第八章細胞核

1、第八章第八章 細胞核細胞核核核 膜膜核核 仁仁染色質染色質核基質核基質細胞核細胞核 (nucleus)核纖層核纖層淋巴細胞淋巴細胞紅細胞紅細胞核質比：核質比：細胞核與細胞質的細胞核與細胞質的體積體積比；比；可隨成熟而變化可隨成熟而變化中性粒細胞中性粒細胞單核細胞單核細胞核膜核膜（nuclear membranenuclear membrane）又稱為）又稱為核被膜核被膜（nuclear nuclear envelopeenvelope）由）由單位膜構成。結構成分與內質網相似，如單位膜構成。結構成分與內質網相似，如均含有卵磷脂和腦磷脂。均含有卵磷脂和腦磷脂。第一節(jié)第一節(jié) 核被膜核被膜面向細胞質，

2、與面向細胞質，與粗面內質網粗面內質網相相連續(xù)，其外表面附著有連續(xù)，其外表面附著有核糖體核糖體，能進行蛋白質的合成，可看成能進行蛋白質的合成，可看成是內質網在局部的特化。是內質網在局部的特化。一、外核膜一、外核膜 面向核基質，其內表面附著一層電子密度高的纖維狀面向核基質，其內表面附著一層電子密度高的纖維狀蛋白網，稱為蛋白網，稱為核纖層核纖層。外表面無核糖體附著。外表面無核糖體附著。又稱又稱核周間隙核周間隙，是內外核膜之間的腔隙，寬，是內外核膜之間的腔隙，寬20-40nm20-40nm，與與糙面內質網腔相通糙面內質網腔相通; ;是細胞質與細胞核之間物質交流的是細胞質與細胞核之間物質交流的重要通道之

3、一，內含多種蛋白質和酶。重要通道之一，內含多種蛋白質和酶。 二、內核膜二、內核膜三、核間隙三、核間隙 真核細胞的核膜上均分布有核孔，它是內外核膜融合產生的真核細胞的核膜上均分布有核孔，它是內外核膜融合產生的圓環(huán)狀結構，是圓環(huán)狀結構，是“核核質質”物質交換物質交換的通道。的通道。 核孔數目和分布與細胞種類及生理狀態(tài)有關。核孔數目和分布與細胞種類及生理狀態(tài)有關。四、核孔四、核孔抽提后核孔抽提后核孔胞質面胞質面的結構的結構抽提后核孔抽提后核孔核質面核質面的結構的結構在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形“捕魚籠捕魚籠”模型模型核孔復合體核孔復合體 (nuclear po

4、re complex)定義定義功能功能1 1. 允許水溶性物質通過允許水溶性物質通過；2 2.選擇性運輸大分子物質。選擇性運輸大分子物質。結構結構核孔及其周圍由一組蛋白顆粒以特定方式排列而形成的復雜結構。核孔及其周圍由一組蛋白顆粒以特定方式排列而形成的復雜結構。朝向胞質面并與外核膜相連的朝向胞質面并與外核膜相連的胞質環(huán)胞質環(huán)。胞。胞質環(huán)上有條細長的纖維；質環(huán)上有條細長的纖維； 朝向細胞核基質并與內核膜相連的朝向細胞核基質并與內核膜相連的核質環(huán)核質環(huán)，核質環(huán)上條纖維在末端形成小環(huán)，構成籃核質環(huán)上條纖維在末端形成小環(huán)，構成籃網狀結構稱為網狀結構稱為核籃核籃。位于核孔中央的顆粒狀的位于核孔中央的顆粒

5、狀的中央栓中央栓。位于核孔內把胞質環(huán)、核內環(huán)和中央環(huán)連位于核孔內把胞質環(huán)、核內環(huán)和中央環(huán)連接在一起的接在一起的輪輻輪輻。親核蛋白有選擇地通過核孔復合體親核蛋白有選擇地通過核孔復合體核定位信號核定位信號(nuclear localization signal，NLS) 典型的典型的NLSNLS由由4-84-8個氨基酸組成，富含堿性氨基酸殘，如個氨基酸組成，富含堿性氨基酸殘，如LysLys、ArgArg，及，及ProPro。 NLSNLS的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列（如的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列（如T T抗原），也可以分成兩段抗原），也可以分成兩段，兩段之間間隔約，兩段之間間隔約

