第十章細(xì)胞核

●核被膜

●染色質(zhì)或染色體

●核骨架

●核仁細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)：

內(nèi)核膜、外核膜和核周隙三部分構(gòu)成。特點(diǎn)：第一節(jié)核被膜與核孔復(fù)合體一、核被膜是雙層膜結(jié)構(gòu)（一）結(jié)構(gòu)圖12-3核被膜的結(jié)構(gòu)

核纖層：（二）核纖層核纖層的作用：●保持核的形態(tài)：●參與染色質(zhì)和核膜的組裝和崩解：圖12-4核纖層結(jié)構(gòu)

有絲分裂過(guò)程中核被膜的降解與重組裝

核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex，NPC）：在核孔上鑲嵌著一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。（三）核孔復(fù)合體1.結(jié)構(gòu)模型（fish-trap結(jié)構(gòu)）

①胞質(zhì)環(huán)：②核質(zhì)環(huán)：③中央栓（中央顆粒）：④輻：核孔邊緣伸向核孔中央的突出物圖12-4抽提后核孔胞質(zhì)面的結(jié)構(gòu)圖12-5抽提后核孔核質(zhì)面的結(jié)構(gòu)

圖12-6核孔結(jié)構(gòu)模型2.核孔復(fù)合體的功能（雙功能性、雙向性）：

被動(dòng)運(yùn)輸①被動(dòng)運(yùn)輸

①親核蛋白與NLS受體（二聚體）結(jié)合形成轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物②轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物與NPC胞質(zhì)環(huán)上的纖維結(jié)合③纖維向核彎曲，轉(zhuǎn)運(yùn)器構(gòu)象發(fā)生改變貨物通過(guò)④貨物受體復(fù)合體與Ran-GTP結(jié)合，釋放出貨物⑤與Ran-GTP結(jié)合的importinβ輸出細(xì)胞核⑥importinα在核內(nèi)exportin的幫助下運(yùn)回細(xì)胞質(zhì)（圖12-8）核定位信號(hào)（NLS）：→親核蛋白向細(xì)胞核的輸入的主動(dòng)運(yùn)輸：

②主動(dòng)運(yùn)輸Normalpyruvate

kinase:incytosolChimeric

pyruvate

kinasecontainingSV40NLS:innucleusNLSarepresentonlyinnuclearproteinsAtypicalNLScontainsseveralconsecutivebasicaminoacids(thepositivelychargedAa:Lys,Arg)Wild-type:T-antigeninnucleusMutant-type:T-antigenincytosol圖12-8核質(zhì)素輸入細(xì)胞核的過(guò)程

RNP的蛋白質(zhì)具有核輸出信號(hào)（nuclearexportsignal,NES）（12-9）?！鷮?duì)RNA分子和RNP顆粒核輸出的主動(dòng)運(yùn)輸?shù)诙?jié)染色質(zhì)一、化學(xué)組成（一）DNA單一序列、中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序列1.DNA類(lèi)型：染色質(zhì)：2.DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)型

A、B和Z型①非組蛋白具有多樣性與異質(zhì)性

②能識(shí)別特異的DNA序列，識(shí)別和結(jié)合靠氫鍵和離子鍵。③幫助DNA分子折疊，有利于DNA的復(fù)制和基因的轉(zhuǎn)錄，協(xié)助啟動(dòng)DNA復(fù)制，控制基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)基因表達(dá)（二）組蛋白H2A、H2B、H3、H4和H1。（三）非組蛋白1.非組蛋白（序列特異性DNA結(jié)合蛋白）的特性：Histones:

ThemostabundantproteinsassociatedwitheukaryoticDNARichinpositivelychargedbasicaminoacids,whichinteractwiththenegtivelychargedphosphategroupsinDNATheaminoacidsequencesofhistonesH2A,H2B,H3,H4areremarkablysimilaramongdistantlyspecies

