第十章細(xì)胞核與染色體詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)優(yōu)選第十章細(xì)胞核與染色體當(dāng)前第2頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)形狀：圓形，胚乳細(xì)胞(網(wǎng)狀）蝶類絲腺細(xì)胞(分支狀)。位置：細(xì)胞中央，成熟植物細(xì)胞的邊緣。數(shù)目：通常一個(gè)，成熟的篩管和成熟的哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞（0）、肝細(xì)胞、心肌細(xì)胞(1-2）、破骨細(xì)胞(6~50）、骨骼肌細(xì)胞(數(shù)百）、植物氈絨層細(xì)胞(2~4)。結(jié)構(gòu)：①核被膜、②核仁、③核基質(zhì)、④染色質(zhì)、⑤核纖層。功能：①遺傳、②發(fā)育。當(dāng)前第3頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)Nucleusstructure當(dāng)前第4頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)一、核被膜（一）結(jié)構(gòu)構(gòu)成：是雙層膜結(jié)構(gòu)①內(nèi)核膜（innernuclearmembrane）②外核膜（outernuclearmembrane）③核周間隙（perinuclearspace）外核膜：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分，胞質(zhì)面附有核糖體。核周間隙：寬20~40nm，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。核纖層：位于內(nèi)核膜的內(nèi)表面的纖維網(wǎng)絡(luò)，可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。第一節(jié)核被膜與核孔復(fù)合體當(dāng)前第5頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)Thenuclearenvelope當(dāng)前第6頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)當(dāng)前第7頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)核纖層構(gòu)成：由核纖層蛋白（lamin）構(gòu)成，核纖肽一類中間纖維，分為A、B兩型。作用：保持核的形態(tài)：參與染色質(zhì)和核的組裝：

細(xì)胞分裂時(shí)：呈現(xiàn)出周期性的變化，

間期核中：提供染色質(zhì)（異染色質(zhì)）在核周邊錨定的位點(diǎn)。

在前期結(jié)束時(shí)：核纖層被磷酸化，核膜解體。

B型核纖肽與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)中。

分裂末期，核纖肽去磷酸化重新組裝，介導(dǎo)了核膜的重建。

當(dāng)前第8頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)Lamins當(dāng)前第9頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)（二）核被膜要細(xì)胞周期中的崩解與裝配分裂期：雙層核膜崩解成單層膜泡，核孔復(fù)合體解體，核纖內(nèi)層去裝配；分裂未期：核膜重新形成舊核膜參與新核膜的構(gòu)建，新核膜來自舊核膜核被膜的去組裝是非隨機(jī)的，具有區(qū)域特異性（domain-specific）。核被膜的解體與重建的動(dòng)態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用可能與核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。當(dāng)前第10頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)當(dāng)前第11頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)二、核孔復(fù)合體

（一）結(jié)構(gòu)模型胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmicring），外環(huán)核質(zhì)環(huán)（nuclearring），內(nèi)環(huán)

輻（spoke）柱狀亞單位（columnsubunit）腔內(nèi)亞單位(luminalsubunit)環(huán)帶亞單位（annularsubunit）

中央栓（centralplug）：transporter當(dāng)前第12頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)TheNuclearPore當(dāng)前第13頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)核孔由至少50種不同的蛋白質(zhì)（nucleoporin）構(gòu)成，稱為核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex，NPC）。一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞平均有3000個(gè)核孔。細(xì)胞核活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)如fish-trap。當(dāng)前第14頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)抽提后核孔胞質(zhì)面的結(jié)構(gòu)（Cytoplasmicface，

cytoplasmicparticles）當(dāng)前第15頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)抽提后核孔核質(zhì)面的結(jié)構(gòu)（Nuclearface

basketinnercomplex）當(dāng)前第16頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)（二）核孔復(fù)合體成分的研究 核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其總相對分子質(zhì)量約為1.25×106，推測可能含有100余種不同的多肽，共1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。

gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白

p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域當(dāng)前第17頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)

gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，將核孔復(fù)合體錨定在“孔膜區(qū)”，從而為核孔復(fù)合體裝配提供一個(gè)起始位點(diǎn)在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用。

