第九章細胞核（nucleus）第九章細胞核

概述第一節核被膜第二節染色質和染色體第三節核仁第四節核基質第五節細胞核的功能第六節細胞核與疾病內容第九章細胞核細胞核是生物進化的產物細胞模式圖淋巴細胞電鏡照片第九章細胞核不同時期核膜和染色質的變化細胞核是一個動態性的結構細胞核通常是指間期核第九章細胞核為什么只有在細胞分裂間期才能看到細胞核為什么細胞分裂期核膜會溶解消失？其物質基礎和分子機理是什么？遺傳物質以何種形式和結構存在第九章細胞核概述一、細胞核最基本的功能1.貯存遺傳信息（DNA）2.復制、轉錄遺傳信息并指導蛋白質合成3.細胞內各種生化活動的調控中心第九章細胞核細胞核怎樣儲存、復制和轉錄遺傳信息的呢？所需的原料和產物如何進出細胞核？膜受體核轉位信號細胞核是各種生化活動的控制中心第九章細胞核二、細胞核的大小、形態、數目1.大小：大小不一幼稚細胞，生長旺盛的細胞核大，如卵細胞、腫瘤細胞；分化成熟的細胞核較小細胞核的大小用核質比（NP）表示第九章細胞核核質比（NP）：判別細胞狀態的指標

VnVnNP==Vc—VnVp（Vn：細胞核體積，Vc：細胞體積，Vp：細胞質體積）正常細胞：NP≈0.5幼稚細胞（腫瘤細胞）：NP>0.5

衰老細胞：NP<0.5第九章細胞核14～6核∶質=1∶4～611.1～1.2核∶質=1∶1.1～1.2第九章細胞核2.形態圓形或橢圓形居多，少數為桿狀或分葉狀

肌細胞核呈桿狀,中性粒細胞核呈分葉狀。常位于細胞的中央,也有偏向細胞一端脂肪細胞核被脂滴擠到邊緣，杯狀細胞核靠近基底3.數目通常一個核，有些細胞為雙核甚至多核肝細胞(1-2)，骨骼肌，破骨細胞幾十上百第九章細胞核4.結構核膜核仁染色質核基質間期細胞核第九章細胞核一、核膜的結構外核膜（outernuclearmembrane)內核膜（innernuclearmembrane)核周間隙（perinuclearspace)核孔（nuclearpores)核纖層（nuclearlamina)第一節核膜第九章細胞核細胞核模式圖第九章細胞核（一）內、外核膜和核周間隙第九章細胞核胞質面附核糖體，與粗面內質網相連通外核膜外核膜第九章細胞核核質面附有一層電子密度高的核纖層。內核膜核纖層內核膜第九章細胞核內外層核膜之間的空隙隙寬20-40nm,充滿液態蛋白質和酶與內質網腔連通核周間隙核周間隙第九章細胞核核膜上內、外層核膜融合形成的圓形小孔，是核—質的通道不與核周隙相通核孔（二）核孔第九章細胞核電鏡下胞質面（Cytoplasmicface）核孔外觀第九章細胞核電鏡下核質面（Nuclearface）核孔第九章細胞核核孔復合體(nuclearporecomplex)第九章細胞核核孔復合體結構模型胞質顆粒胞質環中央栓輻胞質纖維核質環核纖層核藍纖維端環第九章細胞核（1）gp210：結構性跨膜蛋白，含N連接糖鏈，位于“孔膜區”，介導核孔復合體與核被膜的連接（2）p62：功能性蛋白，帶有O連接N－乙酰葡萄糖胺殘基寡糖鏈N端：有XFXFX形式的重復序列（F：苯丙氨酸），直接參與核質交換；C端：具有疏水性的七肽重復序列，成α-螺旋結構核孔復合體蛋白第九章細胞核核纖層染色質（三）核纖層（nuclearlamina）BBBBBBB核孔復合體ACACACACACACAC膜蛋白外膜

