細(xì)胞學(xué)課件：第八章 細(xì)胞核 (nucleus)

1、第八章 細(xì)胞核 (nucleus)細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器，是細(xì)胞遺傳（細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制的RNA轉(zhuǎn)錄的中心）與代謝的調(diào)控信息中心。細(xì)胞核的大小、位置和數(shù)量常因細(xì)胞的類型不同而有很大差異。 核質(zhì)比=細(xì)胞核的體積 / 細(xì)胞質(zhì)的體積 真核細(xì)胞通常只有一個(gè)細(xì)胞核，但肝細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞等可有幾個(gè)到多個(gè)核。細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)組成核膜染色質(zhì)核仁核基質(zhì)四 核仁一 核膜和核孔復(fù)合體二 核基質(zhì)三 染色質(zhì)及染色體五細(xì)胞核的功能第一節(jié) 核 膜 核膜（ nuclear membrane ）又稱核被膜（nuclear envelope），為雙層膜結(jié)構(gòu)。一、核膜的化學(xué)組成以蛋白質(zhì)與脂質(zhì)為主，含少量核酸。與內(nèi)

2、質(zhì)網(wǎng)具相似成分。二、核膜的亞微結(jié)構(gòu)不對稱雙層膜。核周間隙、核孔、核纖層。核周間隙異染色質(zhì)核纖層核孔復(fù)合體細(xì)胞質(zhì)外核膜內(nèi)核膜核糖體膜整合蛋白 外核膜（outer nuclear membrane） 與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，外表面附著核糖體。 內(nèi)核膜（inner nuclear membrane） 無核糖體附著，內(nèi)側(cè)有一層致密的纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)，稱為核纖層，有支持核膜的作用。（一）核膜的雙層膜結(jié)構(gòu)核周間隙指內(nèi)外核膜之間的腔隙，寬約20-40nm，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。（二）核周間隙（perinuclear space）（三）核孔（nuclear pore）核孔復(fù)合體（nuclear pore complex, N

3、PC）胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmic ring），外環(huán)核質(zhì)環(huán)（nuclear ring），內(nèi)環(huán)，“核藍(lán)”結(jié)構(gòu)中央栓（central plug）輪輻（spokes）結(jié)構(gòu)模型 捕魚籠式“核藍(lán)”（四）核膜的主要功能1.區(qū)域化作用 將細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核物質(zhì)限定在特定區(qū)域，避免生命活動的彼此干擾（使RNA的轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)的翻譯在時(shí)間和空間上得以分開）。2.控制核質(zhì)之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)換與信息交流 無機(jī)離子及小分子物質(zhì) 以自由擴(kuò)散，被動轉(zhuǎn)運(yùn)方式通 過核孔復(fù)合體中央水性通道； DNA、RNA、酶類等大分子 - 由核孔復(fù)合體選擇性主動轉(zhuǎn)運(yùn)。核轉(zhuǎn)運(yùn)受體與核定位信號 核轉(zhuǎn)運(yùn)受體 (nuclear transport recep

4、tor)： 存在于核孔復(fù)合體上，介導(dǎo)選擇性主動轉(zhuǎn)運(yùn)。 核定位信號 (nuclear localization signal，NLS)： 存在于被轉(zhuǎn)運(yùn)核蛋白上的一些短的氨基酸序列片段，為核轉(zhuǎn)運(yùn)受體識別的位點(diǎn)，引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核。主動轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，核孔復(fù)合體上的酶水解ATP提供能量。 核孔復(fù)合體上還存在識別RNA或RNA結(jié)合蛋白的受體，將轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA由細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)。 核孔復(fù)合體的選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)具有雙向性 核輸入與核輸出：細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞核DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄相關(guān)的酶類RNA、RNA結(jié)合蛋白等 4. 合成生物大分子 外核膜上附著核糖體，參與蛋白質(zhì)合成。3. 在細(xì)胞分裂中參與染色體的定位與分離第二節(jié)