兩段疏水區(qū)，

C端:位于孔膜區(qū)，跨膜結(jié)構(gòu)域核周間隙內(nèi)：核孔復(fù)合體組裝開始時(shí)，發(fā)生構(gòu)象改變，使其中的疏水區(qū)暴露，與核膜作用，誘導(dǎo)內(nèi)外核膜的融合。在核孔復(fù)合體的核質(zhì)交換功能活動(dòng)中起一定作用當(dāng)前第18頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)

p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域疏水性N端區(qū)：可能在核孔復(fù)合體功能活動(dòng)中直接參與核質(zhì)交換C端區(qū)：可能通過與其它核孔復(fù)合體蛋白相互作用，從而將p62分子穩(wěn)定到核孔復(fù)合體上，為其N端進(jìn)行核質(zhì)交換活動(dòng)提供支持。當(dāng)前第19頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)（三）核孔復(fù)合體的功能核質(zhì)交換的雙向選擇性親水通道爪蟾卵母細(xì)胞核質(zhì)蛋白注射實(shí)驗(yàn)通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸親核蛋白與核定位信號親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的步驟轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的核輸出當(dāng)前第20頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)1.通過核孔復(fù)合體的被動(dòng)擴(kuò)散核孔復(fù)合體作為被動(dòng)擴(kuò)散的親水通道。實(shí)驗(yàn)證明？將聚乙烯吡咯烷酮（PVP）包被的膠體金顆粒，注射細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，發(fā)現(xiàn)小分子物質(zhì)能夠以自由擴(kuò)散的方式通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核。擴(kuò)散數(shù)率與分子大小成反比。組蛋白，帶本身信號序列的蛋白質(zhì)，通過主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞核與其他信號序列的成分結(jié)合，主動(dòng)運(yùn)輸當(dāng)前第21頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)例子：帶有放射性標(biāo)記的完整核質(zhì)蛋白、頭、未片段（N、C端）分別注射非洲爪蟾卵母細(xì)胞中：膠體金包被完整核質(zhì)蛋白、尾部分別注射非洲爪蟾卵母細(xì)胞中：結(jié)果：完整的核質(zhì)蛋白、未片段能夠在細(xì)胞核內(nèi)迅速地積累，而頭部卻被拒之核外。結(jié)論：信號序列在尾部三、通過核孔的物質(zhì)運(yùn)輸與信號序列有關(guān)當(dāng)前第22頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)當(dāng)前第23頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)ColloidalgoldlabeledNucleoplasminweretransportedintonucleus.Mitochondrion當(dāng)前第24頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)1982年R.Laskey發(fā)現(xiàn)核內(nèi)含量豐富的核質(zhì)蛋白(nucleoplasmin)的C端有一個(gè)信號序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，稱作核定位信號（nuclearlocalizationsignal，NLS）。第一個(gè)被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，它在胞質(zhì)中合成后很快積累在核中。其NLS為：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val，即使單個(gè)氨基酸被替換，亦失去作用。通過核孔的物質(zhì)運(yùn)輸與信號序列有關(guān)當(dāng)前第25頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)NLS由4-8個(gè)氨基酸組成，含有Pro、Lys和Arg。對其連接的蛋白質(zhì)無特殊要求，并且完成核輸入后不被切除。Karyopherin是一類與核孔選擇性運(yùn)輸有關(guān)的蛋白家族，相當(dāng)于受體蛋白。其中imporin負(fù)責(zé)將蛋白從細(xì)胞質(zhì)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞核，exportin負(fù)責(zé)相反方向的運(yùn)輸。通過核孔復(fù)合體的轉(zhuǎn)運(yùn)還涉及Ran蛋白，Ran是一種G蛋白，調(diào)節(jié)貨物受體復(fù)合體的組裝和解體，在細(xì)胞核內(nèi)Ran-GTP的含量遠(yuǎn)高于細(xì)胞質(zhì)。