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朱艳霞深圳大学医学部遗传物质贮存、复制和转录的场所,细胞生命活动的控制中心核被膜染色质核仁核基质细胞核功能:核膜是一种不对称的双层膜结构一、核被膜:面向细胞质,其表面附核糖体,形似粗面内质网,膜可与胞质中的某些微管、微丝相连起固定核位置的作用。面向核质,无核糖体附着,但内核膜上有特异蛋白,如laminB受体(LBR),为核纤层laminB提供结合位点,从而把核膜固着在核纤层上。内外核膜的融合之处形成环状开口,称为核孔。核纤层:内核膜内表面一层电子密度高的蛋白质网络结构;厚度为10~20nm,其化学成分为中间纤维;切面观呈片层结构,整体观为球形网络。构成核纤层中间纤维的蛋白有3种:laminA、laminB、laminC。分子量在60~75ku之间。核纤层功能:核纤层为核膜与染色质提供结构支架,参与核膜重建,参与DNA复制与染色质凝集。核孔复合体膜蛋白外膜内膜镶嵌膜蛋白核周腔核纤层染色质(纤维)二、核纤层(nuclearlamina)内核膜外核膜染色质核纤层三、核孔复合体(nuclearporecomplex,NPC)核孔复合体捕鱼笼式模型:胞质环/核质环:在核孔边缘的内、外层核膜上有两个环带;每个环带由8个直径为10~25nm的孔环颗粒构成。辐:由核孔边缘向中央伸出8个圆锥状的辐,呈辐射状对称。共有三个结构域:柱状亚单位,腔内亚单位,环状亚单位。中央颗粒:又称中央栓,位于核孔中央,以细纤丝与孔环颗粒及周围孔壁相连。纤维丝:在内、外环带的孔环颗粒上,有直径4~8nm的纤维分别伸向核质与胞质。四、核孔复合体的功能:1.通过核孔复合体的被动扩散:核孔复合体的中心部分是一个圆柱形的亲水通道,其功能直径为9-10nm,长约15nm。实验表明,直径小于9nm,分子量小于5ku的一些离子、水溶性分子可以自由扩散,穿梭于核质之间。⑴亲核蛋白质的核输入:亲核蛋白质:在细胞质内合成,然后输送到细胞核内发挥作用的一类蛋白质。核质蛋白是一种亲核蛋白。核定位信号:亲核蛋白质含有特殊的信号序列(4~8个;富含碱性氨基酸),起到一个“定向”、“定位”的作用,从而保证与之相连的整个蛋白质通过核孔复合体向核内输入,这一特殊的信号序列命名为核定位信号。2.通过核孔复合体的主动运输:亲核蛋白的核输入机制与其他膜性细胞器的蛋白质输入不同,其区别在于:①由可调节大小的、亲水性的核膜孔通道控制,而不是通过一个跨膜的蛋白质载体;②运输过程不切除核定位信号;③蛋白质通过核孔复合体运输时,保持完全折叠的天然构象,而当蛋白质输入其他膜性细胞器时,则必须以非折叠的形式运输。⑵RNA及核糖体亚基的核输出:这些颗粒的直径达15nm,不能通过只有9nm的核孔通道自由扩散。实验:将直径为20nm的胶体金颗粒外包上小的RNA分子,注射到蛙卵的核内,发现它们可以迅速地输出细胞核而进入细胞质内;如果注射到细胞质,则会停留在细胞质内。核内几乎所有产物(mRNA、tRNA、rRNA)都是以核糖核蛋白复合体的形式向核外输出的,但还不清楚输出信号究竟是由RNA还是RNA结合的蛋白质所决定的。染色质与染色体是细胞核内被碱性染料染色的物质,是同一种物质在细胞不同时期的两种表现形式。细胞分裂时具有特定形态结构,称染色体(chromosome)。在细胞间期的存在形式,称染色质(chromatin)一、染色质的结构与染色体的构建1、染色质的基本结构单位——核小体核小体核心颗粒连接部DNA分子:140~160bp,1.75圈组蛋白:2(H2A、H2B、H3、H4)八聚体——核心组蛋白:H1DNA分子:60bpH2BH2BH4球状组蛋白核心DNA双螺旋(140bp、1.75圈)H4H3H3H4H2AH2AH2BH2B连接DNA(60bp)H3H4H3H2AH2A10nmH1H1核小体将DNA分子长度压缩1/7八聚体DNA连接部①一级结构:核小体是染色质的基本组成单位,为染色质的一级结构,10nm。