细胞生物学：06-3核仁

1、第三节 核 仁（nucleolus,一、核仁的主要成分 二、核仁的结构 三、核仁的功能 四、核仁周期,核仁：间期细胞核中最明显的结构， 光镜下为均匀、海绵状的球体。 数目：1-2个，甚至多个。 大小：蛋白质合成旺盛的细胞核仁大，如 卵母细胞、分泌细胞；不具备蛋白 质合成能力的细胞核仁小。 位置：通常不固定，在生长旺盛的细胞中, 常趋向核的边缘,概述,一、核仁的主要成分,蛋白质：约占干重的80%，如核糖体蛋白 、 组蛋白、非组蛋白及多种酶 类,RNA : 约占干重的10%，蛋白质合成 旺盛的细胞，RNA含量高,DNA : 占8%，主要存在于核仁相 随染色质中,二、核仁的结构,光镜：核仁通常是匀质

2、的球体，具较 强的折光性，易被酸性或碱性 染料着色,电镜：核仁裸露无膜、由纤维丝构成,二、核仁的结构 核仁无膜包裹，电镜下可见 三个特征性区域： 纤维中心（fibrillar center，FC) 致密纤维组分（dense fibrillar component，DFC） 颗粒成分（granular component，GC,一）纤维中心是分布rRNA基因的 染色质区 结构特点：包埋于颗粒组分内部 的一个或几个低电子 密度的圆形结构体。 主要成分：rRNA基因rDNA的存在 部位,rDNA是染色体上伸展出的DNA袢环，每一个袢环称为一个核仁组织者。 人类rRNA基因位于5对染色体上，即13、1

3、4、15、21、22号染色体,核仁组织区（nucleolar organizer region NOR,人类13、14、15、21、22号染色体的短臂末端与随体之间有染色质细丝相连（DNA袢环），含rRNA基因，可指导rRNA的合成,二）致密纤维组分包含处于不同转录阶段的rRNA分子,结构特点：核仁内电子密度最高的区 域,由致密的纤维构成环形 或半月形结构。 主要成份：含有正在转录的rRNA 分子，核糖体蛋白及某些 特异性的RNA结合蛋白,三）颗粒组分由正在加工的rRNA及蛋白质构成,结构特点：呈致密颗粒，位于核仁的外周。 主要成分：由正在加工、成熟的核 糖体亚单位前体颗粒构成,三、核仁的功能

4、,转录、加工rRNA和装配核糖体亚基的场所,哺乳动物核仁中串连重复排列的rRNA基因（中度重复顺序） ，在RNA聚合酶I作用下进行转录，每个基因都转录出长度为13,000bp的初始转录产物，即45S rRNA,一) rRNA转录和加工的场所,1. rRNA基因转录,rDNA,rRNA,转录的起点,转录的终点,RNA聚合酶,蛋白质颗粒,rDNA,rRNA(45S rRNA前体、纤维状,颗粒状（18s 5.8s 28srRNA、蛋白质颗粒,核糖体的亚基,2.rRNA加工,45S rRNA前体经过加工修饰，形成5.8S rRNA、18S rRNA、28S rRNA,核仁是装配核糖体大小亚基的场所，核

5、糖体的大小亚基在核仁中装配成熟后，通过核孔转运至细胞质中，形成有功能的核糖体,二）核糖体亚基的组装,二)核糖体亚基装配的场所,rDNA,45SrRNA,核糖体蛋白,RNP,18SrRNA,28SrRNA,小亚单位 （40S,5.8SrRNA,5SrRNA,核仁外DNA,大亚单位 （60S,33种Pr,49种Pr,四、核仁周期,核仁随细胞的周期性变化而变化， 而核仁染色体的凝集（前期）与解凝集（末期），决定核仁的消失和重现,间 期,有12个或多个核仁,分裂前期,染色质浓缩、rRNA合成停止，rDNA袢环逐渐缩回到染色体，核仁消失,分裂末期,染色体解旋，rDNA伸展，合成rRNA，组建成新的核仁,

6、第四节 核 基 质 （nuclear matrix,一、核基质的形态结构与组成成分 二、核基质的功能,核基质的透射显微镜图像,小鼠成纤维细胞的核基质，首先用去垢剂、高盐提取，然后用核酸酶和低盐处理去除染色质镶嵌的DNA，可见有残存的纤维状基质构成的核质区和细胞骨架基质构成的胞质区,真核细胞核内除去核膜、核纤层、染色质与核仁以外的一个以纤维蛋白成分为主的精密网架体系。核基质充满整个核内空间,核基质,核基质又称核骨架 （nuclear skeleton,一、形态结构和基本组分,核基质基本组分,非组蛋白性质,纤维蛋白,核基质蛋白是各种类型细胞共有的蛋白质,核基质结合蛋白是与细胞类型及分化程度相关的蛋

