成核小体稳定结构。H1 在构成核小体时起连接作用,赋予染色质以极性。非组蛋白:有多样性和异质性,对 DNA 有识别特异性,具有多种功能,包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成(参与染色体的构建;启动基因的复制;调控基因
6、的转录) 。反式作用因子:参与基因表达调控的因子,他们与特异的靶基因的顺式元件结合起作用。顺式作用元件:存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列。包括启动子、增强子、负调控序列和可诱导元件。证实核小体:铺展染色质的电镜观察;用非特异性微球菌核酸酶消化;应用 X 射线、中子散射和电镜三维重建技术;SV40 微小染色体分析。核小体结构要点:每个核小体单位包括 200bp 左右的 DNA 超螺旋和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白 H1;组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心颗粒,相对分子质量100*1000,由 4 个异二聚体组成,包括两个 H2A.H2B 和两个 H3.H4;146bp 的 DNA
7、分子超螺旋盘旋盘绕组蛋白八聚体 1.75 圈。组蛋白 H1 在核心颗粒外结合额外 20bpDNA,锁住核小体 DNA 的进出端,起稳定核小体的作用;两个相邻核小体之间以连接 DNA 相连,典型长度 60bp,不同物种变化值在 080bp 不等;组蛋白与 DNA 之间的相互作用主要是结构性的,基本不依赖于核苷酸的特异序列;核小体沿 DNA 的定位不受不同因素的影响染色体组装的两种模型:多级螺旋模型(DNA核小体螺线管超螺线管染色单体) 、骨架-放射环结构模型(非组蛋白构成染色体骨架和由骨架伸出的无数 DNA 侧环;30nm 的染色线折叠成环,沿染色体纵轴向中央四周伸出,构成放射环) ;由螺线管形
8、成 DNA 复制环,每 18 个复制环呈放射状平面排列,结合在核基质形成微带,微带是染色体高级结构单位。常染色质:指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态,用碱性染料染色时着色浅的那些染色质;并非所有基因都有转录活性,主要由单一序列 DNA 和中度重复序列DNA 构成。异染色质:指间期细胞核中,折叠压缩程度高,处于聚缩状态的染色质组分。有结构异染色质(除复制期以外,在整个细胞周期均处于聚缩状态,形成多个染色中心。特点:在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些环节;由相对简单、高度重复的 DNA 序列构成;有显著的遗传惰性,不转录也不编码蛋白;在复制行为上与常染色质相
9、比表现为晚复制早聚缩;占有较大部分核 DNA,在功能上参与染色质高级结构形成)和兼性异染色质(在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色质缩聚,并丧失基因转录活性。 )两种类型。 中期染色体类型:中着丝粒染色体、亚中着丝粒染色体、亚端着丝粒染色体、端着丝粒染色体染色体主要结构:着丝粒与动粒(动粒结构域,包括内板、中间间隙、外板、纤维冠;中央结构域、配对结构域) ;次缢痕(DNA 松解,形成核仁组织区,可作为鉴定染色体标记) ;核仁组织区(NOR,细胞核特定染色体的次缢痕处,含有 rRNA 基因的一段染色体区域,与核仁形成有关) ;随体;端粒(维持染色体稳定性;)染色体 DNA 的 3 种功能
10、元件:自主复制 DNA 序列(ARS,确保染色体在细胞周期中能够自我复制,维持染色体在细胞世代传递中连续性) ;着丝粒 DNA 序列(CEN,使细胞分裂时已完成复制的染色体能平均分配到子细胞中) ;端粒 DNA 序列(TEL ,保持染色体的独立性和稳定性)核型:染色体组在有丝分裂中期的表型,包括数目、大小、形态特征的总和。染色体分带:用特殊的染色方法,使染色体产生明显的色带和未染色的明带相间的带型,形成不同的染色个体,以此作为鉴别单个染色体和染色体组的一种手段核型模式图:将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来,再按长度、形体等特征排列起来的图像。巨大染色体:多线染色体(来源于有丝分裂,
