《细胞生物学基础 教学课件 ppt 作者 员冬梅 主编 李晓文 主审第六章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞生物学基础 教学课件 ppt 作者 员冬梅 主编 李晓文 主审第六章（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、细胞生物学基础,第六章 细胞核,第一节 核被膜与核孔复合体,一、核被膜 核被膜位于间期细胞核的最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜。核被膜在普通光学显微镜下不能显示其结构，在电子显微镜下才能观察到其精细结构。 核被膜能使细胞核内环境的温度、压力、pH值和化学成分维持相对恒定，使其成为细胞中一个相对独立和稳定的系统。一方面核被膜构成了核、质之间的天然选择性屏障，将细胞分成核与质两大结构与功能区域：DNA复制、RNA转录和加工在核内进行，蛋白质翻译局限在细胞质中，减少了相互干扰，从而使细胞的生命活动更加有序和高效；另一方面核被膜并不是完全封闭的，核质之间进行着频繁的物质、信息交流。,第一节 核被膜与
2、核孔复合体,核被膜（图6-3）由内、外两层平行但不连续的单位膜组成，每层单位膜的厚度约为7.5nm。面向胞质的一层为核外膜，表面常附有大量的核糖体颗粒，并且常与糙面内质网相通连。,图6-3 核被膜的电镜照片,第一节 核被膜与核孔复合体,二、核孔复合体 1.结构模型 辐核孔复合体自被发现以来，不断有新的结构模型提出，综合近年来提出的核孔复合物新的结构模型（图6-4、6-5），该复合物由环、辐、栓等结构亚单位组成。,图6-4 核孔复合物立体模型,第一节 核被膜与核孔复合体,（1）胞质环 又称外环，位于核孔边缘的胞质面一侧，在环上有8条纤维对称分布伸向胞质。 （2）核质环 又称内环，位于核孔边缘的核
3、质面一侧，比外环结构复杂，在环上也有8条纤维对称分布伸向核内，并且在纤维末端形成一个直径为60nm的小环，使核质环就像一个“捕鱼笼”。 （3）辐 由核孔边缘伸向核孔的中央，呈辐射状八重对称，结构较复杂。 （4）栓 又称中心栓，位于核孔中心，也被称作转运器，可能与核质间物质交换有关。,第一节 核被膜与核孔复合体,图6-5 两栖类卵母细胞核孔核质面的表面结构,第一节 核被膜与核孔复合体,2.功能 核孔复合体在功能上可被认为是一种特殊的跨膜运输蛋白复合物，并且是一个双向性、双功能的亲水性核质交换通道。双向性是指核孔复合体既介导蛋白质的入核转运，又介导RNA、核糖核蛋白体（RNP）的出核转运；双功能是
4、指它有被动扩散和主动运输两种运输方式。 （1）通过核孔复合体的被动扩散 核孔复合体亲水通道的有效直径为910nm，即离子、小分子以及直径小于10nm的物质原则上可以自由通过。 （2）通过核孔复合体的主动运输 生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的主动运输完成的，具有高度选择性。其选择性表现在：运输颗粒大小的选择。主动运输的功能直径比被动运输大，核孔复合体的有效直径的大小是可以被调节的；通过核孔复合体的主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，并且需要有能量供应；通过核孔复合体的主动运输具有双向性，即核输入与核输出。,第一节 核被膜与核孔复合体,图6-6 通过核孔复合物选择性输入蛋白质示意图,
5、第一节 核被膜与核孔复合体,核质蛋白向细胞核的输入可描述如下（图6-7）： 亲核蛋白通过NLS识别importin ，与NLS受体importin 二聚体结合，形成转运复合物； 在importin的介导下，转运复合物与核孔复合体的胞质环上的纤维结合； 纤维向核弯曲，转运器构象发生改变，形成亲水通道，转运复合物被转移到核质面； 转运复合物与Ran-GTP结合，复合体解离，亲核蛋白释放； 与Ran-GTP结合的importin ，输出细胞核，在细胞质中Ran结合的GTP水解，Ran-GDP返回细胞核重新转换为Ran-GTP； importin 在核内载体蛋白的帮助下运回细胞质。,第一节 核被膜与核
