醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)課件-2

1、第六章 細(xì)胞核第1頁(yè)，共57頁(yè)。教學(xué)目的和要求1.掌握核膜、核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)模型2.掌握染色質(zhì)與染色體的化學(xué)組成、構(gòu)建過(guò)程3.掌握核仁的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，核纖層的功能第2頁(yè)，共57頁(yè)。核 膜核 仁染色質(zhì)核基質(zhì)間期細(xì)胞核第3頁(yè)，共57頁(yè)。外核膜內(nèi)核膜核孔核周間隙一、核膜 在電鏡下，核膜由內(nèi)外層核膜、核周隙、核孔復(fù)合體和核纖層等結(jié)構(gòu)組成。第4頁(yè)，共57頁(yè)。與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，表面有核糖體附著，被認(rèn)為是粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的特化區(qū)域。胞質(zhì)面附著有中間纖維和微管等細(xì)胞骨架成分，與細(xì)胞核定位有關(guān)。1、外核膜第5頁(yè)，共57頁(yè)。核質(zhì)面附著有致密的核纖層纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2、內(nèi)核膜位于內(nèi)外膜之間； 隙寬：20-40nm；充滿液態(tài)

2、物質(zhì)，為各種蛋白質(zhì)和酶。此間隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有臨時(shí)通道，可進(jìn)行核質(zhì)物質(zhì)交換。3、核周間隙第6頁(yè)，共57頁(yè)。 內(nèi)外核膜的融合之處形成環(huán)狀開口，稱為核孔。核孔并非簡(jiǎn)單孔洞，而是由核孔復(fù)合體（nuclear pore complex,NPC）構(gòu)成。4、核孔復(fù)合體一般哺乳動(dòng)物細(xì)胞平均有3000個(gè)核孔。細(xì)胞核活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)如fish-trap。 第7頁(yè)，共57頁(yè)。核孔復(fù)合體“捕魚籠式結(jié)構(gòu)”胞質(zhì)環(huán)核質(zhì)環(huán)輻中央栓核籃第8頁(yè)，共57頁(yè)。胞質(zhì)環(huán)：核質(zhì)環(huán) ：輻：包括柱狀亞單位（連接胞質(zhì)、核質(zhì)環(huán)）、 腔內(nèi)亞單位（核孔邊緣向核周質(zhì)）、 環(huán)帶亞單

3、位（向核孔中心）。中央顆粒（塞子）：中央栓胞質(zhì)環(huán)輻核孔復(fù)合體“捕魚籠式結(jié)構(gòu)”第9頁(yè)，共57頁(yè)。柱狀亞單位：位于核孔邊緣，連接胞質(zhì)環(huán)與核質(zhì)環(huán)，起到支撐核孔的作用；腔內(nèi)亞單位：穿過(guò)核膜伸入核周間隙，起錨定作用；環(huán)狀亞單位：在柱狀亞單位內(nèi)側(cè)靠近核孔中央，是核-質(zhì)交換的通道輻第10頁(yè)，共57頁(yè)。核質(zhì)環(huán)（nuclear ring）：位于核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)邊緣核質(zhì)面一側(cè)的孔環(huán)狀結(jié)構(gòu),與柱狀亞單位相連，在環(huán)上也對(duì)稱分布8條纖維伸向核內(nèi)，纖維末端形成一個(gè)由8個(gè)顆粒組成的小環(huán),構(gòu)成捕魚籠似的結(jié)構(gòu) ，稱“核籃”。胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmic ring）：位于核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)邊緣胞質(zhì)面一側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu),與柱狀亞單位相連，

