细胞核专业知识讲座

概述第一节核被膜第二节染色质和染色体第三节核仁第四节核基质第五节细胞核功效第六节细胞核与疾病内容细胞核专业知识讲座第1页细胞核是生物进化产物细胞模式图淋巴细胞电镜照片细胞核专业知识讲座第2页不一样时期核膜和染色质改变细胞核是一个动态性结构细胞核通常是指间期核细胞核专业知识讲座第3页为何只有在细胞分裂间期才能看到细胞核为何细胞分裂期核膜会溶解消失？其物质基础和分子机理是什么？遗传物质以何种形式和结构存在细胞核专业知识讲座第4页概述一、细胞核最基本功效1.贮存遗传信息（DNA）2.复制、转录遗传信息并指导蛋白质合成3.细胞内各种生化活动调控中心细胞核专业知识讲座第5页细胞核怎样储存、复制和转录遗传信息呢？所需原料和产物怎样进出细胞核？膜受体核转位信号细胞核是各种生化活动控制中心细胞核专业知识讲座第6页二、细胞核大小、形态、数目1.大小：大小不一幼稚细胞，生长旺盛细胞核大，如卵细胞、肿瘤细胞；分化成熟细胞核较小细胞核大小用核质比（NP）表示细胞核专业知识讲座第7页核质比（NP）：判别细胞状态指标

VnVnNP==Vc—VnVp（Vn：细胞核体积，Vc：细胞体积，Vp：细胞质体积）正常细胞：NP≈0.5幼稚细胞（肿瘤细胞）：NP>0.5

衰老细胞：NP<0.5细胞核专业知识讲座第8页14～6核∶质=1∶4～611.1～1.2核∶质=1∶1.1～1.2细胞核专业知识讲座第9页2.形态圆形或椭圆形居多，少数为杆状或分叶状肌细胞核呈杆状,中性粒细胞核呈分叶状。常位于细胞中央,也有偏向细胞一端脂肪细胞核被脂滴挤到边缘，杯状细胞核靠近基底3.数目通常一个核，有些细胞为双核甚至多核肝细胞(1-2)，骨骼肌，破骨细胞几十上百细胞核专业知识讲座第10页4.结构核膜核仁染色质核基质间期细胞核细胞核专业知识讲座第11页一、核膜结构外核膜（outernuclearmembrane)内核膜（innernuclearmembrane)核周间隙（perinuclearspace)核孔（nuclearpores)核纤层（nuclearlamina)第一节核膜细胞核专业知识讲座第12页细胞核模式图细胞核专业知识讲座第13页（一）内、外核膜和核周间隙细胞核专业知识讲座第14页胞质面附核糖体，与粗面内质网相连通外核膜外核膜细胞核专业知识讲座第15页核质面附有一层电子密度高核纤层。内核膜核纤层内核膜细胞核专业知识讲座第16页内外层核膜之间空隙隙宽20-40nm,充满液态蛋白质和酶与内质网腔连通核周间隙核周间隙细胞核专业知识讲座第17页核膜上内、外层核膜融合形成圆形小孔，是核—质通道不与核周隙相通核孔（二）核孔细胞核专业知识讲座第18页电镜下胞质面（Cytoplasmicface）核孔外观细胞核专业知识讲座第19页电镜下核质面（Nuclearface）核孔细胞核专业知识讲座第20页核孔复合体(nuclearporecomplex)细胞核专业知识讲座第21页核孔复合体结构模型胞质颗粒胞质环中央栓辐胞质纤维核质环核纤层核蓝纤维端环细胞核专业知识讲座第22页（1）gp210：结构性跨膜蛋白，含N连接糖链，位于“孔膜区”，介导核孔复合体与核被膜连接（2）p62：功效性蛋白，带有O连接N－乙酰葡萄糖胺残基寡糖链N端：有XFXFX形式重复序列（F：苯丙氨酸），直接参加核质交换；C端：含有疏水性七肽重复序列，成α-螺旋结构核孔复合体蛋白细胞核专业知识讲座第23页核纤层染色质（三）核纤层（nuclearlamina）BBBBBBB核孔复合体ACACACACACACAC膜蛋白外膜

