1、.,1,細(xì)胞核nucleus,.,2,細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心；真核細(xì)胞的重要標(biāo)志；其結(jié)構(gòu)和功能異常經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致各種疾病。,間期核,核被膜 染色質(zhì) 核仁 核基質(zhì)(核骨架),.,3,.,4,.,5,.,6,核膜(nuclear membrane),一、結(jié)構(gòu)組成,雙層膜 核周間隙 核孔復(fù)合體(nuclear pore complex，NPC),外核膜與rER相連 內(nèi)核膜內(nèi)表面有核纖層(主要成分 是核纖層蛋白lamin),.,7,核被膜的TEM照片,.,8,核被膜的結(jié)構(gòu),.,9,1.核纖層 (nuclear lamina) (p174),(有絲分裂促進(jìn)因子),.,10,核纖層蛋白磷酸化及去磷酸化調(diào)

2、節(jié)參與核膜的解聚和重組,.,11,核膜在細(xì)胞有絲分裂中有規(guī)律地解體與重建 其動(dòng)態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子(MPF等)的調(diào)節(jié)，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)。,.,12,.,13,.,14,2.核孔復(fù)合體 結(jié)構(gòu)模型：fish-trap,胞質(zhì)環(huán)、8條纖維及顆粒 核質(zhì)環(huán)、8條纖維形成核籃 輻，8根 中央栓,功能直徑9nm， 長(zhǎng)約15nm的親水通道。,.,15,幅：柱狀亞單位 腔內(nèi)亞單位 環(huán)帶亞單位,.,16,Cytoplasmic face, cytoplasmic particles,.,17,Nuclear face,basket inner complex,.,18,1.

3、 區(qū)域化作用 構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障 避免核質(zhì)間生命活動(dòng)的彼此干擾； 保護(hù)核內(nèi)DNA不受損傷。 2. 核質(zhì)之間的物質(zhì)流與信息流,二、核膜的主要功能,3. 合成生物大分子 4. 在細(xì)胞分裂中參與染色體的定位與分離,.,19,(1)通過(guò)核孔復(fù)合體的被動(dòng)運(yùn)輸,離子、小分子(5kD)及直徑10nm的物質(zhì)原則上可自由通過(guò)。,(2)通過(guò)核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸,具有高度的選擇性，并且是雙向的 對(duì)運(yùn)輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被 調(diào)節(jié)約920nm，甚至可達(dá)26nm 。 是一個(gè)分選信號(hào)識(shí)別與受體介導(dǎo)的過(guò)程，耗能。 核輸入與核輸出。,核孔復(fù)合體的核質(zhì)物質(zhì)交換：雙功能、雙向性,.,20,親核蛋白(入核蛋白

4、) 核定位序列(nuclear localization sequence，NLS)或核輸入信號(hào)(nuclear import signal，NIS)：引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核的一段4-8個(gè)氨基酸的信號(hào)序列，富含帶正電荷的賴(lài)氨酸和精氨酸，一般還含有脯氨酸。受體為importin。 核輸出信號(hào)(nuclear export signal，NES)：引導(dǎo)RNA、RNP如核糖體亞基等輸出細(xì)胞核，受體為exportin。,核蛋白質(zhì)的運(yùn)輸,.,21,爪蟾卵母細(xì)胞核質(zhì)蛋白注射實(shí)驗(yàn),.,22,第一個(gè)被確定的NLS是猴腎病毒(SV40)的T抗原,核質(zhì)蛋白的核定位信號(hào)，為信號(hào)斑,.,23,(GTPase 激活蛋白)

5、,親核蛋白通過(guò)NPC轉(zhuǎn)運(yùn)：結(jié)合，依賴(lài)正常的NLS。轉(zhuǎn)移，需GTP水解供能。還需要一些胞質(zhì)蛋白因子的幫助，有importin/importin二聚體(本質(zhì)是NLS受體)、Ran(一種GTP結(jié)合蛋白)。蛋白質(zhì)入核受到多種因素的綜合調(diào)節(jié)。,.,24,注意Ran-GTP及Ran-GDP的循環(huán)使用,.,25,蛋白質(zhì)的核輸入與核輸出,注意核輸入受體及核輸出受體的循環(huán)使用,.,26,核定位序列與蛋白質(zhì)入核,.,27,小核RNA(snRNA)是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程中RNA剪接體（spilceosome）的主要成分，參與mRNA前體的加工過(guò)程。在天然狀態(tài)下它們均與蛋白質(zhì)相結(jié)合，稱(chēng)為snRNP。,.,28,mR