10nm2、染色体构建的四级结构模型染色质电镜图螺线管是染色质的二级结构,6个核小体缠绕一圈形成的中空性管.外30nm;内10nm,组蛋白H1位于螺线管内侧。将串珠状小体长度压缩1/6;DNA分子长度压缩6倍,螺线管即为30nm的染色质纤维。内10nm外30nm组蛋白②二级结构:③三级结构:超螺线管为染色质的三级结构,它是由螺线管进一步盘曲而形成。将螺线管长度压缩39/40。DNA被压缩40倍④四级结构:超螺线管进一步折叠又被压缩4/5~5/6成为四级结构—染色单体。DNA被压缩5倍.(DNA分子长度压缩至1/800~1/10000)。核小体(10nm)染色质的四级结构模型螺线管(30nm)超螺线管(300nm)染色单体压缩6倍压缩40倍压缩5倍DNA压缩10倍组蛋白+一级二级三级四级染色体的支架放射环结构模型染色体支架(非组蛋白)袢环(30nm螺线管)123456789101112131415161718微带一条染色单体约有106个微带染色单体着丝点二、染色质的化学组成染色质DNA蛋白质少量RNA组蛋白:H1、H2A、H2B、H3、H4非组蛋白DNA是染色质的主要组成成分,贮存遗传信息,含量稳定;每条染色体只含1个DNA分子;人类体细胞中有46个DNA分子就有46条细丝——染色质细丝。基因组(genome):一种生物贮存在生殖细胞里的总遗传信息被称为该生物的基因组。人的基因组为:3.2×109bp。1.DNA高度重复序列:百万次,2~300bp,分布在染色体的着丝粒区和端粒区,占DNA的20%以上,构成结构异染色质,一般不转录。中度重复序列:10~105次,300bp,多数是不编码的序列,构成间隔序列,但有一些是有编码功能的基因,如编码rRNA、各种tRNA和组蛋白的基因。单一序列:又称非重复序列。一次,真核生物的绝大多数结构基因(有编码功能的基因)是属于单一序列。真核细胞的DNA序列根据其在基因组中出现的次数不同,可分为3类:2.组蛋白组蛋白的分类H1、H2A、H2B、H3、H4;含量高,组蛋白:DNA1:1种类赖╱精氨酸残基数分子量(ku)保守性存在部位及结构作用H2A1.1712914.0高核心颗粒,包装DNA形成核小体H2B2.5012513.8高核心颗粒,包装DNA形成核小体H30.7213515.3极高核心颗粒,包装DNA形成核小体H40.7910211.3极高核心颗粒,包装DNA形成核小体H122.021523.0低连接线,锁定核小体及参与高一层次的包装一类碱性蛋白,带正电荷;富含赖氨酸和精氨酸;没有种属和组织特异性;在S期合成;与DNA非特异性结合。组蛋白功能:参与染色体的构建;维持染色体结构;抑制DNA的复制和转录。组蛋白:3.非组蛋白酸性蛋白质,带负电荷,富含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸,种类多,具有种属和组织特异性,与DNA特异性结合,在整个细胞周期都能合成。功能1.帮助DNA分子折叠,有利于DNA的复制和转录2.启动基因复制3.控制基因转录,调节基因表达4.RNAtRNA、rRNA、mRNA、hnRNA(核不均一RNA)、snRNA(核内小RNA);含量不到DNA量的10%。这些RNA是染色质中的正常组分还是转录出来的各种RNA的残存,尚有争议。三、常染色质与异染色质间期染色质根据其形态表现和染色性能区分为:1.常染色质:(euchromatin)①结构均一疏松,折叠压缩程度低,染色浅;②分布核中央(间期),分裂期位于染色体臂;③单一和中度重复序列DNA;④在复制行为上,早复制、晚聚缩;⑤具有转录活性。2、异染色质(heterochromatin)①结构紧密,折叠压缩程度高,着色深;②间期位于核的边缘,分裂期位于着丝粒、端粒或在染色体臂的常染色质之间;③由高度重复DNA序列构成;④在复制行为上,晚复制、早聚缩;⑤无转录活性。3.兼性异染色质:巴氏小体(失活的X染色体)巴氏小体某些细胞类型或在一定的发育阶段,原来的常染色质凝缩,并丧失基因转录活性,变为异染色质。