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1、1第八章第八章 细胞核细胞核 （NUCLEUS）2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University2概概 述述细胞核胞核是真核是真核细胞中最重要的胞中最重要的细胞器；胞器；是是细胞活胞活动的的调控枢控枢纽，遗传信息中心；信息中心；真核真核细胞与原核胞与原核细胞胞最大的区最大的区别：遗传信息的信息的转录和翻和翻译过程在不程在不同的同的时间和空和空间进行行, ,确保基因表达的准确和高效。确保基因表达的准确和高效。数量数量通常通常1 1个，但有些个，但有些细胞胞为双核或多核，如人肝双核或多核，如人肝细胞和骨骼肌胞和骨骼肌细胞胞大小大小高等高等动物物细胞核的直径通常在胞核的直
2、径通常在510m，不同生物、不同生理状，不同生物、不同生理状态细胞核大小有所不同，生胞核大小有所不同，生长旺盛的旺盛的细胞核胞核较大，分化成熟的大，分化成熟的细胞核胞核较小小核核质比比() =细胞核体积细胞核体积细胞质体积细胞质体积2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University3核被膜核被膜染色质染色质核仁核仁核基质核基质形形态各不相同，常与各不相同，常与细胞形状、胞形状、细胞胞类型和型和发育育时期有关；期有关；随随细胞周期的胞周期的变化而化而变化。化。间期期细胞核的胞核的结构构组成成2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University4第
3、一节第一节 核核 膜膜 核膜核膜核膜核膜(nuclear membrane)(nuclear membrane)或核被膜或核被膜或核被膜或核被膜(nuclear envelope)(nuclear envelope) 一、核膜的化学一、核膜的化学一、核膜的化学一、核膜的化学组组成成成成 二、核膜的二、核膜的二、核膜的二、核膜的结结构和功能构和功能构和功能构和功能 三、核孔复合体与核三、核孔复合体与核三、核孔复合体与核三、核孔复合体与核- -质间质间的物的物的物的物质质运运运运输输 四、核四、核四、核四、核纤层纤层的的的的结结构与功能构与功能构与功能构与功能2024/8/19Wanghs Sun
4、 Yat-sen University5一、核膜的化学组成一、核膜的化学组成主要主要为蛋白蛋白质和和脂脂类，此外，此外还有少量的有少量的DNA和和RNA，所含，所含有的有的酶类和脂和脂类与内与内质网相似。网相似。(一一)、蛋白、蛋白质含量：含量：约占占6575%种种类：含有：含有20多种蛋白多种蛋白质，包括，包括组蛋白，基因蛋白，基因调节蛋白，蛋白，DNA和和RNA聚合聚合酶，RNA酶以及以及电子子传递有关的有关的酶类等等(二二)、脂、脂类卵磷脂卵磷脂和和磷脂磷脂酰乙醇胺乙醇胺，含量，含量低低；胆固醇胆固醇和和甘油三甘油三酯，含量，含量高高。核孔核孔外核膜外核膜内核膜内核膜核周间隙核周间隙核被
5、膜核被膜二、核膜的结构与功能二、核膜的结构与功能(一一)、超微、超微结构构有两有两层平行但不平行但不连续的非的非对称的称的单位膜构成位膜构成2024/8/196Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University71. 外核膜外核膜(outer nuclear membrane)与与粗面内粗面内质网网相相连，表面附有，表面附有核糖体核糖体, , 被被认为是粗面内是粗面内质网的特化区域；网的特化区域；胞胞质面附着有面附着有中中间纤维和和 微管微管等等细胞骨架成分，胞骨架成分， 与与核定位核定位有关。有关。外核膜外核
6、膜核孔核孔内核膜内核膜 核周间隙核周间隙核纤层核纤层2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University82. 内核膜内核膜(inner nuclear membrane)光滑光滑与外核膜与外核膜平行排列平行排列内内侧附有致密的附有致密的核核纤层纤维网网络结构构2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University93. 核周间隙核周间隙(perinuclear space)两两层核膜之核膜之间的的间隙，隙，宽20-40nm，与粗面内与粗面内质网腔相网腔相通通是核是核质之之间物物质交交换的重要通道。的重要通道。4. 核孔核孔(nuclear por
7、e)核孔：核孔：内外核膜融合形成的内外核膜融合形成的圆环状状结构的含水通道，构的含水通道，数目：数目：典型的哺乳典型的哺乳动物物细胞核膜分布胞核膜分布有有30004000个。与个。与细胞胞种种类、代、代谢状状态有关有关. .结构组成结构组成：由蛋白由蛋白质组成的复成的复杂结构构核孔复合体核孔复合体 核孔2024/8/1910Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University11(二二)、核被膜的主要功能、核被膜的主要功能、区域化作用、区域化作用(具具进化意化意义) 使使DNA复制、复制、RNA转录和蛋白和蛋白质
8、翻翻译在在不同的不同的时间和空和空间上上进行行维持持细胞核相胞核相对稳定的内定的内环境境2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University122、控制核内外物、控制核内外物质交交换和信息和信息传递 核膜的被核膜的被动和主和主动运运输大分子物大分子物质的膜泡运的膜泡运输物物质核周核周间隙隙内内质网腔网腔通通过核孔核孔以出芽形式形成囊泡以出芽形式形成囊泡 运运输到核外到核外核孔运输2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University13三、核孔复合体与核三、核孔复合体与核-质间的物质运输质间的物质运输(一一)、核孔、核孔 有多个蛋白有多个蛋白质颗粒
9、以特定方式排列而成的蛋白分子复合物，粒以特定方式排列而成的蛋白分子复合物，也称也称核孔复合体核孔复合体。捕捕鱼笼式式(fish-trap)结构构 模式：模式：胞质纤维胞质纤维胞质胞质颗粒颗粒胞质环胞质环 中央栓中央栓 辐辐核质环核质环捕鱼笼式捕鱼笼式2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University14核核孔孔结结构构模模型型 2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University15图注：一个完美的小孔。研究人员十年研究终于绘制出一个由图注：一个完美的小孔。研究人员十年研究终于绘制出一个由450450个蛋白质组成的巨大复合体图，该复合体扮演着细
