第九章細(xì)胞核真核細(xì)胞的細(xì)胞核

真核細(xì)胞的典型的間期的細(xì)胞核細(xì)胞核是細(xì)胞內(nèi)最重要、最大的細(xì)胞器；是真核生物與原核生物最大的區(qū)別；是遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存、復(fù)制及轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所；細(xì)胞核的體積約為細(xì)胞體積的5%—10%；①每個(gè)細(xì)胞通常只有一個(gè)核，但有些細(xì)胞為雙核甚至多核(如肝細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞)，有些細(xì)胞無核(人成熟紅細(xì)胞)；②細(xì)胞核的大小在不同生物中有所不同，生長(zhǎng)旺盛的細(xì)胞核較大，分化程度低的細(xì)胞核較大；③細(xì)胞核的形態(tài)各不相同；④細(xì)胞核伴隨細(xì)胞增殖過程呈周期性變化，細(xì)胞分裂期核消失，只有在間期才能觀察到完整的核結(jié)構(gòu)。一.核膜位于間期細(xì)胞的最外層，是細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核之間的界膜；使細(xì)胞核成為細(xì)胞中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的體系；DNA的復(fù)制及轉(zhuǎn)錄在核內(nèi)進(jìn)行，蛋白質(zhì)的翻譯在胞質(zhì)中進(jìn)行；核膜控制著細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間的物質(zhì)交換。㈠核膜的化學(xué)組成蛋白質(zhì)約占65%—75%，脂質(zhì)次之；與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似。㈡核膜的結(jié)構(gòu)核膜由兩層平行但不連續(xù)的非對(duì)稱性單位膜構(gòu)成；面向胞質(zhì)的一層稱為外膜，面向核質(zhì)的一層稱為內(nèi)膜，內(nèi)外膜常在某些部位相互融合形成核孔，兩層膜之間的間隙稱為核周間隙。①外核膜與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，外表面也常附有核糖體顆粒；②內(nèi)核膜面向核質(zhì)，與外核膜平行排列，表面光滑，核質(zhì)面與一層致密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(核纖層)緊緊相貼；③內(nèi)外核膜之間的腔隙稱為核周間隙或核周池。④內(nèi)外兩層核膜融合形成核孔，核孔復(fù)合物位于核孔之中；核孔邊緣的

胞質(zhì)面一側(cè)㈢核孔復(fù)合體與核質(zhì)間的物質(zhì)運(yùn)輸⒈核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)模型核孔邊緣的

核質(zhì)面一側(cè)核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)類型—捕魚籠式主要由四部分組成：胞質(zhì)環(huán)、核質(zhì)環(huán)、輻及中央栓(中央顆粒)核膜及核孔復(fù)合體Electronmicrographofthenuclear–cytoplasmicborderofafrog

oocytetakenminutesafterinjectionwithgoldparticlesthathadbeen

coatedwithaproteinnormallyfoundinthenucleus.⒉核孔復(fù)合體介導(dǎo)細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間的物質(zhì)交換①核孔復(fù)合體是核質(zhì)物質(zhì)交換的雙向選擇性親水通道；②既能介導(dǎo)蛋白質(zhì)的入核轉(zhuǎn)運(yùn)，又能介導(dǎo)RNA、核糖體顆粒的出核轉(zhuǎn)運(yùn)；③既可通過主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞接挚赏ㄟ^被動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞睫D(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)；④主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞绞且粋€(gè)信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)的耗能過程，具有飽和性。NucleoplasminisaproteinpresentinhighconcentrationinthenucleoplasmofXenopus

oocytes.WhengoldparticlesarecoatedwithnucleoplasminandinjectedintothecytoplasmofaXenopus

oocyte,theyareseentobindtothecytoplasmic

flaments(CF)projectingfromtheouterringofthenuclearporecomplex.Severalparticlesarealsoseenintransitthroughthepore(NP)intothenucleus.核定位信號(hào)介導(dǎo)親核蛋白入核：親核蛋白需具有核定位序列，還需核轉(zhuǎn)運(yùn)受體及RanGTP酶系統(tǒng)參與；①核定位序列(NLS)：一段氨基酸序列;多由短分支且?guī)д姾傻陌被峤M成;該序列可使轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過核孔進(jìn)入核；②核轉(zhuǎn)運(yùn)受體主要包括胞質(zhì)中的入核素與轉(zhuǎn)運(yùn)素以及胞核中的出核素；入核素(importinα/β):既可與核孔復(fù)合體結(jié)合又可與被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)結(jié)合③RanGTP酶水解GTP為轉(zhuǎn)運(yùn)提供能量，同時(shí)激活importinβ，釋放importinα及被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)。核孔復(fù)合體與核—質(zhì)間的物質(zhì)運(yùn)輸㈣核纖層：附著于內(nèi)核膜下的纖維蛋白網(wǎng)，與中間纖維該纖及核骨架相連接；由核纖層蛋白(lamin)組成，lamin包括A、B和C三種亞型，屬中等纖維超家族；其中l(wèi)aminA和laminC