6、NA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程是有極性的，其5端首先通過(guò)核孔復(fù)合體，3端最后離開(kāi)細(xì)胞核。,.,29,真核細(xì)胞中RNA一般要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工、修飾成為成熟的RNA分子后才能核輸出。 snRNA、mRNA、tRNA以RNP顆粒的形式存在，即RNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)際上是RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體的轉(zhuǎn)運(yùn)，這些蛋白質(zhì)因子本身含有出核信號(hào)。,.,30,核骨架(nuclear skeleton)或核基質(zhì) (nuclear matrix) 與核纖層、胞質(zhì)中間纖維相互連接形成貫穿于核與質(zhì)的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。其主要成分是由非組蛋白的纖維蛋白構(gòu)成的，還含有多種蛋白成分及少量RNA、DNA。核骨架與DNA復(fù)制、基因表達(dá)及染色體的包裝與構(gòu)建有

7、密切關(guān)系。 ,.,31,核骨架上結(jié)合有DNA復(fù)制所需要的酶 。 還有RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)，RNA的合成在核骨架上進(jìn)行的。 一般認(rèn)為核骨架與染色體骨架為同一類(lèi)物質(zhì)，30nm的染色質(zhì)纖維就是結(jié)合在核骨架上而形成袢環(huán)的結(jié)構(gòu)，在分裂期進(jìn)一步包裝成光學(xué)顯微鏡下可見(jiàn)的染色體。,.,32,Chromosome Structure,(染色體骨架或核骨架),.,33,染色質(zhì)和染色體 (chromatin and chromasome),DNA 少量RNA 組蛋白(histone) 非組蛋白(nonhistone),一、化學(xué)組成,DNP(核蛋白),.,34,3種序列：?jiǎn)我恍蛄?；中度重?fù)序列（1015）；高度重復(fù)

8、序列（105）。 3種構(gòu)型：B-DNA； A-DNA； Z-DNA。 3種關(guān)鍵序列(功能元件)： (p180) 復(fù)制源序列 著絲粒序列 端粒序列 酵母人工染色體(YAC )：含上述3種成分，可用于轉(zhuǎn)基因等研究。,1. 染色體(質(zhì))DNA,.,35,Three DNA conformations,B型DNA(右手雙螺旋DNA)，活性最高的DNA構(gòu)象； A型DNA，B型DNA的重要變構(gòu)形式，仍有活性； Z型DNA，左手螺旋，B型DNA的另一種變構(gòu)形式，活性明顯降低。,.,36,.,37,2. histone non-histone,H1、核小體組蛋白（H2A、H2B、H3、H4），富含帶正電荷的精

9、氨酸、賴(lài)氨酸等堿性氨基酸，屬堿性蛋白。 H1具種屬和組織特異性。核小體組蛋白在進(jìn)化上高度保守。 可與帶負(fù)電荷的DNA結(jié)合，并抑制其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。,富含帶負(fù)電荷的天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸，屬酸性蛋白。 能識(shí)別特異的DNA序列，又稱(chēng)序列特異性DNA結(jié)合蛋白。 具有多種功能，包括作為染色體結(jié)構(gòu)支架；協(xié)助DNA復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達(dá)。,.,38,二、染色體的組裝,1. 核小體 (nuclesome) ：直徑10nm，包括200bpDNA、核小體組蛋白(組蛋白八聚體)及一分子H1。,核心：(H2A、H2B、H3、H4)2； 146bpDNA纏繞其1.75圈； H1在核心顆粒外與DNA結(jié)合，鎖住 核心DNA

