1細(xì)胞核與染色體 全國(guó)獲獎(jiǎng)

第八章

細(xì)胞核與染色體提要1.核被膜（nuclearenvelope)2.核孔復(fù)合體(nuclearporecomplex)3.染色質(zhì)(chromatin)4.染色體(chromosome)5.核仁(nucleolus)6.核基質(zhì)與核體(nuclearmatrixandnuclearbody)DNA纖維細(xì)胞核外膜內(nèi)膜核被膜核糖體核孔胞質(zhì)溶膠粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)染色質(zhì)核纖層核仁核周隙核周隙第一節(jié)核被膜與核孔復(fù)合體

一、核被膜(nuclearenvelope)

結(jié)構(gòu)組成

功能

核被膜的解體與重建核被膜

核纖層外膜內(nèi)膜光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體核孔復(fù)合體核周隙核仁染色質(zhì)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（一）核被膜的結(jié)構(gòu)

一般結(jié)構(gòu)◆外核膜(Outernuclearmembrane)◆內(nèi)核膜(Innernuclearmembrane)

◆核周間隙(Perinuclearspace，核周池、核周腔)

兩層核膜之間的空隙,寬15-30nm,其中充滿無(wú)定形物質(zhì)

◆核纖層(lamina)

◆核孔(nuclearpore)（二）核被膜的功能

(FunctionsoftheNuclearEnvelope)

◆基因表達(dá)的時(shí)空隔離◆核膜成為保護(hù)性屏障,使核處于一微環(huán)境◆染色體的定位和酶分子的支架◆物質(zhì)運(yùn)輸（三）核被膜的解體與重建新核膜來(lái)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）。核被膜的解體與重建的動(dòng)態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用可能與核纖層蛋白、核孔復(fù)合體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)(魚(yú)籠模型)

◆胞質(zhì)環(huán)(cytoplasmicring),外環(huán)◆細(xì)胞質(zhì)顆粒(cytoplasmicgranular)◆核質(zhì)環(huán)(nucleoplasmicring),內(nèi)環(huán)◆中央栓(centralplug),中央運(yùn)輸?shù)鞍?centraltransporter)◆輻(spoke)

柱狀亞單位(columnsubunit)

腔內(nèi)亞單位(luminalsubunit)

環(huán)帶亞單位(annularsubunit)

◆籠狀體(basket)

二、核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)與功能核纖層環(huán)帶亞單位核糖體胞質(zhì)溶膠錨蛋白纖維狀的籠狀體核孔復(fù)合體內(nèi)膜外膜輻纖維運(yùn)輸?shù)鞍變?nèi)質(zhì)網(wǎng)（一）核孔復(fù)合體模型Modelofthenuclearporecomplex

輻外膜內(nèi)膜核周隙核纖層核籃核質(zhì)環(huán)核膜質(zhì)膜中央運(yùn)輸?shù)鞍装|(zhì)環(huán)質(zhì)膜顆粒核被膜格

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125×106，推測(cè)可能含有100余種不同的多肽，共1000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。

gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白

p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域（二）核孔復(fù)合體成分的研究蛋白名稱對(duì)應(yīng)的NPC結(jié)構(gòu)功能與特性gp210Pom121Nup153

Nup180

Nup155P62

P58P54P45Nup84（大鼠）或Nup88（人）Nup214/CANNup107pNup98pNup155p260/Tpr孔膜區(qū)，跨膜蛋白孔膜區(qū)，跨膜蛋白“fish-trap”

胞質(zhì)環(huán)及其纖維

核質(zhì)面與胞質(zhì)面中央顆粒

胞質(zhì)環(huán)纖維

胞質(zhì)環(huán)纖維能與ConA結(jié)合；N端位于膜間腔，C端將NPC錨定在核膜上。能與WGA結(jié)合；C端有FXFG重復(fù)序列。能與WGA結(jié)合；N端有FXFG重復(fù)序列；具有鋅指結(jié)構(gòu)，能夠結(jié)合DNA（invitro）。不能與WGA結(jié)合；其抗體對(duì)核質(zhì)交換沒(méi)有抑制作用；介導(dǎo)NPC與胞質(zhì)骨架的聯(lián)系。不能與WGA結(jié)合。能與WGA結(jié)合；具有FXFG重復(fù)序列；其抗體對(duì)核質(zhì)交換有抑制作用；能與p58，p54，p45形成p62復(fù)合體；與酵母的Nsp1p同源。具有FG重復(fù)序列；與酵母的Nup49p同源。具有FG重復(fù)序列；與酵母的Nup57p同源。具有FG重復(fù)序列。

能與WGA結(jié)合。酵母的Nup84p同源。具有GLFG重復(fù)序列；與酵母的Nup116p同源。與酵母的Nup170同源。不能與WGA結(jié)合。已知的脊椎動(dòng)物核孔復(fù)合體的蛋白成份簡(jiǎn)表gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，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)在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用在核孔復(fù)合體的核質(zhì)交換功能活動(dòng)中起一定作用p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域疏水性N端區(qū)：可能在核孔復(fù)合體功能活動(dòng)中直接參與核質(zhì)交換C端區(qū)：可能通過(guò)與其它核孔復(fù)合體蛋白相互作用，從而將p62分子穩(wěn)定到核孔復(fù)合體上，為其N端進(jìn)行核質(zhì)交換活動(dòng)提供支持。（三）核孔復(fù)合體的功能