内膜核周腔细胞核专业知识讲座第24页核纤层蛋白（中间纤维）组成三种核纤层蛋白组成：laminA、B、ClaminB结合在核内膜上，laminA与染色质结合，并和laminC一起与laminB结合核纤层蛋白磷酸化核纤层解聚，解聚后laminB留在膜上，laminA、C游离核纤层（nuclearlamina）细胞核专业知识讲座第25页Lamins（核纤层）细胞核专业知识讲座第26页

1.支持和固定核膜，稳定核形状：核纤层网状结构是形成维持核被膜和核孔位置主要物质基础，解聚后核膜随之解体。2.对染色质有序排列起一定作用：核纤层是染色体有序附着在核膜上支架。3.参加核膜解体和重建：参加细胞有丝分裂前期核膜解体及末期核膜重建。核纤层功效细胞核专业知识讲座第27页核纤层参加细胞分裂过程中核膜解体与重建细胞核专业知识讲座第28页二、核膜功效（一）核膜为基因表示提供了时空隔离屏障

使细胞内区域化，将核质与胞质分隔为DNA复制、RNA转录提供稳定环境DNA复制、RNA转录与蛋白翻译在不一样时间，空间进行细胞核专业知识讲座第29页（二）核膜参加了生物大分子合成

外核膜表面附着核糖体，可进行蛋白质合成。细胞核专业知识讲座第30页（三）核质之间物质运输

1.被动扩散无机离子和小分子物质（分子量小于5000）能够自由经过。2.主动运输大分子物质经过核孔复合体主动运输。细胞核专业知识讲座第31页核膜内外大分子物质运输入核物质：蛋白分子需要核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS），如DNA复制、RNA转录所需各种酶、转录因子；染色体组装所需组蛋白及核糖体蛋白出核物质：大分子物质含有核输出信号（nuclearexportsignal,NES），如核内加工成熟mRNA、核糖体大小亚基细胞核专业知识讲座第32页（1)亲核蛋白质入核过程亲核蛋白质（karyophilicprotein)：含有核定位信号(NLS），如DNA聚合酶、RNA聚合酶、组蛋白、核糖体蛋白，转录因子等NLS由4-8个氨基酸组成，富含赖氨酸和精氨酸等碱性氨基酸亲核蛋白质还需与NLS受体（importin，输入蛋白）结合，才能经过核孔复合体进入核内细胞核专业知识讲座第33页亲核蛋白选择性经过核孔复合体试验无NLS有NLS亲核蛋白有限水解胶体金标识细胞核专业知识讲座第34页亲核蛋白入核过程示意图细胞核专业知识讲座第35页（2）RNA及核糖体亚基核输出出核物质需要核输出信号（NES），如核内加工成熟mRNA、核糖体大小亚基，与输出蛋白（exportin）结合，运出细胞核胶体金颗粒tRNA或5SrRNA注入蛙卵核内细胞质胶体金颗粒标识亲核蛋白细胞核专业知识讲座第36页（3）胞外信号传导入核脂溶性维生素，甾体激素（固醇类激素）：直接与核受体结合T3，糖皮质激素和雄、雌激素:与细胞质受体结合入核其它信号：激活转录因子，经过核转位传导入核膜受体核转位信号细胞核专业知识讲座第37页染色质（chromatin）和染色体（chromosome）是遗传物质在细胞不一样时相两种存在形式第二节染色质和染色体间期—染色质分裂期—染色体细胞核专业知识讲座第38页一、染色质化学组成核酸蛋白质成分DNARNA组蛋白非组蛋白所占百分比10.05-0.110.5-1.5细胞核专业知识讲座第39页（一）基因组DNA单一序列（uniqueseq.)