10、的進(jìn)出端。 連接DNA：平均長(zhǎng)度60bp,多個(gè)核小體形成核小體鏈(串珠鏈)，染色質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),.,39,.,40,.,41,.,42,2. 染色體袢環(huán)結(jié)構(gòu)模型,1) 核小體鏈 2) 螺線管：外徑30nm，內(nèi)徑10nm，每6個(gè)核小體繞成一個(gè)螺旋而成。染色質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 。 3) 袢環(huán)：直徑300nm，螺線管折疊形成，其基部與非組 蛋白的染色體骨架連接。染色質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。 4) 微帶：每18個(gè)袢環(huán)呈放射平面排列繞成。染色質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)或四級(jí)結(jié)構(gòu)。 5) 染色單體：直徑700nm，每一個(gè)單體約含106個(gè)微帶。 DNA鏈被壓縮近10000倍,.,43,solenoid,.,44,示螺線管結(jié)構(gòu),.,45,電

11、鏡下的30nm和10nm染色質(zhì)纖維,.,46,(染色體縱軸或支架),示染色質(zhì)袢環(huán),.,47,HeLa細(xì)胞中期的染色體骨架 （DNA放射環(huán)的根部結(jié)合在染色體骨架上）,.,48,染色體支架,袢環(huán)（直徑30nm螺旋管）,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,微 帶,一條染色單體約有106個(gè)微帶。,染色單體,著絲點(diǎn),著絲點(diǎn)絲,.,49,.,50,.,51,1號(hào)染色體中的DNA包裝倍數(shù) 1號(hào)染色體中的雙螺旋DNA總長(zhǎng)88,000m，包裝成染色體后只有10m長(zhǎng)。,.,52,三、常染色質(zhì)(euchromatin)和異染色質(zhì)(heterochromatin)

12、,位于核中央，有一部分伸入核仁為核仁內(nèi)染色質(zhì)。 結(jié)構(gòu)松散，直徑10nm，著色淺。 早復(fù)制(S期早、中期)。 可轉(zhuǎn)錄，參與蛋白質(zhì)合成。,緊貼核纖層內(nèi)面，也伸入核仁為核仁周?chē)旧|(zhì)。 結(jié)構(gòu)緊密， 直徑30nm，著色深。 晚復(fù)制(S期晚期)，早凝縮(異固縮現(xiàn)象)。 一般無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。,.,53,.,54,組成性異染色質(zhì)：位于染色體端粒、著絲粒、次鎰痕處，終生為異染色質(zhì)。 兼性異染色質(zhì)：在某些細(xì)胞類(lèi)型或一定的發(fā)育階段，原來(lái)的常染色質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾旧|(zhì)，或相反。,雌性哺乳類(lèi)體細(xì)胞核內(nèi)，胚胎發(fā)育前16-18天，兩條X染色體都有轉(zhuǎn)錄活性。 之后，其中一條X染色體異染色質(zhì)化(異固縮)，失活。 實(shí)現(xiàn)劑量補(bǔ)償，如G6P

13、D基因(位人Xq28)。 染色質(zhì)通過(guò)緊密折疊壓縮可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。,X染色質(zhì)(barr body，巴氏小體)：,.,55,熒光原位雜交顯示的著絲粒衛(wèi)星DNA和端粒,.,56,barr body,多形核白細(xì)胞的核內(nèi)，X染色質(zhì)形成特殊的“鼓槌”結(jié)構(gòu)。,口腔粘膜上皮細(xì)胞中，X染色質(zhì)緊貼在細(xì)胞核膜內(nèi)表面，深染。,.,57,其它兼性異染色質(zhì)：,如血紅蛋白鏈基因在胎兒期是異染色質(zhì)，在成人期是常染色質(zhì)。 血紅蛋白基因在紅細(xì)胞中是常染色質(zhì)，在其它細(xì)胞中是異染色質(zhì)。,.,58,Hb 類(lèi)型,成人Hb： Hb A 22 9798% Hb A2 22 23% Hb F 22 1% 胎兒Hb： Hb F 2

14、2 胚胎Hb： Hb Gower 22 (妊娠12周內(nèi)）Hb Gower 22 Hb Portland 22,.,59,四、中期染色體,次縊痕,姐妹染色單體,.,60,染色體的四種類(lèi)型,.,61,兩種黃麂的核型,核型(karyotype) 是指染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。,.,62,核仁組織區(qū) (nucleolar organizer，NOR)： 控制間期核仁形成的染色質(zhì)部分，即rRNA基因(rDNA)，位于有隨體染色體(人類(lèi)13、14、15、21、22號(hào))的次縊痕處。（p180）,.,63,核仁（nucleolus）,見(jiàn)于間期的細(xì)胞核內(nèi)，海綿狀球體,