4、環(huán)上對(duì)稱分布8條短纖維，并伸向細(xì)胞質(zhì) 。第11頁(yè)，共57頁(yè)。 核纖層廣泛分布于高等真核細(xì)胞中，在細(xì)胞核中編織成纖維網(wǎng)絡(luò)狀，襯于內(nèi)層核膜下面， 在細(xì)胞核外與中間纖維相連，構(gòu)成貫穿于細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，整體觀呈球形網(wǎng)絡(luò)，切面觀呈片層結(jié)構(gòu)。 5、核纖層第12頁(yè)，共57頁(yè)。二、 染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)（chromatin）： 是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)的存在形式，由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA等構(gòu)成的細(xì)絲狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。 形態(tài)不規(guī)則，彌散分布于細(xì)胞核內(nèi)。染色體（chromosome）： 是細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過(guò)程中，染色質(zhì)復(fù)制后反復(fù)纏繞凝聚而成的條狀或棒狀結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)與染色體是遺傳物質(zhì)在細(xì)胞周

5、期不同階段的不同存在形式。第13頁(yè)，共57頁(yè)。由：DNA、組蛋白、非組蛋白、少量的RNA組成的無(wú)定型復(fù)合物。比例：1:1:(1-1.5):0.05。（一）染色質(zhì)和染色體的化學(xué)組成成分第14頁(yè)，共57頁(yè)。1、DNA染色質(zhì)中的DNA是遺傳信息的載體。真核細(xì)胞每條未復(fù)制的染色體均由一條線性DNA分子構(gòu)成。一個(gè)真核細(xì)胞單倍染色體組中所含的全部遺傳信息，叫做基因組（ genome ）。 單一序列和重復(fù)序列 真核細(xì)胞中染色質(zhì)DNA序列可分為單一序列和重復(fù)序列兩大類型，重復(fù)序列又分為中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序列。第15頁(yè)，共57頁(yè)。單一序列（unique sequence ）：結(jié)構(gòu)基因，在基因組中一般只有單一

6、拷貝或少數(shù)幾個(gè)拷貝。 中度重復(fù)序列（middle repetitive sequence ）：多數(shù)不編碼，少數(shù)有編碼功能，如：組蛋白基因。重復(fù)次數(shù)在101105之間，序列長(zhǎng)度由幾百到幾千個(gè)堿基對(duì)（bp）不等。 高度重復(fù)序列（highly repetitive sequence） ：長(zhǎng)度較短，一般為幾個(gè)至幾十個(gè)bp，但重復(fù)拷貝數(shù)超過(guò)105，分布在染色體的端粒、著絲粒區(qū)。 第16頁(yè)，共57頁(yè)。與染色體形成有關(guān)。 染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白 保守的堿性蛋白 五類：H1、H2A、H2B、H3、H4 H1：富含賴氨酸，21.5kD。 有種屬和組織特異性，保守性最小。位于核小體連接部，功能與染色體構(gòu)建有關(guān)。 H

7、2A、H2B：含較多賴氨酸，較保守 H3、H4：含大量精氨酸，非常保守 在細(xì)胞合成周期的“S期”與DNA同時(shí)合成2、組蛋白（histone）第17頁(yè)，共57頁(yè)。染色質(zhì)中除組蛋白以外所有蛋白質(zhì)的統(tǒng)稱。特性： （1）酸性蛋白：含Asn（天冬）、Glu（谷）等，帶負(fù)電;數(shù)量少、種類多，有種屬和組織特異性。在整個(gè)細(xì)胞周期內(nèi)合成。 （2）真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，與基因選擇性表達(dá)有關(guān)；對(duì)DNA的結(jié)構(gòu)域起組織作用。3、非組蛋白第18頁(yè)，共57頁(yè)。 組蛋白與非組蛋白的比較 組蛋白 非組蛋白 堿性蛋白質(zhì) 酸性蛋白質(zhì)(Asp,Glu) 帶正電荷 帶負(fù)電荷 有五種類型 種類繁多（H1、 H3、H4、H2A、H2B）（有5