10、胞核子看个蛋白质组成的巨大复合体图，该复合体扮演着细胞核子看门人的角色。美国洛克菲勒大学的科学家们首次完成了这一由门人的角色。美国洛克菲勒大学的科学家们首次完成了这一由450450个蛋白质组成的巨大孔的分子级图，个蛋白质组成的巨大孔的分子级图， ( (图片来源：图片来源：NatureNature29 November 2007年年两篇论文。两篇论文。) )2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University162024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University17(二二)、核孔复合体介导核、核孔复合体介导核-质间的物质交换质间的物质交换核核-质
11、间物物质交交换的双向的双向选择性性亲水通道，可通水通道，可通过主主动运运输和和被被动运运输两种方式两种方式进行行:1. 被被动扩散：散：无机离子、小分子及直径小于无机离子、小分子及直径小于10nm的物的物质，如水，如水，K+，Cl-，Ca2+，Mg2+，单糖，氨基酸；糖，氨基酸；2. 主动运输主动运输：信号识别、载体介导：信号识别、载体介导，具有饱和性。具有饱和性。 转运成分：转运成分：大分子物质大分子物质，如，如RNA，核糖体，蛋白质等。核糖体，蛋白质等。 2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University18双向性：双向性：输入核内：复制、入核内：复制、转录、染色
12、体构建，核糖体、染色体构建，核糖体组装的装的酶、蛋白、蛋白质输出核外：出核外：RNA、核糖体、核糖体亚基基2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University193. 亲核蛋白的入核核蛋白的入核转运运亲核蛋白亲核蛋白( (karyophilic protein) )：在在细胞胞质合成后，需要或能合成后，需要或能够进入入细胞核胞核发挥功能的一功能的一类蛋白蛋白质。核定位信号核定位信号(nuclear localization signal, NLS)：存在于存在于亲核蛋白内核蛋白内的一端特殊氨基酸序列，可引的一端特殊氨基酸序列，可引导蛋白蛋白质通通过核孔复合体核孔复合体转
13、运到核内。运到核内。转运条件：运条件：核定位信号核定位信号核核转运受体：入核素运受体：入核素存在于胞存在于胞质中，既可以与核孔复合体中，既可以与核孔复合体结合，合，又可与被又可与被转运物运物质结合；合；RanGTP酶：水解：水解GTP，为核核转运提供能量；激活入核素，使其运提供能量；激活入核素，使其释放放亲核蛋白至核内核蛋白至核内输出出细胞核后，胞核后，Ran-GTP水解，水解，释放出放出结合的合的RNA，Ran-GDP、exportin和和RNP蛋白返回蛋白返回细胞核。胞核。2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University20亲核蛋白的入核转运亲核蛋白的入核转运
14、蛋白与蛋白与NLS受体，即受体，即imporin /二聚体二聚体结合；合；复合物与复合物与NPC胞胞质环上的上的纤维结合；合；纤维向核弯曲，向核弯曲，转运器构象运器构象发生改生改变，形成，形成亲水通道，复合物通水通道，复合物通过；复合体与复合体与Ran-GTP结合，复合体解散，合，复合体解散，释放出放出货物；物；与与Ran-GTP结合的合的imporin ，输出出细胞核，在胞核，在细胞胞质中中Ran结合的合的GTP水解，水解，Ran-GDP返回返回细胞核重新胞核重新转换为Ran-GTP；imporin 在核内在核内exportin的帮助下运回的帮助下运回细胞胞质 2024/8/19Wanghs
15、 Sun Yat-sen University21四、核纤层的结构与功能四、核纤层的结构与功能(一一)、核、核纤层的的结构构核纤层：核纤层：附着于附着于内核膜下内核膜下的的纤维网网络蛋白。蛋白。分子分子组成：核成：核纤层蛋白，属于蛋白，属于中中间纤维哺乳哺乳动物和物和鸟类的核的核纤层由三种蛋白由三种蛋白组成：成： 核核纤层蛋白蛋白A仅见于于分化分化细胞胞 核核纤层蛋白蛋白B所有所有体体细胞胞 核核纤层蛋白蛋白C核纤层核纤层2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University22核纤层结构核纤层结构 2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen Universi
16、ty23(二二)、 核纤层的功能核纤层的功能1在在细胞核中起支架作用胞核中起支架作用保持核的保持核的轮廓；廓；使胞使胞质骨架和核骨架形成一个骨架和核骨架形成一个连续网网络结构。构。2核核纤层与核膜重建及染色与核膜重建及染色质凝集关系密切凝集关系密切 (1)参与核膜的重建，核参与核膜的重建，核纤层在在细胞分裂胞分裂时呈呈现出周期性的出周期性的变化：化：在在细胞分裂前期，核胞分裂前期，核纤层被磷酸化，核膜解体被磷酸化，核膜解体为小泡。小泡。在在细胞分裂末期，核胞分裂末期，核纤层去磷酸化，重新去磷酸化，重新组装介装介导核膜重建。核膜重建。(2)在在间期核中，核期核中，核纤层提供了染色提供了染色质(异
17、染色异染色质)在核周在核周边锚定的位点，定的位点，与染色与染色质凝集有关。凝集有关。3. 核核纤层参与了参与了细胞核构建与胞核构建与DNA复制复制2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University24第二节第二节 染色质与染色体染色质与染色体染色染色质(chromatin)为间期期细胞核内主要由胞核内主要由DNA和蛋白和蛋白质组成成细丝状物。状物。染色体染色体(chromosome)为分裂期分裂期细胞中，由染色胞中，由染色质高度螺旋化而高度螺旋化而形成的短棒状形成的短棒状结构。构。染色染色质与染色体是与染色体是遗传物物质在在细胞周期不同胞周期不同阶段的不同存在形式段的
