第八章細胞核和染色體

第八章細胞核和染色體第1頁，共30頁。結(jié)構(gòu)：①核被膜（nuclearenvelope）②核仁（nucleolus）③核基質(zhì)（nuclearmatrix）④染色質(zhì)（chromatin）⑤核纖層（nuclearlamina）等部分。第2頁，共30頁。功能：①遺傳和②發(fā)育。前者表現(xiàn)為通過DNA染色體的復(fù)制和細胞分裂，維持物種的世代連續(xù)性。后者表現(xiàn)為通過調(diào)節(jié)基因表達的時空順序，控制細胞的分化，完成個體發(fā)育的使命。第3頁，共30頁。細胞核的結(jié)構(gòu)第4頁，共30頁。第一節(jié)核被膜

包被在核外的雙層膜結(jié)構(gòu)，形成核內(nèi)特殊的微環(huán)境，保護DNA分子免受損傷，使DNA的復(fù)制和RNA的翻譯表達在時空上分隔開來。染色體定位于核膜上，有利于解旋、復(fù)制、凝縮、平均分配到子核。核被膜還是核質(zhì)物質(zhì)交換的通道。第5頁，共30頁。一、核被膜是雙層膜結(jié)構(gòu)

由內(nèi)核膜（innernuclearmembrane）、外核膜（outernuclearmembrane）和核周隙（perinuclearspace）三部分構(gòu)成。核被膜上有核孔與細胞質(zhì)相通。外核膜胞質(zhì)面常附有核糖體，并與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通。外核膜上附著10nm的中間纖維intermediatefilament，說明核是被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和中間纖維相對固定的。第6頁，共30頁。核纖層（nuclearlamina）：

位于內(nèi)核膜的內(nèi)表面，網(wǎng)絡(luò)狀，支持核膜。由核纖肽（lamin）和中間纖維構(gòu)成，核纖肽分子量約60~80kDa，在哺乳類和鳥類中可分為A、B兩型。核纖層的作用：

1．保持核的形態(tài)：用高鹽溶液、非離子去污劑和核酸酶處理，剩余的核纖層仍能維持核的輪廓。此外，核纖層與核骨架以及穿過核被膜的中間纖維相連，使胞質(zhì)骨架和核骨架形成一連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第7頁，共30頁。2．參與染色質(zhì)和核的組裝：核纖層在細胞分裂時呈現(xiàn)出周期性的變化。在間期核中，染色質(zhì)（異染色質(zhì)）在核周邊錨定。在前期結(jié)束時，核纖層蛋白被磷酸化，核膜解體。其中B型核纖肽與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)中。在分裂末期，核纖肽去磷酸化重新組裝，介導(dǎo)了核膜的重建。第8頁，共30頁。核纖層的結(jié)構(gòu)第9頁，共30頁。二、核孔復(fù)合體

核孔是細胞核與細胞質(zhì)之間物質(zhì)交換的通道。一方面核的蛋白都是在細胞質(zhì)中合成的，通過核孔定向輸入細胞核；另一方面細胞核中合成的各類RNA、核糖體亞單位需要通過核孔運到細胞質(zhì)。核孔由至少30種不同的蛋白質(zhì)（nucleoporin）構(gòu)成，稱為核孔復(fù)合體（nuclearporecomplex，NPC）。一般哺乳動物細胞平均有3000個核孔。細胞核活動旺盛的細胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。如蛙卵細胞每個核可有37.7X106個核孔，但其成熟后細胞核僅150~300個核孔。（動態(tài)變化，解體和組裝）第10頁，共30頁。HGGallan和SGTomlin于1949-1950在電鏡下發(fā)現(xiàn)核孔MLWatson于1959年對核孔復(fù)合體命名核孔復(fù)合體外經(jīng)120-150nm，內(nèi)徑80-120nm第11頁，共30頁。第12頁，共30頁。抽提后的核孔復(fù)合體胞質(zhì)面結(jié)構(gòu)抽提后的核孔復(fù)合體核質(zhì)面結(jié)構(gòu)第13頁，共30頁。第14頁，共30頁。