當(dāng)前第26頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)（一）核質(zhì)蛋白向細(xì)胞核的輸入（通過核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸）蛋白與NLS受體，即impotinα/β二聚體結(jié)合；貨物與受體的復(fù)合物與NPC胞質(zhì)環(huán)上的纖維結(jié)合；纖維向核彎曲，轉(zhuǎn)運(yùn)器構(gòu)象發(fā)生改變，形成親水通道，貨物通過；貨物受體復(fù)合體與Ran-GTP結(jié)合，復(fù)合體解散，釋放出貨物；與Ran-GTP結(jié)合的impotinβ，輸出細(xì)胞核，在細(xì)胞質(zhì)中Ran結(jié)合的GTP水解，Ran-GDP返回細(xì)胞核重新轉(zhuǎn)換為Ran-GTP；impotinα在核內(nèi)exportin的幫助下運(yùn)回細(xì)胞質(zhì)。當(dāng)前第27頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)(二）對細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的大分子輸出大多數(shù)情況下，細(xì)胞核內(nèi)的RNA是與蛋白質(zhì)形成RNP復(fù)合物轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核的。RNP的蛋白質(zhì)上具有核輸出信號（nuclearexportsignal,NES），可與細(xì)胞內(nèi)的受體exportin結(jié)合，形成RNP-exportin-Ran-GTP復(fù)合體，輸出細(xì)胞核后，Ran-GTP水解，釋放出結(jié)合的RNA，Ran-GDP、exportin和RNP蛋白返回細(xì)胞核。當(dāng)前第28頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)ProcessofNuclearImport當(dāng)前第29頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)第五節(jié)核仁核仁（nucleolus）見于間期的細(xì)胞核內(nèi)，呈圓球形，一般1~2個(gè)，有時(shí)多達(dá)3~5個(gè)。主要功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體單位。一般蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞有較大和數(shù)目較多的核仁，反之核仁很小或缺如。核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。當(dāng)前第30頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)一、核仁形態(tài)①纖維中心(fibrillarcenters，F(xiàn)C)：是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶I，rDNA和結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，這些rDNA是裸露的分子。②致密纖維組分(densefibrillarcomponent，DFC)：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，是新合成的RNP，轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處。③顆粒組分(granularcomponent，GC)：由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP。當(dāng)前第31頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)Nucleolus當(dāng)前第32頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)二、核仁的功能核糖體的生物發(fā)生相關(guān)從核仁纖維組分開始再向顆粒組分延續(xù)（一）核糖體的結(jié)構(gòu)含40%的蛋白質(zhì)、60%的RNA，由兩個(gè)亞單體構(gòu)成。分為70S和80S兩種類型。由大小兩個(gè)亞基構(gòu)成，只在以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時(shí)才結(jié)合在一起，肽鏈合成終止后，大小亞單位又解離。核糖體并不是單獨(dú)工作的，而是由多個(gè)甚至幾十個(gè)串連在一條mRNA分子上，稱多聚核糖體（polyribosome）。當(dāng)前第33頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)核糖體的組成當(dāng)前第34頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)ProteinSynthesis當(dāng)前第35頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)（二）核糖體組裝rRNA基因是重復(fù)的多拷貝基因。人的一個(gè)細(xì)胞中約有200個(gè)拷貝，rDNA沒有組蛋白核心，是裸露的DNA節(jié)段，相鄰基因之間為非轉(zhuǎn)錄的間隔DNA。（一）rRNA基因的轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第36頁\共有38頁\編于星期三\11點(diǎn)轉(zhuǎn)錄時(shí)，RNA聚合酶沿DNA分子排列，此酶由基因頭端向末端移動(dòng)，轉(zhuǎn)錄