5、 核纖層與核骨架 一、核纖層（nuclear lamina）緊貼內(nèi)核膜的一層高電子密度纖維蛋白網(wǎng)，核內(nèi)與核骨架相連，核外與中間纖維相連。核纖層由核纖層蛋白（lamin）構(gòu)成。核纖層的作用： 1.支持核膜,固定核孔位置; 2.為染色質(zhì)提供附著點(diǎn); 3.參與細(xì)胞分裂中染色質(zhì)凝集的調(diào)節(jié); 4.與核膜的裂解和重建有關(guān).二、 核骨架（nuclear scaffold）又稱核基質(zhì)（nulcear matrix），為間期核內(nèi)除染色質(zhì)、核膜、核仁外的由非組蛋白組成的纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，形態(tài)類似細(xì)胞骨架。 核骨架與核纖層以及細(xì)胞質(zhì)中的中間纖維形成“核骨架-核纖層-中間纖維”體系，貫穿細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間。 核骨架的主要

6、化學(xué)成分：核基質(zhì)蛋白和核基質(zhì)結(jié)合蛋白兩大類,200種以上。并含有少量RNA。核骨架的功能：1. 與DNA復(fù)制有關(guān)。2. 與基因表達(dá)有關(guān)。 3. 與RNA的轉(zhuǎn)錄后修飾及定向運(yùn)輸有關(guān)。4. 與細(xì)胞分裂有關(guān)。5. 與細(xì)胞分化有關(guān)。第三節(jié) 染色質(zhì)和染色體染色質(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)分裂過程中, 由染色質(zhì)盤繞壓縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)，也是分裂期遺傳物質(zhì)的存在形式。染色質(zhì)與染色體是細(xì)胞核內(nèi)同一種成分在細(xì)胞周期不同時(shí)相的不同表現(xiàn)形式。染色質(zhì)：間期，不規(guī)

7、則細(xì)線狀，網(wǎng)狀彌散于核內(nèi)。染色體：分裂期，由染色質(zhì)盤繞壓縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。一、染色質(zhì)和染色體的化學(xué)組成 DNA 組蛋白 非組蛋白 少量RNA為主（1:1）（一）DNA 脫氧核糖核酸，雙螺旋鏈，遺傳信息的物質(zhì)載體。 每條染色體含一條線形的DNA分子。 其序列分為： 單一序列：單拷貝、不重復(fù)，占 60%-65%。 重復(fù)序列：多拷貝。 中度重復(fù)序列：占 20%-30%。 高度重復(fù)序列：拷貝數(shù)大于105 ，占 10%。 多分布于著絲粒及端粒。3種特殊的DNA序列： 復(fù)制起點(diǎn)序列： 多個(gè)成串激活，同時(shí)復(fù)制，保持遺傳連續(xù)性。 著絲粒序列： 連接姐妹染色單體，確保遺傳穩(wěn)定性。 端粒序列： 位于染色體端部，保

8、持染色體獨(dú)立及穩(wěn)定。染色體 DNA 的三種功能元件， P185端 粒復(fù)制起點(diǎn)著絲粒間 期有絲分裂期間 期復(fù)制眼動 粒（二）組蛋白（histone） 核小體組蛋白 (nucleosomal histone)： H2A、 H2B、H3和H4,幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 H1組蛋白： H1，在構(gòu)成核小體時(shí)H1起連接作用, 賦予染色質(zhì)以極性。真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合（非特異性結(jié)合）；沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守?？梢赃M(jìn)行化學(xué)修飾:乙酰化、磷酸化和甲基化。在細(xì)胞周期的期與同時(shí)合成。組蛋白的特點(diǎn)：（

9、三）非組蛋白（non-histone）染色體中除組蛋白外的其它蛋白。對DNA的識別具有特異性，從而調(diào)控基因的表達(dá)（與其磷酸化修飾關(guān)系密切）、促進(jìn)染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成等。種類多，有種屬和組織特異性二、染色質(zhì)的種類常染色質(zhì)（euchromatin）： 間期核內(nèi)處于分散狀態(tài)，具有活躍DNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄功能的染色質(zhì)組分，用堿性染料染色時(shí)著色淺。異染色質(zhì)（heterochromatin）：間期核內(nèi)處于凝集狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄功能缺乏或不活躍的染色質(zhì)組分，堿性染料染色時(shí)著色較深。 異染色質(zhì)的類型：結(jié)構(gòu)異染色質(zhì) (constitutive-heterochromatin) 除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形