→α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式

→鋅指模式

→亮氨酸拉鏈模式

→螺旋-環(huán)-螺旋模式

→

HMG框模式

2.序列特異性DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)模式：α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋基序鋅指結(jié)構(gòu)基序亮氨酸拉鏈基序幾種主要序列特異性DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)特征１.核小體是染色質(zhì)的基本單位的證據(jù)：●溫和的方法處理（圖８-１)●用非特異性微球菌核酸酶處理●應(yīng)用射線(xiàn)、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)●用SV40微小染色體技術(shù)二、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位－核小體圖８-１30nm和1０nm染色質(zhì)纖維①每個(gè)核小體單位包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白核心和一個(gè)組蛋白H1②由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒③DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被組蛋白H1鎖合④相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線(xiàn)DNA。⑤DNA與組蛋白不是特異結(jié)合，而是結(jié)構(gòu)性的

⑥核小體沿ＤＮＡ的定位受不同因素的影響２.核小體的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)

圖12-11）：Histone

octamer:(H2A-H2B)-(H3-H4)-(H3-H4)-(H2A-H2B)WhereisthehistoneH1?H1moleculesareassociatedwiththelinkerregion.146+15~50bplinkerDNA200bpDNADigestedbriefly:H1+Octamer+200bpDNADigestedlonger:Octamer+146bpH1isreleased核小體的結(jié)構(gòu)

1.核小體(10nm)2.螺線(xiàn)管(30nm)3.超螺線(xiàn)管

(0.4um)4.染色單體（2-10um）

從核小體開(kāi)始到染色體,DNA總共壓縮:

壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍

DNA→核小體→螺線(xiàn)管-→超螺線(xiàn)管-→染色單體三、染色體的包裝（一）染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型圖8-2核小體和螺線(xiàn)管的結(jié)構(gòu)

（二）染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型圖8-3染色體的包裝方式

Hela細(xì)胞去除組蛋白的中期染色體電鏡照片

→

DNA包裝比約為1000～2000分之一

→單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA

→并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性,常染色質(zhì)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件

三、異染色質(zhì)和常染色質(zhì)

在間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)（圖12-14）1.常染色質(zhì)：2.特征：①多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色體臂②高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成

③遺傳惰性

④晚復(fù)制早聚縮；⑤參與染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成。3.異染色質(zhì)在間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于緊縮狀態(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色深的那些染色質(zhì)。

★結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的特征：★兼性異染色質(zhì)：某些細(xì)胞類(lèi)型或一定發(fā)育階段，原來(lái)的常染色質(zhì)聚縮并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性圖8-4異染色質(zhì)（核內(nèi)深染部分）和常染色質(zhì)（核內(nèi)淺染部分）

圖8-5熒光原位雜交顯示的著絲粒衛(wèi)星DNA女性細(xì)胞中的巴氏小體四、染色體結(jié)構(gòu)（一）染色體形態(tài)和結(jié)構(gòu)1.染色體：是細(xì)胞在有絲分裂時(shí)遺傳物質(zhì)存在的特定形式，是間期細(xì)胞染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密包裝的結(jié)果。2.核仁組織區(qū)（nucleolarorganizingregions,NORs）：是核糖體RNA基因所在的區(qū)域，其精細(xì)結(jié)構(gòu)呈燈刷狀。是染色體端部的特化部分（圖8-6），其生物學(xué)作用在于維持染色體的穩(wěn)定性。3．隨體：指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過(guò)次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。4．端粒：

染色體各部分的名稱(chēng)

核仁組織者中心形成核仁圖8-6熒光原位雜交顯示的端粒（上）和端粒序列（下）

（二）著絲粒的結(jié)構(gòu)1.著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域：2.中央結(jié)構(gòu)域：3.配對(duì)結(jié)構(gòu)域：圖12-20著絲粒的3個(gè)結(jié)構(gòu)域著絲粒的結(jié)構(gòu)圖12-21著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域2.染色體3個(gè)元件及功能：①自主復(fù)制DNA序列(ARS)：是DNA復(fù)制的起點(diǎn)②著絲粒DNA序列(CEN)：其功能是參與形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離③端粒DNA序列(TEL)：穩(wěn)定遺傳人工酵母染色體（YＡＣ）端粒DNA的復(fù)制人工酵母染色體（三）核型與帶型低滲處理，秋水仙素處理以及血細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。1、核型

是細(xì)胞分裂中期染色體特征的總和，包括染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征等方面。2、核型分析：