內膜核周腔第九章細胞核核纖層蛋白（中間纖維）構成三種核纖層蛋白組成：laminA、B、ClaminB結合在核內膜上，laminA與染色質結合，并和laminC一起與laminB結合核纖層蛋白磷酸化核纖層解聚，解聚后laminB留在膜上，laminA、C游離核纖層（nuclearlamina）第九章細胞核Lamins（核纖層）第九章細胞核

1.支持和固定核膜，穩定核的形狀：核纖層網狀結構是形成維持核被膜和核孔的位置的主要物質基礎，解聚后核膜隨之解體。

2.對染色質的有序排列起一定作用：核纖層是染色體有序附著在核膜上的支架。

3.參與核膜的解體和重建：參與細胞有絲分裂前期核膜的解體及末期核膜的重建。核纖層的功能第九章細胞核核纖層參與細胞分裂過程中核膜的解體與重建第九章細胞核二、核膜的功能（一）核膜為基因表達提供了時空隔離屏障

使細胞內區域化，將核質與胞質分隔為DNA復制、RNA轉錄提供穩定環境DNA復制、RNA轉錄與蛋白翻譯在不同時間，空間進行第九章細胞核（二）核膜參與了生物大分子的合成

外核膜的表面附著核糖體，可進行蛋白質的合成。第九章細胞核（三）核質之間的物質運輸

1.被動擴散無機離子和小分子物質（分子量小于5000）可以自由通過。2.主動運輸大分子物質通過核孔復合體的主動運輸。第九章細胞核核膜內外大分子物質的運輸入核物質：蛋白分子需要核定位信號（nuclearlocalizationsignal，NLS），如

DNA復制、RNA轉錄所需的各種酶、轉錄因子；染色體組裝所需的組蛋白及核糖體蛋白出核物質：大分子物質具有核輸出信號（nuclearexportsignal,NES），如核內加工成熟的mRNA、核糖體的大小亞基第九章細胞核（1)親核蛋白質的入核過程親核蛋白質（karyophilicprotein)：含有核定位信號(NLS），如DNA聚合酶、RNA聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白，轉錄因子等NLS由4-8個氨基酸組成，富含賴氨酸和精氨酸等堿性氨基酸親核蛋白質還需與NLS受體（importin，輸入蛋白）結合，才能通過核孔復合體進入核內第九章細胞核親核蛋白選擇性通過核孔復合體實驗無NLS有NLS親核蛋白有限水解膠體金標記第九章細胞核親核蛋白的入核過程示意圖第九章細胞核（2）RNA及核糖體亞基的核輸出出核物質需要核輸出信號（NES），如核內加工成熟的mRNA、核糖體的大小亞基，與輸出蛋白（exportin）結合，運出細胞核膠體金顆粒tRNA或5SrRNA注入蛙卵核內細胞質膠體金顆粒標記親核蛋白第九章細胞核（3）胞外信號傳導入核脂溶性維生素，甾體激素（固醇類激素）：直接與核受體結合T3，糖皮質激素和雄、雌激素:與細胞質受體結合入核其他信號：激活轉錄因子，通過核轉位傳導入核膜受體核轉位信號第九章細胞核染色質（chromatin）和染色體（chromosome）是遺傳物質在細胞不同時相的兩種存在形式第二節染色質和染色體間期—染色質分裂期—染色體第九章細胞核一、染色質的化學組成核酸蛋白質成分DNARNA組蛋白非組蛋白所占比例10.05-0.110.5-1.5第九章細胞核（一）基因組DNA單一序列（uniqueseq.)

