第六章細胞核

1、 細胞核是真核細胞中最大、最重要的細胞器，是細胞遺傳與代謝等生命活動的調控中心。 1781年 Trontana發(fā)現(xiàn)于魚類細胞； 1831年，Brown發(fā)現(xiàn)于植物。 除哺乳動物的成熟紅細胞和高等植物的成熟篩管外，真核細胞都含有細胞核。 真核細胞如果失去細胞核，其生命活動非常有限，很快會死亡 形狀：圓形，胚乳細胞(網(wǎng)狀）蝶類絲腺細胞(分支狀)。 位置：細胞中央 ，成熟植物細胞的邊緣。 數(shù)目：通常一個，成熟的篩管和紅細胞（0）、肝細胞、心肌細胞(1-2）、破骨細胞(650）、骨骼肌細胞(數(shù)百）、植物氈絨層細胞(24)。 結構：核被膜、核仁、核基質、染色質、核纖層。 功能：遺傳、發(fā)育。 第一節(jié)第一節(jié)

2、細胞核的形態(tài)細胞核的形態(tài)一、細胞核的形態(tài)、位置和數(shù)目一、細胞核的形態(tài)、位置和數(shù)目二、核質比二、核質比 大?。褐参?4m，動物10m。常以核質比來估算核的大小。正常細胞NP0.5，分裂期細胞NP0.5，衰老細胞NP105）。3種特殊的序列： 自主復制序列(ARS)，是DNA復制的起點。 著絲粒序列(CEN) ，是復制完成后兩條姐妹染色單體的連接部位 端粒序列(TEL)。存在于染色體的兩端，是染色體穩(wěn)定的必要條件之一，富含。Three key regions of a chromosome 帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種，分為： 核心組蛋白（core histone）：H2A、H2

3、B、H3、H4； 連接組蛋白（linker histone）：H1。 結構：高度保守，尤其是H4。 核心組蛋白由球形部和尾部構成，球形部借Arg與磷酸二脂骨架間的靜電作用使DNA分子纏繞在組蛋白核心上，形成核小體，尾部含有大量Arg和Lys，為組蛋白轉譯后進行修飾的部位。 H1多樣性，具有屬(genus)和組織特異性。（）組蛋白、蛋白質 序列特異性DNA結合蛋白。 特性： 含有較多天冬氨酸、谷氨酸，帶負電荷，屬酸性蛋白質。 整個細胞周期都進行合成，組蛋白只在S期合成。 能識別特異的DNA序列，識別與結合籍氫鍵和離子鍵。1. 功能：幫助DNA折疊；協(xié)助DNA復制；調節(jié)基因表達。（）非組蛋白（）二

4、、染色質的組裝人體的一個細胞核中有23對染色體，每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開，平均長為5cm，核內(nèi)全部DNA連結起來約1.72.0m。nucleosomes (10 nm)condensed form (30 nm)二、染色體的組裝二、染色體的組裝 核小體（nucleosome）：一種串珠狀結構，由核心顆粒和連結線DNA兩部分組成，通過酶消化實驗建立。 每個核小體單位包括約200bp的DNA、一個組蛋白核心和一個H1； 由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構成核心顆粒； DNA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H1鎖合； 相鄰核心

5、顆粒之間為一段60bp的連接線DNA。 通過核小體，DNA長度壓縮7倍，形成11nm的纖維。1、核小體、核小體（染色質的一級結構）2、螺線管（染色質的二級結構） ： 但是在電鏡下觀察，大多染色質是以一種直徑30nm的纖維形式存在，這種纖維的形成有兩種解釋：由核小體螺旋化形成，每6個核小體繞一圈，長度壓縮6倍；由核小體纖維Z字形折疊而成，長度壓縮40倍。 solenoid3、超螺線管、超螺線管（染色質的三級結構） 30nm的螺線管進一步盤繞，即成超螺線管，管的直徑為400nm,該結構為染色質的三級結構,DNA又壓縮了近40倍4、染色單體、染色單體（染色質的四級結構） 超螺線管經(jīng)過再一次折疊，可形

