细胞核和染色体

一、核被膜（一）结构组成：是双层膜结构①内核膜（innernuclearmembrane）②外核膜（outernuclearmembrane）③核周间隙（perinuclearspace）外核膜：内质网一部分，胞质面附有核糖体。核周间隙：宽20~40nm，与内质网腔相通。核纤层：位于内核膜内表面纤维网络，可支持核膜，并与染色质及核骨架相连。第一节核被膜与核孔复合体细胞核和染色体第1页细胞核和染色体第2页细胞核和染色体第3页1组成：由核纤层蛋白（lamin）组成，核纤肽一类中间纤维，分为A、B两型。2作用：（1）保持核形态：（2）参加染色质和核组装：

细胞分裂时：展现出周期性改变，

间期核中：提供染色质（异染色质）在核周围锚定位点。

在前期结束时：核纤层被磷酸化，核膜解体。

B型核纤肽与核膜残余小泡结合，

A型溶于胞质中。

分裂末期，核纤肽去磷酸化重新组装，介导了核膜重建。核纤层细胞核和染色体第4页（二）核被膜要细胞周期中崩解与装配1分裂期：双层核膜崩解成单层膜泡，核孔复合体解体，核纤内层去装配；2分裂未期：核膜重新形成3旧核膜参加新核膜构建，新核膜来自旧核膜4核被膜去组装是非随机，含有区域特异性（domain-specific）。5核被膜解体与重建动态改变受细胞周期调控因子调整，调整作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白磷酸化与去磷酸化修饰相关。细胞核和染色体第5页细胞核和染色体第6页二、核孔复合体（一）结构模型1胞质环（cytoplasmicring），外环2核质环（nuclearring），内环3辐（spoke）

柱状亚单位（columnsubunit）

腔内亚单位(luminalsubunit)

环带亚单位（annularsubunit）4中央栓（centralplug）：transporter细胞核和染色体第7页1核孔由最少50种不一样蛋白质（nucleoporin）组成，称为核孔复合体（nuclearporecomplex，NPC）。2普通哺乳动物细胞平都有3000个核孔。3细胞核活动旺盛细胞中核孔数目较多，反之较少。4在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在普通认为其结构如fish-trap。细胞核和染色体第8页细胞核和染色体第9页抽提后核孔胞质面结构

（Cytoplasmicface，

cytoplasmicparticles）细胞核和染色体第10页抽提后核孔核质面结构

（Nuclearface

basketinnercomplex）细胞核和染色体第11页（二）核孔复合体成份研究核孔复合体主要由核孔蛋白组成，可能含有30余种不一样多肽，共1000多个蛋白质分子。含有同源性，高度保守。全部核孔复合体蛋白统一命名为核孔蛋白。其中gp210是第一个被判定出来核孔蛋白，代表一类结构性跨膜蛋白。细胞核和染色体第12页（三）核孔复合体功效核质交换双向、双功效、选择性亲水性通道。－双向：入核、出核；既介导蛋白质入核转运，又介导RNA、核糖核蛋白颗粒出核转运。－双功效：被动运输、主动运输。细胞核和染色体第13页1.经过核孔复合体被动运输NPC中央通道在介导被动运输时直径约为9nm，相当于能够允许60kDa以下球形蛋白自由经过；因为各种原因影响，并不是全部直径10nm以下分子在核被膜两侧均匀分布。有些小分子蛋白可能会与其它大分子相结合，或与一些不溶性结组成份（如中间丝、核骨架等）结合被限制在细胞质或细胞核内。细胞核和染色体第14页2.经过核孔复合体主动运输