8、00多種） 在S期合成 在整個(gè)周期中均能合成 抑制DNA的轉(zhuǎn)錄 促進(jìn)DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄 氨基酸序列保守第19頁(yè)，共57頁(yè)。常染色質(zhì)異染色質(zhì)（二）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)間期染色質(zhì)按其染色特性和形態(tài)特征分兩類：常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。第20頁(yè)，共57頁(yè)。常染色質(zhì)enchromatin（伸展染色質(zhì) 、功能性染色質(zhì)）：無(wú)明顯螺旋和盤曲、染色淺、功能上活躍。多在S期的早、中期復(fù)制。第21頁(yè)，共57頁(yè)。異染色質(zhì)是間期核中處于功能惰性呈凝縮狀態(tài)染色質(zhì)纖維無(wú)轉(zhuǎn)錄活性，用堿性染料染色時(shí)著色較深的染色質(zhì)組分。多位于核周近核膜處。第22頁(yè)，共57頁(yè)。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)：在所有細(xì)胞類型及各發(fā)育階段中均處于凝集狀態(tài)。兼性異染色質(zhì)：是在

9、某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，原有的常染色質(zhì)凝聚并喪失轉(zhuǎn)錄活性后轉(zhuǎn)變而成的異染色質(zhì)，可轉(zhuǎn)化為常染色質(zhì)。巴氏小體第23頁(yè)，共57頁(yè)。X染色質(zhì)X染色質(zhì)數(shù)目X染色體數(shù)1第24頁(yè)，共57頁(yè)。（二）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)常染色質(zhì)異染色質(zhì)螺旋纏繞程度螺旋程度低，呈疏松的纖維狀螺旋程度高，呈團(tuán)塊狀間期染色深度染色淺染色深間期核中的分布主要分布于核中央主要分布于核周邊轉(zhuǎn)錄活性轉(zhuǎn)錄活性高轉(zhuǎn)錄活性低復(fù)制時(shí)間S期的早、中期S晚期第25頁(yè)，共57頁(yè)。人體的一個(gè)細(xì)胞核中有23對(duì)染色體，每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開，平均長(zhǎng)為5cm，核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來(lái)約1.72.0m。nucleosomes (10 nm)conden

10、sed form (30 nm)（三）染色質(zhì)組裝成染色體第26頁(yè)，共57頁(yè)。（三）染色質(zhì)組裝成染色體1、核小體是染色體的基本結(jié)構(gòu)單位 核小體：染色體組裝的一級(jí)結(jié)構(gòu) 200bpDNA + 組蛋白八聚體 將DNA分子長(zhǎng)度壓縮了約7倍第27頁(yè)，共57頁(yè)。球狀組蛋白核心H4DNA雙螺旋(140-160bp、1.75圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm連接DNA（50-60bp） H1 H1核小體核心部連接部DNA分子：140-160bp、1.75圈組 蛋 白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚體組 蛋 白：H1DNA分子：5060bp核小體染色體的

11、一級(jí)結(jié)構(gòu)核小體第28頁(yè)，共57頁(yè)。29 30nm和11nm染色質(zhì)纖維 第29頁(yè)，共57頁(yè)。2、核小體進(jìn)一步螺旋形成螺線管 螺旋管是在組蛋白H1協(xié)助下，6個(gè)核小體纏繞一圈形成的中空性管. 外30nm; 內(nèi)10nm,組蛋白H1位于螺旋管內(nèi)側(cè)。將串珠狀小體長(zhǎng)度壓縮了約6倍；內(nèi)10nm外30nm組蛋白第30頁(yè)，共57頁(yè)。DNAH1組蛋白八聚體螺線管頂面觀（直徑30nm）螺線管側(cè)面觀第31頁(yè)，共57頁(yè)。3、螺線管的進(jìn)一步包裝多級(jí)螺旋化模型（multiple coiling model） 一級(jí)結(jié)構(gòu)核小體；二級(jí)結(jié)構(gòu)螺線管；三級(jí)結(jié)構(gòu)超螺線管（supersolenoid）：由螺線管 進(jìn)一步螺旋化形成的圓筒狀結(jié)構(gòu)