中度重复序列（middlerepetitive

seq.)高度重复序列（highlyrepetitiveseq.)细胞核专业知识讲座第40页1.单一序列（uniquesequence)

在基因组中仅有一个或几个拷贝，多为结构基因2.中度重复序列（middlerepetitivesequence)重复次数10-105之间，基因间隔序列，参加DNA复制及基因表示调控rRNA基因，tRNA基因，组蛋白基因、核糖体蛋白基因等RNA转录和翻译基因为中等重复序列3.高度重复序列（highlyrepetitivesequence)重复数超出105，几个至几十个bp短重复序列串联排列染色体端粒、着丝粒，维系染色体结构与减数分裂中同源染色体联会配对相关

细胞核专业知识讲座第41页（二）组蛋白真核细胞染色质主要结构蛋白属碱性蛋白质，富含带正电荷精氨酸和赖氨酸含量恒定，在真核细胞中共有5种，即H1,H2A,H2B,H3,H4H2A、H2B、H3、H4各2个分子组成核小体8聚体关键H1组蛋白与核小体连接线DNA结合细胞核专业知识讲座第42页组蛋白化学修饰乙酰化：可改变赖氨酸所带电荷，降低组蛋白与DNA结合，调整转录进行。磷酸化：同乙酰化甲基化：可增强组蛋白和DNA相互作用，调整转录活性

细胞核专业知识讲座第43页（三）非组蛋白1.生化特征：酸性蛋白质，富含天门冬AA，谷AA等酸性AA种类多含有种属和组织特异性整个周期都能合成2.功效参加构建染色体开启DNA复制调控基因转录细胞核专业知识讲座第44页

组蛋白与非组蛋白比较

非组蛋白

组蛋白

有种属和组织细胞特异性

无特异性

活动染色质中含量最高

含量恒定

整个细胞周期中都能够合成

在S期合成

促进基因表示

抑制基因表示

细胞核专业知识讲座第45页二、染色质类型常染色质(Euchromatin):染色浅、呈伸展状态，功效活跃异染色质（heterochromatin):染色深、高度螺旋，功效不活跃细胞核专业知识讲座第46页伸展状态，电子密度低，着色浅而均匀2.单一序列或中度重复序列DNA，含有转录活性3.位于间期核中央，或异染色质之间4.在细胞分裂期，常染色质位于染色体长短臂中间。（一）常染色质（euchromatin)

细胞核专业知识讲座第47页（二）异染色质（heterochromatin)

1.高度凝聚、螺旋化，电子密度高，着色较深2.分布于核边缘或围绕在核仁周围3.转录不活跃或无转录活性。4.可分为组成性异染色质和兼性异染色质细胞核专业知识讲座第48页组成性异染色质（constitutiveheterochromatin)由高度重复DNA序列组成在各种细胞类型细胞周期中（除复制期外）都呈凝缩状态常位于染色体着丝粒区，端粒区、次缢痕等部位不转录和编码蛋白质在复制行为上，较常染色质早聚缩，晚复制细胞核专业知识讲座第49页兼性异染色性（facultativeheterochromatin)只在一些细胞类型或某一阶段出现由常染色质聚缩而成总量随细胞类型，发育时期，功效状态，分化程度而改变。普通胚胎细胞含量少，高度分化细胞含量较多；增殖活跃细胞少，静止细胞含量多染色质压缩折叠是关闭基因活性路径之一细胞核专业知识讲座第50页常、异染色质区分