10、成多個(gè)染色中心。多定位于著絲粒、次縊痕。兼性異染色質(zhì) (facultative-heterochromatin) 在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段, 原來的常染色質(zhì)聚縮, 并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性, 變?yōu)楫惾旧|(zhì)，如X染色體隨機(jī)異染色質(zhì)化失活。 異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。 為主異染色質(zhì)常染色質(zhì)常染色質(zhì)異染色質(zhì)間期染色程度淺深分布核中央，染色體臂核膜附近螺旋化程度低，疏松狀態(tài)高，凝集狀態(tài)DNA序列單一序列和中度重復(fù)序列（如組蛋白基因和tRNA基因）高度重復(fù)序列功能狀態(tài)轉(zhuǎn)錄和翻譯活躍轉(zhuǎn)錄和翻譯不活躍常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的比較活性染色質(zhì) (active chromatin):具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)

11、，為常染色質(zhì)。非活性染色質(zhì) (inactive chromatin):沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì),占大多數(shù)，包括常染色質(zhì)與異染色質(zhì)。染色質(zhì)按功能狀態(tài)不同分為：三、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與裝配 染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位 核小體 (nucleosome)（一）染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) - 11nm 染色質(zhì)纖維由核小體串聯(lián)組成，呈念珠狀。核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：每個(gè)核小體單位包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白八聚體核心和一個(gè)H1組蛋白；八聚體由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成，構(gòu)成核小體的核心；DNA分子螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈83bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1鎖合； 相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線D

12、NA。 核小體核心顆粒核心DNA連接部DNA連接部DNA連接部核小體與核小體連接形成串珠狀的染色質(zhì)纖維（二）染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) - 30nm 染色質(zhì)纖維螺線管（solenoid）：由6個(gè)核小體螺旋圍成一圈形成，H1組蛋白位于內(nèi)部，調(diào)節(jié)其組裝與穩(wěn)定。螺線管側(cè)面觀螺線管頂面觀（三）染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)多級螺旋模型 (multiple coiling model) 放射環(huán)模型 (radial loop model) 多級螺旋模型一級結(jié)構(gòu)：核小體二級結(jié)構(gòu)：螺線管 三級結(jié)構(gòu)：超螺線管 （supersolenoid） 四級結(jié)構(gòu)：染色單體（chromatid）DNA 核小體 螺線管 超螺線管 染色單體 壓縮7倍

13、壓縮6倍 壓縮40倍 壓縮5倍非組蛋白構(gòu)成染色體骨架 (chromosomal scaffold)，由骨架伸出的無數(shù)的DNA側(cè)環(huán)； 放射環(huán)模型30nm的染色質(zhì)纖維折疊成環(huán), 沿染色體縱軸, 由中央向四周伸出,構(gòu)成放射環(huán)。袢環(huán)染色體支架四、染色體的結(jié)構(gòu)分裂中期染色體形態(tài)及結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，可作為標(biāo)準(zhǔn)。染色單體（chromatid） 中期染色體含兩條染色單體，又稱姐妹染色單體，以著絲粒相連，由間期復(fù)制后組裝形成。2. 著絲粒及動粒著絲粒（centromere）：中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位，染色體主縊痕處，由高度重復(fù)異染色質(zhì)組成。動粒（kinetochore）：主縊痕兩側(cè)的特化圓盤狀結(jié)構(gòu)，與紡錘

14、體微管相連，由蛋白構(gòu)成。 著絲粒-動粒復(fù)合體包含3個(gè)結(jié)構(gòu)域動粒結(jié)構(gòu)域 (kinetochore domain)中央結(jié)構(gòu)域 (central domain)配對結(jié)構(gòu)域 (pairing domain)內(nèi)板 (inner plate)中間間隙 (middle space)外板 (outer plate)纖維冠 (fibrouscorona)動粒結(jié)構(gòu)域染色體臂著絲粒（主縊痕）中央結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域纖維冠外板中間間隙內(nèi)板位于有些染色體短臂末端的球形或棒形結(jié)構(gòu)，通過次縊痕與短臂相連，異染色質(zhì)組成，穩(wěn)定。3. 次縊痕染色體上除主縊痕外的縊縮部位。4. 隨體 5. 端粒（telomere）染色體末端的特化部位