12、 ；四級(jí)結(jié)構(gòu)染色單體（chromatid）：超螺線管進(jìn)一 步螺旋折疊形成。Cell Nucleus關(guān)于螺線管如何進(jìn)一步包裝成染色體，目前有兩種模型：多級(jí)螺旋化模型和染色體骨架-放射環(huán)模型。第32頁(yè)，共57頁(yè)。多級(jí)螺旋化模型 超螺旋管為染色質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)，它是由螺旋管進(jìn)一步盤曲而形成。將螺旋管長(zhǎng)度壓縮了40倍。 四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體, 超螺旋管進(jìn)一步折疊又被壓縮了5倍。 壓縮7倍 壓縮6倍 壓縮40倍 壓縮5倍DNA 核小體 螺線管 超螺線管 染色單體3、螺線管的進(jìn)一步包裝第33頁(yè)，共57頁(yè)。染色質(zhì)組裝的多級(jí)螺旋化模型 Cell Nucleus第34頁(yè)，共57頁(yè)。2.染色體骨架-放射環(huán)模型（scaf

13、fold radial loop structure model）一級(jí)結(jié)構(gòu)核小體；二級(jí)結(jié)構(gòu)螺線管（30nm染色質(zhì)纖維）。袢環(huán)結(jié)構(gòu)染色單體高級(jí)結(jié)構(gòu)Cell Nucleus(三)螺線管的進(jìn)一步包裝螺線管以后的高級(jí)結(jié)構(gòu)由30nm染色質(zhì)纖維折疊成的袢環(huán)構(gòu)成。袢環(huán)沿染色體縱軸由中央向周圍伸出，形成放射環(huán)；每18個(gè)袢環(huán)呈放射狀排列形成微帶（miniband），微帶是染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的組成單位；約106個(gè)徽帶沿縱軸排列形成染色單體。第35頁(yè)，共57頁(yè)。 在染色體中有一個(gè)由非組蛋白構(gòu)成的纖維網(wǎng)架稱為染色體支架 直徑30nm的螺線管一端與支架結(jié)合，另一端向周圍呈環(huán)狀迂回后再回到結(jié)合處，形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)稱為袢環(huán)(每個(gè)

14、袢環(huán)包含核小體315個(gè)） 袢環(huán)（由 30nm螺旋管構(gòu)成）第36頁(yè)，共57頁(yè)。 18個(gè)袢環(huán)沿染色體的縱軸由中央向四周伸出，形成放射環(huán)，稱為微帶。染色體支架（非組蛋白）袢環(huán)123456789101112131415161718微 帶一條染色單體約有106個(gè)微帶。第37頁(yè)，共57頁(yè)。(染色體縱軸或支架)示染色質(zhì)袢環(huán)(染色體縱軸或支架)示染色質(zhì)袢環(huán)第38頁(yè)，共57頁(yè)。DNA核小體螺線管伸展的袢環(huán)濃縮袢環(huán)染色體第39頁(yè)，共57頁(yè)。三、核 仁（nucleolus）核仁：真核細(xì)胞間期細(xì)胞核中最明顯的結(jié)構(gòu)，光鏡下為均勻、海綿狀的球體。數(shù)目：一般12個(gè)，有時(shí)多達(dá)35個(gè)。位置與大小 ：一般蛋白質(zhì)合成旺盛和分裂增殖

15、較快的細(xì)胞有較大和數(shù)目較多的核仁，常趨向核的邊緣。反之核仁很小或缺失。核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。第40頁(yè)，共57頁(yè)。（一）核仁的化學(xué)組成 核仁的化學(xué)成分主要為蛋白質(zhì)，RNA和DNA 。蛋白質(zhì)為核仁的主要成分，占核仁干重的80%，如核糖體蛋白、組蛋白、非組蛋白、DNA蛋白酶、RNA蛋白酶、ATP酶等多種酶系。RNA，約占干重的10%，多與蛋白質(zhì)結(jié)合以核蛋白形式存在。DNA占核仁干重的8%。 第41頁(yè)，共57頁(yè)。 超微結(jié)構(gòu)：海綿狀 核仁染色質(zhì) 纖維成分 顆粒成分 核仁基質(zhì)Cell Nucleus（二）核仁的結(jié)構(gòu)第42頁(yè)，共57頁(yè)。43核仁的結(jié)構(gòu)（1）纖維成分 核仁中央。由蛋白和rRN

