生物化學(xué)-細(xì)胞核主要版本ppt課件

1、細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器，它是基因復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄的中心，是細(xì)胞生命活動(dòng)的控制中心。細(xì)胞核大多呈球形或卵圓形，但也隨物種和細(xì)胞類型不同而有很大變化。核的大小依物種不同而變化，直徑為1-20微米不等。細(xì)胞核的構(gòu)造組成：核被膜(nuclear envelope)與核孔復(fù)合體(NPC染色質(zhì)chromatin核仁(nucleolus)核基質(zhì)核被膜核被膜(nuclear envelope) 核孔復(fù)合體核孔復(fù)合體nuclear pore complex,NPC 電鏡下，核被膜由內(nèi)外兩層平行但不延續(xù)的單位膜構(gòu)成。構(gòu)造組成： 外核膜outer nuclear membrane，附有核糖體顆粒，常

2、與rER相通連。內(nèi)核膜inner nuclear membrane，有特有的蛋白成份如核纖層蛋白B受體，內(nèi)核膜的內(nèi)外表有一層網(wǎng)絡(luò)狀纖維蛋白質(zhì)，即核纖層nuclear lamina，可支持核膜。核周間隙perinuclear space核孔nuclear pore和核孔復(fù)合體 核被膜的功能： 構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障防止生命活動(dòng)的彼此干擾維護(hù)DNA不受細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械力的損傷核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流 核被膜在細(xì)胞有絲分裂過程中有規(guī)律地解體與重建 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。以非洲爪蟾卵提取物為根底的非細(xì)胞核裝配體系提

3、供了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀：吮荒さ慕怏w與重建的動(dòng)態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子的調(diào)理，調(diào)理作用能夠與核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的 磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。構(gòu)造模型構(gòu)造模型 核孔復(fù)合體成份的研討核孔復(fù)合體成份的研討 核孔復(fù)合體的功能：核孔復(fù)合體的功能： vfish-trap模型模型v從橫向上看，核孔復(fù)合體由周邊向核孔中心依次可分為環(huán)、從橫向上看，核孔復(fù)合體由周邊向核孔中心依次可分為環(huán)、輻、栓三種構(gòu)造亞單位；輻、栓三種構(gòu)造亞單位；v從縱向上看，核孔復(fù)合體由核外胞質(zhì)面向核內(nèi)核質(zhì)從縱向上看，核孔復(fù)合體由核外胞質(zhì)面向核內(nèi)核質(zhì)面依次可分為胞質(zhì)環(huán)、輻十栓、核質(zhì)環(huán)三種構(gòu)造亞面依次可分為胞質(zhì)環(huán)、輻十栓、核質(zhì)環(huán)三種構(gòu)造亞單位，構(gòu)

4、成單位，構(gòu)成“三明治式的構(gòu)造。三明治式的構(gòu)造。v胞質(zhì)環(huán)胞質(zhì)環(huán)cytoplasmic ring，外環(huán)，外環(huán)v核質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)nuclear ring，內(nèi)環(huán)；內(nèi)環(huán)向核內(nèi)伸入一小環(huán)，內(nèi)環(huán)；內(nèi)環(huán)向核內(nèi)伸入一小環(huán)，即核藍(lán)即核藍(lán)nuclear basket。v輻輻spokev柱狀亞單位柱狀亞單位column subunitv腔內(nèi)亞單位腔內(nèi)亞單位(luminal subunit)v環(huán)帶亞單位環(huán)帶亞單位annular subunitv中央栓中央栓central plug：transporterl核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其總相對(duì)分子質(zhì)量約為125106，推測(cè)能夠含有100余種不同的多肽，共1 000多個(gè)蛋白質(zhì)分

5、子。 lgp210：構(gòu)造性跨膜蛋白 l介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的銜接，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) lp62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能構(gòu)造域l能夠在核孔復(fù)合體功能活動(dòng)中直接參與核質(zhì)交換。親核蛋白親核蛋白karyophilic protein在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需求或可以進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揚(yáng)功能的在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需求或可以進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揚(yáng)功能的一類蛋白質(zhì)一類蛋白質(zhì)核定位信號(hào)核定位信號(hào) (nuclear localization signal，NLS)NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段，富是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段，富含堿性

