第九章 细胞核课件

第九章细胞核（nucleus）第九章细胞核

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的功能第六节细胞核与疾病内容第九章细胞核细胞核是生物进化的产物细胞模式图淋巴细胞电镜照片第九章细胞核不同时期核膜和染色质的变化细胞核是一个动态性的结构细胞核通常是指间期核第九章细胞核为什么只有在细胞分裂间期才能看到细胞核为什么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第九章细胞核概述一、细胞核最基本的功能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的调控中心第九章细胞核细胞核怎样储存、复制和转录遗传信息的呢？所需的原料和产物如何进出细胞核？膜受体核转位信号细胞核是各种生化活动的控制中心第九章细胞核二、细胞核的大小、形态、数目1.大小：大小不一幼稚细胞，生长旺盛的细胞核大，如卵细胞、肿瘤细胞；分化成熟的细胞核较小细胞核的大小用核质比（NP）表示第九章细胞核核质比（NP）：判别细胞状态的指标

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第九章细胞核14～6核∶质=1∶4～611.1～1.2核∶质=1∶1.1～1.2第九章细胞核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。常位于细胞的中央,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，破骨细胞几十上百第九章细胞核4.结构核膜核仁染色质核基质间期细胞核第九章细胞核一、核膜的结构外核膜（outernuclearmembrane)内核膜（innernuclearmembrane)核周间隙（perinuclearspace)核孔（nuclearpores)核纤层（nuclearlamina)第一节核膜第九章细胞核细胞核模式图第九章细胞核（一）内、外核膜和核周间隙第九章细胞核胞质面附核糖体，与粗面内质网相连通外核膜外核膜第九章细胞核核质面附有一层电子密度高的核纤层。内核膜核纤层内核膜第九章细胞核内外层核膜之间的空隙隙宽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第九章细胞核核膜上内、外层核膜融合形成的圆形小孔，是核—质的通道不与核周隙相通核孔（二）核孔第九章细胞核电镜下胞质面（Cytoplasmicface）核孔外观第九章细胞核电镜下核质面（Nuclearface）核孔第九章细胞核核孔复合体(nuclearporecomplex)第九章细胞核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第九章细胞核（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的连接（2）p62：功能性蛋白，带有O连接N－乙酰葡萄糖胺残基寡糖链N端：有XFXFX形式的重复序列（F：苯丙氨酸），直接参与核质交换；C端：具有疏水性的七肽重复序列，成α-螺旋结构核孔复合体蛋白第九章细胞核核纤层染色质（三）核纤层（nuclearlamina）BBBBBBB核孔复合体ACACACACACACAC膜蛋白外膜

内膜核周腔第九章细胞核核纤层蛋白（中间纤维）构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）第九章细胞核Lamins（核纤层）第九章细胞核

1.支持和固定核膜，稳定核的形状：核纤层网状结构是形成维持核被膜和核孔的位置的主要物质基础，解聚后核膜随之解体。

2.对染色质的有序排列起一定作用：核纤层是染色体有序附着在核膜上的支架。

3.参与核膜的解体和重建：参与细胞有丝分裂前期核膜的解体及末期核膜的重建。核纤层的功能第九章细胞核核纤层参与细胞分裂过程中核膜的解体与重建第九章细胞核二、核膜的功能（一）核膜为基因表达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同时间，空间进行第九章细胞核（二）核膜参与了生物大分子的合成

外核膜的表面附着核糖体，可进行蛋白质的合成。第九章细胞核（三）核质之间的物质运输

1.被动扩散无机离子和小分子物质（分子量小于5000）可以自由通过。2.主动运输大分子物质通过核孔复合体的主动运输。第九章细胞核核膜内外大分子物质的运输入核物质：蛋白分子需要核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS），如