中度重復序列（middlerepetitive

seq.)高度重復序列（highlyrepetitiveseq.)第九章細胞核1.單一序列（uniquesequence)

在基因組中僅有一個或幾個拷貝，多為結構基因2.中度重復序列（middlerepetitivesequence)重復次數10-105之間，基因的間隔序列，參與DNA復制及基因表達調控rRNA基因，tRNA基因，組蛋白的基因、核糖體蛋白基因等RNA轉錄和翻譯的基因為中等重復序列3.高度重復序列（highlyrepetitivesequence)重復數超過105，幾個至幾十個bp短重復序列串聯排列染色體的端粒、著絲粒，維系染色體結構與減數分裂中同源染色體聯會配對有關

第九章細胞核（二）組蛋白真核細胞染色質的主要結構蛋白屬堿性蛋白質，富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸含量恒定，在真核細胞中共有5種，即H1,H2A,H2B,H3,H4H2A、H2B、H3、H4各2個分子組成核小體8聚體核心H1組蛋白與核小體連接線DNA結合第九章細胞核組蛋白的化學修飾乙酰化：可改變賴氨酸所帶的電荷，降低組蛋白與DNA的結合，調節轉錄的進行。磷酸化：同乙酰化甲基化：可增強組蛋白和DNA的相互作用，調節轉錄活性

第九章細胞核（三）非組蛋白1.生化特性：酸性蛋白質，富含天門冬AA，谷AA等酸性AA種類多具有種屬和組織特異性整個周期都能合成2.功能參與構建染色體啟動DNA的復制調控基因的轉錄第九章細胞核

組蛋白與非組蛋白的比較

非組蛋白

組蛋白

有種屬和組織細胞特異性

無特異性

活動的染色質中含量最高

含量恒定

整個細胞周期中都可以合成

在S期合成

促進基因表達

抑制基因表達

第九章細胞核二、染色質的類型常染色質(Euchromatin):染色淺、呈伸展狀態，功能活躍異染色質（heterochromatin):染色深、高度螺旋，功能不活躍第九章細胞核伸展狀態，電子密度低，著色淺而均勻2.單一序列或中度重復序列DNA，具有轉錄活性3.位于間期核的中央，或異染色質之間4.在細胞分裂期，常染色質位于染色體的長短臂中間。（一）常染色質（euchromatin)

第九章細胞核（二）異染色質（heterochromatin)

1.高度凝聚、螺旋化，電子密度高，著色較深2.分布于核的邊緣或圍繞在核仁的周圍3.轉錄不活躍或無轉錄活性。4.可分為組成性異染色質和兼性異染色質第九章細胞核組成性異染色質（constitutiveheterochromatin)由高度重復的DNA序列構成在各種細胞類型的細胞周期中（除復制期外）都呈凝縮狀態常位于染色體的著絲粒區，端粒區、次縊痕等部位不轉錄和編碼蛋白質在復制行為上，較常染色質早聚縮，晚復制第九章細胞核兼性異染色性（facultativeheterochromatin)只在某些細胞類型或某一階段出現由常染色質聚縮而成總量隨細胞類型，發育時期，功能狀態，分化程度而變化。一般胚胎細胞含量少，高度分化細胞含量較多；增殖活躍細胞少，靜止細胞含量多染色質的壓縮折疊是關閉基因活性的途徑之一第九章細胞核常、異染色質的區別

常染色質

異染色質螺旋化程度低高染色較淺較深間期核中央核邊緣分裂期染色體臂著絲粒區和端粒區活性常轉錄很少轉錄復制時間S早、中期S晚期第九章細胞核染色質的一級結構：核小體（基本結構單位）染色質的二級結構：螺線管染色質的三級結構：超螺線管染色質的四級結構：染色單體（一）染色質的四級結構模型三、染色質的結構與包裝第九章細胞核一級結構——核小體（Nucleosome）核心：八聚體2（H2A、H2B、H3、H4）組成DNA鏈纏繞組蛋白八聚體1.75圈的DNA(140－160bp)連接線：H1組蛋白與連接DNA(50-60bp）組成，連接相鄰核小體每個核小體DNA鏈總長180－200bp第九章細胞核核小體的結構模型第九章細胞核第九章細胞核細胞凋亡與核小體第九章細胞核二級結構—螺旋管螺旋管：核小體串珠圍繞一個空心軸，以6個核小體為一圈纏繞而成的中空性管（外徑30nm、內徑10nm）。第九章細胞核第九章細胞核螺旋管核小體第九章細胞核三級結構—超螺旋管30nm的螺旋管圍繞染色體支架，呈袢環狀，進一步纏繞，即形成超螺旋管（直徑300nm）第九章細胞核超螺旋與染色體支架（chromosomescaffold)第九章細胞核電鏡下染色體支架第九章細胞核染色質的四級結構---染色單體的形成核小體（一級結構）螺旋管（二級結構）超螺旋管（三級結構）染色單體（四級結構）第九章細胞核染色質各級結構相對大小第九章細胞核染色質的結構小結核核心：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚體小DNA鏈：纏繞八聚體7/4圈，140—160bp體連接線：H1、DNA鏈50—60bp