(1).选择性和双向性－对运输颗粒大小限制：有效功效直径可被调整约10～20nm，甚至可达26nm；－主动运输是一个信号识别与载体介导过程，需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征；－主动运输含有选择双向性，即选择性地对不一样物质进行核输入或核输出。细胞核和染色体第15页核输入：复制、转录、染色体构建和核糖体亚单位组成等所需要各种因子如DNA聚合酶、RNA聚合酶、组蛋白等运输到核内。核输出：翻译所需要RNA、组装好核糖体亚单位从核内运输到细胞质。有些蛋白质或RNA分子甚至两次或屡次穿越核孔复合体，如核糖体蛋白、snRNA（小核RNA，参加RNA剪切）等。细胞核和染色体第16页(2).亲核蛋白与核定位信号

》亲核蛋白（karyophilicprotein）:

在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功效一类蛋白质.经典如组蛋白、核纤层蛋白停留在核内，有亲核蛋白则需穿梭于核质之间进行功效活动，如importin》核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS）：引导蛋白质进入细胞核一段信号序列。受体为importin。假如将NLS连接到非亲核蛋白上则可引导其入核。细胞核和染色体第17页①亲核蛋白经过NLS识别受体importinα并结合形成转运复合物。不需能量，依赖NLS.②在importinB介导下，转运复合体与核孔复合体胞质纤维结合③转运复合物经过改变构象核孔复合体从从胞质面转移到核质面④转运复合物在核质面与Ran-GTP结合，并造成复合物解离，亲核蛋白释放。⑤受体亚基与结合Ran返回胞质，在胞质内Ran-GTP水解形成Ran-GDP并与importinB解离，Ran-GDP返回核内再转换成Ran-GTP状态细胞核和染色体第18页(3)出核转运和核输出信号

》不一样RNA出核转运：－RNA聚合酶I转录rRNA分子：以RNP形式离开细胞核，需要能量；P318－RNA聚合酶III转录5srRNA与tRNA核输出由蛋白质介导；－RNA聚合酶II转录hnRNA，在核内进行5’端加帽和3’端附加PolyA序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟mRNA出核；细胞核和染色体第19页》核输出信号（nuclearexportsignal,NES），引导RNP输出细胞核，受体为exportin。mRNA出核转运过程是有极性，其5’端在前，3’端在后。所谓RNA出核转运实际上是RNA-蛋白复合体转运，即RNA核输出离不开特殊蛋白因子参加，这些蛋白因子本身含有核输出信号。细胞核和染色体第20页小结：核膜主要功效1.区域化作用相对稳定内环境，准确调控遗传信息表示2.合成生物大分子与蛋白质合成相关。3.控制细胞核与细胞质进行物质流和信息流小分子、蛋白质跨膜运输。双向、双功效、选择性亲水性通道。亲核蛋白核定位信号序列细胞核和染色体第21页一、染色质和染色体染色质（chromatin）:

指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少许RNA组成线性复合结构,是间期细胞遗传物质存在形式。染色体(Chromosome):

指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中,由染色质聚缩而成棒状结构。第二节染色质

细胞核和染色体第22页染色质和染色体化学成份组成：

DNA

组蛋白Histone

非组蛋白Nonhistone

少许RNA细胞核和染色体第23页二、染色质

DNA（一）基因组（Genome）：一个生物贮存在单倍染色体组中总遗传信息，称为该生物基因组。一条DNA分子:在真核细胞中，每条未复制染色体包装一条DNA分子。基因：存在于DNA分子上。基因（遗传因子）是遗传物质基础，是DNA（脱氧核糖核酸）分子上含有遗传信息特定核苷酸序列总称，是含有遗传效应DNA分子片段。atgctgctgcagtct…….tagcaatcgtgtgtc

细胞核和染色体第24页（二）染色质DNA分子类型1.单一序列；2.中度重复DNA序列；－短散在重复元件－长散在重复元件3.高度重复DNA序列－卫星DNA，主要分布在染色体着丝粒部位；－小卫星DNA，又称数量可变串联重复序列，常用于DNA指纹技术作个体判定；－微卫星DNA，重复单位序列最短，具高度多态性，在遗传上高度保守，为主要遗传标志。DNA一级结构多样性细胞核和染色体第25页DNA二级结构含有多形性