18、不同存在形式染色质染色质染色体染色体螺旋化螺旋化解螺旋解螺旋2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University25一、染色质的化学组成一、染色质的化学组成DNA和和组蛋白：占蛋白：占98%；少量；少量RNA和非和非组蛋白蛋白( (一一) )、染色质、染色质DNADNADNA是是遗传信息的信息的载体体真核真核细胞中每条未复制的染色胞中每条未复制的染色质均由一均由一条条线性性DNA分子构成分子构成一个真核一个真核细胞胞单倍染色体倍染色体组中所含的全中所含的全部部遗传信息称信息称为一个一个基因基因组(genome)同一物种的体同一物种的体细胞具有相同的胞具有相同的DNA分子
19、分子结构和含量，不同物种构和含量，不同物种则差异很大。差异很大。2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University26染色质染色质DNA的三类功能序列的三类功能序列 端粒端粒(telomere)序列：序列：存在于真核生物染色体末端的一个富含存在于真核生物染色体末端的一个富含G的的简单重复序列重复序列维持持DNA分子两末端的完整性分子两末端的完整性维持染色体的持染色体的稳定定 着着丝粒粒(centromere)序列：序列：是复制完成两个姐妹染色是复制完成两个姐妹染色单体的体的连接部位，由大量串接部位，由大量串联的重复序列的重复序列组成成在分裂中期，与在分裂中期，与纺锤丝
20、相相连，使复制后的染色体平均地分配到两个子，使复制后的染色体平均地分配到两个子细胞中去胞中去其功能是参与形成着其功能是参与形成着丝粒，使粒，使细胞分裂中染色体能胞分裂中染色体能够准确地分离；准确地分离；复制源复制源 (replicating origin)序列：序列：是是DNA复制的起点。复制的起点。维持染色体在世代持染色体在世代传递中的中的连续性性2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University27染色体的三种基本序列染色体的三种基本序列 2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University28(二二)、组蛋白、组蛋白1. 组蛋白的特点蛋白
21、的特点真核生物染色体的真核生物染色体的基本基本结构构单位位富含富含带正正电荷的荷的Arg和和Lys的碱性氨基酸，属的碱性氨基酸，属碱性蛋白碱性蛋白。其含量恒定。其含量恒定可与可与酸性酸性DNA紧密密结合合(非特异性非特异性结合合)2.组蛋白有两蛋白有两类：核小体组蛋白核小体组蛋白(nucleosomal histone):(nucleosomal histone):包括包括H2A、H2B、H3、H4四种；四种；无种属及无种属及组织特异性，特异性，进化上高度保守化上高度保守协助助DNA卷曲成核小体的卷曲成核小体的稳定定结构构H1H1组蛋白：组蛋白：有种属特异性和有种属特异性和组织特异性。特异性。
22、与核小体的与核小体的进一步包装有关一步包装有关2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University29(三三)、非组蛋白、非组蛋白非组蛋白非组蛋白(nonhistone)(nonhistone)：除除组蛋白之外的蛋白之外的染色染色质结合蛋白合蛋白的的总称称特点特点： 数量数量较少，种少，种类较多多可与特异的可与特异的DNA结合合协助助DNA折叠，参与启折叠，参与启动DNA复制，参与复制，参与调控基因的控基因的转录与表达。与表达。高迁移率组高迁移率组(high mobility group, HMG)(high mobility group, HMG)：含量最含量最为丰富
23、的一丰富的一组染色染色质非非组蛋白蛋白常常动态，可逆地可逆地结合合于染色于染色质的活性基因部位的活性基因部位参与参与调控基因的控基因的转录与表达与表达2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University30常染色质常染色质异染色质异染色质二、常染色质和异染色质二、常染色质和异染色质间期染色期染色质按其形按其形态特征与染色性特征与染色性质的不同可分的不同可分为常染色常染色质和异染色和异染色质。染色体(一一)、常染色质、常染色质常染色质常染色质(euchromatin): 间期核内碱性染料染色期核内碱性染料染色时着着色色较浅，螺旋化程度浅，螺旋化程度较低低，处于伸展状于伸展
24、状态的染色的染色质细丝，含有基因含有基因转录活活跃部位部位细胞内分布：细胞内分布：在核内在核内均匀分均匀分布布，多位于核中央，多位于核中央复制：复制：多在多在S期的早、中期复期的早、中期复制。制。2024/8/1931Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University32(二二)、异染色质、异染色质异染色质异染色质( (heterochromatin)：间期核中期核中处于凝集状于凝集状态，结构致密，无构致密，无转录活性，用碱性染料染色活性，用碱性染料染色时着色着色较深的染色深的染色质组分。分。细胞内分布：细胞内
25、分布：多位于核的多位于核的边缘和核仁的周和核仁的周围。分类：分类：结构异染色质：结构异染色质：是异染色质的主要类型，在所有细胞类型和发育阶段是异染色质的主要类型，在所有细胞类型和发育阶段 均处于凝集状态，无转录活性。均处于凝集状态，无转录活性。如如端粒、着丝粒等。端粒、着丝粒等。兼性异染色质兼性异染色质( (功能异染色质功能异染色质) )：是在某些细胞类型或一定的发育是在某些细胞类型或一定的发育 阶段，原有的常染色质凝聚并丧失活性后转变而成的阶段，原有的常染色质凝聚并丧失活性后转变而成的 异染色质，可转化为异染色质，可转化为常染色质常染色质( (功能互变功能互变) )。异染色质2024/8/1
26、9Wanghs Sun Yat-sen University332024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University34结构结构(恒定恒定)异染色质异染色质(constitutive heterochromatin)在所有在所有细胞内都呈异固胞内都呈异固缩的染的染色色质，多定位于，多定位于着着丝粒区、端粒区、端粒、次粒、次缢痕痕及染色体臂的某些及染色体臂的某些节段，在段，在间期聚集成多个染色期聚集成多个染色中心中心(chromocenter)，由相，由相对简单的高度重复序列构成。的高度重复序列构成。2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen Universi