是同一編碼基因的不同加工產(chǎn)物。核纖層與核被膜的穩(wěn)定、維持核孔位置、穩(wěn)定間期染色質(zhì)形態(tài)與空間結(jié)構(gòu)、染色體構(gòu)建及細(xì)胞核組裝密切相關(guān)。核纖層與核被膜的解體與重建密切相關(guān)小結(jié)核膜由內(nèi)外兩層膜組成，屬單位膜；外核膜附有核糖體，某些部位與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連；內(nèi)核膜表面附有核纖層；兩層膜平行但不連續(xù)，兩層膜間的腔隙稱核周間隙兩層膜多處發(fā)生融合，融合處形成核孔，核孔中存在核孔復(fù)合物；核被膜在細(xì)胞有絲分裂過程中有規(guī)律地解體與重建。二.染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)與染色體是遺傳物質(zhì)在細(xì)胞周期不同階段的不同存在形式；染色質(zhì)是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)的存在形式，呈細(xì)絲狀；染色體是有絲分裂或減速分裂過程中，染色質(zhì)經(jīng)復(fù)制后，反復(fù)纏繞凝聚而形成的條狀或棒狀結(jié)構(gòu)。㈠染色質(zhì)的組成成分

①DNA：每條未復(fù)制的染色單體包括一條DNA分子；②組蛋白：堿性蛋白，富含帶正電的氨基酸，分為H2A、H2B、

H3、H4及H1，進(jìn)化上非常保守；

③非組蛋白：除組蛋白以外的與染色質(zhì)結(jié)合的其他蛋白

④RNA：新合成的各類RNA前體。①

Chromatinthatremainscompactedduringinterphaseiscalledheterochromatintodistinguishitfromeuchromatin,whichreturnstoadispersedstate.②Heterochromatinisdividedintotwoclasses.Cons-titutiveheterochromatinremainsinthecompactedstateinallcellsatalltimesand,thus,representsDNAthatispermanentlysilenced.Facultativeheterochromatinischromatinthathasbeenspeci?-callyinactivatedduringcertainphasesofanorg-anism’slifeorincertaintypesofdifferentiatedcells.㈡常染色質(zhì)(euchromatin)與異染色質(zhì)(heterochromatin)常染色質(zhì)：著色淺、螺旋化程度低、轉(zhuǎn)錄活躍;異染色質(zhì)：著色深、高度螺旋成凝縮狀態(tài)、無轉(zhuǎn)錄活性;其中結(jié)構(gòu)性的異染色質(zhì)如染色體的著絲粒區(qū)、端粒及次縊痕區(qū)等，功能性的異染色質(zhì)如雌性哺乳動(dòng)物體細(xì)胞核內(nèi)的巴氏小體(一條X染色體凝集所致)Facultativeheterochromatin:theinactiveXchromosomeTheinactivatedXchromosomeappearsasadarklystainingheterochromaticstructure,calledaBarrbody(arrows).㈡染色質(zhì)的包裝

將總長(zhǎng)為2m的DNA分子放入直徑約為5-10um的核中1.核小體(nucleosome)是染色質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)或者說是染色質(zhì)包裝的基本結(jié)構(gòu)單位。非特異性的核酸酶消化染色質(zhì)可得到大約200bp的DNA片段，而同樣消化裸露的DNA時(shí)則得到隨機(jī)大小的片段。chromatininabufferoflowionicstrengthchromatininabufferofphysiologicalionicstrengthR.Kornberg提出DNA和組蛋白相互作用構(gòu)成重復(fù)單位稱為核小體。Beads-on-a-string核小體是DNA片段纏繞組蛋白八聚體構(gòu)成的盤狀核心結(jié)構(gòu)形成的，相鄰的兩個(gè)核小體間有一DNA片段相連。核小體結(jié)構(gòu)示意圖核小體的結(jié)構(gòu)：

①H2A-H2B異二聚體與H3-H4異二聚體,各2分子組成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)；

②146bp的DNA在盤外纏繞1.75圈；

③相鄰的兩個(gè)核小體之間以連接DNA相連，通常為60bp；

④H1結(jié)合于連接DNA上，位于纏繞組蛋白八聚體DNA分子的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核

小體的作用；

⑤每個(gè)核小體由約200bp左右的DNA,一個(gè)組蛋白八聚體及一分子組蛋白H1組成。2.螺線管－染色質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)