①B-DNA：右手螺旋DNA，经典Watson-Crick结构。②Z-DNA：B-DNA主要变构形式，右手螺旋。③A-DNA：左手螺旋，是B-DNA变构形式细胞核和染色体第26页三、染色质蛋白与染色质DNA结合蛋白负责DNA分子遗传信息组织、复制和阅读。组蛋白：与DNA结合但没有序列特异性非组蛋白：与特定DNA序列或组蛋白相结合细胞核和染色体第27页（一）组蛋白

真核生物染色体基本结构蛋白，富含Arg，Lys，属碱性蛋白，能够和酸性DNA结合：

–关键组蛋白（corehistone）：H2A、H2B、H3、H4；

–连接组蛋白（linkerhistone）：H1。结构：关键组蛋白高度保守，没有种属及组织特异性，尤其是H4。

H1是多样性，含有一定属(genus)和组织特异性。细胞核和染色体第28页细胞核和染色体第29页（二）非组蛋白Nonhistone

》非组蛋白具多样性和异质性；》对DNA含有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白

(sequencespecificDNAbindingproteins)；》功效多样性：帮助DNA折叠；帮助DNA复制；调整基因表示。细胞核和染色体第30页非组蛋白和DNA不一样结合模式(图10-8)

（1）α螺旋-转角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)（2）锌指模式(Zincfingermotif)（3）亮氨酸拉链模式(Leucinezippermotif，ZIP)（4）螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helixmotif，HLH)（5）HMG-盒结构模式（HMG-boxmotif）。细胞核和染色体第31页（二）核小体结构关键点P3271.每单位包含200bp左右DNA和一个组蛋白八聚体以及一个组蛋白H12.组蛋白八聚体组成核小体盘状关键颗粒，由4个异二聚体组成：各2个H2AH2BH3H43.146bpDNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈。组蛋白H1在关键颗粒外结合20bpDNA，锁住核小体DNA进出端，起稳定核小体作用。4.两个核小体之间以连接DNA相连，经典长度为60bp.5.组蛋白与DNA之间相互作用主要是结构性，基本不依赖于核苷酸次序。6.核小体沿DNA定位受不一样原因影响。细胞核和染色体第32页五、染色质组装模型1.多级螺旋模型multiplecoilingmodel一级结构：核小体Nucleosome二级结构：螺线管(solenoid)电镜下观察用温和方法分离染色质是直径30nm纤维，这种纤维由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一圈，长度压缩6倍。三级结构：超螺线管(supersolenoid)四级结构：染色单体（chromatid）细胞核和染色体第33页据多级螺旋模型DNA

－压缩7倍－核小体－压缩6倍－螺线管－压缩40倍－超螺线管－压缩5倍－染色单体。经过四级螺旋组装形成染色体结构，共压缩了8400倍。2米,细胞核只有5～8微米－压缩近万倍（网球内包含2千米长细线。）细胞核和染色体第34页细胞核和染色体第35页细胞核和染色体第36页染色体多级螺旋模型7倍6倍40倍5倍共8400倍细胞核和染色体第37页2骨架-放射环结构模型scaffoldradialloopstructuremodel

》认为30nm纤维折叠为一系列环（loop），沿染色体纵轴结合在染色体骨架chromsomalscaffold。》由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平面排列,结合在核基质上形成微带(miniband)。染色体包装不一样组织水平：染色体包装实际形式可能是各种机制（模型）融合。细胞核和染色体第38页六、常染色质和异染色质常染色质(enchromatin）：指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那些染色质。异染色质heterochromatin）：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高,处于聚缩状态,用碱性染料染色时着色深那些染色质。细胞核和染色体第39页第四节染色体一、中期染色体形态结构（着丝点）（核仁组织区）细胞核和染色体第40页中期染色体形态结构稳定、显著、含有两条相同姐妹染色单体，共有一个着丝粒。细胞核和染色体第41页染色体各部主要结构1.着丝粒与动粒（着丝点）连接两个染色单体，并将染色体分为长、短臂，也叫主缢痕。细胞核和染色体第42页着丝粒三个结构域1）配对结构域：位于着丝粒内表面，是姐妹染色单体相互作用位点。含有着丝粒蛋白和染色单体连接蛋白。2）中央结构域：串联高度重复卫星DNA序列。含有物种专一性，保守性强。3）动粒结构域：位于着丝粒外表面，外板结合动粒微管。