6、氨基酸殘基，如含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，此外還常含有，此外還常含有Pro。NLS的氨基酸殘基片段可以是一段延續(xù)的序列的氨基酸殘基片段可以是一段延續(xù)的序列T抗原，抗原，也可以分成兩段，兩段之間間隔約也可以分成兩段，兩段之間間隔約10個(gè)氨基酸殘基核質(zhì)個(gè)氨基酸殘基核質(zhì)蛋白。蛋白。NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指點(diǎn)完成核輸序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指點(diǎn)完成核輸入后并不被切除。入后并不被切除。核質(zhì)蛋白核質(zhì)蛋白nucleoplasmin的入核轉(zhuǎn)運(yùn)的入核轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)合：需結(jié)合：需NLS識(shí)別并結(jié)合識(shí)別并結(jié)合importin；轉(zhuǎn)運(yùn)：需轉(zhuǎn)運(yùn)：需GTP水解提供能量水解提供能量l轉(zhuǎn)錄后的RNA通

7、常需加工、修飾成為成熟的RNA分子后才干被轉(zhuǎn)運(yùn)出核。lRNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子：以RNP的方式分開細(xì)胞核，需求能量；lRNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5s rRNA與 tRNA的核輸出由蛋白質(zhì)介導(dǎo)；lRNA 聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hn RNA，在核內(nèi)進(jìn)展5端加帽和3端附加多聚A序列以及剪接等加工過程，然后構(gòu)成成熟的mRNA出核，5端的m7GpppG “帽子構(gòu)造對(duì)mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)是必要的；lmRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)過程是有極性的，其5端在前，3端在后。l核輸出信號(hào) (Nuclear Export Signal，NES)：RNA分子的出核轉(zhuǎn)運(yùn)需求蛋白分子的協(xié)助，這些蛋白因子本身含有出核信號(hào)。染色質(zhì)的概念及化

8、學(xué)組成染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成 染色質(zhì)的根本構(gòu)造單位染色質(zhì)的根本構(gòu)造單位核小體核小體(nucleosome) 染色質(zhì)包裝的構(gòu)造模型染色質(zhì)包裝的構(gòu)造模型 常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)和異染色質(zhì) 染色質(zhì)概念染色質(zhì)概念 染色體染色體DNA 染色體蛋白質(zhì)染色體蛋白質(zhì) 染色質(zhì)染色質(zhì)chromatin:指間期細(xì)胞核內(nèi)由指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組組成的線性復(fù)合構(gòu)造成的線性復(fù)合構(gòu)造, 是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的方式。是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的方式。染色體染色體(chromosome): 指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中, 由染色質(zhì)聚縮

9、而成由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀構(gòu)造。的棒狀構(gòu)造。染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形狀構(gòu)造變的的形狀構(gòu)造染色質(zhì)與染色體具有根本一樣的化學(xué)組成，但包裝程度不染色質(zhì)與染色體具有根本一樣的化學(xué)組成，但包裝程度不同同,構(gòu)象不同。構(gòu)象不同。l基因組基因組genome l凡是具有細(xì)胞形狀的一切生物其遺傳物質(zhì)都是凡是具有細(xì)胞形狀的一切生物其遺傳物質(zhì)都是DNA。在真核細(xì)胞中，每。在真核細(xì)胞中，每條未復(fù)制的染色體包裝一條條未復(fù)制的染色體包裝一條DNA分子，一個(gè)生物儲(chǔ)存在單倍染色體組中分子，一個(gè)生物儲(chǔ)存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基

10、因組。的總遺傳信息，稱為該生物的基因組。l基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性而添加?；蚪M大小通常隨物種的復(fù)雜性而添加。 lDNA的序列可分為的序列可分為3種類型，即：?jiǎn)我恍蛄?、中度反?fù)序列種類型，即：?jiǎn)我恍蛄小⒅卸确磸?fù)序列101-5和和高度反復(fù)序列高度反復(fù)序列105。lDNA二級(jí)構(gòu)造具有多形性二級(jí)構(gòu)造具有多形性(polymorphism) l染色體具有染色體具有3個(gè)根本元素：個(gè)根本元素：l自主復(fù)制序列自主復(fù)制序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS)，是，是DNA復(fù)制的起點(diǎn)，酵母基因組含復(fù)制的起點(diǎn)，酵母基因組含200-400個(gè)個(gè)ARS，大多數(shù)具有一

11、個(gè)，大多數(shù)具有一個(gè)11bp富含富含AT的一致序列的一致序列ARS consensus sequence, ACS；l著絲粒序列著絲粒序列(centromere DNA sequence,CEN) ，由大量串聯(lián)的反復(fù)序列，由大量串聯(lián)的反復(fù)序列組成，如衛(wèi)星組成，如衛(wèi)星DNA，其功能是參與構(gòu)成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體可，其功能是參與構(gòu)成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體可以準(zhǔn)確地分別；以準(zhǔn)確地分別；l端粒序列端粒序列(telomere DNA sequence,) ，不同生物的端粒序列都很類似，不同生物的端粒序列都很類似，由長(zhǎng)由長(zhǎng)5-10bp的反復(fù)單位串聯(lián)而成，人的反復(fù)序列為的反復(fù)單位串聯(lián)而成，人的反復(fù)序

