1Chapter10

細胞核與染色體（NucleusandChromosome）細胞核是原核、真核細胞區(qū)別的最重要標志。細胞核是遺傳物質(zhì)的儲存、復制、轉(zhuǎn)錄的場所，是生命活動的控制中心。細胞核是細胞內(nèi)最大的細胞器。

大?。撼Ｓ煤速|(zhì)比NP=Vn/(Vc－Vn)表示，快分裂的細胞NP>0.5，胚胎細胞、腫瘤細胞核質(zhì)比大，衰老、角質(zhì)化細胞核質(zhì)比小。形態(tài)：圓形、橢圓形、分葉型、腎形、桿狀數(shù)目：單核、雙核、多核（肝細胞和心肌細胞可有雙核，破骨細胞可有6~50個細胞核，骨骼肌細胞可有數(shù)百個核）。

細胞核的形態(tài)隨細胞增殖過程呈現(xiàn)周期性的變化，分裂期無明顯的形態(tài)，只有處在間期的細胞才有完整的細胞核結(jié)構(gòu)。

間期細胞核結(jié)構(gòu)：核被膜、核仁、染色質(zhì)、核基質(zhì)、核液核被膜—雙層膜，具有保護核內(nèi)物質(zhì)，控制核與細胞質(zhì)之間物質(zhì)運輸和信息交換的功能。染色質(zhì)—核內(nèi)遺傳物質(zhì)的存在形式，分裂中期可凝縮為染色體。核仁—核內(nèi)濃密小體，核糖體合成場所。核基質(zhì)—無定形的液體和復雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即

核骨架。

藍：染色質(zhì)；白：核基質(zhì)DNA及其結(jié)合蛋白核仁中心粒微管核纖層核被膜核孔中間絲內(nèi)質(zhì)網(wǎng)9第一節(jié)核被膜（nuclearenvelope）

(308頁）外核膜（outernuclearmembrane）內(nèi)核膜（innernuclearmembrane）核周間隙（perinuclearspace）核孔（nuclearpore)核纖層（nuclearlamina）1組成10核孔復合物

核纖層

核周間隙

外核膜

內(nèi)核膜

核仁

染色質(zhì)

11核被膜的TEM照片細胞核

核纖層

核孔復合物

核膜

染色質(zhì)

12外核膜(outernuclearmembrane)外核膜胞質(zhì)面附有核糖體，并與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，核周腔與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，可以說是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的一個特化區(qū)。外核膜常常與細胞骨架成份相連。核是被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和中間纖維相對固定的。13內(nèi)核膜(innernuclearmembrane)內(nèi)核膜面向核基質(zhì)，與外核膜平行排列，內(nèi)表面沒有核糖體。14核周間隙（perinuclearspace)又稱核周腔，寬15~30nm，腔內(nèi)電子密度低，充滿不定型物質(zhì)，與ER腔相通。15核纖層(lamina)16核纖層在脊椎動物中，核纖層由3種多肽混合而成。分別稱為核纖層蛋白A、B、C。17核纖層蛋白（核纖肽）：分子量約60~70kDa，是一類中間纖維，直徑約10nm。在一些細胞中核纖層在內(nèi)核膜的內(nèi)側(cè)是連續(xù)的層，而在有些細胞中核纖層蛋白形成一段一段的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。組成網(wǎng)絡(luò)的核纖層蛋白A和C交聯(lián)在一起，然后通過核纖層蛋白B與核內(nèi)膜上的受體結(jié)合，使核纖層附著在核被膜上。18核膜、核仁消失20核纖層的周期性變化（309頁）

a在間期核中，核纖層提供了染色質(zhì)（異染色質(zhì)）在核周邊錨定的位點。

b在前期結(jié)束時，核纖層被磷酸化，核纖層解裂為核纖層蛋白單體，核膜解體。

c在分裂末期，核纖層蛋白去磷酸化重新組裝,介導了核膜的重建。21核被膜崩解與裝配在真核細胞的細胞周期中，核被膜有規(guī)律地解體與重建。

解體：前期結(jié)束時，雙層核膜崩解成單層膜泡，核孔復合物解體，核纖層去裝配。

重建：分裂末期，核被膜開始圍繞染色體重新形成。某些部位內(nèi)外膜融合，形成核孔復合體。解體與重建的動態(tài)變化可能與核纖層蛋白的磷酸化與去磷酸化有關(guān)。222核被膜功能1）基因表達的時空隔離