27、ty35兼性兼性(功能功能)异染色质异染色质(facultative heterochromatin)雌性哺乳雌性哺乳类动物的物的X染色体就是一染色体就是一类特殊的兼性异染色特殊的兼性异染色质。在哺乳。在哺乳动物物细胞内如有两个胞内如有两个X染色体染色体(通常通常为雌性雌性)，则其中的一个染色体常表其中的一个染色体常表现为异染异染色色质，称，称巴氏小体巴氏小体(barr body)。人的胚胎人的胚胎发育到育到16天以后，一条天以后，一条X染染色体色体转变为巴氏小体，呈巴氏小体，呈块状状紧靠核靠核膜，染色反膜，染色反应表表现为深染。深染。通通过检查羊水中胚胎羊水中胚胎细胞的巴氏小体胞的巴氏小体可
28、可预测胎儿的性胎儿的性别。2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University363、常染色质与异染色质的常染色质与异染色质的比较比较常染色质常染色质异染色质异染色质着色程度着色程度浅浅深深分布分布核中央、核仁内核中央、核仁内核边缘、核仁周围核边缘、核仁周围螺旋化程度螺旋化程度低、分散低、分散高、凝集高、凝集转录活性转录活性有有无或低无或低复制时间复制时间期早期复制期早期复制期晚期复制期晚期复制2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University37三、染色体的构建三、染色体的构建人染色体全人染色体全长1.74m细胞核胞核5m折叠、螺旋、包装折叠
29、、螺旋、包装构建染色体高构建染色体高级结构构核小体核小体 螺螺线管管 超螺超螺线管管 染色染色单体体 染色体构建模型：染色体构建模型：1. 染色体的多染色体的多级螺旋模型螺旋模型2. 染色体骨架染色体骨架-放射放射环模型模型2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University381. 染色体的多级螺旋模型染色体的多级螺旋模型(). 核小体核小体丝一一级结构构核小体核小体是染色是染色质(体体)的基本的基本结构构单位位(). 螺螺 线 管管二二级结构构(). 超螺超螺线管管三三级结构构(). 染色染色单体体四四级结构构核小体丝螺线管三级结构四级结构2024/8/19Wang
30、hs Sun Yat-sen University392024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University402024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University412. 染色体骨架染色体骨架-放射环模型放射环模型一一级结构构核小体核小体丝二二级结构构螺螺线管管高高级结构构螺螺线管以后的高管以后的高级结构由构由30nm的染色的染色质纤维折叠成袢折叠成袢环构成：构成：袢袢环沿染色体沿染色体纵轴由中央向周由中央向周围伸出，形成伸出，形成放射放射环；每每18个袢个袢环呈放射状排列形成呈放射状排列形成微微带染色染色质高高级结构的构的组成成单位；位；约10
31、6个微个微带沿沿纵轴排列形成染色排列形成染色单体。体。袢环结构袢环结构染色单体染色单体2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University42袢环模型（袢环模型（loop model）该模式与分裂中期染模式与分裂中期染色体色体电镜下形下形态相吻相吻合，并在果合，并在果蝇唾液腺唾液腺的多的多线染色体和卵母染色体和卵母细胞中的灯刷染色体胞中的灯刷染色体中得到中得到证实。染色体支架染色体支架（非组蛋白）（非组蛋白） 袢环袢环（30nm30nm螺旋管）螺旋管）123456789101112131415161718微微 带带一条染色单体约有一条染色单体约有10106 6个微带个微
32、带灯刷染色体灯刷染色体( (光镜观察光镜观察) )2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University43四、中期染色体的形态特征四、中期染色体的形态特征在有在有丝分裂中期，染色分裂中期，染色质高度凝集，染色体形高度凝集，染色体形态、结构特征构特征明明显，可作，可作为染色体一般形染色体一般形态结构的构的标准准。中期染色体中期染色体是由着是由着丝粒相粒相连的两条姐妹染色的两条姐妹染色单体构成，主要体构成，主要包括以下几个部分：包括以下几个部分：(一一)、着、着丝点点1. 主主缢痕痕(primary constriction)：姐妹染色姐妹染色单体相体相连处的向内凹陷的向内
33、凹陷缢痕痕2. 着着丝粒：粒：主主缢痕的染色痕的染色质部分，由部分，由高度重复的异染色高度重复的异染色质组成；依据位成；依据位置可分置可分为： 中着中着丝粒、粒、亚中着中着丝粒、近端着粒、近端着丝粒、端着粒、端着丝粒。粒。2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University443. 动粒粒( (Kinetochore)：位于主位于主缢痕两痕两侧的特化的的特化的圆盘状状结构构；由；由蛋白蛋白质构成；是构成；是纺锤体微管的附着部位，参与分裂后体微管的附着部位，参与分裂后期染色体向两极迁移。期染色体向两极迁移。4. 着着丝粒粒-动粒复合体：粒复合体：位于位于着着丝粒粒-动粒区
34、域粒区域的高度有序的的高度有序的整合整合结构，有构，有三个三个结构与功能的构与功能的结构域构域：动粒粒结构域：构域：位于位于着着丝粒表面粒表面支配染色体的运支配染色体的运动和分离；和分离；中央中央结构域：构域：是是着着丝粒区的主体粒区的主体，富含高度重复的，富含高度重复的DNADNA顺序，序，对复合复合体体结构的形成和功能活性的构的形成和功能活性的维持有重要作用；持有重要作用；配配对结构域：构域：位于位于着着丝粒内表面粒内表面，与姐妹染色，与姐妹染色单体的配体的配对及分离关及分离关系密切。系密切。动粒动粒2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University45(二二)、