對(duì)染色體急性測(cè)量計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分組、排隊(duì)、配對(duì)并進(jìn)行形態(tài)分析的過(guò)程。3、核型的模式圖將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按其特征描制下來(lái)，在按其長(zhǎng)短、形態(tài)等特征排列起來(lái)的圖像

4、染色體分帶技術(shù)是經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對(duì)染色體進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶的方法5、分帶技術(shù)可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是產(chǎn)生的染色帶分布在整條染色體如：G（圖12-23）、Q（圖12-24）和R帶富含AT亮帶富含CG暗帶另一類(lèi)是局部性的顯帶，它只能使少數(shù)特定的區(qū)域顯帶如：C（圖12-25）、T和N帶圖12-23人類(lèi)G帶核型，G帶顯示的是染色體上富含AT的區(qū)域圖12-24人類(lèi)Q帶核型，Q帶顯示的帶紋與G帶相似

圖12-25人類(lèi)C帶核型，C帶顯示的是著絲粒異染色質(zhì)①體積巨大②多線(xiàn)性③體細(xì)胞聯(lián)會(huì)，形成一個(gè)染色體④橫帶紋⑤膨突和環(huán)，

（五）幾類(lèi)特殊的染色體1、多線(xiàn)染色體

1881年意大利的Balbiani發(fā)現(xiàn)于雙翅目搖蚊幼蟲(chóng)的唾腺細(xì)胞，植物胚珠細(xì)胞。特點(diǎn)：果蠅唾腺細(xì)胞全套多線(xiàn)染色體圖12-26唾腺染色體

1.由兩條同源染色體組成，每條同源染色體含2條染色單體。

2.軸上有一些染色粒，代表染色質(zhì)緊密螺旋化的部位

3.兩條染色單體向兩邊伸出許多側(cè)環(huán)側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域。2．燈刷染色體

這種染色體最早發(fā)現(xiàn)于魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)和爬行類(lèi)卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的雙線(xiàn)期，雙線(xiàn)期是卵黃合成的旺盛期

→特點(diǎn)：圖12-27燈刷染色體第三節(jié)核仁一、核仁結(jié)構(gòu)1.纖維中心(FC)

是被致密纖維包圍的一個(gè)或幾個(gè)低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶和rDNA，這些rDNA是裸露的分子。2.致密纖維組分(DFC)

呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，是新合成的RNP（指結(jié)合蛋白質(zhì)的rRNA），轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處3.顆粒組分(GC)由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP。4.核仁相隨染色質(zhì)圖12-28核仁結(jié)構(gòu)二、核仁的功能（一）rRNA基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)和組織特征（二）rRNA前體的加工（三)核糖體亞單位的裝配rDNA沒(méi)有組蛋白核心，是裸露的DNA節(jié)段，兩個(gè)相鄰基因之間為一段非轉(zhuǎn)錄的間隔DNA（圖12-29），rRNA首先出現(xiàn)在纖維部，而后轉(zhuǎn)向顆粒部。2.纖維部的纖維狀物質(zhì)是新合成的45SrRNA，它與蛋白質(zhì)形成RNP復(fù)合體，45SrRNA甲基化以后經(jīng)RNA酶裂解為2個(gè)分子，18SrRNA和32SrRNA，后者再裂解為28SrRNA的5.8SrRNA。3.5SrRNA的基因并不定位在核仁上，通常定位在常染色體，5SrRNA合成后被轉(zhuǎn)運(yùn)至核仁區(qū)參與大亞基的裝配。

圖12-29rRNA的轉(zhuǎn)錄圖12-30核糖體的組裝

第五節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄一、活性染色質(zhì)及其主要特征

1.活性染色質(zhì)具有DNaseI

超敏感部位

2.活性染色質(zhì)在生化上具有特殊性

二、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄

疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成

染色質(zhì)的區(qū)間性

染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄

（一）疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成DNA局部結(jié)構(gòu)的改變與核小體相位的影響 當(dāng)調(diào)控蛋白與染色質(zhì)DNA的特定位點(diǎn)結(jié)合時(shí)， 染色質(zhì)易被引發(fā)二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變；進(jìn)而引起其 它的一些結(jié)合位點(diǎn)與調(diào)控蛋白的結(jié)合。 核小體通常定位在DNA特殊位點(diǎn)而利于轉(zhuǎn)錄組蛋白的修飾 組蛋白的修飾改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，直接或間接 影響轉(zhuǎn)錄活性 組蛋白賴(lài)氨酸殘基乙?；╝cetylation），影響轉(zhuǎn)錄HMG結(jié)構(gòu)域蛋白的影響 HMG結(jié)構(gòu)域可識(shí)別某些異型的DNA結(jié)構(gòu)，與DNA