6、1010個氨基酸殘基（如核質蛋白）。個氨基酸殘基（如核質蛋白）。 NLSNLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導完成核輸入后并序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導完成核輸入后并不被切除不被切除，而成為蛋白質的永久結構成分。而成為蛋白質的永久結構成分。 核定位信號發(fā)生突變或缺失會導致親核蛋白積累在細胞質中；核定位信號發(fā)生突變或缺失會導致親核蛋白積累在細胞質中； 如果將如果將NLSNLS與非親核蛋白質融合，反而可使這種蛋白質被輸入到細胞核內。與非親核蛋白質融合，反而可使這種蛋白質被輸入到細胞核內。 由此可見，由此可見，NLSNLS是蛋白質入核所必須的關鍵序列。是蛋白質入核所必須的關鍵序列。核

7、膜的主要功能核膜的主要功能1 1、穩(wěn)定細胞核形態(tài)和成分。、穩(wěn)定細胞核形態(tài)和成分。2 2、區(qū)域化作用：將核物質與細胞質物質隔開，保證、區(qū)域化作用：將核物質與細胞質物質隔開，保證遺傳物質的穩(wěn)定、遺傳信息的準確傳遞和高效表達。遺傳物質的穩(wěn)定、遺傳信息的準確傳遞和高效表達。3 3、控制細胞核與細胞質的物質交換，無機離子和小、控制細胞核與細胞質的物質交換，無機離子和小分子物質可自由通過，大分子和顆粒物質通過核孔分子物質可自由通過，大分子和顆粒物質通過核孔復合體以主動運輸方式通過。復合體以主動運輸方式通過。4 4、在細胞分裂中參與染色體的定位與分離、在細胞分裂中參與染色體的定位與分離5 5、參與合成生物大

8、分子，如抗體、膜蛋白、脂質等、參與合成生物大分子，如抗體、膜蛋白、脂質等。 是附著于內核膜的纖維狀蛋白網，在哺乳動物及鳥類是附著于內核膜的纖維狀蛋白網，在哺乳動物及鳥類細胞中由細胞中由4 4種蛋白質構成：種蛋白質構成： 核纖層為核膜和染色質提供結構支架。核纖層為核膜和染色質提供結構支架。lamina A、 lamina B1、lamina Clamina B2、一、核纖層一、核纖層 （nuclear lamina）第二節(jié)第二節(jié) 核纖層和核骨架核纖層和核骨架定義定義 ：間期細胞核中除間期細胞核中除核膜核膜、染色質染色質和和核仁核仁以外的由非組蛋白組成的以外的由非組蛋白組成的纖維網架結構，在結構上

9、與核孔復合體、核纖層、核仁等結構有纖維網架結構，在結構上與核孔復合體、核纖層、核仁等結構有密切聯系，又稱密切聯系，又稱核基質核基質。二、核基質二、核基質 (nuclear matrix)功能功能1 . 1 . 真核細胞染色體的空間構建；真核細胞染色體的空間構建；3 . 3 . 與與DNADNA的復制、損傷修復有關；的復制、損傷修復有關；2 . 2 . 核基質與基因表達調控有關；核基質與基因表達調控有關；4 . 4 . 與與RNARNA轉錄及轉錄后的加工、運輸有關。轉錄及轉錄后的加工、運輸有關。5 . 5 . 與細胞分化有關。與細胞分化有關?；瘜W成分化學成分蛋白質蛋白質（90% 90% ）：）：