真核生物的結(jié)構(gòu)復雜,而且大多數(shù)基因都有內(nèi)含子,轉(zhuǎn)錄后需要經(jīng)過復雜的加工,所以核膜的出現(xiàn),為基因的表達提供了時空隔離的屏障,便于DNA在核內(nèi)活動的多樣性,DNA轉(zhuǎn)錄形成RNA的多樣性,從而導致細胞的多樣性。

232）核膜作為保護性屏障,使核處于一微環(huán)境中

核膜的出現(xiàn)，為細胞遺傳信息的保存、復制、傳遞及發(fā)揮其對細胞代謝和發(fā)育的指導作用創(chuàng)造了特定的微環(huán)境，提高了上述各項活動的效率；避免直接受細胞內(nèi)其它各種生命活動的干擾，并防止細胞中這個調(diào)度中樞的功能輕易地隨環(huán)境條件的變化而變化，以保持其相對的穩(wěn)定性，這些都是核膜出現(xiàn)的進化意義。24區(qū)室化作用原核細胞真核細胞253）染色體的定位和酶分子的支架

核內(nèi)的一些酶是以膜蛋白的形式存在的,這就有利于核內(nèi)生化反應的區(qū)域化,從而發(fā)揮高度的催化活性。所以核膜是染色體和酶分子的支架和固著部位。

4）控制核-質(zhì)間物質(zhì)和信息的交流

通過核被膜上的核孔復合體進行核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流。26核纖層(lamina)第二節(jié)染色質(zhì)染色質(zhì)：光學顯微鏡下可見間期核中一種嗜堿性很強的物質(zhì)，稱為染色質(zhì)，是遺傳物質(zhì)的存在形式。間期核中染色質(zhì)以兩種形式存在：常染色質(zhì)：伸展開的呈電子透亮狀態(tài)異染色質(zhì)：卷曲凝縮。（Giemsa染，常淺異深）染色體：和染色質(zhì)是遺傳物質(zhì)在細胞周期不同階段的存在形式，是在細胞分裂過程中由染色質(zhì)凝縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)，二者的化學組成沒有多大差異。

一、染色質(zhì)的化學組成染色質(zhì)的化學組成及質(zhì)量比核酸蛋白質(zhì)DNARNA組蛋白非組蛋白10.05~0.110.5~1.5二、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)：間期核中染色質(zhì)可分為：常染色質(zhì)——是進行活躍轉(zhuǎn)錄的部位，呈疏松的環(huán)狀，電鏡下表現(xiàn)為淺染，易被核酸酶在一些敏感的位點降解。（伸展開的染色質(zhì)）異染色質(zhì)——在間期核中處于凝縮狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性，也叫非活動染色質(zhì)(inactivechromatin)；是遺傳惰性區(qū)；在細胞周期中表現(xiàn)為晚復制、早凝縮，即異固縮現(xiàn)象(heteropycnosis)。存在部位：著絲粒、端粒和核仁組織區(qū)附近。（凝縮狀態(tài)的染色質(zhì)）異染色質(zhì)的特異性：（1）間期凝縮；（2）遺傳惰性區(qū)；(3)復制晚。異染色質(zhì)分類：(A)恒定型異染色質(zhì)：在所有細胞內(nèi)都呈異固縮的染色質(zhì)，多定位于著絲粒區(qū)，端粒，次縊痕及染色體臂的某些節(jié)段，在間期聚集成多個染色中心，由相對簡單的高度重復序列構(gòu)成。