三者共同作用确保染色体与纺锤体整合及染色单体分离。细胞核和染色体第43页2.次缢痕：除主缢痕外，其它缢缩部位。数目位置大小不等，是染色体判定标识之一。3.核仁组织区（NOR）：主要位于次缢痕部位，是rRNA基因所在区域，形成28s、18s、5.8srRNA（5srRNA除外），间期与核仁形成相关。细胞核和染色体第44页4.随体：染色体末端球形染色体，经过次缢痕与主体部分相连。5.端粒：染色体两个端部特化结构。富含G短重复序列，保守性强。端粒作用：1）维持染色体完整性和稳定性，并与染色体分布及同源染色体配对相关。2）起细胞分裂计时器作用。端粒核苷酸复制和基因DNA不一样，不能随DNA复制而复制，必须由端粒酶催化作用，普通体细胞内则没有该活性酶（生殖细胞及部分干细胞内有），故每复制一次降低50~100bp，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。细胞核和染色体第45页端粒复制(端粒酶及其作用）端粒酶是一个蛋白质和RNA复合体,它使用RNA为模板合成一个GT丰富重复序列,然后DNA聚合酶a以此链合成另一条DNA链。细胞核和染色体第46页二、染色体DNA3种功效元件自主复制DNA序列（ARS）复制起点序列酵母：11个富含AT碱基对，其两侧有200bp是正常复制所必须真核生物：大多包含一个富含AT序列着丝粒DNA序列（CEN）动粒装配与染色体分离有两个彼此相连关键区，一个是80～90bpAT区，另一个是11bp保守区端粒DNA序列（TEL）长度约1000bp，富含G短串联重复序列细胞核和染色体第47页真核细胞染色体3种功效元件细胞核和染色体第48页端粒能够保持染色体完整性细胞核和染色体第49页第五节核仁1核仁（nucleolus）见于间期细胞核内，呈圆球形，普通1~2个，有时多达3~5个。主要功效是转录rRNA和组装核糖体单位。2普通蛋白质合成旺盛和分裂增殖较快细胞有较大和数目较多核仁，反之核仁很小或缺如。3核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出现。细胞核和染色体第50页一、核仁超微结构①纤维中心(FC)：是被致密纤维包围一个或几个低电子密度圆形结构，主要成份为RNA聚合酶I，rDNA和结合转录因子，这些rDNA是裸露分子。②致密纤维组分(DFC)：呈环形或半月形包围FC，由致密纤维组成，是新合成RNP，转录主要发生在FC与DFC交界处。③颗粒组分(GC)：由直径15-20nm颗粒组成，是不一样加工阶段RNP。细胞核和染色体第51页二、核仁功效与核糖体生物发生相关从核仁纤维组分开始再向颗粒组分延续，包含rRNA合成、加工和核糖体亚单位组装。（一）核糖体结构含40%蛋白质、60%RNA，由两个亚单体组成。分为70S和80S两种类型。由大小两个亚基组成，只在以mRNA为模板合成蛋白质时才结合在一起，肽链合成终止后，大小亚单位又解离。核糖体并不是单独工作，而是由多个甚至几十个串连在一条mRNA分子上，称多聚核糖体（polyribosome）。细胞核和染色体第52页核糖体组成细胞核和染色体第53页ProteinSynthesis细胞核和染色体第54页（二）核糖体组装rRNA基因是重复多拷贝基因。人一个细胞中约有200个拷贝，rDNA没有组蛋白关键，是裸露DNA节段，相邻基因之间为非转录