核孔是呈圓形或八角形（電鏡下），結(jié)構(gòu)似fish-trap，主要包括以下幾個部分：①胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmicring），位于核孔復(fù)合體胞質(zhì)一側(cè)，環(huán)上有8條纖維伸向胞質(zhì)；②核質(zhì)環(huán)（nuclearring），位于核孔復(fù)合體核質(zhì)一側(cè)，上面伸出8條50-70nm的纖維，纖維端部與端環(huán)（8個顆粒）相連，構(gòu)成籠子狀的結(jié)構(gòu)；③轉(zhuǎn)運器（transporter），核孔中央的一個栓狀的中央顆粒；④輻（Spoke）：核孔邊緣伸向核孔中央的突出物。第15頁，共30頁。第16頁，共30頁。第17頁，共30頁。核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)模型第18頁，共30頁。三、核孔復(fù)合體的成分

推測30余種不同的多肽，1000多個蛋白質(zhì)分子，統(tǒng)稱為核孔蛋白(nucleoporin,Nup)。已在酵母中鑒定到30余種，在脊椎動物中鑒定到10余種。Gp210位于孔膜區(qū)，功能包括：介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜連接；在介導(dǎo)核被膜融合形成復(fù)合體時起重要作用；在介導(dǎo)核質(zhì)交換時起作用。p62是一類功能性的核孔蛋白，可能直接參與核質(zhì)交換。第19頁，共30頁。第20頁，共30頁。四、核孔的功能（核質(zhì)交換雙向選擇性親水通道）特殊的跨膜運輸?shù)鞍讖?fù)合體，具有雙功能，雙向性。（一）被動擴散

核孔有效直徑10nm左右，擴散速度與分子量成反比。小于5×103的可自由進入，大于60×103的球蛋白不能進入。第21頁，共30頁。（二）主動運輸

主動運輸?shù)倪x擇性。(1)對顆粒大小的限制，一般可達10-20nm，表明核孔復(fù)合體的有效直徑是可以調(diào)節(jié)的；(2)主動運輸是信號識別和載體介導(dǎo)的過程，需要ATP；(3)具有雙向性。親核蛋白，包括駐留性的和穿梭性的。第22頁，共30頁。通過核孔復(fù)合體進行物質(zhì)運輸?shù)墓δ苁疽鈭D（1）第23頁，共30頁。通過核孔復(fù)合體進行物質(zhì)運輸?shù)墓δ苁疽鈭D（2）第24頁，共30頁。金顆粒標記的核質(zhì)蛋白穿越核孔第25頁，共30頁。爪蟾卵母細胞核質(zhì)蛋白注射試驗第26頁，共30頁。核定位信號：

1982年R.Laskey發(fā)現(xiàn)核內(nèi)含量豐富的核質(zhì)蛋白（nucleoplasmin）的C端有一個信號序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)進入細胞核，稱作核定位信號（nuclearlocalizationsignal，NLS）。第一個被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，它在胞質(zhì)中合成后很快積累在核中。其NLS為：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val，即使單個氨基酸被替換，亦失去作用。第27頁，共30頁。

NLS由4-8個氨基酸組成，含有Pro、Lys和Arg。對其連接的蛋白質(zhì)無特殊要求，并且完成核輸入后不被切除。Karyopherin是一類與核孔選擇性運輸有關(guān)的蛋白家族，相當于受體蛋白。其中imporin負責(zé)將蛋白從細胞質(zhì)運進細胞核，exportin負責(zé)相反方向的運輸。通過核孔復(fù)合體的轉(zhuǎn)運還涉及Ran蛋白，Ran是一種G蛋白，調(diào)節(jié)貨物受體復(fù)合體的組裝和解體，在細胞核內(nèi)Ran-GTP的含量遠高于細胞質(zhì)。第28頁，共30頁。第29頁，共30頁。核質(zhì)蛋白向細胞核的輸入可描述如下：

①蛋白與NLS受體，即imporinα/β二聚體結(jié)合；②貨物和受體的復(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)運器構(gòu)象發(fā)生改變，形