熒光原位雜交顯示的著絲粒DNA（黃）(B)兼性異染色質(zhì)（僅在某些細胞的特定發(fā)育階段出現(xiàn)）：是指不同細胞類型或不同發(fā)育時期出現(xiàn)的異染色質(zhì)區(qū)。由常染色質(zhì)形成。巴氏小體（barrbody）。雌性哺乳動物細胞中如有兩個X染色體，其中一條異固縮化的X染色體。barrbody34人的女性胚胎發(fā)育到16天以后，每個細胞中兩條X染色體中隨機的一條轉(zhuǎn)變?yōu)榘褪闲◇w，呈塊狀緊靠核膜，染色反應表現(xiàn)為深染。因此通過檢查羊水中胚胎細胞的巴氏小體可預測胎兒的性別。小鼠的胚胎發(fā)育到第3-6天之間，一條X染色體開始轉(zhuǎn)變?yōu)榘褪闲◇w。父方母方父方母方隨機選擇集縮在早期雌性胚胎中的細胞此克隆只有母方的X染色體具有活性此克隆只有父方的X染色體具有活性36在大多數(shù)的組織和器官中大約一半的細胞是X（母）發(fā)生異固縮，另一半的細胞將是X（父）染色體發(fā)生異固縮，形成嵌合體。受精卵37三、中期染色體結(jié)構(gòu)3839中部亞中部近端端部次縊痕(secondaryconstriction)421著絲粒（centromere)著絲粒是染色體中連接兩個染色單體,并將染色單體分為兩臂:短臂(p)和長臂(q)的部位。中期染色體上一個染色較淺而縊縮的部位，所以亦稱主縊痕（primaryconstriction）。兩個功能：結(jié)合姐妹染色單體動粒裝配的結(jié)合點43著絲粒的結(jié)構(gòu)著絲粒（centromere）和著絲點（kinetochore）是兩個不同的概念。著絲粒，染色體主縊痕中比較寬闊的區(qū)域，是由富含重復序列的DNA的異染色質(zhì)所組成。著絲點指主縊痕處兩個染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與紡錘體微管相接觸。又稱動粒。主要成分是蛋白質(zhì)。44b45著絲粒（結(jié)構(gòu)域）著絲點結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）又稱動粒區(qū)成分：蛋白（主）含少量DNA/RNA中心結(jié)構(gòu)域（centraldomain）又稱著絲粒中部區(qū)成分：含有高度重復的α衛(wèi)星DNA構(gòu)成的異染色質(zhì)。

配對結(jié)構(gòu)域（paringdomain）位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，成分：異染色質(zhì)

。46著絲粒的3個結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域中心結(jié)構(gòu)域著絲點結(jié)構(gòu)域動粒區(qū)47動粒結(jié)構(gòu)域動粒微管動粒染色質(zhì)纖絲內(nèi)板外板中間區(qū)48外板（outerplate，OP）：電子密度高，與動粒微管結(jié)合。中間區(qū)（interzone）：電子密度低.。內(nèi)板（innerplate,IP）：電子密度高，與中心結(jié)構(gòu)域的著絲粒異染色質(zhì)結(jié)合。外板上有動粒微管。492次縊痕（secondaryconstriction）次縊痕：是染色體上的一個縊縮部位,由于此處DNA松解，形成核仁組織區(qū)，故此變細。它的數(shù)量、位置和大小是某些染色體的重要形態(tài)特征。每種生物染色體組中至少有一條或一對染色體上有次縊痕。