6、孔复合体,图6-7 亲核蛋白的核输入过程,第一节 核被膜与核孔复合体,核质蛋白向细胞核的输入可描述如下（图6-7）：亲核蛋白通过NLS识别importin ，与NLS受体importin 二聚体结合，形成转运复合物；在importin的介导下，转运复合物与核孔复合体的胞质环上的纤维结合；纤维向核弯曲，转运器构象发生改变，形成亲水通道，转运复合物被转移到核质面；转运复合物与Ran-GTP结合，复合体解离，亲核蛋白释放；与Ran-GTP结合的importin ，输出细胞核，在细胞质中Ran结合的GTP水解，Ran-GDP返回细胞核重新转换为Ran-GTP；importin 在核内载体蛋白的帮助下运
7、回细胞质。 对细胞核向细胞质的大分子输出了解较少，大多数情况下，细胞核内的RNA是与蛋白质形成RNP复合物转运出细胞核的，也是一种由受体介导的信号识别的主动运输过程。,第二节 染色质与染色体,一、染色质的组成 1.染色质DNA 细胞里的DNA绝大部分存在于染色质中，它的含量十分恒定。进一步的研究表明，染色质DNA存在重复序列，并根据重复序列的频率分为三类：高度重复序列，中度重复序列和单一序列。 （1）高度重复序列 这是由一些短的DNA片段组成的呈串联重复排列的序列，在基因组中重复频率高，几乎所有真核细胞染色质DNA都有这种高度重复序列。卫星DNA就是这类高度重复顺序。由于它所含有的G和C的量比
8、大部分细胞DNA要略多或略少，这样在CsCL2密度梯度离心中表现为主峰旁边的一组小峰，称卫星DNA，或随体DNA。 （2）中度重复序列 在这一类中，核苷酸序列重复频率在基因组中从几十次到几千次。包括组蛋白基因、rRNA基因、tRNA基因、5sRNA基因等。 (3)单一序列 这种DNA序列在基因组中只出现一次或若干次。除组蛋白外，细胞内许多种蛋白质都是由单一序列的DNA转录编码的，原核细胞的基因也是单一序列。,第二节 染色质与染色体,2.染色质蛋白质 染色质DNA结合蛋白包括两类：一是组蛋白，与DNA非特异性结合；另一类是非组蛋白, 与DNA特异性结合。 （1）组蛋白 组蛋白是构成真核生物染色质
9、的基本结构蛋白，是一类碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合，这种结合一般不要求特殊的氨基酸序列，是非特异性的。 （2）非组蛋白 与组蛋白不同，非组蛋白是指染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质，所以又称序列特异性DNA结合蛋白，非组蛋白的特性是：含有较多的天门冬氨酸和谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质；整个细胞周期都进行合成，不象组蛋白只在S期合成，并与DNA复制同步进行；能识别特异的DNA序列，识别信息存在于DNA本身，位点在大沟部分。 非组蛋白的功能是：帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域，从而有利于DNA的复制和基因的转录；协助启动DNA复制；控制基因转录，调节基因表达。因此，研究非组蛋白
10、对深入揭示染色质包装、DNA复制、转录、基因表达调控等具有重要意义。,第二节 染色质与染色体,3.常染色质与异染色质 真核细胞间期核染色质按其形态特征和染色性能区分为两种类型，即常染色质与异染色质。 (1) 常染色质 常染色质是正常情况下经常活动，有功能的染色质（图6-8）。在电镜下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较浅，多位于核的中央位置，并通到核孔的内面，形成所谓的常染色质通道。构成常染色质的DNA序列主要是一些单一序列和中度重复序列。常染色质的DNA复制一般较早，多发生在细胞周期S期的早期。结构基因及绝大多数基因位于常染色质上，遗传活性大。 （2）异染色
11、质 电镜或光镜下见到的染色质高密度的成分，实际上就是异染色质。在间期或分裂早期，异染色质是处于凝集状态的DNA与组蛋白的复合物。由于这部分螺旋缠绕紧密，形成2030nm直径的纤维，故又称浓缩染色质。一般位于间期核的边缘。异染色质又分结构异染色质和兼性异染色质。,第二节 染色质与染色体,图6-8 异染色质（深染）和常染色质（浅染）,第二节 染色质与染色体,二、染色质的基本结构单位核小体 用温和的方法裂解细胞核，在电镜下观察其内容物，大部分未经处理的染色质为直径30nm的纤丝，经盐溶液处理后解聚的染色质在电镜下可见一系列的串珠样结构，串珠的直径为10nm（图6-9）。,A.30nm染色质纤维,B.