15、，由高度重復(fù)的短序列組成，高度保守。維持染色體的穩(wěn)定性，防止染色體末端粘連。起細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用。染色體每復(fù)制一次，端粒核苷酸減少50100bp，使端粒長度逐漸減少，導(dǎo)致衰老發(fā)生。端粒的作用： 多數(shù)腫瘤細(xì)胞中存在端粒酶活性，可不斷復(fù)制合成端粒，從而無限增殖而不衰老。正常細(xì)胞中無端粒酶活性。染色體各部分的名稱 隨 體 次 縊 痕 主 縊 痕 端 粒 長 臂 短 臂核型：指染色體組在有絲分裂中期的表型,包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。染色體顯帶技術(shù)： 染色體沿縱軸方向顯示寬窄深淺不一的條帶。 根據(jù)染料及顯色方法不同，有Q帶、G帶、R帶和C帶等。五、核型與帶型ABCDEFG第四節(jié) 核 仁 核

16、仁（nucleolus） 細(xì)胞核中均質(zhì)、無包膜的球形小體，一個(gè)或多個(gè)，多位于核的一側(cè)。 核仁是細(xì)胞中形成核糖體的結(jié)構(gòu)。一、核仁的化學(xué)組成蛋白質(zhì)RNADNA微量的脂類占80% ，包括核糖體蛋白、染色質(zhì)組蛋白和非組蛋白、酶類。二、核仁的結(jié)構(gòu) 核仁相隨染色質(zhì) 纖維結(jié)構(gòu) 顆粒成分 核仁基質(zhì) 1. 核仁相隨染色質(zhì)核仁周圍染色質(zhì)：異染色質(zhì)。核仁內(nèi)染色質(zhì)：常染色質(zhì)，占主要部分。 含rDNA，為核仁組織者。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。它們在間期時(shí)相互融合形成核仁，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

17、定染色體的次縊痕處。 人類的rRNA基因位于13、14、15、21、22號5對染色體的端部。NOR有絲分裂時(shí)核仁為什么會消失?染色質(zhì)也稱核仁骨架，與核骨架相通。2. 纖維結(jié)構(gòu)由致密的纖維構(gòu)成，主要成分是正在轉(zhuǎn)錄的rRNA，以及核糖體蛋白和RNA結(jié)合蛋白等。3. 顆粒成分直徑15-20 nm 的顆粒，是rRNA進(jìn)一步加工成熟的區(qū)域，是不同加工階段核糖體亞單位前體。4. 核仁基質(zhì)三、核仁周期核仁的動態(tài)變化： 核仁隨細(xì)胞周期的進(jìn)行而呈現(xiàn)周期性變化（形成和消失）。染色體含rDNA的核仁組織區(qū)解旋和伸展，重新開始形成核仁。間期分裂期染色質(zhì)濃縮，核仁組織者區(qū)縮回染色體，纖維成分和顆粒成分分散在核質(zhì)中，整個(gè)

18、核仁縮小繼而消失。四、核仁的功能 合成 rRNA 裝配核糖體1. rRNA 的合成5S rRNA5.8S rRNA18S rRNA28S rRNA在核仁外染色體上合成在核仁內(nèi)合成 位于NOR的 rDNA 是 rRNA 的信息來源。 形態(tài)特征：“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)。編碼3種 rRNA 的基因緊密連鎖為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位多個(gè)轉(zhuǎn)錄單位串聯(lián)為基因簇，中間以一段不轉(zhuǎn)錄DNA相隔轉(zhuǎn)錄時(shí)，RNA聚合酶沿DNA鏈排列，轉(zhuǎn)錄好的rRNA分子從聚合酶處伸出，沿轉(zhuǎn)錄方向愈近末端愈長，呈“圣誕樹”狀。 rRNA前體的加工rRNA 在纖維結(jié)構(gòu)處合成，它與蛋白質(zhì)形成 RNP 復(fù)合體（核糖核蛋白復(fù)合體 ），在顆粒結(jié)構(gòu)處加工。45S