7、白质,RNA：RNA与蛋白质结合成RNP复合物,DNA：可能是染色质残余部分,二、核基质的功能,一)核基质参与DNA复制 核基质上锚泊DNA复制复合体； 核基质上结合新合成的DNA ； 核基质上DNA的复制效率提高,体外培养的3T3成纤维细胞,大鼠再生肝细胞,3H-TdR进行,脉冲标记,分离核基质,30分钟内，发现与核基质紧密结合 的DNA中，有90%是新合成的DNA,二）核基质参与基因转录与加工,3H-尿核苷脉冲标记Hela细胞,95%以上的放射性存在于核基质上，说明RNA是在核基质上进行合成的,1. 核基质与基因转录活性,2.核基质与hnRNA的加工,Ciejek(1982)等以小鸡输卵管

8、细胞为材料，在20低温条件下（降低内源核糖核酸酶活性）分离出核基质，发现所有的卵清蛋白和卵粘蛋白mRNA的前体都仅存在于核基质中。有人则具体指出hnRNA上的polyA区可能就是hnRNA在核基质中的附着点,三）参与DNA的包装与染色体的构建,染色体“袢环”模型,染色体支架（非组蛋白,袢环（ 30nm螺旋管,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,四）核基质与细胞分化相关,分化程度高的细胞中RNA合成能力强，核基质很发达,核基质结构和功能的改变，可导致基因选择性转录活性的变化，引起细胞分化,第五节 细胞核的功能,一、遗传信息的贮存 二、遗传信息

9、的复制 三、遗传信息的转录,一、遗传信息的贮存,核内的DNA是生物体遗传信息的携带者，决定着生物体的遗传性状与生物学行为。 细胞核将遗传物质包裹在核内，保证了细胞的稳定性,二、遗传信息的复制,遗传信息的复制是以DNA为模板复制产生子代DNA的过程。 真核细胞的DNA复制是在细胞核中完成的,一) DNA复制是在多个起始点上进行的半保留复制,DNA复制从多个复制起点开始，在DNA解旋酶、拓扑异构酶的协助下，解开双螺旋形成复制叉，进行双向复制。复制后的两个DNA分子中的碱基顺序与复制前的DNA分子相同，而且每一个DNA分子都含有一条旧链和一条新合成的链,半保留复制,二)DNA复制为半不连续性复制,D

10、NA聚合酶催化合成DNA链的方向只能是53。 前导链连续复制； 后随链片断复制,DNA复制的半不连续性示意图,三) 端粒酶能够保持DNA复制时染色体末端的完整性,端粒： 线性DNA分子末端的结构，在 维持染色体的稳定性和DNA复 制的完整性方面有重要作用。 端粒酶：由RNA与具有逆转录酶活性 的蛋白质组成的核酸蛋白复 合体，主要存在于未分化细胞 和肿瘤细胞中,在DNA复制终止时，染色体DNA可能由于去除引物而引起末端缩短。端粒酶可通过与端粒序列识别并结合，利用逆转录酶活性，对DNA末端进行加尾延长，避免了多轮复制后造成染色体末端基因的丢失,端粒酶是一种由蛋白质和RNA组成的核糖核蛋白酶。具有延

11、长端粒末端重复序列的功能,端粒酶,三、遗传信息的转录,转录的本质是将遗传信息从DNA传递给RNA分子。 RNA转录与加工在核内进行： mRNA加工 ：5端带帽； 3端加尾； 去除内含子,DNA,RNA聚合酶II,I,III,hnRNA,45SrRNA,5SrRNA,tRNA,剪接、戴帽,加尾,18SrRNA,28SrRNA,5.8SrRNA,小亚基,大亚基,mRNA,Pro.合成信息,核糖体,Pro.合成 场所,AA-tRNA复合物,Pro.合成中的转运,细胞核的功能是由其各部分共同完成的,DNA分子携带遗传信息； DNA复制和mRNA、tRNA以及5SrRNA的转 录在核基质进行； 核仁合成