10、少量少量RNARNA和和DNADNA主要為纖維蛋白，包括主要為纖維蛋白，包括核基質蛋白核基質蛋白和和核基質結合蛋白核基質結合蛋白。染色質是指間期細胞核內能被染色質是指間期細胞核內能被堿性染料堿性染料著色的物質。著色的物質。細網狀，不規(guī)則形態(tài)細網狀，不規(guī)則形態(tài)高度凝縮，條棒狀高度凝縮，條棒狀（間期）（間期）染色質染色質(chromatin)(chromatin)螺旋化螺旋化染色體染色體(chromosome)(chromosome)（分裂期）（分裂期）去螺旋去螺旋染色質和染色體是同一種物質在不同細胞時相表現出的不同形態(tài)。染色質和染色體是同一種物質在不同細胞時相表現出的不同形態(tài)。第三節(jié)第三節(jié) 染色

11、質和染色體染色質和染色體染色質染色質D N A D N A 1 1少量少量RNA 0.1RNA 0.1組組 蛋蛋 白白 1 1非組蛋白非組蛋白 0.60.61、DNA DNADNA是染色質中重要的化學成分，是遺傳信息的攜帶者。真是染色質中重要的化學成分，是遺傳信息的攜帶者。真核細胞中每一條染色體都由一個線性的核細胞中每一條染色體都由一個線性的DNADNA分子組成。分子組成。染色體染色體DNADNA要完成復制，必須包含要完成復制，必須包含3 3個特殊序列：個特殊序列：復制起始點序列復制起始點序列著絲粒序列著絲粒序列端粒序列端粒序列一、染色質的化學組成及種類一、染色質的化學組成及種類（一）染色質的

12、化學組成（一）染色質的化學組成2、組蛋白、組蛋白 (histone)是真核細胞中特有的成分，屬是真核細胞中特有的成分，屬堿性蛋白堿性蛋白，分子內富含堿性氨基酸，分子內富含堿性氨基酸，大量的正電荷使其與帶負電荷的大量的正電荷使其與帶負電荷的DNADNA分子緊密結合。分子緊密結合。 核小體組蛋白核小體組蛋白（H2A、H2B、H3、H4）H1組蛋白組蛋白進化上高度保守，作用是將進化上高度保守，作用是將DNA盤繞形盤繞形成核小體。成核小體。進化上不保守，與染色質高級結構的構建有關。進化上不保守，與染色質高級結構的構建有關。組蛋白合成于細胞周期的組蛋白合成于細胞周期的S期（合成期期（合成期），與），與D

13、NA的合成同時進行。的合成同時進行。根據在組裝形成染色質中的作用不同，可分為兩大類：根據在組裝形成染色質中的作用不同，可分為兩大類：3、非組蛋白、非組蛋白酸性蛋白酸性蛋白，富含天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。，富含天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。功能：功能：1. 1. 參與染色體的構建參與染色體的構建2. 2. 啟動基因復制啟動基因復制3. 3. 調控基因轉錄調控基因轉錄4、RNA 含量很低。含量很低。染染 色色 質質 異染色質異染色質 常染色質常染色質高度螺旋和盤曲、染色深、功能不活躍，高度螺旋和盤曲、染色深、功能不活躍，分為分為結構異染色質結構異染色質、兼性異染色質兼性異染色質。解螺旋的細纖維

14、絲、染色淺、解螺旋的細纖維絲、染色淺、功能功能活躍?；钴S。二、染色質的種類二、染色質的種類異染色質異染色質(heterochromatin)(heterochromatin)結構異染色質結構異染色質 (constitutive heterochromatin) (constitutive heterochromatin) 在所有細胞類型的全部發(fā)育階段均處于永久凝集狀態(tài)。在所有細胞類型的全部發(fā)育階段均處于永久凝集狀態(tài)。兼性異染色質兼性異染色質(facultative heterochromatin)(facultative heterochromatin)在某些細胞類型或一定的發(fā)育階段呈凝集狀態(tài)

