细胞生物学细胞核

细胞生物学细胞核第1页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

1781年Trontana发现于鱼类细胞；1831年，Brown发现于植物。大小：植物1~4μm，动物10μm。常以核质比来估算核的大小。正常细胞NP≈0.5，分裂期细胞NP>0.5，衰老细胞NP<0.5。第2页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

形状：圆形，胚乳细胞(网状）蝶类丝腺细胞(分支状)。位置：细胞中央，成熟植物细胞的边缘。数目：通常一个，成熟的筛管和红细胞（0）、肝细胞、心肌细胞(1-2）、破骨细胞(6－50）、骨骼肌细胞(数百）、植物毡绒层细胞(2－4)。结构：①核被膜、②核仁、③核基质、④染色质、⑤核纤层。功能：①遗传、②发育。第3页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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核被膜Nuclearenvelope构成：①内核膜（innernuclearmembrane）②外核膜（outernuclearmembrane）③核周隙（perinuclearspace）外核膜：内质网的一部分，胞质面附有核糖体。核周隙：宽20－40nm，与内质网腔相通。核纤层：位于内核膜的内表面的纤维网络，可支持核膜，并与染色质及核骨架相连。第5页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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双层核膜核周间隙

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核孔复合体（nuclearporecomplex）是物质运输的通道

核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin）构成，称为核孔复合体（nuclearporecomplex，NPC）。一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔,密度大约35—65个/μm2。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在一般认为其结构如fish-trap。第9页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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中央颗粒孔环颗粒边围颗粒第11页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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ColloidalgoldlabeledNucleoplasminweretransportedintonucleus.第15页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

核纤层由核纤肽（lamin）构成，核纤肽一类中间纤维，分为1aminA、laminB、laminC。作用：

1．保持核的形态：

2．参与染色质和核的组装：核纤层在细胞分裂时呈现出周期性的变化，在间期核中，核纤层提供了染色质（异染色质）在核周边锚定的位点。在前期结束时，核纤层被磷酸化，核膜解体。其中B型核纤肽与核膜残余小泡结合，A型溶于胞质中。在分裂末期，核纤肽去磷酸化重新组装，介导了核膜的重建。第16页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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核膜的主要功能1.区域化作用

内环境相对稳定；DNA复制、转录与蛋白合成有时空间隔，对真核细胞的进一步演化具有重要意义。2.控制核、质物质交换

通过核膜物质交换的几种方式：

被动运输：无机离子、小分子物质可自由通过核膜；分子量较大的物质（<60KD）只能经核孔进出细胞核。主动运输：大分子蛋白质（<60KD）和带入核信号的亲核蛋白以主动运输形式选择性地通过核孔复合体；选择性地以主动运输方式输出RNA。

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核孔的物质运输与信号序列核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS）：引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。受体为importin。第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原，序列为：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val。NLS对连接的蛋白质无特殊要求，完成输入后不被切除。核输出信号（nuclearexportsignal,NES），引导RNP输出细胞核，受体为exportin。Ran蛋白，一类G蛋白，调节货物复合体的解体或形成。第19页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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染色质与染色体1848年，Hofmeister发现于鸭跖草的小孢子母细胞。1888年，Waldeyer提出Chromosome。1879年，W.Flemming提出Chromatin。第21页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

染色质组成及其结构一、染色质的化学组成1.DNA：按照基因序列与功能分类：单一基因（solitarygene）：在一个基因组中仅包含一个拷贝。基因家族（genefamily）：由一个祖先基因通过重复或变异所形成的一组基因。串联重复基因（tandemrepeatedgene）：相同的基因在染色体的局部形成重复排列。

假基因（pseudogene）：不产生基因功能的基因。第22页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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按照DNA序列特点分类：

单一序列（uniquesequence）

重复序列（repetitivesequence）：

高度重复序列（highrepetitivesequence）卫星DNA（satelliteDNA）小卫星DNA（minisatelliteDNA）微卫星DNA（microsatelliteDNA）2～6bpRFLPSTRSNP

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中度重复序列（moderatelyrepetitivesequence）短分散成分（shortinterspersingelement，SINE）

300～500bp，105

例Alu家族长分散成分（longinterspersingelement，LINE）

5000～7000bp，102

～104

例Kpnl家族第25页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

2.组蛋白（histone）：H2AH2BH3H4

H1

3.非组蛋白（nonhistone）4.RNA

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二、染色质的分子结构1.染色质的一级结构——核小体（nuclesome）研究史

Kornberg（1974）微小球菌核酸酶降解染色质得到200bp×n。

Olins夫妇用鸡红细胞核的染色质作电镜观察。第27页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

X晶体衍射——染色质由蛋白质八聚体构成。染色质重组实验

5000bpSV40噬菌体DNA与组蛋白混合，获得23个颗粒。

结构第28页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

核小体：H2AH2BH3H4各两分子形成组蛋白八聚体核心颗粒，148bpDNA以1.75圈缠绕在核心颗粒外侧。20～32bp连接DNA将两个相邻的核心颗粒连接在一起，H1与连接DNA结合。第29页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