進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸:

包括主動(dòng)運(yùn)輸和被動(dòng)運(yùn)輸被動(dòng)擴(kuò)散依靠能量的運(yùn)輸?shù)鞍仔》肿雍撕丝走\(yùn)輸特點(diǎn)◆被動(dòng)運(yùn)輸◆主動(dòng)運(yùn)輸●信號(hào)引導(dǎo)●雙向性通過(guò)核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁疽鈭D（引自B.Talcott等，1999）

（a）自由擴(kuò)散

（b）協(xié)助擴(kuò)散

（c）信號(hào)介導(dǎo)的核輸入

（d）信號(hào)介導(dǎo)的核輸出核

質(zhì)

素

的

核

定

位

信

號(hào)

及

其

作

用有限的蛋白水解尾部頭部具放射活性的核質(zhì)蛋白膠金體具放射活性的頭部具放射活性的尾部尾部包裹的肢體金顆粒顯微注射進(jìn)爪卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)放射自顯影檢測(cè)電鏡檢測(cè)攝入細(xì)胞核滯留在細(xì)胞質(zhì)中攝入細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞孔通過(guò)核孔攝入細(xì)胞核醞釀（四）

核蛋白運(yùn)輸機(jī)制

基本概念

◆親核蛋白(nuclearprotein)：在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì)

◆核定位信號(hào)(nuclearlocalizationsignals,NLS)：

具有定向、定位作用的特殊氨基酸系列

NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段， 富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，此外還常含有Pro。

NLS的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列（T抗原），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)蛋白）。

NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導(dǎo)完成核輸入后并 不被切除。

NLS只是親核蛋白入核的一個(gè)必要條件而非充分條件

◆核輸出信號(hào)(nuclearexportsignals,NES）◆輸入蛋白(importin)：僅有核定位信號(hào)的蛋白質(zhì)自身不能通過(guò)核孔復(fù)合體，它必須與水溶性的NLS受體結(jié)合才可穿過(guò)NPC，這種受體稱為輸入蛋白。

◆輸出蛋白(exportin)：存在于細(xì)胞核中，能夠識(shí)別輸出信號(hào)并與之結(jié)合的蛋白質(zhì)。第二節(jié)染色質(zhì)(chromatin)●染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成

●染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位—核小體(nucleosome)

●染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型●常染色質(zhì)和異染色質(zhì)一、染色質(zhì)的概念◆染色質(zhì)(Chromatin):指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu),是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式◆染色體(chromosome):指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過(guò)程中,

由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)◆染色體與染色質(zhì)比較

●在化學(xué)本質(zhì)上沒(méi)有差異●在構(gòu)型上不同●是遺傳物質(zhì)在細(xì)胞周期不同階段的不同表現(xiàn)形式。二、染色質(zhì)DNA基因組（genome）：一個(gè)生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組。

基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性而增加基因組中兩類遺傳信息

編碼序列調(diào)控序列物種 基因組大小平均基因長(zhǎng)（bp）基因數(shù)目大腸桿菌4.2×106bp，1.2Kb 約2350酵母1.3×107bp1.4Kb約6100果蠅1.4×108bp11.3Kb約8750

人3×109bp16.3Kb約125000幾種生物基因組比較DNA分子一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性非重復(fù)序列DNA(單一序列或1-5個(gè)拷貝)中度重復(fù)DNA序列（拷貝數(shù)在10個(gè)以上的序列稱為重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)在102-105為中度重復(fù)序列） 短散在重復(fù)元件（shortinterspersedelements，SINEs） 長(zhǎng)散在重復(fù)元件（longinterspersedelements，LINEs） 在物種進(jìn)化過(guò)程中是基因組中可移動(dòng)的遺傳元件，并且 影響基因表達(dá)。高度重復(fù)DNA序列（重復(fù)次數(shù)在105以上） 衛(wèi)星DNA（satelliteDNA），主要分布在染色體著絲粒部位；

小衛(wèi)星DNA（minisatelliteDNA），又稱數(shù)量可變的的串聯(lián)重復(fù) 序列，常用于DNA指紋技術(shù)（DNAfinger-printing）作個(gè)體鑒定；

微衛(wèi)星DNA（microsatelliteDNA）重復(fù)單位序列最短，具高度 多態(tài)性，在遺傳上高度保守，為重要的遺傳標(biāo)志。DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)具有多形性(polymorphism)三種構(gòu)型DNA： B型DNA（右手雙螺旋DNA）；活性最高的DNA構(gòu)象； A型DNA，B型DNA的重要變構(gòu)形式，仍有活性； Z型DNA，Z型DNA是左手螺旋，B型DNA的另一種 變構(gòu)形式，活性明顯降低三種構(gòu)型DNA的主要特征DNA構(gòu)型的生物學(xué)意義三種不同構(gòu)型DNA的主要特征

主要特征螺旋類型ABZ螺旋直徑螺旋方向螺旋值／bpbp／每圈螺旋垂直升距／bp螺旋軸位置大溝小溝23A右手+34