35、次、次缢痕痕(secondary constriction)：指染色体上除了指染色体上除了主主缢痕痕之外的之外的缢缩部位，部位，其数量、位置和大小可作其数量、位置和大小可作为鉴别染色体的染色体的标记。(三三)、端粒、端粒(telomere)：末端由异染色末端由异染色质构成的特化构成的特化结构，保持构，保持染色体染色体稳定性，由富含定性，由富含鸟嘌呤核苷酸呤核苷酸(G)高度重复高度重复的短序列的短序列和蛋白和蛋白质组成，高度保守。作用：成，高度保守。作用：维持染色体的持染色体的稳定性和完整性，参与染色体在核内的空定性和完整性，参与染色体在核内的空间排布及同排布及同源染色体的正确配源染色体的正确配
36、对。起起细胞分裂胞分裂计时器的作用。器的作用。 端粒核苷酸复制和基因端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少不同，每复制一次减少50-100bp，其复，其复制要靠具有反制要靠具有反转录酶性性质的端粒的端粒酶来完成，正常体来完成，正常体细胞缺乏此胞缺乏此酶，故随，故随细胞分裂而胞分裂而变短，短，细胞随之衰老胞随之衰老端粒染色体2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University46(四四)、随体：、随体：位于染色体末端的球形或棒状位于染色体末端的球形或棒状结构，主要由异染构，主要由异染色色质构成，通构成，通过次次缢痕区与染色体主体部分相痕区与染色体主体部分相连(五五
37、)、核仁、核仁组织区与核仁区与核仁组织者者核仁核仁组织区区(nucleolar organizing region，NOR)：是是含有含有rRNA基因基因的染色体区域的染色体区域该部位部位rRNA基因基因转录活活跃，染色体凝集程度低，表，染色体凝集程度低，表现为浅染的次浅染的次缢痕痕与与核仁形成核仁形成有关有关核仁核仁组织者者(nucleolar organizer)rRNA基因是从染色体上伸出的基因是从染色体上伸出的DNA袢袢环，每个，每个DNA袢袢环就是一个核就是一个核仁仁组织者。者。随体2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University47(六六)、特殊、特殊类
38、型的染色体型的染色体1. 多多线染色体染色体存在于存在于双翅目昆虫幼虫双翅目昆虫幼虫的的组织细胞中胞中染色体染色体DNA多次复制而不分离多次复制而不分离，光，光镜下呈下呈现深浅交替的深浅交替的带与与间带带膨大可形成膨大可形成袢袢环样结构构，基因，基因转录时呈呈伸展状伸展状态2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University482. 灯刷染色体灯刷染色体存在于存在于鱼类、两栖、两栖类卵母卵母细胞中，出胞中，出现在第一次减数分裂双在第一次减数分裂双线期期染色体染色体轴两两侧有有侧环，形如灯刷，形如灯刷染色体染色体轴是染色是染色质紧密螺旋化的部位，两密螺旋化的部位，两边伸出
39、的伸出的侧环是是RNA转录活活跃的区域的区域rDNArRNArRNA分子分子转录起始点转录起始点2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University49五、核型与染色体带型五、核型与染色体带型1. 核型核型(karyotype)：指某一个体指某一个体细胞的全部染色体在有胞的全部染色体在有丝分分裂中期的表型。包括染色体的数目、大小和形裂中期的表型。包括染色体的数目、大小和形态特征。特征。2. 带型型(band)：染色体染色体经过一定一定处理、用特定染料染色后，理、用特定染料染色后，使其呈使其呈现深浅各异，深浅各异，宽窄不等的窄不等的带纹(band)。带型研究有助于明确型研
40、究有助于明确鉴别任何一条染色体，甚至任何一条染色体，甚至 某一易位片段，某一易位片段，阐明染色体的分子明染色体的分子结构与功能及构与功能及 疾病机制。疾病机制。分分带技技术可分可分为两两类：一：一类是是产生的染色生的染色带分布分布 在整个染色体的在整个染色体的长度上，如：度上，如：Q、G和和R带；另一；另一 类是局部性的是局部性的显带，如，如C、Cd、T和和N带。2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University50人的正常核型人的正常核型常染色体常染色体：2222对，男女共有对，男女共有性染色体性染色体：、：、2n=46经胰蛋白酶处理，经胰蛋白酶处理，GiemsaG
41、iemsa染色染色2024/8/1951Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University522024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University53荧光染料喹丫因荧光染料喹丫因2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University542024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University552024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University56人染色体的荧光显示人染色体的荧光显示2024/8/19Wanghs Sun
42、 Yat-sen University572024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University582024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University59第三节第三节 核仁核仁(nucleolus)概述概述核仁：核仁：真核真核细胞胞间期期细胞核中最明胞核中最明显的的结构，光构，光镜下下为均匀、均匀、海海绵状状的球体。的球体。数目：数目：每个每个细胞有胞有12个甚至个甚至 更多。更多。大小：大小：蛋蛋白白质合成旺盛合成旺盛的的细胞胞 核仁大核仁大，如卵母，如卵母细胞、分泌胞、分泌细 胞；不具胞；不具备蛋白合成能力的蛋白合成能力的细 胞核仁小。胞核仁
43、小。位置：位置：在在细胞核中的位置胞核中的位置不固不固 定定，在生，在生长旺盛的旺盛的细胞中常胞中常趋 向核的向核的边缘。核仁2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University60一、核仁的形态结构和化学组成一、核仁的形态结构和化学组成(一一)、化学、化学组成成主要化学主要化学组成成为 RNA、 DNA、蛋白、蛋白质和和酶类蛋白蛋白质占占80% ，核酸部分主要是，核酸部分主要是rRNA基因及其基因及其转录产物物(二二)、形、形态结构构无膜包裹无膜包裹电镜下可下可见三个特征性区域三个特征性区域1. 纤维中心中心(fibrillar center, FC)2. 致密致密纤