３、染色質(zhì)凝縮的結(jié)構(gòu)模型（1）染色質(zhì)通過凝縮形成染色體，四級結(jié)構(gòu)：DNA雙螺旋10納米核小體絲（一級結(jié)構(gòu)）30納米粗纖維（二級結(jié)構(gòu)）大于1000倍（三級結(jié)構(gòu)）超粗中期染色體,大于10000倍（四級結(jié)構(gòu)）壓縮7倍壓縮6倍

壓縮7倍

壓縮6倍

壓縮40倍

DNA———→核小體———→螺線管———壓縮5倍→超螺線管———→染色單體非組蛋白的染色體支架和袢環(huán)（2）中期染色體骨架：中期染色體將組蛋白去掉后，染色體周圍布滿了松展開的裸露的DNA絲，由非組蛋白構(gòu)成的支架仍可保持著染色體的基本輪廓，特稱為染色體骨架，為核骨架成員之一。染色質(zhì)結(jié)合在核骨架/染色體骨架上

55一個典型的有絲分裂中期的染色體近末端區(qū)域的掃描電鏡照片去掉組蛋白染色單體的透射電鏡照片604、核仁組織區(qū)（nucleolarorganizingregions,NORs）形成核仁。是核糖體rRNA基因（rDNA)所在的區(qū)域，能夠合成核糖體的28S、18S和5.8SrRNA。核仁組織區(qū)位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是NORs。次縊痕部分DNA松解形成

NORs。61625

隨體（satellite)指位于染色體末端的圓形或圓柱形染色體片段，通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。位于染色體末端的隨體稱為端隨體。位于兩個次縊痕中間的稱中間隨體。是識別染色體的主要特征之一。636端粒（telomere）熒光原位雜交顯示的端粒（上）和端粒序列（下）四膜蟲擬南芥64是染色體兩個端部的特化結(jié)構(gòu)，由富含G的短的串聯(lián)重復序列DNA組成，伸展到染色體的3，端。生物學作用：

a.維持染色體的穩(wěn)定性如果用X射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會與其它片段相連或兩端相連而成環(huán)狀。形成雙著絲粒染色體或環(huán)狀染色體。

b.與染色體在核內(nèi)的空間排布及減數(shù)分裂時，同源染色體配對有關(guān)。當同源染色體配對時，端?？烧车胶吮荒?nèi)的核纖層上。65第三節(jié)核仁

（nucleolus）（355頁）核仁見于間期的細胞核內(nèi)，呈圓球形一般1-2個，也有多達3-5個的。核仁的位置不固定，或位于核中央，或靠近內(nèi)核膜核仁的數(shù)量和大小因細胞種類和功能而異。一般蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖較快的細胞有較大和數(shù)目較多的核仁，反之核仁很小或缺失。66在細胞周期中，核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。核仁的主要功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體單位。67一、

核仁的超微結(jié)構(gòu)核仁周圍沒有界膜包圍有3個特征性的區(qū)域：纖維中心(fibrillarcenters，F(xiàn)C)：呈淺染區(qū),位于核仁的中央部位，直徑2-3nm，能被RNA酶消化，由DNA和RNA組成。68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，直徑為5-10nm，含有正在轉(zhuǎn)錄的RNA分子。近年研究認為轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處。69顆粒組分(granularcomponent，GC)：由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，致密纖維部分的外側(cè)直到核仁邊緣。主要成分為RNA和蛋白質(zhì)，可能是不同加工階段的RNP。70FCDFCGC71核仁結(jié)構(gòu)

72人類13、14、15、21、22號染色體短臂次縊痕部位，含有rRNA基因。73人成纖維細胞核仁的融合74二、核仁周期（nucleolarcycle）核仁是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，隨細胞周期的變化而變化，即形成-消失-形成,這種變化稱為核仁周期。有絲分裂時，隨著染色質(zhì)凝集，核仁變形、變小，而消失；致使中期和后期細胞中沒有核仁；進入末期，核仁分散成前核仁體，然后融合、發(fā)育成核仁。75三、核仁的功能核糖體含40%的蛋白質(zhì)、60%的RNA