12、 30nm染色质纤维解聚后的串珠结构，核小体的核心颗粒直径为10nm,图6-9 染色质纤维的电镜照片,第二节 染色质与染色体,图6-10 核小体的结构成分示意图,图6-11 组蛋白H1和核小体专一区域的结合,第二节 染色质与染色体,三、染色质和染色体的关系 1.染色体的多级螺旋模型 核小体是染色体的基本结构单位，即染色体的一级结构。通过核小体，DNA长度压缩了7倍，形成直径为11nm的纤维(图6-12)。,图6-12 染色体多级螺旋模型,第二节 染色质与染色体,2.染色体的辐射环模型,图6-13 染色体结构的骨架模型,a、去组蛋白后染色体骨架和DNA侧环；b 、c 、d 袢环DNA和非组蛋白交
13、互后形成的各种结构。,第二节 染色质与染色体,四、染色体的形态、结构与类型 1. 染色体的形态、结构 中期染色体形态稳定，它由两条染色单体组成，也称为姊妹染色单体，彼此以着丝粒相连。 （1）着丝粒 染色体中连接两个染色单体, 并将染色单体分为两臂（短臂和长臂）的部位。由于此部位的染色质较细、内缢, 又叫主缢痕。此处DNA具高度重复, 为碱性染料所深染。,第二节 染色质与染色体,（2）次缢痕 除了主缢痕外,在染色体上其他的缢缩部位即次缢痕,由于此处部分的DNA松懈, 形成核仁组织区, 故此变细。它的数量、位置和大小是某些染色体的重要形态特征。每种生物染色体组中至少有一条或一对染色体上有次缢痕。
14、（3）核仁组织区（nucleolar organizing region,NOR） 位于染色体的次缢痕部位，但不是所有的次缢痕都是NOR。该处是rRNA基因（5SrRNA基因除外）所在部位，与核仁的形成有关。 （4）随体 由次缢痕隔开的一小块圆形或圆柱形染色质叫随体，通过次缢痕与染色体主体部分相连，是识别染色体的重要形态特征之一。根据随体在染色体上的位置,可分为两大类: 随体处于末端的, 称为端随体; 处于两个次缢痕之间的称为中间随体。 （5）端粒 是染色体游离端的特化部位。属于结构异染色质，是一个简单序列大量重复的端粒序列。其生物学功能是维持染色体稳定，防止末端粘连和重组，锚定染色体于细胞核
15、内，辅助线性DNA复制等。,第二节 染色质与染色体,2. 染色体类型 根据着丝粒在染色体上的位置，可将染色体分为四种类型（图6-15）,图6-15 染色体类型 a. 中着丝粒染色体 b. 近中着丝粒染色体 c. 近端着丝粒染色体 d. 端着丝粒染色体,第二节 染色质与染色体,五、巨大染色体 1.多线染色体 （1）发现及分布 多线染色体是由意大利细胞学家Balbiani于1881年在双翅目摇蚊幼虫的唾液腺细胞中发现，为体细胞永久性间期染色体(图6-16)。,图6-16 果蝇唾腺染色体,第二节 染色质与染色体,（2）成因 具有多线染色体的细胞能进行核内有丝分裂，通过多次细胞周期，染色质DNA复制多
16、次，但复制后并不分离；由于细胞不分裂，复制后的子染色体无法分配到子细胞中，并且有序并行的排列；由于体细胞同源染色体配对紧密贴紧，每条染色质股精确对应并排成一排，以后经过多次复制沿着染色体长度从一端起始到另一端终止，仍然保持在一起，就形成了具有多条染色质纤维又粗又长的大染色体 (图6-17) 。,第二节 染色质与染色体,图6-17 多线染色体的胀泡形成及RNA转录,第二节 染色质与染色体,可见多线染色体是由10004000条染色单体构成，同源部分是彼此对齐，用温和的染色方法染色，每条染色体沿它的纵长交替出现的致密的和较不致密的区域这些被称为带和间带区。从结构看每条带代表由多条并行排列的染色质纤维形成的环状结构彼此对应包装而成。多线染色体上带的形态、大小及分布都相当稳定。由此可得到多线染色体（带型）图。 通过观察可以归纳多线染色体以下三个特点：虽然DNA分子穿过染色体的整个长度，但在带内要浓缩很多，实际上85% 的DNA在带内，在间带里只有15% 左右；在同一物种和同一有机体的所有组