12、列為GGGTTA。擔(dān)任DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀組蛋白(histone)： 核小體組蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A、H3和H4,協(xié)助DNA卷曲構(gòu)成核小體的穩(wěn)定構(gòu)造H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時(shí)H1起銜接作用, 它賦予染色質(zhì)以極性。特點(diǎn)：真核生物染色體的根本構(gòu)造蛋白，富含帶 正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA嚴(yán)密結(jié)合非特異性結(jié)合；沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上非常保守。 非組蛋白(nonhistone)： 非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性對(duì)DNA具有識(shí)別特異性，又稱序列特異性具有多種功能，包括基因表達(dá)的調(diào)控和染色質(zhì)高級(jí)構(gòu)造的構(gòu)成。

13、主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)主要實(shí)驗(yàn)證據(jù) 核小體構(gòu)造要點(diǎn)核小體構(gòu)造要點(diǎn) l鋪展染色質(zhì)的電鏡察看l未經(jīng)處置的染色質(zhì)自然構(gòu)造為30nm的纖絲，經(jīng)鹽溶液處置后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)10nm串珠狀構(gòu)造 l用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)，部分酶解片段分析結(jié)果l運(yùn)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研討，發(fā)現(xiàn)核小體顆粒是直徑為11nm、高6.0nm的扁園柱體，具有二分對(duì)稱性dyad symmetry，中心組蛋白的構(gòu)成是先構(gòu)成H32H42四聚體，然后再與兩個(gè)H2AH2B異二聚體結(jié)合構(gòu)成八聚體。每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體及一 個(gè)分子H1。組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀中心構(gòu)造。146bp的

14、DNA分子超螺旋環(huán)繞組蛋白八聚體1.75圈, 組蛋白H1在中心顆粒 外結(jié)合額外20bp DNA，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作用。 包括組蛋白H1和166bp DNA的核小體構(gòu)造又稱染色質(zhì)小體。兩個(gè)相鄰核小體之間以銜接DNA 相連，典型長(zhǎng)度60bp，不同物種變化值為080bp。實(shí)驗(yàn)闡明，核小體具有自組裝self-assemble的性質(zhì)。染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型 (multiple coiling model) 染色體的骨架染色體的骨架-放射環(huán)構(gòu)造模型放射環(huán)構(gòu)造模型 (scaffold radial loop structure model) 染色體包裝的不同

15、組織程度染色體包裝的不同組織程度 一級(jí)構(gòu)造：核小體二級(jí)構(gòu)造：螺線管(solenoid)三級(jí)構(gòu)造：超螺線管(supersolenoid) 四級(jí)構(gòu)造：染色單體chromatid 緊縮7倍 緊縮6倍 緊縮40倍 緊縮5倍 DNA核小體螺線管超螺線管染色單體 非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架(chromsomal scaffold)和由骨和由骨架伸出的無數(shù)的架伸出的無數(shù)的DNA側(cè)環(huán)側(cè)環(huán)30nm的染色線折疊成環(huán)的染色線折疊成環(huán), 沿染色體縱軸沿染色體縱軸, 由中央向周圍伸由中央向周圍伸出出,構(gòu)成放射環(huán)。構(gòu)成放射環(huán)。由螺線管構(gòu)成由螺線管構(gòu)成DNA復(fù)制環(huán)復(fù)制環(huán),每每18個(gè)復(fù)制環(huán)呈放射狀平面陳

16、個(gè)復(fù)制環(huán)呈放射狀平面陳列列, 結(jié)合在核基質(zhì)上構(gòu)成微帶結(jié)合在核基質(zhì)上構(gòu)成微帶(miniband)。微帶是染色體。微帶是染色體高級(jí)構(gòu)造的單位高級(jí)構(gòu)造的單位,大約大約106個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。 常染色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin) 指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊緊縮程度低指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊緊縮程度低, 處于伸展形狀典處于伸展形狀典型包裝率型包裝率750倍倍, 用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。常染色質(zhì)是進(jìn)展活潑轉(zhuǎn)錄的部位，呈疏松的環(huán)狀，電鏡下表常染色質(zhì)是進(jìn)展活潑轉(zhuǎn)錄的部位，呈疏松的環(huán)狀，電鏡下表現(xiàn)為淺染。并非一切基因都具