16、A所構(gòu)成，交織成海綿狀。 （2）顆粒成分核仁外圍。由纖維轉(zhuǎn)變而來(lái)。是核糖體亞基的前體。第43頁(yè)，共57頁(yè)。44（3）核仁染色質(zhì) 核仁周圍染色質(zhì)（異染質(zhì)為主）核仁內(nèi)染色質(zhì) （常染質(zhì)為主）含rDNA，為核仁組織者。第44頁(yè)，共57頁(yè)。45核仁內(nèi)染色質(zhì)含rDNA* rDNA載有多個(gè)rRNA基因。* 多拷貝基因、串連排列，重復(fù)序列* 轉(zhuǎn)錄 rRNA，核仁形成的關(guān)鍵。* 稱核仁組織區(qū)（NOR） nucleolar organizer region ，第45頁(yè)，共57頁(yè)。核膜核仁含有rDNA的10個(gè)伸展的間期染色體袢環(huán)進(jìn)入核仁中機(jī)械剪切分離的含有不完整染色體袢環(huán)的核仁rDNA是染色體上伸展出的DNA袢環(huán)，

17、每一個(gè)袢環(huán)稱為一個(gè)核仁組織者。人類rRNA基因位于5條染色體上，即13、14、15、21、22號(hào)染色體。 核仁內(nèi)染色質(zhì)含rDNA第46頁(yè)，共57頁(yè)。核仁組織者（區(qū)）Nuclear organizer核仁內(nèi)染色質(zhì)上含有成串的rRNA基因，這個(gè)染色體區(qū)段稱為核仁組織者。它們?cè)陂g期時(shí)相互融合，構(gòu)成的區(qū)域稱為核仁組織者區(qū)(NOR)；在分裂中期時(shí)存在于特定染色體的次縊痕處。 人類的rRNA基因位于13、14、15、21、22號(hào)5對(duì)染色體的端部。第47頁(yè)，共57頁(yè)。NOR有絲分裂時(shí)核仁為什么會(huì)消失?染色質(zhì)第48頁(yè)，共57頁(yè)。492. 核仁的功能 *（1）核仁是rRNA基因轉(zhuǎn)錄和加工的場(chǎng)所*（2）核仁是核糖

18、體亞基裝配的場(chǎng)所 問(wèn)題：在細(xì)胞分裂時(shí)，核仁為何會(huì)消失？第49頁(yè)，共57頁(yè)。50（1）核仁是rRNA基因轉(zhuǎn)錄和加工的場(chǎng)所當(dāng)細(xì)胞需要時(shí)，NOR可利用多拷貝的rRNA基因大量轉(zhuǎn)錄45S的rRNA分子。45S rRNA是核糖體所需RNA的前體，要經(jīng)過(guò)剪切加工成28S、18S、5.8S rRNA。核糖體所需的5S rRNA的基因不在NOR。第50頁(yè)，共57頁(yè)。Cell Nucleus(1)核仁是rRNA基因轉(zhuǎn)錄和加工的場(chǎng)所第51頁(yè)，共57頁(yè)。（2）核仁是核糖體亞基裝配的場(chǎng)所 核糖體大亞基 （60S）28S rRNA5.8S rRNA5S rRNA49種蛋白質(zhì)來(lái)自核仁來(lái)自核仁以外區(qū)域來(lái)自核仁核糖體小亞基 （40S）18S rRNA33種蛋白質(zhì)Cell Nucleus第52頁(yè)，共57頁(yè)。核糖體大、小亞基的組裝第53頁(yè)，共57頁(yè)。四、核仁周期核仁周期（nucleolar cycle）：在進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞中，核仁出現(xiàn)一系列結(jié)構(gòu)與功能的周期性變化。核仁的周期性變化：前期：核仁變小，染色質(zhì)凝集，RNA合成停止；中期和后期：核仁消失；末期：rRNA重新開始合成，形成小核仁；極小的核仁進(jìn)一步合并最終形成核仁。Cell Nucleus第54頁(yè)，共57頁(yè)。核仁的動(dòng)態(tài)變化： 核仁隨細(xì)胞周期的進(jìn)行而呈現(xiàn)周期性變化（形成和消