医学细胞生物学细胞核nucleu

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1、,第七章 细胞核(nucleus),细胞核的特点： 位置：一般位于中央，有的位 于细胞的一侧或边缘。 形状：多种多样，与细胞形状 相适应。 数量：一般为单核，有的为 双核或多核。 大小： 5-30um,细胞核的主要结构： 核 膜 核纤层 染色质 核基质 核 仁,核膜(nuclear envelope)： 电镜下，核膜是由两层单位膜构成。 一、外核膜 二、内核膜 三、核周间隙 四、核孔,第一节 核膜,外核膜(outer nuclear membrane) 外核膜的形态、组成和生化反应与粗面内质网相似。 外核膜的外表面存在微管和中间纤维，参与核定位。,一、内外核膜,内核膜(inner nuclea

2、r membrane) 面向核质，由核纤层支撑， 包围核物质。,二、核周间隙 (perinuclear space),由内、外层核膜围成的间隙。其间充满液态不定型物质。 具有缓冲的作用； 是细胞核与细胞质进行物质交换的重要通道之一。,三、核孔（nuclear pore）,电镜下核孔是由多个蛋白质颗粒以特定方式排列而成的复杂而又有规律结构，称为核孔复合体（nulear pore complex， NPC ）。,核孔复合体-“捕鱼笼” 模式图,胞质纤维,四、核膜的主要功能,2.控制着细胞核与细胞质的物质交换; （1）自由扩散 无机离子，如K+、 Ca2+ 、 Mg2+、 Cl-离子，水分子等； 分

3、子量小于5KD的单糖、氨基酸和核苷酸。,1.核膜的区域化作用，使转录和翻译在时空上 分离;,（2）主动运输,主动运输在核孔复合体上进行。 两种核转运受体： 1）核转运受体（入核素）,2）能识别RNA或RNA结合蛋白的受体（出核素）,3.在细胞分裂中参与染色质 的定位与分离 4.核膜参与合成生物大分子 外层核膜与粗面内质网相似，因此可以参与细胞蛋白质的合成。如，核周间隙分布的多种结构蛋白及酶。,第二节 核纤层与核骨架,一、核纤层 真核细胞中，紧贴内核膜下的一层高电子密度的纤维蛋白网。,成分：核纤层蛋白A、B、C,功 能： 1.为染色质提供附着的位点 2.为核膜提供支架，稳定核膜 3.与细胞核构建

4、有关,核膜镶嵌蛋白,核周间隙,A,B,C,二、核骨架,核骨架：又称核基质，是间期核内，除去核膜、核纤 层染色质和核仁之外，以非组蛋白为主组成 的纤维网架结构。,核骨架,1. 非组蛋白性的纤维蛋白：构成核骨架的基本成分。,2. 核基质结合蛋白：与核基质结合的酶、细胞调控蛋 白等 。,3. RNA：维持核骨架的三维结构。,DNA： 不是骨架结构成分，只是功能的结合。,（一）组成,核 骨 架 的 结 构,核骨架通道,（二）功 能 1.参与DNA的复制； 2.参与基因的表达 ； 3.参与前体RNA的加工修饰 及定向运输； 4.参与细胞分裂中DNA的包 装和染色体的构建； 5.与细胞分化相关。,分化程度

5、越高，细胞的RNA合成能力越旺盛，核骨架越发达。,第三节 染色质和染色体, 染色质(chromatin)： 间期细胞核中，能被碱性染料染色的物质。呈细丝状、形态不规则，弥散于细胞核内。 染色体(chromosome)： 有丝分裂时，染色质组装、凝集成光镜下可见的 棒状或点状结构。,一、染色质和染色体的化学组成,DNA ：组蛋白： RNA ：非组蛋白 1 ： 1 ：0.05 ： 0.5-1.5,组成DNA的成分： dAMP、dGMP、dCMP、dTMP,1.DNA：遗传信息的携带者，带负电，含量稳定。,(一) 化学组成,2.组蛋白(histone) 是染色体的基本结构蛋白。呈碱性、带正电，可以与

6、DNA分子结合，与染色体形成有关。,H1：有种属和组织特异性，保守性 最小。连接核小体。 H2A、H2B： 含赖氨酸较多，比较保守。 H3、H4： 含大量精氨酸，非常保守。 组蛋白在 “S期”与DNA同时合成。,组蛋白的化学修饰： 乙酰化/磷酸化：改变赖氨酸所带电荷，组 蛋白与DNA的结合能力减弱，利于 复制和转录的进行。 甲基化：增强组蛋白和DNA的相互作用，降 低DNA复制和转录活性。,3、非组蛋白(nonhistone) ： 是染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质，所以又称序列特异性DNA结合蛋白。为一类带负电的酸性蛋白。 有种属和组织特异性，在整个细胞周期都能进行合成。 功能： （1）

7、与特异性的DNA序列相识别、结合，启动并促进基 因的转录和复制，调控基因的表达； （2）促进核小体结构中DNA分子的进一步的盘曲、折叠 参与染色体结构的构建。,（一）常染色质 指在细胞间期呈松散状、染色较浅，且有转录和复制活性的染色质。,二、染色质的种类,（二）异染色质 指在细胞间期呈凝缩状态，染色较深，缺乏转录活性的染色质。,1、结构异染色质 在所有细胞核内都呈异固缩的染色质。多位于着丝粒区、端粒、次缢痕区及染色体短臂的某些节段。,2、兼性异染色质 在不同细胞类型或不同发育时期出现的异染色质区。 如雌性哺乳类动物一条X染色体常表现为异染色质。,三、染色质的结构与包装,（一）染色质的一级结构