DNA复制、RNA转录所需的各种酶、转录因子；染色体组装所需的组蛋白及核糖体蛋白出核物质：大分子物质具有核输出信号（nuclearexportsignal,NES），如核内加工成熟的mRNA、核糖体的大小亚基第九章细胞核（1)亲核蛋白质的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，才能通过核孔复合体进入核内第九章细胞核亲核蛋白选择性通过核孔复合体实验无NLS有NLS亲核蛋白有限水解胶体金标记第九章细胞核亲核蛋白的入核过程示意图第九章细胞核（2）RNA及核糖体亚基的核输出出核物质需要核输出信号（NES），如核内加工成熟的mRNA、核糖体的大小亚基，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记亲核蛋白第九章细胞核（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他信号：激活转录因子，通过核转位传导入核膜受体核转位信号第九章细胞核染色质（chromatin）和染色体（chromosome）是遗传物质在细胞不同时相的两种存在形式第二节染色质和染色体间期—染色质分裂期—染色体第九章细胞核一、染色质的化学组成核酸蛋白质成分DNARNA组蛋白非组蛋白所占比例10.05-0.110.5-1.5第九章细胞核（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.)第九章细胞核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，基因的间隔序列，参与DNA复制及基因表达调控rRNA基因，tRNA基因，组蛋白的基因、核糖体蛋白基因等RNA转录和翻译的基因为中等重复序列3.高度重复序列（highlyrepetitivesequence)重复数超过105，几个至几十个bp短重复序列串联排列染色体的端粒、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有关

第九章细胞核（二）组蛋白真核细胞染色质的主要结构蛋白属碱性蛋白质，富含带正电荷的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聚体核心H1组蛋白与核小体连接线DNA结合第九章细胞核组蛋白的化学修饰乙酰化：可改变赖氨酸所带的电荷，降低组蛋白与DNA的结合，调节转录的进行。磷酸化：同乙酰化甲基化：可增强组蛋白和DNA的相互作用，调节转录活性

第九章细胞核（三）非组蛋白1.生化特性：酸性蛋白质，富含天门冬AA，谷AA等酸性AA种类多具有种属和组织特异性整个周期都能合成2.功能参与构建染色体启动DNA的复制调控基因的转录第九章细胞核

组蛋白与非组蛋白的比较

非组蛋白

组蛋白

有种属和组织细胞特异性

无特异性

活动的染色质中含量最高

含量恒定

整个细胞周期中都可以合成

在S期合成

促进基因表达

抑制基因表达

第九章细胞核二、染色质的类型常染色质(Euchromatin):染色浅、呈伸展状态，功能活跃异染色质（heterochromatin):染色深、高度螺旋，功能不活跃第九章细胞核伸展状态，电子密度低，着色浅而均匀2.单一序列或中度重复序列DNA，具有转录活性3.位于间期核的中央，或异染色质之间4.在细胞分裂期，常染色质位于染色体的长短臂中间。（一）常染色质（euchromatin)

第九章细胞核（二）异染色质（heterochromatin)

1.高度凝聚、螺旋化，电子密度高，着色较深2.分布于核的边缘或围绕在核仁的周围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第九章细胞核组成性异染色质（constitutiveheterochromatin)由高度重复的DNA序列构成在各种细胞类型的细胞周期中（除复制期外）都呈凝缩状态常位于染色体的着丝粒区，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，晚复制第九章细胞核兼性异染色性（facultativeheterochromatin)只在某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，功能状态，分化程度而变化。一般胚胎细胞含量少，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的压缩折叠是关闭基因活性的途径之一第九章细胞核常、异染色质的区别

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很少转录复制时间S早、中期S晚期第九章细胞核染色质的一级结构：核小体（基本结构单位）染色质的二级结构：螺线管染色质的三级结构：超螺线管染色质的四级结构：染色单体（一）染色质的四级结构模型三、染色质的结构与包装第九章细胞核一级结构——核小体（Nucleosome）核心：八聚体2（H2A、H2B、H3、H4）组成DNA链缠绕组蛋白八聚体1.75圈的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第九章细胞核核小体的结构模型第九章细胞核第九章细胞核细胞凋亡与核小体第九章细胞核二级结构—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的中空性管（外径30nm、内径10nm）。第九章细胞核第九章细胞核螺旋管核小体第九章细胞核三级结构—超螺旋管30nm的螺旋管围绕染色体支架，呈袢环状，进一步缠绕，即形成超螺旋管（直径300nm）第九章细胞核超螺旋与染色体支架（chromosomescaffold)第九章细胞核电镜下染色体支架第九章细胞核染色质的四级结构---染色单体的形成核小体（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）第九章细胞核染色质各级结构相对大小第九章细胞核染色质的结构小结核核心：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：螺旋管状染色质进一步折叠、缠绕形成超螺旋（缩短1/40倍）四级结构：超螺旋进一步折叠形成染色单体（1/5）DNA链共缩短了8000-10000倍第九章细胞核四、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同时期的不同存在形式第九章细胞核（一）染色体的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）第九章细胞核中期染色体按着丝粒的位置分为：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的类型第九章细胞核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）第九章细胞核随体染色体的臂上凹陷缩窄形成次缢痕，与核仁的形成有关，称为核仁组织区（NOR)。第九章细胞核二、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）序列第九章细胞核自主复制序列（ARS）：DNA复制的起点，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个高度保守的碱基序列：-TGATTTCCGAA-，功能是保证染色体能够准确地分离端粒序列(TEL)：由长5-10bp的重复单位串联而成草履虫：TTGGGG锥虫：TAGGG拟南芥：TTTAGGG人：TTAGGG第九章细胞核（三）人类的正常核型