19、rRNA 前體20S+32S18S28S5.8S+2. 核糖體的組裝18S rRNA40S 核糖體小亞基5S rRNA28S + 5.8S rRNA60S 核糖體大亞基核糖體的成熟作用只發(fā)生在轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)以后, 從而阻止有功能的核糖體與核內(nèi)加工不完全的hnRNA分子接近。第五節(jié) 細(xì)胞核的功能 主要功能：遺傳信息的貯存、復(fù)制、傳遞與表達(dá)。DNA 復(fù)制RNA 轉(zhuǎn)錄一、遺傳信息的貯存什么是遺傳信息？ DNA分子中堿基（核苷酸）的排列順序?；颍篋NA分子中具有一定生物功能的區(qū)段，是攜帶遺傳信息的結(jié)構(gòu)單位，控制某一特定的性狀。 編碼： mRNA 合成蛋白質(zhì) tRNA、rRNA 協(xié)助合成蛋白質(zhì) 遺傳信息

20、的流動：DNA轉(zhuǎn)錄翻譯RNA蛋白質(zhì)復(fù) 制復(fù) 制中心法則 Central dogmaDNARNA蛋白質(zhì)翻 譯轉(zhuǎn) 錄逆轉(zhuǎn)錄二、遺傳信息的復(fù)制DNA復(fù)制 (replication)：DNA 分子在 DNA 合成酶系的作用下，合成與自身分子結(jié)構(gòu)相同的子代 DNA 的過程。復(fù)制親代 DNA子代 DNA（一）DNA 復(fù)制所需的酶及蛋白質(zhì) DNA 解旋酶：利用ATP供能，作用于氫鍵，解開DNA雙螺旋鏈。 DNA 單鏈結(jié)合蛋白：在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。 引物酶：復(fù)制起始時(shí)催化生成 RNA 引物的酶。 DNA 聚合酶 (DNA polymerase, DNA-pol)： 原核細(xì)胞 DNA

21、聚合酶 I、II、III 真核細(xì)胞 DNA 聚合酶 、。活性：1. 53 聚合活性2. 53 核酸外切酶活性3. 35 核酸外切酶活性 (DNA 聚合酶 I & DNA 聚合酶 )53 DNA 聚合活性 5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5外切酶活性 5 3外切酶活性?切除RNA引物、突變的DNA片段等。辨認(rèn)錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性 連接酶：催化相鄰 DNA 片段間的3- OH 與 5- PO4 間形成磷酸二酯鍵，從而使 DNA 片段連接在

22、一起。DNA連接酶ATPADPHO53533553 端粒酶：在 DNA 復(fù)制終止時(shí)發(fā)揮作用的一種酶，由RNA與具有反轉(zhuǎn)錄酶活性的蛋白質(zhì)組成。功能：以自帶RNA片段為模板，催化補(bǔ)齊DNA端粒末端的重復(fù)序列，避免DNA在復(fù)制中逐漸縮短。普通的正常細(xì)胞中無端粒酶活性。（二）DNA 復(fù)制的特性1、半保留性復(fù)制形成的子代DNA中，一條單鏈來自親代模板DNA，另一條單鏈則為完全重新合成的互補(bǔ)鏈。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTC

23、CATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA 復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉子代DNA 35引物酶兩條DNA單鏈的復(fù)制從固定起點(diǎn)開始，向兩側(cè)相反方向推進(jìn)（各自分別沿新合成鏈的5 3方向）。2、雙向性復(fù)制叉(replication fork)3、多起點(diǎn)性 真核生物 DNA 復(fù)制有多個(gè)起始點(diǎn)。 習(xí)慣上把具有一個(gè)DNA復(fù)制起點(diǎn)的復(fù)制單位稱為復(fù)制子 (replicon) 。 因此真核生物的DNA 復(fù)制是多復(fù)制子的雙向復(fù)制，最終互相連接。4、不連續(xù)性 DNA 聚合酶催化 DNA 鏈合成方向： 5 3553復(fù)制子33535解鏈方向35335前導(dǎo)鏈 (leadi