每圈６個(gè)核小體，需Ｈ１參與，螺線管的形成使核小體串珠結(jié)構(gòu)壓縮了約６倍。核小體串珠結(jié)構(gòu)的形成使DNA分子壓縮的約7倍⒊螺線管進(jìn)一步包裝成超螺線管—染色質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

⒋超螺線管進(jìn)一步包裝形成染色單體

DNA壓縮7倍核小體(一級(jí)結(jié)構(gòu)）壓縮6倍螺旋管（二級(jí)結(jié)構(gòu)）壓縮40倍超螺旋管(三級(jí)結(jié)構(gòu)）壓縮5倍染色單體（四級(jí)結(jié)構(gòu)）

Appearanceofamitoticchromosomeafterthehistonesandmostofthenonhistoneproteinshavebeenremoved.TheresidualproteinsformascaffoldfromwhichloopsofDNAareseentoemerge.染色體骨架—放射環(huán)模型：螺線管形成后，染色質(zhì)纖維折疊成袢環(huán)，沿染色體縱軸由中央向周圍伸出，形成放射環(huán)，每18個(gè)袢環(huán)呈放射狀排列于同一平面形成微帶(染色質(zhì)高級(jí)機(jī)構(gòu)的的組成單位)，進(jìn)而包裝為染色單體。㈣染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)(中期)中期染色體是由著絲粒相連的兩條姐妹染色單體構(gòu)成的，除著絲粒外，還可見主縊痕、次縊痕、端粒、隨體等結(jié)構(gòu)。①著絲粒為高度重復(fù)的DNA序列屬結(jié)構(gòu)性的異染色質(zhì)；著絲粒處的染色質(zhì)

較細(xì)且內(nèi)溢形成主縊痕；②著絲粒將每條染色單體分為兩臂；③在主縊

痕處兩個(gè)染色單體外側(cè)具有特化的圓盤狀結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)組成，內(nèi)側(cè)與著

絲粒結(jié)合，外側(cè)與仿錘絲微管相連，參與分裂后期染色體向兩極移動(dòng)，該

結(jié)構(gòu)成為動(dòng)粒。⒈著絲粒位于兩條姐妹染色單體的連接處根據(jù)著絲粒的位置可將染色體分為4種類型分別是：中著絲粒染色體、亞中著絲粒染色體、亞端著絲粒染色體、端著絲粒染色體。⒉隨體：位于染色體末端的球形或棒狀結(jié)構(gòu)，主要由異染色質(zhì)構(gòu)成，通過與次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。⒋端粒：是位于染色體末端的特化結(jié)構(gòu)；由端粒DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成；端粒DNA由端粒酶合成

；作用在于維持染色體的穩(wěn)定性與完整性，參與同源染色體的配對(duì)及染色體的空間排布。⒊次縊痕：是染色體上除主縊痕之外的縊縮部位，可用作鑒別染色體的標(biāo)記。端粒酶：由RNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合體；具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性。⒌核仁組織者區(qū)：含rRNA基因(5SrRNA基因除外)的一段染色體區(qū)域，位于次縊痕區(qū)，該區(qū)域形成袢環(huán)結(jié)構(gòu)從染色體上伸出，具有締合核仁的功能；rRNA基因通常分布在幾條不同的染色體上，如人類13、14、15、21、22號(hào)染色體的次縊痕區(qū)。㈤人的染色體核型

核型是指某一體細(xì)胞的全部染色體在有絲分裂中期的表現(xiàn)，包括染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征。

三.核仁核仁是真核細(xì)胞間期核中最明顯的結(jié)構(gòu)；核仁的大小及數(shù)目隨生物的種類及生理狀態(tài)而改變；核仁在細(xì)胞中的位置通常不固定。⒈核仁的化學(xué)組成：RNA、DNA、蛋白質(zhì)及酶類；⒉核仁的形態(tài)結(jié)構(gòu)⑴光鏡下，核仁為一強(qiáng)折光性的均勻球狀，一般為1—2個(gè)，甚至多個(gè)；⑵電鏡下，核仁呈圓形或卵圓形，無界膜包裹，成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括三個(gè)完全分隔的區(qū)域：纖維中心、致密纖維組分、顆粒組分；除此之外還存在核仁相隨染質(zhì)(即有常染色質(zhì)也有異染色質(zhì))以及核仁基質(zhì)。gc:顆粒組分fc:纖維中心dfc:致密纖維組分①纖維中心：包埋于顆粒組分內(nèi)部的低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)體，是rRNA基因rDNA的存在部位，rRNA基因串聯(lián)排列；②致密纖維組分：是核仁內(nèi)電子密度最高的區(qū)域，呈環(huán)形或半月形包圍纖維中心，