如女性XX,胚胎16天前为常染色质,16天后其中一条X染色质由常染色质异固缩为X染色质(兼性异染色质)(性别鉴定)常染色质异染色质染色单体主缢痕(初缢痕)次缢痕着丝粒短臂(p)长臂(q)主要成分蛋白质含高度重复DNA外层中层内层纺锤体微管姐妹染色单体着丝点(动粒)随体常染色质区异染色质区1.染色体各部的主要结构四、染色体的结构和特征主缢痕:在两条染色单体相连处,染色体上出现的一个向内凹陷的缢痕,称为主缢痕。着丝粒:指主缢痕处两条染色单体相连的中心部位,其染色质为结构异染色质,由富含高度重复序列的DNA构成。着丝点(动粒):是主缢痕处两条染色单体的外侧表层部位的特殊结构,为染色体的运动中心,也是微管组织中心之一。⑴着丝粒(centromere)与动粒(kinetochore):⑶次缢痕(secondaryconstriction):除主缢痕外,在染色体上的浅染缢缩部位。⑵染色体臂(chromosomearm):着丝粒处将每个染色体(或染色单体)明显区分开的两段,叫染色体的臂。有长臂(q)和短臂(p)之分。⑷核仁组织区(nucleolarorganizingregion,NOR):位于染色体的次缢痕部位,但并非所有次缢痕都是核仁组织区;人类的核仁组织区位于13、14、15、21和22号染色体的次缢痕上;染色体核仁组织区是rRNA基因所在部位,在细胞周期的间期,由核仁组织区形成核仁。⑸端粒(telomere):是真核生物染色体末端的特殊结构。人类染色体末端普遍存在端粒结构。端粒的生物学作用:维持染色体结构的稳定性,防止染色体降解或端间融合,保证染色体末端的完全复制及参与其在核内的空间排布。人类染色体端粒由一种“TTAGGG”DNA重复序列组成,这段特殊的DNA序列由端粒酶合成。端粒酶是一种自带RNA引物的逆转录酶。端粒酶的存在可使染色体末端得以完全复制,保持端粒的长度不变。端粒若缩短至某一极限长度,DNA损伤即将发生时,细胞自身的检测系统激活,启动终止细胞分裂的信号,细胞周期阻滞。端粒进一步丢失,直到发生DNA损伤,出现染色体融合、细胞危机,大部分细胞因为端粒太短而失去了功能以至死亡,只有极少细胞因为激活了端粒酶而发生逃逸,成为永生化细胞。⑺染色体带(chromosomebanding):染色体的特定部位用一定的显带技术处理后,各条染色体沿其长轴显示出宽窄和亮度不同的带纹。⑹随体(Satellite):指位于某些染色体末端的球形或棒状的染色体节段,通过次缢痕区与染色体主体部分相连。复制源序列(replicationoriginsequence)——DNA复制的起点确保chr在细胞膜周期中能够自我复制着丝粒序列(centromeresequence)——确保chr在cell分裂时能被平均分配到两个cell中去端粒序列(telomeresequence)——保证染色体的独立性和遗传稳定性2.染色体DNA关键序列染色体DNA功能序列核型是指一个体细胞中全部染色体,按其形态结构顺序排列构成的图像。核型分析是在对染色体进行测量计算的基础上,根据各染色体相对恒定的形态特征,进行分组、排列、配对并进行形态分析的过程。3.人类的正常核型正常男性:46,XY正常女性:46,XX正常人体细胞染色体带型模式图蛋白质:80%RNA:10%DNA:8%(rRNA基因)核仁的化学成分一、核仁的超微结构仁核纤维中心致密纤维成分颗粒成分核仁基质非膜性结构1.核仁的纤维中心核仁周围染色质:包围在核仁周围的染色质,高度螺旋,属异染色质。核仁内染色质:伸入核仁内的染色质,处于非螺旋状态,属常染色质,载有rRNA基因(rDNA)此段DNA称核仁组织区(NOR)它是形成核仁的部位。核膜核仁含有rDNA的10个伸展的间期染色体袢环进入核仁机械剪切分离的含有不完整染色体袢环的核仁2.致密纤维结构是核仁超微结构中电子密度最高的部分。呈环形或半月形包围浅染区的核仁内染色质,通常由致密的纤维构成,见不到颗粒。
本文标题:第八章细胞核.
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