常染色质

异染色质螺旋化程度低高染色较浅较深间期核中央核边缘分裂期染色体臂着丝粒区和端粒区活性常转录极少转录复制时间S早、中期S晚期细胞核专业知识讲座第51页染色质一级结构：核小体（基本结构单位）染色质二级结构：螺线管染色质三级结构：超螺线管染色质四级结构：染色单体（一）染色质四级结构模型三、染色质结构与包装细胞核专业知识讲座第52页一级结构——核小体（Nucleosome）关键：八聚体2（H2A、H2B、H3、H4）组成DNA链缠绕组蛋白八聚体1.75圈DNA(140－160bp)连接线：H1组蛋白与连接DNA(50-60bp）组成，连接相邻核小体每个核小体DNA链总长180－200bp细胞核专业知识讲座第53页核小体结构模型细胞核专业知识讲座第54页细胞核专业知识讲座第55页细胞凋亡与核小体细胞核专业知识讲座第56页二级结构—螺旋管螺旋管：核小体串珠围绕一个空心轴，以6个核小体为一圈缠绕而成中空性管（外径30nm、内径10nm）。细胞核专业知识讲座第57页细胞核专业知识讲座第58页螺旋管核小体细胞核专业知识讲座第59页三级结构—超螺旋管30nm螺旋管围绕染色体支架，呈袢环状，深入缠绕，即形成超螺旋管（直径300nm）细胞核专业知识讲座第60页超螺旋与染色体支架（chromosomescaffold)细胞核专业知识讲座第61页电镜下染色体支架细胞核专业知识讲座第62页染色质四级结构---染色单体形成核小体（一级结构）螺旋管（二级结构）超螺旋管（三级结构）染色单体（四级结构）细胞核专业知识讲座第63页染色质各级结构相对大小细胞核专业知识讲座第64页染色质结构小结核关键：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚体小DNA链：缠绕八聚体7/4圈，140—160bp体连接线：H1、DNA链50—60bp

一级结构：核小体串珠结构，DNA链缩短1/7二级结构：串珠状染色质丝螺旋形成螺旋管，一圈6个核小体，DNA链缩短1/6三级结构：螺旋管状染色质深入折叠、缠绕形成超螺旋（缩短1/40倍）四级结构：超螺旋深入折叠形成染色单体（1/5）DNA链共缩短了8000-10000倍细胞核专业知识讲座第65页四、染色体

只有分裂中期相细胞才会形成染色体结构染色体和染色质是同一物质在细胞不一样时期不一样存在形式细胞核专业知识讲座第66页（一）染色体形态结构染色单体次缢痕短臂（p）长臂（q）随体常染色质区异染色质区主缢痕（初级缢痕）细胞核专业知识讲座第67页中期染色体按着丝粒位置分为：1/2~5/85/8~7/87/8

中部亚中部近端部端部—末端处中央着丝粒染色体亚中着丝粒染色体近端着丝粒染色体染色体类型细胞核专业知识讲座第68页动粒结构域配对结构域中心结构域

着丝粒（centromere）

着丝点

（动粒Kinetochore）细胞核专业知识讲座第69页随体染色体臂上凹陷缩窄形成次缢痕，与核仁形成相关，称为核仁组织区（NOR)。细胞核专业知识讲座第70页二、染色质（体）稳定遗传三个必需序列复制源（replicationorigin）序列着丝粒（centomere）序列端粒（telomere）序列细胞核专业知识讲座第71页自主复制序列（ARS）：DNA复制起点，有一段保守序列：200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp着丝粒序列(CEN)：短串联重复序列组成，含有11个高度保守碱基序列：-TGATTTCCGAA-，功效是确保染色体能够准确地分离端粒序列(TEL)：由长5-10bp重复单位串联而成草履虫：TTGGGG锥虫：TAGGG拟南芥：TTTAGGG人：TTAGGG细胞核专业知识讲座第72页（三）人类正常核型

一个体细胞（somaticcell）中全部染色体，按其大小和形态特征排列所组成图像。

1.核型（Karyotype）2.染色体显带技术

用特殊染色方法使染色体在其长轴上显出明暗交替或染色深浅不一样横纹——带（band）。细胞核专业知识讲座第73页显带技术整条显带局部显带Q带：喹吖因或荧光染料G带：Giemsa染色R带：Q、G反带高分辨带C带：着丝粒等区异染色质T带：端粒N带：NOR区酸性蛋白细胞核专业知识讲座第74页核型与核型分析核型：一个体细胞全套染色体按一定序列排列而成图形细胞核专业知识讲座第75页（四）巨型染色体在一些生物细胞中，能够观察到一些特殊、体积巨大染色体，被称为巨型染色体（giantchromosome），包含灯刷染色体（lampbrushchromosome）和多线染色体（polytenechromosome）。细胞核专业知识讲座第76页普遍存在于鱼类、两栖类等动物卵母细胞中处于第一次减数分裂双线期染色体，为二价体，包含4条染色单体中央为染色粒组成主轴，两侧伸出一系列对称侧环，展现“灯刷样”形态染色粒DNA无转录活性，侧环是RNA转录活跃区域，每一个侧环是一个或多个转录单位，为固定染色质功效单位侧环转录形成mRNA与蛋白质结合形成无活性RNP颗粒，存在于卵母细胞中，受精后活化1.灯刷染色体呈灯刷样形态结构细胞核专业知识讲座第77页两栖类卵母细胞中灯刷染色体细胞核专业知识讲座第78页2.多线染色体是由多条染色体组成结构存在于双翅目昆虫幼虫唾液腺、肠、气管等组织细胞中染色体DNA屡次复制但不分离，子染色体平行排列相互连接，形成体积巨大多线染色体假如蝇唾液腺细胞多线染色体