24、ng strand)后隨鏈 (lagging strand)RNA引物前導(dǎo)鏈 (leading strand)：合成方向同復(fù)制叉推進(jìn)方向一致，連續(xù)合成。后隨鏈 (lagging strand)：合成方向同復(fù)制叉推進(jìn)方向相反，短片段、不連續(xù)合成。 復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazaki fragment)。 5、不同步性不同復(fù)制子在復(fù)制時(shí)間上存在差異。常染色質(zhì)復(fù)制早于異染色質(zhì)。復(fù)制過程簡圖引物酶前導(dǎo)鏈三、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription)： 以DNA為模板合成RNA的過程 。 轉(zhuǎn)錄RNADNA DNA雙鏈中作為轉(zhuǎn)錄模板的一股單鏈稱為模板鏈 (template strand

25、)，也稱作反義鏈 (antisense strand)。相對的另一股互補(bǔ)單鏈，其堿基序列與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相同，稱為編碼鏈 (coding strand)，也稱為有義鏈。5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）產(chǎn)物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制模板轉(zhuǎn)錄復(fù)制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）產(chǎn)物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料

26、模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制模板轉(zhuǎn)錄復(fù)制（一）轉(zhuǎn)錄的基本過程 起始、延長、終止1.轉(zhuǎn)錄的起始 原核生物的RNA聚合酶：4種亞基, , , 。 其中亞基識別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，稱為轉(zhuǎn)錄的起始因子。核心酶全酶 真核生物的RNA聚合酶( 3種)：RNA 聚合酶 I、II、III. 亞基種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。種類IIIIII分布核仁核基質(zhì)核基質(zhì)產(chǎn)物45S rRNAhnRNA5S rRNA、tRNA前體對鵝膏蕈堿的反應(yīng)不敏感極敏感中度敏感啟動子 (promoter) ：RNA聚合酶開始結(jié)合于模板 DNA 的部位。注意區(qū)分：啟動子是模板 DNA 上最開始與 RNA 聚合酶結(jié)合的一段 DNA 序列；轉(zhuǎn)錄的起始因

27、子是RNA聚合酶上的一個(gè)蛋白質(zhì)亞基 。 原核細(xì)胞中RNA聚合酶結(jié)合啟動子：TATAATGATATTAC啟動子識別部位 啟動子結(jié)合部位(Pribnow box)轉(zhuǎn)錄起始因子亞基識別啟動子識別部位，并介導(dǎo)RNA聚合酶全酶結(jié)合于啟動子結(jié)合部位，從而啟動轉(zhuǎn)錄。 真核細(xì)胞中RNA聚合酶結(jié)合的啟動子： 3 種RNA聚合酶分別識別各自的啟動子序列。RNA聚合酶 II 的啟動子 TATA 框 CAAT 框-CAAT-TATA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)- 26 30 bp-75 bp 結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶結(jié)合部位，控制轉(zhuǎn)錄起始的精確性。與RNA聚合酶結(jié)合，控制轉(zhuǎn)錄起始的頻率。轉(zhuǎn)錄因子 (transcription factor

28、, TF)：轉(zhuǎn)錄過程中與DNA特殊序列結(jié)合從而調(diào)控轉(zhuǎn)錄進(jìn)程的蛋白質(zhì)。 在真核細(xì)胞中，只有當(dāng)啟動子的DNA序列上結(jié)合一個(gè)或多個(gè)特異的DNA結(jié)合蛋白時(shí)，才成為有功能的啟動子，可被聚合酶所識別。 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄因子啟動子真核細(xì)胞中RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合需要轉(zhuǎn)錄因子參與。轉(zhuǎn)錄因子： TF II B TF II D TF II E TF II S- RNA pol- TATA框形成復(fù)合物，啟動轉(zhuǎn)錄。促進(jìn)轉(zhuǎn)錄延伸。2.轉(zhuǎn)錄的延伸原核細(xì)胞中：轉(zhuǎn)錄起始后，亞基從全酶上脫落，核心酶沿模板鏈移動，RNA鏈沿 5 3方向延長。真核細(xì)胞中：轉(zhuǎn)錄延長過程與原核細(xì)胞大致相似， 轉(zhuǎn)錄因子 TF II E 與 TF I