6、成染色單體，DNA的長度再次被壓縮近40倍，最后形成的染色單體長為210微米，至此，DNA長度壓縮了800010000倍，核小體串聯(lián)核小體串聯(lián)纖維纖維染色質袢環(huán)染色質袢環(huán)伸展段落伸展段落30nm染色染色質纖維質纖維DNA雙螺旋雙螺旋中期中期染色體染色體染色質袢環(huán)染色質袢環(huán)伸展段落伸展段落染色質袢環(huán)染色質袢環(huán)濃縮段落濃縮段落三、異染色質和常染色質間期核中染色質可分為異染色質（heterochromatin）和常染色質（enchromatin）。異染色質的特點： 在間期核中處于凝縮狀態(tài)，無轉錄活性、是遺傳惰性區(qū)。 在細胞周期中表現(xiàn)為晚復制、早凝縮（異固縮現(xiàn)象）。 分為兩類：結構（恒定）異染色質（c

7、onstitutive heterochromatin）、多位于著絲粒區(qū)域、端粒、和染色體臂的次縊痕區(qū)，含重復序列DNA。 兼性（功能）異染色質（facultative heterochromatin）：指在一定的細胞類型或在一定的發(fā)育階段，原來的常染色質凝集，并喪失基因轉錄活性而轉變?yōu)楫惾旧|。在一定條件下，兼性異色質又可以向常染色質轉變 巴氏小體（barr body）。雌性哺乳動物細胞中一條異固縮化的X染色體。 人的胚胎發(fā)育到16天以后， 出現(xiàn)巴氏小體。barr body四、染色體 一、染色體相關的術語隨體次縊痕主縊痕端粒長臂短臂端粒（telomere）：由高度重復的短序列組成，高度保守。

8、作用：維持染色體的穩(wěn)定性。起細胞分裂計時器的作用。端粒核苷酸復制和基因DNA不同，每復制一次減少50100bp，其復制要靠具有反轉錄酶性質的端粒酶來完成，正常體細胞缺乏此酶，故隨細胞分裂而變短，細胞隨之衰老。 性細胞染色體為單倍體（haploid），用n表示; 體細胞為2倍體（diploid）以2n表示，還有一些物種的染色體成倍增加成為4n、6n、8n等，稱為多倍體。 染色體的數(shù)目因物種而異，如人類2n=46，黑猩猩2n=48，果蠅2n=8，家蠶2n=56，小麥2n=42，水稻2n=24，洋蔥2n=16.（二）染色體的數(shù)目 著絲粒（centromere）和著絲點（kinetochore）是兩個

9、不同的概念，前者指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位，后者指主縊痕處兩個染色單體外側與紡錘體微管連接的部位。 著絲粒包含3個結構域 1、著絲點結構域（kinetochore domain） 位于著絲粒的表面，包括三層板狀結構和圍繞外層的纖維冠(fibrous corona)。（三） 著絲粒的結構OPinterzone IP Satellite DNA(FISH image) 2、中央結構域 位于著絲粒結構域的下方。其中含有高度重復的衛(wèi)星DNA。 3、配對結構域 位于著絲粒結構的內(nèi)層，中期兩條染色單體在此處相互連結。 對于著絲粒蛋白研究主要是使用ACA來研究的。用ACAs發(fā)現(xiàn)鑒定出來的CENP

10、主要有6種，即：CENP-A至F。Centromeric proteins Proteins associated with the centromere have been identified using antibodies from scleroderma patients CENP proteins CENP-Acentromere-specific histone CENP-Bbinds central domain satellite DNA CENP-Cbinds kinetochore CENP-Dbinds kinetochore CENP-Ekinesin-like mo

11、tor, involved in chromatid segregationCENP-F binds kinetochoreINCENP proteins INCENP-Asister chromatid associationINCENP-Bsister chromatid association 1. 核型：即細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. 帶型：染色體經(jīng)物理、化學因素處理后，再進行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法。 分帶技術可分為兩類： 一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整過染色體的長度上如：Q、G和R帶，另一類是局部性的顯帶，如