细胞核专业知识讲座第79页果蝇唾液腺细胞多线染色体细胞核专业知识讲座第80页第三节核仁核仁数目和大小与细胞种类蛋白质合成细胞分裂相关化学组成：蛋白质80%、RNA10%、DNA8%

细胞核专业知识讲座第81页光镜下核仁细胞核专业知识讲座第82页（一）超微结构核仁染色质、纤维成份、颗粒成份、核仁基质1.核仁染色质：周围染色质；异染色质核仁内染色质：常染色质，rRNA2.纤维成份：转录RNA与蛋白质复合物3.颗粒成份：核糖核蛋白体前体4.核仁基质：胶体状不定型物质细胞核专业知识讲座第83页核仁超微结构（一）纤维成份（PF）：

环形、半月形高电子密度，是新形成rRNA纤维纤维中心(FC)：

rDNA颗粒成份（PG）：

新形成rRNA与蛋白组成核糖核蛋白颗粒细胞核专业知识讲座第84页核仁形成核消失核仁随细胞周期性改变而改变细胞分裂前期消失，分裂后期重新出现核仁形成起源于核仁组织者区（nucleolarorganizerregion,NOR)NOR位于核仁组织者染色体特定区段，即与随体连接染色质细丝核仁组织者染色体：短臂有随体近端着丝点染色体D组3对染色体（13、14、15），G组2对染色体（21、22）细胞核专业知识讲座第85页随体染色体臂上凹陷缩窄形成次缢痕，与核仁形成相关，称为核仁组织区（NOR)。细胞核专业知识讲座第86页核仁组织者区（NOR）构建示意图细胞核专业知识讲座第87页（三）核仁功效合成rRNA装配核糖体大小亚基前体

rRAN基因在基因组中是中等重复序列，形成基因簇转录时有方向性地屡次转录，表现为方向性基质单位，呈箭头样毛刷状细胞核专业知识讲座第88页核糖体RNA（rRNA)合成细胞核专业知识讲座第89页细胞核专业知识讲座第90页细胞核专业知识讲座第91页细胞核专业知识讲座第92页狭义：核基质核骨架(nuclearskeleton)广义：包含核基质、核纤层、核孔复合体结构体系、染色体骨架核基质又称核骨架（nuclearskeleton）第四节核基质细胞核专业知识讲座第93页核基质基本组分纤维蛋白(非组蛋白)核基质蛋白：各种类型细胞共有核基质结合蛋白：与细胞类型及分化程度相关RNA：RNA与蛋白质结合成RNP复合物

DNA：瞬时、短链DNA

细胞核专业知识讲座第94页DNA复制：DNA聚合酶、异构酶、解旋酶、核苷酸基因转录和加工：RNA聚合酶、转录因子、核内肌动蛋白、核酸酶，hnRNA→mRNA染色体构建：非组蛋白、染色体骨架基因表示调控：DNA、RNA化学修饰，影响基因表示核基质功效细胞核专业知识讲座第95页细胞核专业知识讲座第96页细胞核功效主要有两个方面：遗传信息贮存：贮存整套遗传信息遗传信息复制：半保留复制基因组DNA遗传信息表示：合成mRNA，rRNA和tRNA第五节细胞核功效细胞核专业知识讲座第97页遗传信息复制与表示细胞核