12、大部分rRNA并把它们和其他成分一起装配成糖体的大、小亚基; 核膜调节核质间的物质交换,DNA,mRNA,rRNA,tRNA,核糖体,mRNA,tRNA,多聚核糖体,氨酰tRNA,合成蛋白质,留细胞内,转运小泡,分泌泡出胞,内体性溶酶体,吞噬体吞饮体,吞噬性溶酶体,营养物,残余小体,出胞,线粒体供能,外来物质,细胞骨架,氨基酸,入胞,第六节 细胞核与疾病,一、细胞核异常与肿瘤 二、核转运异常与肿瘤 三、遗传物质异常与遗传病 四、端粒异常与疾病,一、细胞核异常与肿瘤,1、核质比增高,6、染色体异常,5、组蛋白的磷酸化加强,4、核仁大而数目多,3、核膜增厚且呈不规则状,出现小泡, 小囊 状突起,核

13、孔数目增多,2、核畸形,二、核转运异常与疾病,雄激素受体(AR)在男性第二性征的发育及前列腺的生长过程中起着重要的作用，其核定位对个体正常的生理状态非常重要。 AR或者AR的NLS位点的突变体造成的AR异常，导致AR不能正常入核 ，与前列腺癌以及雄激素不敏感症相关,三、遗传物质异常与遗传病,遗传病,基因病 (genic disease,染色体病 （chromosomal disease,单基因病 （monogenic disease,多基因病 （polygenic disease,常染色体,性染色体,正常人体细胞染色体数为二倍体 2n = 46 在2n数量上的增加或减少，称染色体数目异常。 有

14、两种形式 整倍体 非整倍体,一) 染色体数目异常,1整倍体（euploid） 染色体数目整组增加或减少。 (1）类型 三倍体（triploid） 细胞具有3个 染色 体组 3n = 69， 69，xxx ；69，xxy ； 四倍体（tetraploid） 细胞具有四 个染色体组 4n = 92， 92，xxxx ；92，xxxy,2)多倍体产生的机制 双雄受精(diandry,双雌受精(digyny,核内复制： 在细胞分裂时，染色体完成了正常的复制，但着丝粒的复制没能及时完成，姊妹染色单体不能分离，这样便形成了一个4n的细胞核。当这个细胞再进行下一次分裂时，由它产生的子细胞都将是4n,2.非整

15、倍体（aneuploid） 少数几条染色体数目的增减。 （1）单体型（monosomy） 即某号染色体减少了一条 2n -1= 45 45，x0； 45，xx（xy）,-21或22,2）三体型（trisomy） 即某号染色体增加了一条 2n +1= 47 常染色体以13，18，和21三体型常见 47，xx（xy），+21 性染色体主要有 47，xxx ；47，xyy,3）多体型 某号染色体增加了两条或两条以上。 主要见于性染色体异常， 四体型 48，xxxx ；48，xxxy ； 48,xxyy 五体型 49，xxxxx ； 49，xxxyy ；49，xxxxy,4）嵌合体 一个个体有两种或两

16、种以上染色体数目不同的克隆形成称之。 46，xx / 47，xx, +21 45，x0 / 46，xx,二）染色体结构畸变,染色体结构畸变的基础首先是断裂（breakage）及断裂后的重接（reunion）。 发生结构重排（rearrangement）的染色体称为衍生染色体,1.缺失（ deletion, del,2.重复（duplication, dup,臂内倒位（paracentric inversion,3. 倒位（inversion,inv,臂间倒位（pericentric inversion,4.易位（translocation,t,相互易位（reciprocal transloca

17、tion,罗伯逊易位 （Robertsonian translocation,5.等臂染色体 （isochromosome,I,着丝点横裂,6.双着丝粒染色体 (dicentric chromosome,dic,7.环状染色体 （ring chromosome, r,三) 染色体病,染色体数目或结构畸变引起的疾病称为染色体病（chromosome disease,先天愚型 (47,XX/XY,+21,智力低下并伴有特殊面容，身体发育迟缓，合并心脏等多脏器的畸形,Downs syndrome: special face（特殊面容）, mental retardation（智力迟钝）, heart defect（心脏缺陷）, simian crease（通关手,生长发育障碍，智 力低下，枕部突起 眼裂狭小，内眦赘 皮，耳位低，耳廓 畸形，90%有先天 性心脏病，肌张力 亢进,18三体综合症 (47,XX/XY,+18,13三体综合症 (47,XX/XY,+13,发育迟缓，智力低 下，小头，前额低 斜，头皮缺损，小 或无眼球，唇裂，