44、维组分分(dense fibrillar component, DFC)3. 颗粒成分粒成分(granular component, GC)核仁的亚微结构核仁的亚微结构2024/8/1961Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University62核仁31纤维中心纤维中心(fibrillar center)结构特点：构特点：包埋于包埋于颗粒粒组分内部的一个或几个低分内部的一个或几个低电子密度的子密度的圆形区域，由致密形区域，由致密纤维包包围主要成分：主要成分：rRNA基因基因(rDNA)的存在部位的存在部位rDNA
45、是染色体上伸出的是染色体上伸出的DNA袢袢环，每一个袢，每一个袢环称称为一个一个核仁核仁组织者者(nucleolar organizer)。核仁核仁组织区区(nucleolar organizing region，NOR)：在染色在染色质上能上能组织形成核仁的含形成核仁的含rRNA重复基因的区段。在有重复基因的区段。在有丝分裂期，分裂期，NOR形成染色形成染色体的体的次次缢痕痕。人人类的的rRNA基因位于基因位于5条染色体上：条染色体上：13，14，15，21，22.2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University632024/8/19Wanghs Sun Yat-
46、sen University642致密纤维组分致密纤维组分(dense fibrillar component)结构特点：构特点：核仁内核仁内电子密度最高的区域，由致密子密度最高的区域，由致密纤维构成构成环状或半月形包状或半月形包围纤维中心中心主要成分：主要成分：正在正在转录的的rRNA与核糖体蛋白与核糖体蛋白质，及特异性，及特异性RNA结合蛋白合蛋白3 3颗粒成分颗粒成分(granular component)结构特点：构特点：呈致密的呈致密的颗粒，位于核仁的外周粒，位于核仁的外周主要成分：主要成分：由正在加工成熟的核糖体由正在加工成熟的核糖体亚单位的前体位的前体颗粒构成，粒构成，RNA与蛋
47、白与蛋白质。致密纤维组分致密纤维组分NOR纤维中心纤维中心颗粒成分颗粒成分2024/8/1965Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University664. 其他其他结构构核仁周核仁周围染色染色质：包在核仁周包在核仁周围的的异染色异染色质核仁基核仁基质：核仁区含有一些核仁区含有一些无定形无定形的蛋白的蛋白类的物的物质，与，与核基核基质相相连核仁相随染色核仁相随染色质：核仁周核仁周围染色染色质与含与含rDNA的的常染色常染色质2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University67二、核仁的
48、功能二、核仁的功能1、rRNA转录2、前体、前体rRNA加工加工3、核糖体、核糖体亚单位位组装装28 S 5.8SrRNArRNA基因基因（NORNOR）45S 转录转录18S小亚基小亚基（40S40S）( (核仁外合成核仁外合成) )5 S32S20S蛋白质蛋白质 （核蛋白颗粒）（核蛋白颗粒）大亚基大亚基（60S60S）组装组装致密纤维组分致密纤维组分颗粒成分颗粒成分rRNArRNA转录转录核糖体组装核糖体组装纤维中心纤维中心rRNArRNA加工加工2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University68三、核仁周期三、核仁周期 核仁周期核仁周期(nucleolar
49、cycle)：在在进行有行有丝分裂的分裂的细胞中，核仁胞中，核仁出出现一系列一系列结构与功能周期性的构与功能周期性的变化。化。核仁周期性核仁周期性变化：化：分裂前期：染色分裂前期：染色质凝集成凝集成为染色体，染色体，转录停止，停止，分裂中期和后期：核仁消失。分裂中期和后期：核仁消失。分裂末期：染色体解旋成分裂末期：染色体解旋成为染色染色质，其中特定染色体的，其中特定染色体的NOR中的中的rRNA基因基因转录形成形成纤维成分成分 颗粒成分，核仁形成。粒成分，核仁形成。2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University69第四节第四节 核骨架核骨架核骨架：核骨架：又称核基
50、又称核基质，核内以，核内以非非组蛋白蛋白为主的主的纤维网架网架结构，构，是是细胞核除去了核膜、染色胞核除去了核膜、染色质和核仁以外的部分。和核仁以外的部分。广广义：核骨架包括：核骨架包括核内核内纤维网架网架、核核纤层和和核孔复合体核孔复合体一、形态结构一、形态结构核骨架由粗核骨架由粗细不匀，直径不匀，直径为330nm的的纤维组成成分布于整个核空分布于整个核空间，与，与核核纤层和和核孔复合体核孔复合体相互相互连接，构成接，构成核内互核内互为关关联的骨架系的骨架系统。核骨架2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University70二、核骨架的功能二、核骨架的功能1. DNA复
51、制的支架复制的支架新合成的新合成的DNA分子分子在核骨架上在核骨架上DNA复制点复制点连续不断不断结合在核骨架上合在核骨架上DNA聚合聚合酶和和DNA拓扑异构拓扑异构酶在核骨架上有特定的在核骨架上有特定的结合位点合位点2. 核骨架在基因核骨架在基因转录过程中程中发挥重要作用重要作用具有具有转录活性的基因活性的基因结合在核骨架上合在核骨架上在核骨架上在核骨架上进行行RNA合成合成与与RNA聚合聚合酶有有结合位点合位点核骨架是核内核骨架是核内hnRNA加工加工的的场所所3. 核骨架参与染色体和核膜的重建核骨架参与染色体和核膜的重建DNA袢袢环结合在核骨架上构建形成染色体合在核骨架上构建形成染色体核