15、無(wú)外界膜包圍，一般1-2個(gè)，也有多達(dá)3-5個(gè)的。 核仁的形狀、大小、數(shù)量、位置等因細(xì)胞種類(lèi)和生理狀態(tài)而異。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)。 核仁的主要功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體單位。,.,64,.,65,.,66,.,67,.,68,一、核仁的化學(xué)組成和亞微結(jié)構(gòu) 纖維中心(FC) ：主要成分為rDNA 致密纖維區(qū)(DFC) ：rDNA rRNA RNP 顆粒區(qū)(GC) ：不同加工階段的RNP 核糖體亞基前體 核仁相隨染色質(zhì),核仁內(nèi)染色質(zhì)： rDNA，即NOR 核仁周?chē)旧|(zhì),轉(zhuǎn)錄,RNA結(jié)合蛋白,.

16、,69,.,70,BHK-21細(xì)胞核仁的電鏡照片， 銀顆粒示rRNA轉(zhuǎn)錄部位,.,71,二、核仁周期,1. 有絲分裂前期：染色質(zhì) 染色體, RNA聚合酶磷酸化，rDNA停止轉(zhuǎn)錄，核仁逐漸消失。,2. 末期：染色體 染色質(zhì)，rDNA轉(zhuǎn)錄為rRNA，核仁出現(xiàn)。,凝集,去凝集,.,72,.,73,三、核仁的功能,1. rRNA的合成、加工成熟 rDNA：每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位包括5.8S、18S、 28S rRNA基因及間隔順序，在染色質(zhì)軸絲上呈串聯(lián)重復(fù)，彼此以非轉(zhuǎn)錄間隔順序相連，轉(zhuǎn)錄時(shí)呈“圣誕樹(shù)”樣結(jié)構(gòu)串。,rDNA每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位 前體rRNA (45S) 5.8S、18S、28S rRNA,轉(zhuǎn)錄,核酸酶,.

17、,74,轉(zhuǎn)錄單位之rRNA基因的結(jié)構(gòu),（一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位）,.,75,.,76,核仁致密纖維區(qū),.,77,rDNA,rRNA,轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn),轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn),RNA聚合酶,蛋白質(zhì)顆粒,rDNA,rRNA(45S rRNA前體、纖維狀),顆粒狀 （18s 5.8s 28srRNA、蛋白質(zhì)顆粒）,核糖體的亞基,.,78,.,79,人間期細(xì)胞核仁組織區(qū)含有rRNA基因的10個(gè)染色體袢環(huán)延伸進(jìn)入并簇集在核仁（引自B.Alberts）,.,80,人類(lèi)有5對(duì)染色體(13、14、15、21、22號(hào))含有核仁組織者,.,81,.,82,.,83,2. 核糖體的組裝,18S rRNA+蛋白質(zhì)小亞基前體,28S、5.8S r

18、RNA+蛋白質(zhì)大亞基前體,其它核DNA 5S rRNA,核孔運(yùn)輸,核糖體,轉(zhuǎn)錄,.,84,5SrRNA通常定位在常染色體，人的位于1號(hào)染色體長(zhǎng)臂，轉(zhuǎn)錄后被轉(zhuǎn)運(yùn)至核仁區(qū)參與大亞基的裝配,.,85,細(xì)胞核與病變,細(xì)胞核形態(tài)異常 染色體異常、基因突變,.,86,.,87,三倍體(triploid)：3n69,染色體數(shù)目異常,.,88,雙倍染色體(diplochromosome),.,89,染色體結(jié)構(gòu)異常,相互易位(reciprocal translocation),.,90,環(huán)狀染色體(ring chromosome，r),.,91,常染色體病,先天愚形(Down syndrome),.,92,發(fā)病率1/8001/600新生兒 嚴(yán)重智力低下 生長(zhǎng)發(fā)育遲緩 特殊面容 眼距寬，外眼角上斜 鼻根低平，舌大 通貫手，小指內(nèi)彎，一指褶紋 男性不育、女性偶有生育能力,.,93,21三體型：占95，47, XX(XY), 21 主要原