11、即核内 DNA 多次复制而细胞不分裂,产生的子染色体并行排列,且体细胞内同源染色体配对,紧密结合在一起从而阻止染色质纤维进一步聚缩,形成体积很大的多线染色体;胀泡是基因活跃转录的形态学标志)+灯刷染色体(是卵母细胞进行第一次减数分裂时,停留在双线期的染色体。二价体,含 4 条染色单体,由轴和侧丝组成,形似灯刷)核仁超微结构:纤维中心(FC,rRNA 基因的储存位点,转录主要发生在它和 DFC 交界处)、致密纤维组分(DFC,首先出现初始 rRNA 转录本,并加工) 、颗粒组分(GC,负责装配核糖体亚单位,是核糖体亚单位成熟和储存的位点)核仁的功能:细胞合成核糖体的工厂,涉及 rRNA 的转录加
12、工和核糖体大小亚基的装配;进行 rRNA 的合成,并且是由专一的 RNA 聚合酶 1 负责转录;某种意义上说,核仁实际上控制着蛋白质合成的速度。rRNA 基因的转录:位于核仁组织区的 rDNA 是 rRNA 的信息来源,形态特征圣诞树样结构,rRNA 基因的转录采取受控的级联放大机制。核糖体亚单位组装:加工下来的蛋白质和小的 RNA 存留在核功能的仁中,可能起着催化核糖体构建的作用;核糖体的成熟作用只发生在转移到细胞质以后,从而阻止有功能的核糖体与核内加工不完全的 hnRNA 分子接近;核仁另一个功能涉及 mRNA 的输出与降解。核仁周期:核仁是一种动态结构,随细胞周期的变化而的发生变化,形成
13、到消失再到形成。核仁结构的动态变化依赖于 rDNA 转录活性和细胞周期的运行。活性染色质:具有转录活性的染色质,其核小体发生构象变化,具有疏松的染色质结构,从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和 RNA 聚合酶在转录模板上滑动。活性染色质的特征:活性染色质具有 DNase超敏感位点(染色质上无核小体的 DNA 片段) ;活性染色体在生化上具有特殊性(很少有 H1 组蛋白结合;组蛋白乙酰化程度高;核小体组蛋白 H2B 很少被磷酸化;核小体组蛋白 H2A 在许多物种很少有变异形式;HMG 蛋白是染色体非组蛋白中一组较丰富、不均匀、富含电荷的蛋白质;组蛋白 H3 的变种 H3.3只在活跃转录的染色
14、质中出现) ;活性染色质在组蛋白修饰上的特异性(乙酰化是活性染色质的标志)疏松染色质结构的形成原因:DNA 局部结构的改变与核小体相位的影响;组蛋白的修饰(改变染色质的结构,直接影响转录活性;核小体表面发生改变使其他调控蛋白易于和染色质相互接触,间接影响转录活性) ;HMG 结构域蛋白等染色质变构因子的影响(可识别某些异型的 DNA 结构,与 DNA 弯折和 DNA-蛋白质复合体高级结构形成有关)染色质的区间性:基因座控制区(LCR,染色质 DNA 上一种顺式作用元件,稳定染色质输送结构;与多种反式因子的结合序列可保证 DNA 复制时域启动子结合的因子仍保持在原位)+隔离子(防止处于阻遏状态与
15、活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质 DNA 序列;作用:作为异染色质定向形成的起始位点、作为结构域两端的锚定点,提供拓扑隔离区,使结构域外的增强子成分不能进入、涉及追踪机制,远端增强子处组成的复合体沿染色质模板运到直到启动子,而隔离子可阻止这个复合体超越正常作用范围)染色质模板的转录:基因转录的模板不是裸露的 DNA,染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键;转录的“核小体犁”假说(RNA 聚合酶是核小体不稳定,撤掉 2 个(H2A-H2B) ,形成 H3-H4 四聚体复合物;组蛋白核心的另一半(H3-H4 四聚体)被移开并转到聚合酶后面自由 DNA 上;2 个 H2A-
16、H2B 二聚体重新结合到 DNA 上,又形成一个完整的核小体结构) 。核骨架狭义仅指核基质,即细胞核内除了核被膜、核纤层、染色质与核仁外的网架结构体系;广义应包括基质、核纤层以及染色体骨架。核体:间期核内除染色质与核仁结构外,在染色质之间的空间还含许多形态上不同的亚核结构域。如螺旋体(功能:与 snRNP 的生物发生有关;CBs 在基因表达协调反馈调节中有作用)和早幼粒细胞白血病蛋白体(功能:转录调节、病毒感染的靶结构、PML 体组成的改变与某些疾病表型的发生有关、PML 蛋白的功能可能是作为负生长调节子和肿瘤抑制子而发挥作用、可能介导程序性细胞死亡) 。 在细胞的各种事件中,核体可能代表不同核组分的储存或查封位点或称之为分子货仓。