15、的異染在某些細胞類型或一定的發(fā)育階段呈凝集狀態(tài)的異染色質，如色質，如X X染色體隨機失活。又稱功能性異染色質。染色體隨機失活。又稱功能性異染色質。 異染色質化可能是關閉基因活性的一種途徑異染色質化可能是關閉基因活性的一種途徑 X X（常染色質）（常染色質） 常染色質和異染色質的化學本質相同，只是染色常染色質和異染色質的化學本質相同，只是染色質的不同存在狀態(tài)而已。在一定條件下，兩者可質的不同存在狀態(tài)而已。在一定條件下，兩者可以相互轉化。以相互轉化。例如：哺乳類雌性動物性染色體例如：哺乳類雌性動物性染色體XXXX，其中一條，其中一條為常染色質，另一條為異染色質。為常染色質，另一條為異染色質。巴氏小

16、體巴氏小體相同點：相同點：X X（異染色質）（異染色質）常染色質常染色質異染色質異染色質細胞核內的位置細胞核內的位置細胞核中央細胞核中央間期細胞核被膜的內間期細胞核被膜的內表面附近表面附近螺旋化程度螺旋化程度解旋的細纖維絲，電鏡解旋的細纖維絲，電鏡下呈淺亮區(qū)下呈淺亮區(qū)螺旋纏繞緊密，電鏡螺旋纏繞緊密，電鏡下呈粗大顆粒下呈粗大顆粒含含DNADNA序列和功能序列和功能含單一和中度重復序列含單一和中度重復序列的的DNADNA，可復制和轉，可復制和轉錄，功能活躍錄，功能活躍與組蛋白結合緊密，與組蛋白結合緊密，很少轉錄，功能靜止很少轉錄，功能靜止復制時間復制時間S S期早期、中期期早期、中期S S期晚期期

17、晚期分裂期位置分裂期位置染色體的兩臂染色體的兩臂染色體的著絲粒、端染色體的著絲粒、端粒或在染色體臂的常?；蛟谌旧w臂的常染色質之間染色質之間不同點：不同點：染色質的四級結構染色質的四級結構（多級螺旋模型）（多級螺旋模型）（一）一級結構：（一）一級結構： 核小體核小體(nucleosome) (nucleosome) 是染色質的基本結構是染色質的基本結構單位，為染色質的一級結構，單位，為染色質的一級結構， 11nm11nm。由DNA（200bp200bp）和組蛋白組蛋白組成的珠狀珠狀結構三、染色質的結構與組裝三、染色質的結構與組裝球狀組蛋白核心球狀組蛋白核心H4DNADNA雙螺旋雙螺旋 H3H4

18、H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B連接連接DNADNA（5060bp5060bp） H1 H1核小體核小體組蛋白核心：組蛋白核心：DNADNA雙螺旋：雙螺旋：2(H2(H2 2A A、H H2 2B B、H H3 3、H H4 4) )八聚體八聚體 140-160140-160bpbp、繞組蛋白核心、繞組蛋白核心1.751.75圈圈核小體核小體DNADNA分子繞在組蛋白核心外，分子繞在組蛋白核心外，其長度壓縮了其長度壓縮了7 7倍倍。（一）一級結構：（一）一級結構：螺線管螺線管是染色質的二級結構。是染色質的二級結構。每每6 6個個核小體纏繞一核小體纏繞一圈形成

19、的中空管狀結構。圈形成的中空管狀結構。 外外3030nm; nm; 內內1010nm, nm, 組蛋組蛋白白H H1 1位于螺旋管內側。位于螺旋管內側。 內內10nm10nm 外外30nm30nmH H1 1組蛋白組蛋白從核小體串到螺線管，從核小體串到螺線管，DNADNA分子長度被壓縮了分子長度被壓縮了6 6倍倍。（一）二級結構：（一）二級結構：3 .3 .三級結構三級結構4 .4 .四級結構四級結構從螺線管到超螺線管，從螺線管到超螺線管，DNADNA分子長度被壓縮了分子長度被壓縮了4040倍倍左右。左右。從超螺線管到染色單體，從超螺線管到染色單體，DNADNA分子長度被壓縮了至少分子長度被壓