17、有轉(zhuǎn)錄活性現(xiàn)為淺染。并非一切基因都具有轉(zhuǎn)錄活性,常染色質(zhì)形狀只是常染色質(zhì)形狀只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件 異染色質(zhì)異染色質(zhì)(heterochromatin)：指間期細(xì)胞核中指間期細(xì)胞核中, 折疊緊縮程度高折疊緊縮程度高, 處于聚縮形狀，堿性染料處于聚縮形狀，堿性染料染色時(shí)著色較深的染色質(zhì)組分。染色時(shí)著色較深的染色質(zhì)組分。類型類型構(gòu)造異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)構(gòu)造異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)(constitutive heterochromatin) 兼性異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)(facultative heterochromatin) 構(gòu)造異染色質(zhì)，除復(fù)制期以外，在整

18、個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮形狀，構(gòu)成多個(gè)染色中心。 構(gòu)造異染色質(zhì)的特征：在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕 及染色體臂的某些節(jié)段；由相對(duì)簡(jiǎn)單、高度反復(fù)的DNA序列構(gòu)成, 如衛(wèi)星DNA；具有顯著的遺傳惰性, 不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；在復(fù)制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮； 在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段, 原來的常染色質(zhì)聚縮, 并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性, 變?yōu)楫惾旧|(zhì)，如X染色體隨機(jī)失活。 異染色質(zhì)化能夠是封鎖基因活性的一種途徑。 核仁necleolus見于間期的細(xì)胞核內(nèi)，呈圓球形，普通1-2個(gè)，也有多達(dá)3-5個(gè)的。核仁的位置不固定，或位于核中央，或接近內(nèi)核膜，核仁的數(shù)量和大小因細(xì)胞種類和功能

19、而異。核仁的超微構(gòu)造 核仁的功能 核仁周期 ：核仁的動(dòng)態(tài)變化l 核仁沒有界膜包圍，在電子顯微鏡下可識(shí)別出有核仁沒有界膜包圍，在電子顯微鏡下可識(shí)別出有3個(gè)特征性的區(qū)域：個(gè)特征性的區(qū)域：l纖維中心纖維中心(fibrillar centers，F(xiàn)C)：l是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)低電子密度的圓形構(gòu)造，主要成分為是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)低電子密度的圓形構(gòu)造，主要成分為RNA聚聚合酶和合酶和rDNA，這些，這些rDNA是裸露的分子。是裸露的分子。l致密纖維組分致密纖維組分(dense fibrillar component，DFC)：l呈環(huán)形或半月形包圍呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，是

20、新合成的，由致密的纖維構(gòu)成，是新合成的RNP指結(jié)合蛋指結(jié)合蛋白質(zhì)的白質(zhì)的rRNA，轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在，轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與與DFC的交界處。的交界處。l顆粒組分顆粒組分(granular component，GC)：l由直徑由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP。是核糖體亞單位成熟。是核糖體亞單位成熟和儲(chǔ)存的位點(diǎn)。和儲(chǔ)存的位點(diǎn)。 l核仁相隨染色質(zhì)核仁相隨染色質(zhì)(nucleolar associated chromatin) l核仁相隨染色質(zhì)分為兩部分，一部分位于核仁周圍，稱為核仁周染色質(zhì)，屬核仁相隨染色質(zhì)分為兩部分，一部分位于核仁周圍，稱為核仁周染色質(zhì)，

21、屬異染色質(zhì)，一部分位于核仁內(nèi)，為常染色質(zhì)，即核仁組織區(qū)異染色質(zhì)，一部分位于核仁內(nèi)，為常染色質(zhì)，即核仁組織區(qū)NOR，是，是rDNA所在的位置。所在的位置。l核糖體的生物發(fā)生(ribosome biogenesis) 過程包括rRNA的合成、加工和核糖體亞單位的裝配。lrRNA基因轉(zhuǎn)錄的形狀及組織特征 l基因轉(zhuǎn)錄的組織特征： 位于NORs的rDNA是rRNA的信息來源。l基因轉(zhuǎn)錄的形狀特征:“圣誕樹樣構(gòu)造。lrRNA前體的加工 l加工過程l修飾與加工l核糖體亞單位的組裝 核基質(zhì)或核骨架核基質(zhì)或核骨架(nuclear skeleton)的概念的概念狹義概念僅指核基質(zhì)，即細(xì)胞核內(nèi)除了核被膜、核纖層、狹義概念僅指核基質(zhì)，即細(xì)胞核內(nèi)除了核被膜、核纖層、 染色質(zhì)與核仁以外的網(wǎng)架構(gòu)造體系。染色質(zhì)與核仁以外的網(wǎng)架構(gòu)造體系。廣義概念應(yīng)包括核基質(zhì)、核纖層廣義概念應(yīng)包括核基質(zhì)、核纖層(或核纖層或核纖層-核孔復(fù)合體結(jié)核孔復(fù)合體結(jié) 構(gòu)構(gòu)體系體系),以及染色體骨架。以及染色