52、基核基质相关蛋白相关蛋白参与核膜重建参与核膜重建2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University71第五节第五节 细胞核的功能细胞核的功能 储存储存 遗传信息的遗传信息的 复制复制 转录转录2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University72一、遗传信息的储存一、遗传信息的储存细胞核内的胞核内的DNA是生物体是生物体遗传信息的携信息的携带者者，决定着生物体，决定着生物体的的遗传性状与生物学行性状与生物学行为DNA分子与分子与组蛋白蛋白结合合形成染色体形成染色体，使，使DNA分子分子稳定在定在细胞核内胞核内细胞核将胞核将遗传物物质包裹在核内
53、包裹在核内，保，保证了了细胞的胞的稳定性定性2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University73二、遗传信息的复制二、遗传信息的复制遗传信息的复制是以信息的复制是以DNA为模板复制模板复制产生子代的生子代的过程。程。在在细胞核内胞核内完成完成(一一)、真核、真核细胞的胞的DNA复制是复制是多起点多起点、半不半不连续的复制的复制在在DNA解旋解旋酶和拓扑异构和拓扑异构酶的的协 助下，解开双螺旋形成助下，解开双螺旋形成复制叉复制叉， 进行行双向复制双向复制；半不半不连续的复制：的复制： 前前导链连续复制复制 后滞后滞链片段复制片段复制(冈崎片段崎片段)2024/8/19
54、Wanghs Sun Yat-sen University74(二二)、DNA的复制过程需要多种酶和蛋白质的参与的复制过程需要多种酶和蛋白质的参与DNA复制是一个复制是一个DNA聚合聚合酶催化的催化的酶促反促反应此外，此外，DNA复制复制还需要其他的需要其他的一系列一系列酶参与复制参与复制过程，包括：程，包括：解旋解旋酶拓扑异构拓扑异构酶引物引物酶连接接酶端粒端粒酶2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University75(三三)、端粒和端粒酶、端粒和端粒酶端粒端粒(telomere)：染色体染色体线性性DNA分子分子末端末端的的结构，在构，在维持染色体的持染色体的稳定性
55、定性和和DNA复制的完整性方面有重要作用。复制的完整性方面有重要作用。端粒端粒酶(telomerase)：由由RNA和具有和具有逆逆转录酶活性活性的蛋白的蛋白质组成的成的核酸蛋白核酸蛋白复合体复合体，主要存在于，主要存在于未分化未分化细胞和胞和肿瘤瘤细胞中胞中在在复制复制终止止时，染色体，染色体DNA可能由于去除可能由于去除引物而引起引物而引起末端末端缩短短。端粒。端粒酶可通可通过端粒端粒序列序列识别并并结合，利用逆合，利用逆转录酶活性，活性，对DNA末端末端进行行加尾延加尾延长 ，避免了多，避免了多轮复制复制后造成染色体后造成染色体DNA末端基因的末端基因的丢失失2024/8/19Wangh
56、s Sun Yat-sen University76三、遗传信息的转录三、遗传信息的转录转录的本的本质是将是将遗传信息从信息从DNA传递给RNA分子。分子。RNA转录和加工和加工过程在核内程在核内进行行mRNA加工：加工：5端戴帽，端戴帽， 3端加尾，端加尾， 去除内含子去除内含子(RNA splicing)tRNA加工加工rRNA加工加工第六节第六节 细胞核与疾病细胞核与疾病一、一、细胞核形胞核形态异常与异常与肿瘤瘤肿瘤瘤细胞的胞的细胞核形胞核形态改改变：高的核高的核质比比异型性核异型性核结构构染色染色质凝聚于近核膜凝聚于近核膜处核仁体核仁体积大数目多大数目多二、染色体异常与二、染色体异常与
57、肿瘤瘤染色体异常被染色体异常被认为是是肿瘤瘤细胞的一大特征，几乎所有的胞的一大特征，几乎所有的肿瘤瘤细胞都有染色体的畸胞都有染色体的畸变，包括：，包括：数目异常：偏离正常的二倍体，表数目异常：偏离正常的二倍体，表现为多倍体或多倍体或亚二倍体；二倍体；结构异常构异常 ：易位、重复、缺失、倒位、：易位、重复、缺失、倒位、环状状 费城城 (Ph)染色体染色体慢性粒慢性粒细胞白血病，胞白血病，22号染色体号染色体长臂与臂与9号染号染色体色体长臂之臂之间部分区段易位。部分区段易位。2024/8/1977Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Ya
58、t-sen University78细细胞胞核核核膜核膜染色质染色质核仁核仁核基质核基质外核膜：粗面内质网的特化区域外核膜：粗面内质网的特化区域内核膜：表面光滑，内附核纤层内核膜：表面光滑，内附核纤层核孔：物质运输核孔：物质运输核周间隙：与粗面内质网腔相通核周间隙：与粗面内质网腔相通功能功能区域化区域化生物合成生物合成物质与信息物质与信息交换交换成分：成分：DNADNA、RNARNA、组蛋白和非组蛋白、组蛋白和非组蛋白分类：常染色质和异染色质分类：常染色质和异染色质结构结构一级结构：核小体一级结构：核小体二级结构：螺线管二级结构：螺线管三级结构：超螺线管三级结构：超螺线管四级结构：染色单体四级
59、结构：染色单体成分：蛋白质、成分：蛋白质、RNARNA、 DNADNA结构结构纤维中心纤维中心致密纤维成分致密纤维成分颗粒成分颗粒成分功能功能合成加工合成加工rRNArRNA装配核糖体装配核糖体大小亚基大小亚基2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University79第第8章章 细胞核复习思考题细胞核复习思考题一，名一，名词解解释: 核核质比比, 核小体核小体(nucleosome) , 端粒端粒(telomere), 结构异染色构异染色质，功能异染色功能异染色质，核仁，核仁组织区区(Nucleolar Organizing Region,NOR), 着着丝粒粒(cent
60、romere), 动粒粒(kinetochore)二，核被膜在二，核被膜在结构上有哪些特点构上有哪些特点?其功能如何其功能如何? 三，染色体高三，染色体高级结构构建的两种模型构构建的两种模型四，常染色四，常染色质和异染色和异染色质在在结构和功能上有何异同构和功能上有何异同?五，五，试述核仁的超微述核仁的超微结构及功能。构及功能。六，六，细胞核的功能。胞核的功能。本章完本章完2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University812、前体、前体rRNA加工加工哺乳哺乳动物物45S rRNA前体前体经过加工修加工修饰，最，最终形成形成5.8S，18S和和28S rRNA。2