20、縮了至少5 5倍倍。 超螺線管超螺線管為染色為染色質的三級結構，它是由螺線管質的三級結構，它是由螺線管進一步盤曲而形成。進一步盤曲而形成。 400nm400nm1160m1160m的超螺線管進一步盤繞的超螺線管進一步盤繞折疊至折疊至210 m210 m，就形成了分裂，就形成了分裂中期的中期的染色單體染色單體。經過染色體的四級結構，經過染色體的四級結構，DNADNA分子長度壓縮了分子長度壓縮了 近近1000010000倍。倍。 染色質與染色體是同一物質在不同染色質與染色體是同一物質在不同時期的表現形式。時期的表現形式。四、染色體四、染色體染色單體染色單體主縊痕（初級縊痕）主縊痕（初級縊痕）次縊痕

21、次縊痕著絲粒著絲粒短臂短臂（p p）長臂長臂（q q）含高度重復含高度重復DNADNA隨體隨體常染色質區(qū)常染色質區(qū)異染色質區(qū)異染色質區(qū)端粒端粒（一）染色體的形態(tài)特征（一）染色體的形態(tài)特征1 1、中期染色體的形態(tài)結構、中期染色體的形態(tài)結構次縊痕：次縊痕：在某些染色體上除主縊痕外的另一個染色較淺的縊痕部位稱在某些染色體上除主縊痕外的另一個染色較淺的縊痕部位稱為為次縊痕次縊痕，常存在于近端著絲粒染色體的短臂上，與核仁的形成有關。常存在于近端著絲粒染色體的短臂上，與核仁的形成有關。隨體：隨體：與次縊痕相連的球形與次縊痕相連的球形或棒狀小體?；虬魻钚◇w。端粒：端粒：染色體末端的特化部位。染色體末端的特化

22、部位。外層外層中層中層內層內層動粒動粒動粒：動粒：是兩條染色單體外表面在主縊痕處的特殊附加結是兩條染色單體外表面在主縊痕處的特殊附加結構，為染色體的運動中心，是紡錘絲著力的部位。構，為染色體的運動中心，是紡錘絲著力的部位。主縊痕（初級縊痕）主縊痕（初級縊痕）紡錘體動粒微管紡錘體動粒微管2.2.染色體的類型染色體的類型中著絲粒染色體中著絲粒染色體亞中著絲粒染色體亞中著絲粒染色體亞端著絲粒染色體亞端著絲粒染色體中中部部亞亞中中部部近近端端部部端端部部隨體隨體著著絲絲粒粒p pq qp pq q次縊痕次縊痕（根據著絲粒在染色體中的位置）（根據著絲粒在染色體中的位置）端著絲粒染色體端著絲粒染色體人類正

23、常體細胞染色體中只包含前三種類型的染色體。人類正常體細胞染色體中只包含前三種類型的染色體。2n=462n=46人類生殖細胞（單倍體）：人類生殖細胞（單倍體）：人類體細胞（二倍體）：人類體細胞（二倍體）：4444條（條（2222對）對）常染色體常染色體2 2條條 性染色體性染色體男性：男性：XYXY女性：女性：XXXXn=23n=232222條條常染色體常染色體1 1條條 性染色體性染色體精子：精子：X X 或或 Y Y卵子：卵子：X X核核 型：型： (karyotype)(karyotype)根據染色體的相對大小，著絲粒的位置，臂的長短，隨體的有無等特征，根據染色體的相對大小，著絲粒的位置，

24、臂的長短，隨體的有無等特征，把某種生物體細胞中的全套染色體按一定順序分組排列起來，就構成了把某種生物體細胞中的全套染色體按一定順序分組排列起來，就構成了這一物種的核型這一物種的核型。（二）基因組與核型（二）基因組與核型基因組基因組 (genome) (genome) 生物體內生物體內單倍單倍染色體組成叫做生物體的基因組，染色體組成叫做生物體的基因組，它代表了一個生物體染色體中儲存的全部遺傳信息。它代表了一個生物體染色體中儲存的全部遺傳信息。染色體顯帶技術染色體顯帶技術是染色體顯出明暗不同的帶紋，從而區(qū)分單一染色體。是染色體顯出明暗不同的帶紋，從而區(qū)分單一染色體。幫助闡明某些疾病的遺傳機制。幫助