。蛋白按照一定的順序與RNA結(jié)合，組成兩個核糖體亞單體。

70S核糖體存在于細菌，線粒體和葉綠體中。80S核糖體存在于真核生物的細胞質(zhì)中。

核糖體：

76所有的核糖體都是由大小兩個亞基構(gòu)成。核糖體的大小亞單位只有在以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時才結(jié)合在一起，肽鏈合成終止后，大小亞單位又解離，游離于細胞質(zhì)基質(zhì)中。核糖體并不是單獨工作的，而是由多個甚至幾十個串連在一條mRNA分子上，稱多聚核糖體（polyribosome），這樣越長的mRNA可以結(jié)合更多的核糖體，提高了蛋白質(zhì)合成的速度。77核仁的功能核仁的主要功能涉及核糖體的生物發(fā)生(ribosomebiogenesis)，包括rRNA的合成、加工和核糖體亞單位的裝配，從核仁纖維組分開始，再向顆粒組分延續(xù)。核仁的另一個功能涉及mRNA的輸出。18SrRNA28SrRNA5.8SrRNA5SrRNA核糖體小亞基大亞基rDNA定位于NORsrDNA不定位于NORs781rRNA基因轉(zhuǎn)錄(357頁）rRNA基因在染色質(zhì)軸絲上呈串聯(lián)重復排列，沿轉(zhuǎn)錄方向，新生的rRNA鏈逐漸增長，從左右兩側(cè)均可伸出，形成“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)。79805.8、18、28SrDNA組成一個轉(zhuǎn)錄單位，100～5000個基因拷貝串聯(lián)成重復序列，由專一性的RNA聚合酶Ⅰ進行轉(zhuǎn)錄。約2000個(人)5SrDNA(120bp)拷貝串聯(lián)成重復序列，不定位在NORs，由RNA聚合酶Ⅲ進行轉(zhuǎn)錄。81RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5SrRNA與tRNARNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hnRNA---mRNA822rRNA加工rDNA沒有組蛋白核心，是裸露的DNA節(jié)段。兩個相鄰基因之間為一段非轉(zhuǎn)錄的間隔DNA。838445SrRNA甲基化以后經(jīng)RNA酶裂解為2個分子，20SrRNA和32SrRNA前體。20SrRNA再裂解為18SrRNA;32SrRNA再裂解為28SrRNA和5.8SrRNA。成熟的rRNA僅為45SrRNA的一半，丟失的大部分是非甲基化和GC含量較高的區(qū)域。85纖維部的纖維狀物質(zhì)是新合成的45SrRNA，它與蛋白質(zhì)形成RNP復合體。由RNA聚合酶Ⅰ轉(zhuǎn)錄生成的45SrRNA前體(哺乳類)很快與蛋白質(zhì)結(jié)合，包裝成80S的RNP復合體，再切割成小的5.8、18、28SrRNA-蛋白復合體865SrRNA的基因并不定位在核仁上，通常定位在常染色體。由RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄生成的5SrRNA適當加工即參與裝配核糖體大亞單位。873核糖體亞單位的裝配88核糖體亞單位的裝配18SrRNA及相關(guān)蛋白裝配成小亞單位，速度較快(30min)。28S、5.8S、5SrRNA及相關(guān)蛋白裝配成大亞單位,速度稍慢(1h)。加工下來的蛋白質(zhì)和小的RNA存留在核仁中，可能起著催化核糖體構(gòu)建的作用。核糖體轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)以后才成熟，從而阻止有功能的核糖體與核內(nèi)加工不完全的hnRNA分子接近。89第四節(jié)核基質(zhì)（nuclearmatrix）

核基質(zhì)(nuclearmatrix)，是指在細胞核內(nèi)，除核被膜、核纖層、染色質(zhì)與核仁以外的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。9091核酸酶消化DNA、高鹽緩沖液