61、024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University822024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University83 图示：图示：物质正从核孔通过物质正从核孔通过2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University84标记的核质素穿越核孔标记的核质素穿越核孔 2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University85 核纤层核纤层核核 孔孔复复 合合 体体膜蛋白外 膜内 膜 镶 嵌 膜 蛋 白核核 周周 腔腔ACACACACACACAC核核 膜膜核纤层核纤层染色质纤维染色质纤维BBBBBBB2024/8/1
62、9Wanghs Sun Yat-sen University86n染色质和染色体是遗传信息的载体，它们是同一物质在细胞染色质和染色体是遗传信息的载体，它们是同一物质在细胞周期的不同时期中，不同的形态表现。周期的不同时期中，不同的形态表现。rDNArRNArRNA分子分子转录起始点转录起始点核仁组织区中的核仁组织区中的rRNArRNA基因的转录基因的转录2024/8/1987Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University88姐妹染色单体姐妹染色单体2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen Uni
63、versity89 核小体核心核小体核心（组蛋白八聚体组蛋白八聚体外绕外绕146bp146bpDNADNA ）连接线连接线DNA构成：构成：200bpDNA200bpDNA、一个组蛋白八聚体、一分子组蛋白、一个组蛋白八聚体、一分子组蛋白H H1 1核小体核小体染色质的基本结构单位染色质的基本结构单位核小体核小体2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University90 EMEM下的核小体丝下的核小体丝多个核小体串联重复排列成丝状多个核小体串联重复排列成丝状H H1 1组蛋白组蛋白核小体核心核小体核心连接线连接线2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen Uni
64、versity912024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University92由由6 6个核小体围个核小体围成一周，螺旋成一周，螺旋形成中空的管形成中空的管状结构。状结构。H1H1组蛋白组蛋白2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University93核小体丝核小体丝螺线管螺线管2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University94主缢痕主缢痕着丝粒着丝粒动粒动粒端粒端粒端粒端粒次缢痕次缢痕长臂长臂短臂短臂(q)(p)中期染色体的形态结构中期染色体的形态结构2024/8/1995Wanghs Sun Yat-sen Univer
65、sity2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University96染色单体染色单体动粒动粒动粒微管动粒微管2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University97着丝点着丝点2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University98 随体随体着丝粒着丝粒次缢痕次缢痕(NOR)2024/8/1999Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University100内核膜内核膜外核膜外核膜核纤层核纤层异染色质异染色质常染色质常染色质2024/8/19Wang
66、hs Sun Yat-sen University1012024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University1022024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University1032024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University104螺线管螺线管超螺线管超螺线管 螺线管再进螺线管再进一步螺旋盘曲成一步螺旋盘曲成圆筒状的超螺线圆筒状的超螺线管管染色质染色质染色体染色体1/71/61/401/52024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University105异染色质异染色质2024/8/19Wanghs Sun
67、Yat-sen University1062024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University107端粒端粒2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University1082024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University109核核糖糖体体组组装装NOR随随体体次次缢缢痕痕着着丝丝粒粒分裂期分裂期间期间期核仁组织区核仁组织区2024/8/19110Wanghs Sun Yat-sen UniversityCharacteristics of RNA transcription含有含有rDNArDNA的间期的间期染色质以染色质以袢环形袢环形式伸进核仁内式伸进核仁内2024/8/19111Wanghs Sun Yat-sen University2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University1122024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University113多个核小体串联重复排列成丝状多个核小体串联重复排列成丝状核小体丝核小体丝2024/8/19Wanghs Sun Yat-sen University114细胞核细胞核细胞质细胞质核膜核膜核骨架核骨架