彎折和DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)（二）染色質(zhì)的區(qū)間性基因座控制區(qū)（locuscontrolregion,LCR） 染色體DNA上一種順式作用元件，具有穩(wěn)定 染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的功能； 與多種反式因子的結(jié)合序列可保證DNA復(fù)制 時(shí)與啟動(dòng)子結(jié)合的因子仍保持在原位。隔離子（insulator） 防止處于阻遏狀態(tài)與活化狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 域之間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)向兩側(cè)擴(kuò)展的染色質(zhì)DNA

序列，稱(chēng)為隔離子。 作用：作為異染色質(zhì)定向形成的起始位點(diǎn)； 提供拓?fù)涓綦x區(qū)（三）染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄的模板不是裸露的DNA，染色質(zhì)是否處于活化狀態(tài)是決定轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄的“核小體犁”（nucleosomeplow）假說(shuō)

第五節(jié)核基質(zhì)核基質(zhì)(核骨架)：為真核細(xì)胞核內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是除核被膜、染色質(zhì)、核纖層及核仁以外的核內(nèi)網(wǎng)架體系。

（一）核基質(zhì)的組成1.組成：①非組蛋白性纖維蛋白，核骨架碎片中還存在三種支架蛋白（SCⅠ、SCⅡ、SCⅢ)，SCⅡ、Ⅲ的功能尚不明確，SCⅠ是DNA拓樸異構(gòu)酶Ⅱ②少量RNA和DNA③少量磷脂和糖類(lèi)2.特點(diǎn)：核骨架纖維粗細(xì)不等，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與核纖層，與核孔復(fù)合體相接，將染色質(zhì)和核仁網(wǎng)絡(luò)在其中。核骨架-核纖層-中間纖維三者相互聯(lián)系形成一個(gè)貫穿于核、質(zhì)間的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（二）核骨架的功能

DNA是以復(fù)制環(huán)的形式錨定在核骨架上的，核骨架上有DNA復(fù)制所需要的酶，如：DNA聚合酶α、DNA引物酶、DNA拓樸異構(gòu)酶II等，DNA的自主復(fù)制序列（ARS）也是結(jié)合在核骨架上。1.為DNA的復(fù)制提供支架2.是基因轉(zhuǎn)錄加工的場(chǎng)所

RNA的轉(zhuǎn)錄同樣需要DNA錨定在核骨架上才能進(jìn)行，核骨架上有RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)，使之固定于核骨架上，RNA的合成是在核骨架上進(jìn)行的。新合成的RNA也結(jié)合在核骨架上并在這里進(jìn)行加工和修飾。3.與染色體構(gòu)建有關(guān)一般認(rèn)為核骨架與染色體骨架為同一類(lèi)物質(zhì)，30nm的染色質(zhì)纖維就是結(jié)合在核骨架上，形成放射環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，在分裂期進(jìn)一步包裝成光學(xué)顯微鏡的染色體（圖12-31）圖12-31染色質(zhì)結(jié)合在核骨架/染色體骨架上1.選擇素（selectin）屬

A.親同性CAMB.親異性CAM2.細(xì)胞粘附分子

A.都是跨膜糖蛋白B.多為單次跨膜蛋白C.都依賴(lài)鈣離子

D.胞外區(qū)為肽鏈的N端部分，帶有糖鏈，負(fù)責(zé)與配體的識(shí)別

E.胞質(zhì)區(qū)為肽鏈的C端部分，與質(zhì)膜下的骨架成分直接相連3.化學(xué)突觸（synapsis）

A.是存在于可興奮細(xì)胞間B.其作用是通過(guò)釋放神經(jīng)遞質(zhì)來(lái)傳導(dǎo)興奮

C.突觸后膜內(nèi)有許多囊泡，稱(chēng)突觸小泡，內(nèi)含神經(jīng)遞質(zhì)4.胞間連絲中的連絲小管（desm