一級結構：核小體串珠結構，DNA鏈縮短1/7二級結構：串珠狀染色質絲螺旋形成螺旋管，一圈6個核小體，DNA鏈縮短1/6三級結構：螺旋管狀染色質進一步折疊、纏繞形成超螺旋（縮短1/40倍）四級結構：超螺旋進一步折疊形成染色單體（1/5）DNA鏈共縮短了8000-10000倍第九章細胞核四、染色體

只有分裂中期相細胞才會形成染色體結構染色體和染色質是同一物質在細胞不同時期的不同存在形式第九章細胞核（一）染色體的形態結構染色單體次縊痕短臂（p）長臂（q）隨體常染色質區異染色質區主縊痕（初級縊痕）第九章細胞核中期染色體按著絲粒的位置分為：1/2~5/85/8~7/87/8

中部亞中部近端部端部—末端處中央著絲粒染色體亞中著絲粒染色體近端著絲粒染色體染色體的類型第九章細胞核動粒結構域配對結構域中心結構域

著絲粒（centromere）

著絲點

（動粒Kinetochore）第九章細胞核隨體染色體的臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁的形成有關，稱為核仁組織區（NOR)。第九章細胞核二、染色質（體）穩定遺傳三個必需序列復制源（replicationorigin）序列著絲粒（centomere）序列端粒（telomere）序列第九章細胞核自主復制序列（ARS）：DNA復制的起點，有一段保守序列：200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp著絲粒序列(CEN)：短串聯重復序列組成，含有11個高度保守的堿基序列：-TGATTTCCGAA-，功能是保證染色體能夠準確地分離端粒序列(TEL)：由長5-10bp的重復單位串聯而成草履蟲：TTGGGG錐蟲：TAGGG擬南芥：TTTAGGG人：TTAGGG第九章細胞核（三）人類的正常核型

一個體細胞（somaticcell）中的全部染色體，按其大小和形態特征排列所構成的圖像。

1.核型（Karyotype）2.染色體的顯帶技術

用特殊的染色方法使染色體在其長軸上顯出明暗交替或染色深淺不同的橫紋——帶（band）。第九章細胞核顯帶技術整條顯帶局部顯帶Q帶：喹吖因或熒光染料G帶：Giemsa染色R帶：Q、G反帶高分辨帶C帶：著絲粒等區的異染色質T帶：端粒N帶：NOR區酸性蛋白第九章細胞核核型與核型分析核型：一個體細胞全套染色體按一定的序列排列而成的圖形第九章細胞核（四）巨型染色體在某些生物的細胞中，可以觀察到一些特殊的、體積巨大的染色體，被稱為巨型染色體（giantchromosome），包括燈刷染色體（lampbrushchromosome）和多線染色體（polytenechromosome）。第九章細胞核普遍存在于魚類、兩棲類等動物卵母細胞中處于第一次減數分裂雙線期的染色體，為二價體，包含4條染色單體中央為染色粒構成的主軸，兩側伸出一系列對稱的側環，呈現“燈刷樣”形態染色粒DNA無轉錄活性，側環是RNA轉錄活躍的區域，每一個側環是一個或多個轉錄單位，為固定的染色質功能單位側環轉錄形成的mRNA與蛋白質結合形成無活性的RNP顆粒，存在于卵母細胞中，受精后活化1.燈刷染色體呈燈刷樣形態結構第九章細胞核兩棲類卵母細胞中的燈刷染色體第九章細胞核2.多線染色體是由多條染色體組成的結構存在于雙翅目昆蟲幼蟲的唾液腺、腸、氣管等組織細胞中染色體DNA多次復制但不分離，子染色體平行排列相互連接，形成體積巨大多線染色體如果蠅唾液腺細胞的多線染色體