12、C、Cd、T和N帶。（四）核型與帶型 1. 多線染色體： 由Balbiani(1881)發(fā)現(xiàn)于搖蚊幼蟲唾腺細胞，特點： 體積巨大，是由于核內(nèi)有絲分裂的結果； 多線性； 體細胞聯(lián)會； 橫帶紋。 膨突和環(huán)。在幼蟲發(fā)育的某個階段，多線染色體的某些帶區(qū)疏松膨大，形成膨突（puff），或巴氏環(huán)（Balbiani ring）。用H3-UdR處理細胞，發(fā)現(xiàn)膨突被標記，說明膨突是基因活躍轉錄的區(qū)域。 （五）幾類的特殊的染色體Polytene chromosomesLampbrush chromosome from Pleurodeles oocyte Polytene chromosome 2、燈刷染色體 最

13、早發(fā)現(xiàn)于魚類、兩棲類和爬行類卵母細胞減數(shù)分裂的雙線期，雙線期是卵黃合成的旺盛期。由于染色體主軸兩側有側環(huán)，狀如燈刷，故名燈刷染色體。側環(huán)是RNA活躍轉錄的區(qū)域。 3、B染色體 1928年倫道夫（Randolph）把生物的正常染色體叫做A染色體，而把存在于許多動、植物中，形態(tài)和行為不同為A染色體的超數(shù)染色體呈B染色體。 第四節(jié) 核仁 核仁（nucleolus）見于間期的細胞核內(nèi)，呈圓球形，一般12個，有時多達35個。主要功能是轉錄rRNA和組裝核糖體單位。 一般蛋白質合成旺盛和分裂增殖較快的細胞有較大和數(shù)目較多的核仁，反之核仁很小或缺如。 核仁在分裂前期消失，分裂末期又重新出現(xiàn)。 1、核仁的化學

14、成分 主要化學成分是RNA、DNA、蛋白質，此外還有少量的脂類。 核仁中蛋白質的含量很高，占核仁干重的80%，主要是核仁染色質的組蛋白與非組蛋白，其次是組成核糖體的蛋白質，還有部分為酶類； DNA占核仁干重的8%，RNA占核仁干重的11%，主要為rRNA，在RNA轉錄及蛋白質合成旺盛的細胞中，核仁的RNA含量增加。一、核仁的化學組成和結構 纖維中心(fibrillar centers，F(xiàn)C)：是被致密纖維包圍的一個或幾個低電子密度的圓形結構，主要成分為RNA聚合酶和rDNA，這些rDNA是裸露的分子。 致密纖維組分(dense fibrillar component，DFC)：呈環(huán)形或半月形包

15、圍FC，由致密的纖維構成，是新合成的RNP，轉錄主要發(fā)生在FC與DFC的交界處。 顆粒組分(granular component，GC)：由直徑15-20 nm的顆粒構成，是不同加工階段的RNP。 2、核仁的結構核仁中的rDNA袢環(huán)示意圖含有含有DNA基因的基因的10條間期染色條間期染色體片段以袢環(huán)伸進核內(nèi)體片段以袢環(huán)伸進核內(nèi) 核被膜核被膜 核仁核仁Nucleolus核仁與細胞內(nèi)蛋白質的合成密切相關，它是蛋白質合成機器核糖體的裝配場所。分布于核仁中的rDNA在RNA聚合酶I的參與下轉錄合成rRNA，形成初級轉錄產(chǎn)物45SrRNA45SrRNA首先與來自細胞質的80多種蛋白質結合形成核蛋白復合體

16、，在酶的催化下，裂解形成28S rRNA 、18S rRNA、5.8S rRNA，28S rRNA 、5.8S rRNA與來自核外的5S rRNA及49種蛋白質裝配成大亞基18S rRNA與33種蛋白質裝配成小亞基二、核仁的功能二、核仁的功能核糖體的組成核糖體的組成 5SrRNA通常定位在常染色體，合成后被轉運至核仁區(qū)參與大亞基的裝配 。第四節(jié) 核基質nucleoskeleton 核基質（nuclear matrix ）或稱核骨架，為真核細胞核內(nèi)的網(wǎng)絡結構，是指除核被膜、染色質、核纖層及核仁以外的核內(nèi)網(wǎng)架體系。 非組蛋白性纖維蛋白，10多種次要蛋白質，包括肌動蛋白和波形蛋白，后者構成核骨架的外罩。核骨架碎片中還存在三種支架蛋白（scaffold proteins，SC、SC、SC)，SC則是DNA拓樸