8、11nm的染色质纤维 核小体(nucleosome),核小体： 200bp的DNA 包绕组蛋白八聚体构成的颗粒状结构。,1、核小体的核心： 146bp DNA片段绕八聚体1.75圈，形成的颗粒状结构。,核小体：核小体的核心+核小体的DNA片段,八聚体组蛋白核心颗粒： 2四种组蛋白 （H2A、H2B、H3、H4),2、核小体的DNA连接片断：,核小体核心之间由60bp的DNA片段相连，并有1分子 H1 组蛋白与该DNA结合。 DNA长度压缩 7倍。,（二）染色质的二级结构 30nm的染色质纤维螺线管模型,螺线管模型：每6个核小体染色质纤维螺旋式的围绕一圈，形成外径30nm，内径10 nm的螺线管

9、结构。 H1组蛋白位于螺线管的内部，对螺线管的形成有重要作用。 DNA分子压缩了6倍。,（三）染色体的三级结构襻环模型,30nm的染色质纤维（螺线管）折叠形成襻环，襻环沿染色体纵轴由中央向四周放射状伸出，其基部与染色单体中非组蛋白轴相连，由此构成放射环状结构。 DNA分子又压缩了40倍。,（四）染色体的四级结构 徽带,徽带： 18个襻环以染色体骨架为中心，放射状地平面排列成一个圈，形成的结构。 约106个徽带沿轴心骨架纵向排列，形成染色单体。,1. 染色单体(chromatid) 姐妹染色单体以着丝粒相连组成染色体。,四、染色体的结构,2. 主缢痕(primary constriction)

10、两条染色单体相连处，染色体 出现向内凹陷的、浅染的缢痕区。 （1）着丝粒(centromere) 主缢痕处两条染色单体相连处。 （2）动粒(kinetochore) 主缢痕着丝粒外侧，特化的圆 盘状结构，与纺锤丝微管相连。,中央着丝粒染色体,亚中央着丝粒染色体,近端着丝粒染色体,染色体分型：根据着丝粒在染色体的位置,4. 随体： 染色体短臂上的球形或棒状结构，通过染色质丝与短臂相连。带有随体的染色体称为SAT染色体。,3. 次缢痕 除主缢痕外，在染色体上第二个浅染的缢缩部位。 次缢痕在染色体上的位置相对稳定，是鉴定染色体个别性的一个显著的特征 。,5. 端粒(telomere)： 染色体末端，

11、由DNA和蛋白质构成的特殊结构。 能够维持染色体结构的稳定，防止染色体末端粘连。同源染色体配对时，端粒可粘到核膜的一定位置。 正常染色体每复制一次，端粒序列减少50100bp。,根据染色体的大小、形态、着丝粒的位置，将人类体细胞中的46条染色体配成23对。编成A、 B、C、D、E、F、G，7组，122号为常染色体，X、Y为性染色体。,Denver体制,第四节 核仁 (nucleolus),核仁是真核细胞中最明显的结构。12个或多个。一般位于核的一侧，在生长代谢活跃的细胞中，核仁边集。 核仁是一个高度 动态的结构。随着细 胞周期的进程，可以 在有丝分裂期发生周 期性的重建与消失。,蛋白质：80，

12、组蛋白、非组蛋白、 核糖体蛋白及酶类 r RNA：10% 45S、28S、18S、5.8S DNA ：8%，rDNA 脂类：微量的,一、主要成份,二、核仁的超微结构,电镜下，核仁是无界膜包裹的、由多种成分构成的网络状结构。 核仁的结构包括三个不完全分隔的部分。,1.核仁相随染色质 是指紧靠核仁的染色质，由10nm的染色质纤维组成。 包括：核仁内染色质 核仁周围染色质 r DNA和RNA聚合酶。,核仁组织者：即rDNA，核仁内染色质DNA上含有成串排列的rRNA基因，这些基因通过高速转录，可以产生rRNA，进而在组成、形成核仁的过程中发挥作用，称为核仁组织者 。,核仁组织者区(NOR) ： 在人

13、类细胞中， rDNA基因分别定位于13，14，15，21和22号染色体上，在间期细胞中，这些核仁组织者间相互融合，形成了间期中常见的核仁，其共同构成的这样的区域称为核仁组织者区。,2.纤维结构 包括正在转录形成的r RNA，还有核糖体蛋白，RNA结合蛋白（如核仁素）。 3.颗粒组分 主要是RNA和蛋白质复合物 （不同加工阶段的核糖体）。 4.核仁基质 用DNA酶和RNA酶处理核仁后残余的结构。是核仁骨架。,细胞有丝分裂过程中，核仁发生的周期性变化与核仁组织区的活动有关。,三、核仁组织区与核仁周期,（1）合成rRNA （2）装配核糖体,四、核仁的功能,核仁组装核糖体的过程,1、 构成DNA、RN

14、A的核苷酸 DNA：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP RNA： AMP、 GMP、 CMP、 UMP,戊糖,O,1 H,2 OH,3 OH,4 H,HOCH2,磷酸,5,碱,核苷酸, 磷酸与脱氧核糖彼此通过3、5-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架。,磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。,碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行, 两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢链结合在一起。,螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持, 每圈螺旋10.4nt ，碱基堆积距0.34nm，双螺旋平均直径2nm， 大沟：宽1.2nm ，深0.85nm， 小沟 ：宽0.6nm，深0.75nm,DNA序列分析仪： 四色荧光基团标记的dNTP,