第九章細胞核果蠅唾液腺細胞的多線染色體第九章細胞核第三節核仁核仁的數目和大小與細胞種類蛋白質合成細胞分裂有關化學組成：蛋白質80%、RNA10%、DNA8%

第九章細胞核光鏡下的核仁第九章細胞核（一）超微結構核仁染色質、纖維成分、顆粒成分、核仁基質1.核仁染色質：周圍染色質；異染色質核仁內染色質：常染色質，rRNA2.纖維成分：轉錄的RNA與蛋白質的復合物3.顆粒成分：核糖核蛋白體的前體4.核仁基質：膠體狀不定型物質第九章細胞核核仁的超微結構（一）纖維成份（PF）：

環形、半月形高電子密度，是新形成的rRNA纖維纖維中心(FC)：

rDNA顆粒成分（PG）：

新形成的rRNA與蛋白組成的核糖核蛋白顆粒第九章細胞核核仁的形成核消失核仁隨細胞的周期性變化而變化細胞分裂前期消失，分裂后期重新出現核仁的形成來源于核仁組織者區（nucleolarorganizerregion,NOR)NOR位于核仁組織者染色體的特定區段，即與隨體連接的染色質細絲核仁組織者染色體：短臂有隨體的近端著絲點染色體D組3對染色體（13、14、15），G組2對染色體（21、22）第九章細胞核隨體染色體的臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁的形成有關，稱為核仁組織區（NOR)。第九章細胞核核仁組織者區（NOR）構建示意圖第九章細胞核（三）核仁的功能合成rRNA裝配核糖體大小亞基前體

rRAN基因在基因組中是中等重復序列，形成基因簇轉錄時有方向性地多次轉錄，表現為方向性的基質單位，呈箭頭樣毛刷狀第九章細胞核核糖體RNA（rRNA)的合成第九章細胞核第九章細胞核第九章細胞核第九章細胞核狹義：核基質核骨架(nuclearskeleton)廣義：包括核基質、核纖層、核孔復合體結構體系、染色體骨架核基質又稱核骨架（nuclearskeleton）第四節核基質第九章細胞核核基質基本組分纖維蛋白(非組蛋白)核基質蛋白：各種類型細胞共有核基質結合蛋白：與細胞類型及分化程度相關RNA：RNA與蛋白質結合成RNP復合物

DNA：瞬時、短鏈DNA

第九章細胞核DNA復制：DNA聚合酶、異構酶、解旋酶、核苷酸基因轉錄和加工：RNA聚合酶、轉錄因子、核內肌動蛋白、核酸酶，hnRNA→mRNA染色體的構建：非組蛋白、染色體骨架基因的表達調控：DNA、RNA化學修飾，影響基因表達核基質的功能第九章細胞核第九章細胞核細胞核的功能主要有兩個方面：遺傳信息的貯存：貯存整套遺傳信息遺傳信息的復制：半保留復制基因組DNA遺傳信息的表達：合成mRNA，rRNA和tRNA第五節細胞核的功能第九章細胞核遺傳信息的復制與表達第九章細胞核第九章細胞核典型的惡性腫瘤細胞的異形核第九章細胞核1.染色體畸變與染色體病數目畸變整倍體畸變非整倍體畸變結構畸變缺失（deletion)倒位（inversion)易位（translocation)