2.螺线管（solenoid）为30nm的染色质纤维结构，每个横切面由6个核小体组成。第30页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

3.袢样模型第31页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

4.染色体第32页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

性细胞染色体为单倍体（haploid），用n表示;体细胞为2倍体（diploid）以2n表示，还有一些物种的染色体成倍增加成为4n、6n、8n等，称为多倍体。染色体的数目因物种而异，如人类2n=46，黑猩猩2n=48，果蝇2n=8，家蚕2n=56，小麦2n=42，水稻2n=24，洋葱2n=16.第33页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

随体次缢痕主缢痕端粒长臂短臂第34页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

核仁组织区（nucleolarorgnizingregionsNORs）构成核仁，位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是NORs。第35页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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端粒（telomere）：由高度重复的短序列组成，高度保守。作用：维持染色体的稳定性。起细胞分裂计时器的作用。端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100bp，其复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。第37页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

着丝粒的结构着丝粒（centromere）和着丝点（kinetochore）是两个不同的概念，前者指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位，后者指主缢痕处两个染色单体外侧与纺锤体微管连接的部位。着丝粒包含3个结构域1、着丝点结构域（kinetochoredomain）位于着丝粒的表面，包括三层板状结构和围绕外层的纤维冠(fibrouscorona)。第38页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

OPinterzoneIP第39页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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2、中央结构域位于着丝粒结构域的下方。其中含有高度重复的卫星DNA。3、配对结构域位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结。对于着丝粒蛋白研究主要是使用ACA来研究的。用ACAs发现鉴定出来的CENP主要有6种，即：CENP-A至F。第41页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

CentromericproteinsProteinsassociatedwiththecentromerehavebeenidentifiedusingantibodiesfromsclerodermapatientsCENPproteinsCENP-A centromere-specifichistoneCENP-B bindscentraldomainsatelliteDNACENP-C bindskinetochoreCENP-D bindskinetochoreCENP-E kinesin-likemotor,involvedinchromatid

segregationCENP-F

bindskinetochoreINCENPproteinsINCENP-A sisterchromatidassociationINCENP-B sisterchromatidassociation第42页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

核型（karyotype）

指体细胞中的全部染色体组成，包括染色体的数目、大小、结构等特点。第43页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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异染色质和常染色质间期核中染色质可分为异染色质（heterochromatin）和常染色质（enchromatin）。异染色质的特点：①在间期核中处于凝缩状态，无转录活性、是遗传惰性区。②在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩（异固缩现象）。③分为两类：结构（恒定）异染色质（constitutiveheterochromatin）、兼性（功能）异染色质（facultativeheterochromatin）第48页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

核仁（nucleolus)

光镜下：核仁呈均质海绵状结构，其数目、大小与细胞的蛋白质代谢活跃程度有关。常有核仁边集现象。一、

核仁的组成和亚微结构

1、组成：蛋白质（酶）和RNA、DNA2、亚微结构

颗粒区：位于核仁外围，是由最成熟的核糖体前体颗粒组成。

纤维区：常位于核仁中心，由RNA和蛋白质构成，与颗粒区无严格界限，不易区分。

核仁相随染色质：该区包含从染色体核仁组织者来的DNA（内含有转录rRNA的基因）分为：核仁周围染色质和核仁内染色质。核仁组织者：（nucleolarorganizingregion,

NOR）

核仁基质：由蛋白质组成。

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3.核仁周期

核仁染色体的凝集（前期~中期）与解凝集（末期），决定核仁的消失和重现。核仁愈合：几个核仁体积增大愈合成1~2个核仁。二、核仁的功能1.rRNA合成中心

NOR中的rDNA呈串状重复排列（中度重复顺序）。第51页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

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酶裂解形成18s、28s、5.8srRNA。成熟的rRNA仅为45srRNA的一半，丢失的大部分是非甲基化和GC含量较高的区域。第52页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

5SrRNA通常定位在常染色体，合成后被转运至核仁区参与大亚基的装配。第53页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

2.核仁是组装核糖体前体的场所在核仁中合成核糖体的大小亚基前体，通过核孔转运至细胞质中，通过活化在胞质中成熟，形成有功能的大小亚基。第54页，共64页，2023年，2月20日，星期二细胞生物学—细胞核

核糖体（ribosome)一、核糖体的形态结构电镜下核糖体为直径15—25nm致密小颗粒，由大、小亚基以特定形式组成，常以单体，或多聚体形式存在于细胞质中，内质网和核膜上。第55页，共64页，2023年，2月20日，星