第十章细胞核

●核被膜

●染色质或染色体

●核骨架

●核仁细胞核的结构：

内核膜、外核膜和核周隙三部分构成。特点：第一节核被膜与核孔复合体一、核被膜是双层膜结构（一）结构图12-3核被膜的结构

核纤层：（二）核纤层核纤层的作用：●保持核的形态：●参与染色质和核膜的组装和崩解：图12-4核纤层结构

有丝分裂过程中核被膜的降解与重组装

核孔复合体（nuclearporecomplex，NPC）：在核孔上镶嵌着一种复杂的结构。（三）核孔复合体1.结构模型（fish-trap结构）

①胞质环：②核质环：③中央栓（中央颗粒）：④辐：核孔边缘伸向核孔中央的突出物图12-4抽提后核孔胞质面的结构图12-5抽提后核孔核质面的结构

图12-6核孔结构模型2.核孔复合体的功能（双功能性、双向性）：

被动运输①被动运输

①亲核蛋白与NLS受体（二聚体）结合形成转运复合物②转运复合物与NPC胞质环上的纤维结合③纤维向核弯曲，转运器构象发生改变货物通过④货物受体复合体与Ran-GTP结合，释放出货物⑤与Ran-GTP结合的importinβ输出细胞核⑥importinα在核内exportin的帮助下运回细胞质（图12-8）核定位信号（NLS）：→亲核蛋白向细胞核的输入的主动运输：

②主动运输Normalpyruvate

kinase:incytosolChimeric

pyruvate

kinasecontainingSV40NLS:innucleusNLSarepresentonlyinnuclearproteinsAtypicalNLScontainsseveralconsecutivebasicaminoacids(thepositivelychargedAa:Lys,Arg)Wild-type:T-antigeninnucleusMutant-type:T-antigenincytosol图12-8核质素输入细胞核的过程

RNP的蛋白质具有核输出信号（nuclearexportsignal,NES）（12-9）。→对RNA分子和RNP颗粒核输出的主动运输第二节染色质一、化学组成（一）DNA单一序列、中度重复序列和高度重复序列1.DNA类型：染色质：2.DNA二级结构类型

A、B和Z型①非组蛋白具有多样性与异质性

②能识别特异的DNA序列，识别和结合靠氢键和离子键。③帮助DNA分子折叠，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（二）组蛋白H2A、H2B、H3、H4和H1。（三）非组蛋白1.非组蛋白（序列特异性DNA结合蛋白）的特性：Histones:

ThemostabundantproteinsassociatedwitheukaryoticDNARichinpositivelychargedbasicaminoacids,whichinteractwiththenegtivelychargedphosphategroupsinDNATheaminoacidsequencesofhistonesH2A,H2B,H3,H4areremarkablysimilaramongdistantlyspecies

→α螺旋-转角-α螺旋模式

→锌指模式

→亮氨酸拉链模式

→螺旋-环-螺旋模式

→

HMG框模式

2.序列特异性DNA结合蛋白的结构模式：α螺旋-转角-α螺旋基序锌指结构基序亮氨酸拉链基序几种主要序列特异性DNA结合蛋白的结构特征１.核小体是染色质的基本单位的证据：●温和的方法处理（图８-１)●用非特异性微球菌核酸酶处理●应用射线、中子散射和电镜三维重建技术●用SV40微小染色体技术二、染色质的基本结构单位－核小体图８-１30nm和1０nm染色质纤维①每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个组蛋白H1②由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒③DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被组蛋白H1锁合④相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。⑤DNA与组蛋白不是特异结合，而是结构性的

⑥核小体沿ＤＮＡ的定位受不同因素的影响２.核小体的结构要点

图12-11）：Histone

octamer:(H2A-H2B)-(H3-H4)-(H3-H4)-(H2A-H2B)WhereisthehistoneH1?H1moleculesareassociatedwiththelinkerregion.146+15~50bplinkerDNA200bpDNADigestedbriefly:H1+Octamer+200bpDNADigestedlonger:Octamer+146bpH1isreleased核小体的结构

1.核小体(10nm)2.螺线管(30nm)3.超螺线管

(0.4um)4.染色单体（2-10um）

从核小体开始到染色体,DNA总共压缩:

