细胞生物学细胞核

医学细胞生物学（MedicalCellBiology)第八章细胞核（nucleus）第一节核膜第二节染色质和染色体第三节核纤层和核骨架第四节核仁第五节细胞核的功能第六节细胞核与疾病•细胞核概述•形态：多为圆形、卵圆形，少数为不规则形。•数目：通常一个，成熟红细胞（0）、肝细胞、心肌细胞（1-2）、破骨细胞（数百个）•大小：核质比(NP)=细胞核体积(N)/细胞质体积(P).正常细胞NP≈0.5，分裂期细胞NP0.5，衰老细胞NP0.5。•结构：①核膜②染色质和染色体③核基质④核仁第一节核膜(nuclearmembrane)•核膜是双层膜结构。蛋白质:20多种，占65-75%。与内质网相似。脂类：与内质网相似。一、核膜的主要化学成分核膜核仁染色质核基质二、核膜的超微结构核膜的结构和功能二、核膜的超微结构1.外核膜与内质网相通外表附有核糖体颗粒2.内核膜内侧连有核纤层3.核周间隙4.核孔三、核孔复合体与核质间的运输核孔核膜的结构和功能•内外核膜融合而成•一般3000-4000个。•细胞核活动旺盛的细胞较多，反之较少。核孔复合体核孔复合体的功能：参与核质间的物质运输。电镜下的核孔复合体胞质颗粒胞质环核质环中央栓辐核纤层胞质纤维由四个部分组成(nuclearporecomplex，NPC)胞质环核质环辐中央栓TheNuclearPoreNuclearfacebasketinnercomplex三、核纤层（nuclearlamina）（一）核纤层的结构1.位于核膜内层。由核纤层蛋白构成纤维网状结构。2.核纤层蛋白（lamin）中间纤维蛋白，A、B、C三种类型。核膜的结构和功能核纤层（nuclearlamina）1.与核膜的重建及染色质凝集有关lamin磷酸化→lamin解聚→核膜崩解2.为核被膜提供支架，与细胞核构建有关（二）核纤层功能：3.参与DNA的复制和基因的表达。核膜的结构和功能四、核膜的主要功能核被膜的结构和功能㈠区域化作用㈡合成生物学大分子㈢控制细胞核与细胞质间的物质流和信息流第二节染色质与染色体（Chromatin&chromosome）染色质：是间期细胞核中伸展开的DNA蛋白质纤维。染色体：细胞分裂期，染色质组装成在光镜下可见的棒状或点状结构。染色质和染色体是同种物质在不同时期的不同表现形式一、染色质与染色体的主要化学组成组成：DNA、组蛋白占98%，非组蛋白和RNA少量。（一）DNA染色质的主要成分，遗传信息的载体。每条未复制的染色体由一条DNA分子构成。1.组蛋白（histone）•特点：带正电荷，属碱性蛋白。•种类：①核小体蛋白：H2A、H2B、H3、H4；②连接蛋白：H1（具有种属和组织特异性）。•功能：①参与染色体的构建，维持染色体结构；②抑制DNA的复制和转录。（二）组蛋白和非组蛋白一、染色质与染色体的主要化学组成（三）组蛋白和非组蛋白2.非组蛋白（non-histone）一、染色质与染色体的主要化学组成•带负电荷，属酸性蛋白质•数量少，种类多，具有种属和组织特异性•非组蛋白中含有很多种酶•功能：①参与染色体的构建②启动基因复制③调控基因转录二、染色质(chromatin)常染色质(euchromatin)（伸展染色质、功能性染色质）位于核的内部、结构疏松、染色浅、具有转录活性。异染色质(heterochromatin)（浓缩染色质、非功能性染色质）位于核的边缘、螺旋化程度高、染色深、转录功能不活跃。常染色质异染色质二、染色质(chromatin)二、染色质(chromatin)结构异染色质：在整个细胞周期中都处于凝缩状态的染色质。多位于着丝粒区和端粒区，不具有转录活性。兼性异染色质：在特定细胞的一定发育阶段具有凝缩状态的染色质。如X染色质。异染色质类型：•雌性哺乳动物细胞中•异固缩化的X染色体。•人的胚胎发育到16天后出现。barrbody巴氏小体（barrbody）染色质常染色质与异染色质的比较相同点：①基本结构单位-脱氧核糖核酸；②与组蛋白结合；③双螺旋结构。不同点：①分布②染色③结构④转录活性⑤复制时间⑥功能三、染色体的构建•将DNA分子长度压缩7倍。（一）一级结构——核小体(nucleosome)10nm球状组蛋白核心H4DNA双螺旋(146bp、1¾圈)H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm连接DNA（50-60bp）H1H1核小体核心部连接部DNA分子：140-160bp、1.75圈组蛋白：H1DNA分子：50~60bp核小体组蛋白：2(H2A、H2B、H3、H4)八聚体核小体(nucleosome)外30nm内10nm组蛋白（二）二级结构——螺线管•6个核小体缠绕一圈形成的中空管，将串珠状小体长度压缩6倍。