一个体细胞（somaticcell）中的全部染色体，按其大小和形态特征排列所构成的图像。

1.核型（Karyotype）2.染色体的显带技术

用特殊的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同的横纹——带（band）。第九章细胞核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：着丝粒等区的异染色质T带：端粒N带：NOR区酸性蛋白第九章细胞核核型与核型分析核型：一个体细胞全套染色体按一定的序列排列而成的图形第九章细胞核（四）巨型染色体在某些生物的细胞中，可以观察到一些特殊的、体积巨大的染色体，被称为巨型染色体（giantchromosome），包括灯刷染色体（lampbrushchromosome）和多线染色体（polytenechromosome）。第九章细胞核普遍存在于鱼类、两栖类等动物卵母细胞中处于第一次减数分裂双线期的染色体，为二价体，包含4条染色单体中央为染色粒构成的主轴，两侧伸出一系列对称的侧环，呈现“灯刷样”形态染色粒DNA无转录活性，侧环是RNA转录活跃的区域，每一个侧环是一个或多个转录单位，为固定的染色质功能单位侧环转录形成的mRNA与蛋白质结合形成无活性的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第九章细胞核两栖类卵母细胞中的灯刷染色体第九章细胞核2.多线染色体是由多条染色体组成的结构存在于双翅目昆虫幼虫的唾液腺、肠、气管等组织细胞中染色体DNA多次复制但不分离，子染色体平行排列相互连接，形成体积巨大多线染色体如果蝇唾液腺细胞的多线染色体

第九章细胞核果蝇唾液腺细胞的多线染色体第九章细胞核第三节核仁核仁的数目和大小与细胞种类蛋白质合成细胞分裂有关化学组成：蛋白质80%、RNA10%、DNA8%

第九章细胞核光镜下的核仁第九章细胞核（一）超微结构核仁染色质、纤维成分、颗粒成分、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.纤维成分：转录的RNA与蛋白质的复合物3.颗粒成分：核糖核蛋白体的前体4.核仁基质：胶体状不定型物质第九章细胞核核仁的超微结构（一）纤维成份（PF）：

环形、半月形高电子密度，是新形成的rRNA纤维纤维中心(FC)：

rDNA颗粒成分（PG）：

新形成的rRNA与蛋白组成的核糖核蛋白颗粒第九章细胞核核仁的形成核消失核仁随细胞的周期性变化而变化细胞分裂前期消失，分裂后期重新出现核仁的形成来源于核仁组织者区（nucleolarorganizerregion,NOR)NOR位于核仁组织者染色体的特定区段，即与随体连接的染色质细丝核仁组织者染色体：短臂有随体的近端着丝点染色体D组3对染色体（13、14、15），G组2对染色体（21、22）第九章细胞核随体染色体的臂上凹陷缩窄形成次缢痕，与核仁的形成有关，称为核仁组织区（NOR)。第九章细胞核核仁组织者区（NOR）构建示意图第九章细胞核（三）核仁的功能合成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多次转录，表现为方向性的基质单位，呈箭头样毛刷状第九章细胞核核糖体RNA（rRNA)的合成第九章细胞核第九章细胞核第九章细胞核第九章细胞核狭义：核基质核骨架(nuclearskeleton)广义：包括核基质、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）第四节核基质第九章细胞核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

第九章细胞核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染色体的构建：非组蛋白、染色体骨架基因的表达调控：DNA、RNA化学修饰，影响基因表达核基质的功能第九章细胞核第九章细胞核细胞核的功能主要有两个方面：遗传信息的贮存：贮存整套遗传信息遗传信息的复制：半保留复制基因组DNA遗传信息的表达：合成mRNA，rRNA和tRNA第五节细胞核的功能第九章细胞核遗传信息的复制与表达第九章细胞核第九章细胞核典型的恶性肿瘤细胞的异形核第九章细胞核1.染色体畸变与染色体病数目畸变整倍体畸变非整倍体畸变结构畸变缺失（deletion)倒位（inversion)易位（translocation)