25、闡明某些疾病的遺傳機制。急性粒細胞白血病急性粒細胞白血病 正常人正常人(nucleolus)第四節(jié)第四節(jié) 核仁核仁化學成分化學成分蛋白質蛋白質 ：80%80%R N A : 11%R N A : 11% D N A : 8% D N A : 8% 脂類脂類 : : 微量微量一、核仁的化學組成一、核仁的化學組成核仁的核仁的超微結構超微結構核仁相隨染色質核仁相隨染色質纖維結構纖維結構顆粒成分顆粒成分核仁基質核仁基質二、核仁的超微結構二、核仁的超微結構（一）核仁相隨染色質（一）核仁相隨染色質核仁內染色質是電鏡下淺染的低電子密度區(qū)域，核仁內染色質是電鏡下淺染的低電子密度區(qū)域，rDNArDNA上含有成串

26、的上含有成串的rRNArRNA基因，基因，rDNArDNA通過高速轉錄，可產生通過高速轉錄，可產生rRNArRNA，進而在組成、形成核仁的過程中發(fā)揮作用，稱為，進而在組成、形成核仁的過程中發(fā)揮作用，稱為核仁組織者核仁組織者。核仁相隨染色質核仁相隨染色質核仁周圍染色質：核仁周圍染色質：包圍在核仁周圍的染色質，屬包圍在核仁周圍的染色質，屬異染色質異染色質。核仁內染色質：核仁內染色質：伸入核仁內的染色質，載有伸入核仁內的染色質，載有rRNA基因（基因（rDNA）,屬屬常染色質常染色質。核膜核膜核仁核仁含有含有rDNArDNA的的1010個染色質袢環(huán)伸個染色質袢環(huán)伸入到核仁中入到核仁中 核仁組織區(qū)核仁

27、組織區(qū)是存在于特定染色體的次縊痕部位，含有是存在于特定染色體的次縊痕部位，含有rDNArDNA的染色質絲的染色質絲（袢環(huán)），在間期核中，它們伸入到核仁內參與核仁的組（袢環(huán)），在間期核中，它們伸入到核仁內參與核仁的組成，故稱為成，故稱為核仁組織區(qū)核仁組織區(qū) 。 人類人類rDNArDNA位于位于5 5對近端著絲粒染色體上，即第對近端著絲粒染色體上，即第 1313、1414、1515、2121、2222號染色體號染色體。 （二）纖維結構（二）纖維結構 是核仁內電子密度最高的區(qū)域，是核仁內電子密度最高的區(qū)域，緊密排列的原纖維細絲組成直徑緊密排列的原纖維細絲組成直徑510nm510nm的纖維，位于淺染區(qū)的周的纖維，位于淺染區(qū)的周圍，主要成分是圍，主要成分是rRNArRNA和蛋白質。和蛋白質。（三）顆粒成分（三）顆粒成分 呈致密的顆粒，是成熟的呈致密的顆粒，是成熟的核糖體亞單位的前體顆粒核糖體亞單位的前體顆粒，多位于核仁的外周。多位于核仁的外周。（四）核仁基質（四）核仁基質 稱核仁基質或核仁骨架，由蛋白質所組成的、無定形的液體物質，稱核仁基質或核仁骨架，由蛋白質所組成的、無定形的液體物質，電子密度低，前述幾種核仁結構均懸浮于其中。電子密度低，前述幾種核仁結構均懸浮于其中。二、核仁周期二、核仁周期核仁周期：核仁周期： 核仁隨細胞周期的進行而呈現周期性變化核仁隨細胞