三、染色体的构建（三）三级结构——超螺线管•超螺线管是由螺线管进一步盘曲而形成。=400nm将螺线管长度压缩40倍。•超螺旋管进一步折叠又被压缩5倍。成为四级结构—染色单体。DNA分子共压缩8000~10000倍。（四）四级结构——染色单体三、染色体的构建一级结构——核小体，压缩7倍•二级结构——螺线管，压缩6倍•三级结构——超螺线管，压缩40倍•四级结构——染色单体，压缩5倍•DNA共压缩8000~10000倍。染色质的四级结构•染色体结构的“袢环”模型：•①2nm的双螺旋DNA。•②10nm核小体。•③6个核小体围成一圈的螺旋，直径30-50nm。•④由螺线管形成DNA复制环。⑤每18个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带。•约106微带沿纵轴排列形成染色体单体。染色体骨架-放射环模型四、染色体（chromosome）•结构：主缢痕、染色体臂着丝粒、着丝点次缢痕、随体端粒1.中期染色体的形态结构2009诺贝尔医学与生理学奖(2009.10.5)杰克·绍斯塔克JackW.Szostak美国哈佛医学院遗传学系伊丽莎白·布莱克本ElizabethH.Blackburn加州大学旧金山分校生化与生物物理学系卡萝尔·格雷德CarolW.Greider约翰-霍普金斯医学院分子生物学与遗传学系四、染色体(chromosome)2.染色体类型：中央着丝粒染色体：着丝粒位于总轴4/8-5/8；亚中央着丝粒染色体：着丝粒位于总轴5/8-6/8；近端着丝粒染色体：着丝粒位于总轴7/8-末端。中央着丝粒亚中央着丝粒近端着丝粒•形态：间期细胞核内，圆球形。•数目：一般1~2个，有的3~5个。•特点：蛋白质合成旺盛细胞核仁大、数目多，反之核仁小或缺如。分裂前期消失，末期重现。第三节核仁(nucleolus)一、核仁的形态、结构和化学组成（一）核仁的形态蛋白质：80％，组蛋白、非组蛋白、核糖体蛋白及酶类。rRNA：10%，45S、28S、18S、5.8SDNA：8%，rDNA脂类：微量（二）核仁的化学组成核仁的形态、结构和化学组成纤维中心颗粒成分致密纤维组分（三）核仁的超微结构（三）核仁的超微结构（一）纤维中心(fibrillarcenter)rDNA。13、14、15、21、22号10条染色体存在rRNA基因，转录rRNA，形成核仁，称核仁组织者(nucleolarorganizer)。形成核仁组织区。（二）致密纤维组分(densefibrillarcomponent)（三）颗粒成分(granularcomponent)由RNA和蛋白质组成的核糖体前体物质。（四）核仁相随染色质核仁周围染色质(NAC)：异染色质。核仁内染色质(INC)：常染色质，载有rDNA（一）是rRNA合成的中心（二）是rRNA加工成熟的区域和核糖体大小亚基装配的工厂二、核仁的功能核仁在核糖体大小亚基装配中的作用核仁周期：核仁随细胞周期的进行而呈现的周期性变化（形成和消失）。间期细胞有1~2个或多个核仁。分裂期染色质浓缩、rRNA合成停止，rDNA袢环逐渐缩回到染色体，核仁缩小继而消失。细胞分裂期后末期核仁组织者染色体解旋，rDNA伸展成袢样，在酶的作用下合成rRNA，经积累和包装rDNA袢环周围又组建成新的核仁。核仁(有)核仁(消失)核仁(再现)三、核仁周期（nucleolarcycle）第四节核骨架（nuclearskeleton）一、概念核骨架又称核基质（nuclearmatrix）是细胞核内以非组蛋白为主的纤维网架结构。二、化学组成核基质蛋白和核基质结合蛋白等多种蛋白质组成。1.是DNA复制的支架。2.是基因转录加工、RNA合成的场所。3.与染色体的构建和核的重建有关。4.与细胞分化有关。5.与病毒在宿主细胞内DNA复制、基因转录有关。6.在肿瘤发生过程中起一定作用。癌基因表达在核骨架上进行。二.功能核骨架（nuclearskeleton）第五节细胞核的功能遗传信息的储存、复制和转录第六节细胞核与病变•病变引起的细胞核改变癌细胞：高核质比、核结构异形、染色质凝聚、核孔增多等。•染色体异常与肿瘤的关系癌细胞：染色体结构改变染色体数目改变退出本章重点1、细胞核的超微结构。2、核膜的结构和功能。3、核孔复合体、核纤层的结构和功能；4、染色质和染色体的概念、化学组成、包装过程（四级结构）。常染色质与异染色质的异同。5、核仁周期、核仁的超微结构和功能