压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍

DNA→核小体→螺线管-→超螺线管-→染色单体三、染色体的包装（一）染色质包装的多级螺旋模型图8-2核小体和螺线管的结构

（二）染色体的骨架-放射环结构模型图8-3染色体的包装方式

Hela细胞去除组蛋白的中期染色体电镜照片

→

DNA包装比约为1000～2000分之一

→单一序列DNA和中度重复序列DNA

→并非所有基因都具有转录活性,常染色质只是基因转录的必要条件而非充分条件

三、异染色质和常染色质

在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（图12-14）1.常染色质：2.特征：①多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂②高度重复的DNA序列构成

③遗传惰性

④晚复制早聚缩；⑤参与染色质高级结构的形成。3.异染色质在间期核内染色质纤维折叠压缩程度高，处于紧缩状态，用碱性染料染色时着色深的那些染色质。

★结构染色质的特征：★兼性异染色质：某些细胞类型或一定发育阶段，原来的常染色质聚缩并丧失基因转录活性图8-4异染色质（核内深染部分）和常染色质（核内浅染部分）

图8-5荧光原位杂交显示的着丝粒卫星DNA女性细胞中的巴氏小体四、染色体结构（一）染色体形态和结构1.染色体：是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。2.核仁组织区（nucleolarorganizingregions,NORs）：是核糖体RNA基因所在的区域，其精细结构呈灯刷状。是染色体端部的特化部分（图8-6），其生物学作用在于维持染色体的稳定性。3．随体：指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。4．端粒：

染色体各部分的名称

核仁组织者中心形成核仁图8-6荧光原位杂交显示的端粒（上）和端粒序列（下）

（二）着丝粒的结构1.着丝点结构域：2.中央结构域：3.配对结构域：图12-20着丝粒的3个结构域着丝粒的结构图12-21着丝点结构域2.染色体3个元件及功能：①自主复制DNA序列(ARS)：是DNA复制的起点②着丝粒DNA序列(CEN)：其功能是参与形成着丝粒，使细胞分裂中染色体能够准确地分离③端粒DNA序列(TEL)：稳定遗传人工酵母染色体（YＡＣ）端粒DNA的复制人工酵母染色体（三）核型与带型低渗处理，秋水仙素处理以及血细胞培养技术。1、核型

是细胞分裂中期染色体特征的总和，包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。2、核型分析：

对染色体急性测量计算的基础上，进行分组、排队、配对并进行形态分析的过程。3、核型的模式图将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征描制下来，在按其长短、形态等特征排列起来的图像

4、染色体分带技术是经物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带的方法5、分带技术可分为两大类：一类是产生的染色带分布在整条染色体如：G（图12-23）、Q（图12-24）和R带富含AT亮带富含CG暗带另一类是局部性的显带，它只能使少数特定的区域显带如：C（图12-25）、T和N带图12-23人类G带核型，G带显示的是染色体上富含AT的区域图12-24人类Q带核型，Q带显示的带纹与G带相似

图12-25人类C带核型，C带显示的是着丝粒异染色质①体积巨大②多线性③体细胞联会，形成一个染色体④横带纹⑤膨突和环，

（五）几类特殊的染色体1、多线染色体

1881年意大利的Balbiani发现于双翅目摇蚊幼虫的唾腺细胞，植物胚珠细胞。特点：果蝇唾腺细胞全套多线染色体图12-26唾腺染色体

1.由两条同源染色体组成，每条同源染色体含2条染色单体。

2.轴上有一些染色粒，代表染色质紧密螺旋化的部位

3.两条染色单体向两边伸出许多侧环侧环是RNA活跃转录的区域。2．灯刷染色体

这种染色体最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期，双线期是卵黄合成的旺盛期

→特点：图12-27灯刷染色体第三节核仁一、核仁结构1.纤维中心(FC)

是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA，这些rDNA是裸露的分子。2.致密纤维组分(DFC)

呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是新合成的RNP（指结合蛋白质的rRNA），转录主要发生在FC与DFC的交界处3.颗粒组分(GC)由直径15-20nm的颗粒构成，是不同加工阶段的RNP。4.核仁相随染色质图12-28核仁结构二、核仁的功能（一）rRNA基因转录的形态和组织特征（二）rRNA前体的加工（三)核糖体亚单位的装配rDNA没有组蛋白核心，是裸露的DNA节段，两个相邻基因之间为一段非转录的间隔DNA（图12-29），rRNA首先出现在纤维部，而后转向颗粒部。2.纤维部的纤维状物质是新合成的45SrRNA，它与蛋白质形成RNP复合体，45SrRNA甲基化以后经RNA酶裂解为2个分子，18SrRNA和32SrRNA，后者再裂解为28SrRNA的5.8SrRNA。3.5SrRNA的基因并不定位在核仁上，通常定位在常染色体，5SrRNA合成后被转运至核仁区参与大亚基的装配。

图12-29rRNA的转录图12-30核糖体的组装

第五节染色质结构和基因转录一、活性染色质及其主要特征

1.活性染色质具有DNaseI

超敏感部位

2.活性染色质在生化上具有特殊性

二、染色质结构与基因转录

疏松染色质结构的形成

染色质的区间性

染色质模板的转录

（一）疏松染色质结构的形成DNA局部结构的改变与核小体相位的影响 当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时， 染色质易被引发二级结构的改变；进而引起其 它的一些结合位点与调控蛋白的结合。 核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录组蛋白的修饰 组蛋白的修饰改变染色质的结构，直接或间接 影响转录活性 组蛋白赖氨酸残基乙酰基化（acetylation），影响转录HMG结构域蛋白的影响 HMG结构域可识别某些异型的DNA结构，与DNA

弯折和DNA-蛋白质复合体高级结构的形成有关（二）染色质的区间性基因座控制区（locuscontrolregion,LCR） 染色体DNA上一种顺式作用元件，具有稳定 染色质疏松结构的功能； 与多种反式因子的结合序列可保证DNA复制 时与启动子结合的因子仍保持在原位。隔离子（insulator） 防止处于阻遏状态与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，称为隔离子。 作用：作为异染色质定向形成的起始位点； 提供拓扑隔离区（三）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”（nucleosomeplow）假说

第五节核基质核基质(核骨架)：为真核细胞核内的网络结构，是除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的核内网架体系。

（一）核基质的组成1.组成：①非组蛋白性纤维蛋白，核骨架碎片中还存在三种支架蛋白（SCⅠ、SCⅡ、SCⅢ)，SCⅡ、Ⅲ的功能尚不明确，SCⅠ是DNA拓朴异构酶Ⅱ②少量RNA和DNA③少量磷脂和糖类2.特点：核骨架纤维粗细不等，形成三维网络结构与核纤层，与核孔复合体相接，将染色质和核仁网络在其中。核骨架-核纤层-中间纤维三者相互联系形成一个贯穿于核、质间的统一网络系统。（二）核骨架的功能

DNA是以复制环的形式锚定在核骨架上的，核骨架上有DNA复制所需要的酶，如：DNA聚合酶α、DNA引物酶、DNA拓朴异构酶II等，DNA的自主复制序列（ARS）也是结合在核骨架上。1.为DNA的复制提供支架2.是基因转录加工的场所

RNA的转录同样需要DNA锚定在核骨架上才能进行，核骨架上有RNA聚合酶的结合位点，使之固定于核骨架上，RNA的合成是在核骨架上进行的。新合成的RNA也结合在核骨架上并在这里进行加工和修饰。3.与染色体构建有关一般认为核骨架与染色体骨架为同一类物质，30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜的染色体（图12-31）图12-31染色质结合在核骨架/染色体骨架上1.选择素（selectin）属

A.亲同性CAMB.亲异性CAM2.细胞粘附分子

A.都是跨膜糖蛋白B.多为单次跨膜蛋白C.都依赖钙离子

D.胞外区为肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别

E.胞质区为肽链的C端部分，与质膜下的骨架成分直接相连3.化学突触（synapsis）

A.是存在于可兴奋细胞间B.其作用是通过释放神经递质来传导兴奋

C.突触后膜内有许多囊泡，称突触小泡，内含神经递质4.胞间连丝中的连丝小管（desm