29、I S 有促進(jìn)延長的作用。3.轉(zhuǎn)錄的終止RNA 聚合酶在 DNA 模板上移動到終止位點(diǎn)，停止作用，產(chǎn)物 RNA 鏈從模板上脫落。 依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止原核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄終止依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子識別 DNA 上終止序列并與之結(jié)合當(dāng) RAN pol 移至終止位點(diǎn)，與因子結(jié)合RAN 鏈脫離模板，轉(zhuǎn)錄終止非依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA 模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出 RNA 后，RNA 產(chǎn)物局部形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，引起轉(zhuǎn)錄終止。5pppG5 335RNA-pol（二）轉(zhuǎn)錄后的加工DNA 分子上轉(zhuǎn)錄出 RNA 的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因 (structural gene)。 真核細(xì)胞

30、的結(jié)構(gòu)基因一般是不連續(xù)的，稱為斷裂基因（split gene），由編碼蛋白質(zhì)的序列和非編碼蛋白質(zhì)的序列構(gòu)成。CABD編碼區(qū) A、B、C、D非編碼區(qū)外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron) 外顯子斷裂基因上可編碼蛋白質(zhì)，表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子在斷裂基因中出現(xiàn)在外顯子之間，在剪接過程中被除去的核酸序列，不參與編碼蛋白質(zhì)。1.原核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄后的加工 mRNA：不需剪切加工。 tRNA：切除5及3端點(diǎn)附加序列，在3端附加CCA序列，對特定堿基進(jìn)行化學(xué)修飾。 rRNA：將 rRNA 前體剪切成5S、16S、23S rRNA。原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)的，不含內(nèi)含子 。（1）mRNA 前體的加

31、工2.真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄后的加工核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA, hnRNA）成熟的mRNA戴 帽剪 接加 尾 戴 帽在hnRNA 5 端加上帽子結(jié)構(gòu)，即 7- 甲基鳥嘌呤核苷- 5- 三磷酸鳥苷 (m7GpppG) 。在hnRNA 合成到30個(gè)核苷酸時(shí)開始形成。作用： 封閉 hnRNA 5端，穩(wěn)定 hnRNA，防其被降解； 為核糖體小亞基識別位點(diǎn)，幫助 mRNA與核糖體小亞基結(jié)合。鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶甲基化酶 加 尾在3端加上含100200個(gè)A的多聚腺苷酸尾巴(poly A tail) 。 作用：穩(wěn)定mRNA, 并幫助其由核輸出至胞質(zhì)。AAUAAAAAUAAA 剪 接

32、切除 hnRNA中的內(nèi)含子，拼接外顯子。剪接信號剪接體互相識別保證精確剪接 內(nèi)含子 5端 的GC，3端的AG 剪切位點(diǎn) 內(nèi)含子3端上游 UACUAAC 序列中的A 分支點(diǎn)、交叉點(diǎn)小分子 RNA：U1- U6(small nuclear RNA, snRNA)核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核蛋白顆粒（small nuclear ribonucleoprotein particle, snRNP）剪接體:U1 snRNP、 U2 snRNP U6 snRNP剪接過程 U1 snRNP 結(jié)合 5 剪切位點(diǎn)；U2 snRNP 結(jié)合 分支點(diǎn)。 U4、U5、U6 snRNP 以復(fù)合體形式結(jié)合于內(nèi)含子，形成剪接體。 分支點(diǎn)上的A向5端剪接點(diǎn)靠近。內(nèi)含子與外顯子在5端剪接點(diǎn)處斷開，斷開的內(nèi)含子5端與A相連，形成套索狀結(jié)構(gòu)。5端外顯子的3-OH與3端外顯子的5-PO4結(jié)合，內(nèi)含子3剪切點(diǎn)被切除。剪切體及套索結(jié)構(gòu)脫離，剪接過程結(jié)束。 剪切過程中需要ATP提供能量。hnRNA的選擇性剪接234561234123561（2）rRNA 前體的加工轉(zhuǎn)錄 (RNA pol I)45S rRNA前體18S rRNA28S rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S剪接5.8S