細胞核醫(yī)學知識專家講座

概述第一節(jié)核被膜第二節(jié)染色質和染色體第三節(jié)核仁第四節(jié)核基質第五節(jié)細胞核功效第六節(jié)細胞核與疾病內容細胞核醫(yī)學知識專家講座第1頁細胞核是生物進化產物細胞模式圖淋巴細胞電鏡照片細胞核醫(yī)學知識專家講座第2頁不一樣時期核膜和染色質改變細胞核是一個動態(tài)性結構細胞核通常是指間期核細胞核醫(yī)學知識專家講座第3頁為何只有在細胞分裂間期才能看到細胞核為何細胞分裂期核膜會溶解消失？其物質基礎和分子機理是什么？遺傳物質以何種形式和結構存在細胞核醫(yī)學知識專家講座第4頁概述一、細胞核最基本功效1.貯存遺傳信息（DNA）2.復制、轉錄遺傳信息并指導蛋白質合成3.細胞內各種生化活動調控中心細胞核醫(yī)學知識專家講座第5頁細胞核怎樣儲存、復制和轉錄遺傳信息呢？所需原料和產物怎樣進出細胞核？膜受體核轉位信號細胞核是各種生化活動控制中心細胞核醫(yī)學知識專家講座第6頁二、細胞核大小、形態(tài)、數目1.大?。捍笮〔灰挥字杉毎?，生長旺盛細胞核大，如卵細胞、腫瘤細胞；分化成熟細胞核較小細胞核大小用核質比（NP）表示細胞核醫(yī)學知識專家講座第7頁核質比（NP）：判別細胞狀態(tài)指標

VnVnNP==Vc—VnVp（Vn：細胞核體積，Vc：細胞體積，Vp：細胞質體積）正常細胞：NP≈0.5幼稚細胞（腫瘤細胞）：NP>0.5

衰老細胞：NP<0.5細胞核醫(yī)學知識專家講座第8頁14～6核∶質=1∶4～611.1～1.2核∶質=1∶1.1～1.2細胞核醫(yī)學知識專家講座第9頁2.形態(tài)圓形或橢圓形居多，少數為桿狀或分葉狀肌細胞核呈桿狀,中性粒細胞核呈分葉狀。常位于細胞中央,也有偏向細胞一端脂肪細胞核被脂滴擠到邊緣，杯狀細胞核靠近基底3.數目通常一個核，有些細胞為雙核甚至多核肝細胞(1-2)，骨骼肌，破骨細胞幾十上百細胞核醫(yī)學知識專家講座第10頁4.結構核膜核仁染色質核基質間期細胞核細胞核醫(yī)學知識專家講座第11頁一、核膜結構外核膜（outernuclearmembrane)內核膜（innernuclearmembrane)核周間隙（perinuclearspace)核孔（nuclearpores)核纖層（nuclearlamina)第一節(jié)核膜細胞核醫(yī)學知識專家講座第12頁細胞核模式圖細胞核醫(yī)學知識專家講座第13頁（一）內、外核膜和核周間隙細胞核醫(yī)學知識專家講座第14頁胞質面附核糖體，與粗面內質網相連通外核膜外核膜細胞核醫(yī)學知識專家講座第15頁核質面附有一層電子密度高核纖層。內核膜核纖層內核膜細胞核醫(yī)學知識專家講座第16頁內外層核膜之間空隙隙寬20-40nm,充滿液態(tài)蛋白質和酶與內質網腔連通核周間隙核周間隙細胞核醫(yī)學知識專家講座第17頁核膜上內、外層核膜融合形成圓形小孔，是核—質通道不與核周隙相通核孔（二）核孔細胞核醫(yī)學知識專家講座第18頁電鏡下胞質面（Cytoplasmicface）核孔外觀細胞核醫(yī)學知識專家講座第19頁電鏡下核質面（Nuclearface）核孔細胞核醫(yī)學知識專家講座第20頁核孔復合體(nuclearporecomplex)細胞核醫(yī)學知識專家講座第21頁核孔復合體結構模型胞質顆粒胞質環(huán)中央栓輻胞質纖維核質環(huán)核纖層核藍纖維端環(huán)細胞核醫(yī)學知識專家講座第22頁（1）gp210：結構性跨膜蛋白，含N連接糖鏈，位于“孔膜區(qū)”，介導核孔復合體與核被膜連接（2）p62：功效性蛋白，帶有O連接N－乙酰葡萄糖胺殘基寡糖鏈N端：有XFXFX形式重復序列（F：苯丙氨酸），直接參加核質交換；C端：含有疏水性七肽重復序列，成α-螺旋結構核孔復合體蛋白細胞核醫(yī)學知識專家講座第23頁核纖層染色質（三）核纖層（nuclearlamina）BBBBBBB核孔復合體ACACACACACACAC膜蛋白外膜

內膜核周腔細胞核醫(yī)學知識專家講座第24頁核纖層蛋白（中間纖維）組成三種核纖層蛋白組成：laminA、B、ClaminB結合在核內膜上，laminA與染色質結合，并和laminC一起與laminB結合核纖層蛋白磷酸化核纖層解聚，解聚后laminB留在膜上，laminA、C游離核纖層（nuclearlamina）細胞核醫(yī)學知識專家講座第25頁Lamins（核纖層）細胞核醫(yī)學知識專家講座第26頁

1.支持和固定核膜，穩(wěn)定核形狀：核纖層網狀結構是形成維持核被膜和核孔位置主要物質基礎，解聚后核膜隨之解體。2.對染色質有序排列起一定作用：核纖層是染色體有序附著在核膜上支架。3.參加核膜解體和重建：參加細胞有絲分裂前期核膜解體及末期核膜重建。核纖層功效細胞核醫(yī)學知識專家講座第27頁核纖層參加細胞分裂過程中核膜解體與重建細胞核醫(yī)學知識專家講座第28頁二、核膜功效（一）核膜為基因表示提供了時空隔離屏障

使細胞內區(qū)域化，將核質與胞質分隔為DNA復制、RNA轉錄提供穩(wěn)定環(huán)境DNA復制、RNA轉錄與蛋白翻譯在不一樣時間，空間進行細胞核醫(yī)學知識專家講座第29頁（二）核膜參加了生物大分子合成

外核膜表面附著核糖體，可進行蛋白質合成。細胞核醫(yī)學知識專家講座第30頁（三）核質之間物質運輸

1.被動擴散無機離子和小分子物質（分子量小于5000）能夠自由經過。2.主動運輸大分子物質經過核孔復合體主動運輸。細胞核醫(yī)學知識專家講座第31頁核膜內外大分子物質運輸入核物質：蛋白分子需要核定位信號（nuclearlocalizationsignal，NLS），如DNA復制、RNA轉錄所需各種酶、轉錄因子；染色體組裝所需組蛋白及核糖體蛋白出核物質：大分子物質含有核輸出信號（nuclearexportsignal,NES），如核內加工成熟mRNA、核糖體大小亞基細胞核醫(yī)學知識專家講座第32頁（1)親核蛋白質入核過程親核蛋白質（karyophilicprotein)：含有核定位信號(NLS），如DNA聚合酶、RNA聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白，轉錄因子等NLS由4-8個氨基酸組成，富含賴氨酸和精氨酸等堿性氨基酸親核蛋白質還需與NLS受體（importin，輸入蛋白）結合，才能經過核孔復合體進入核內細胞核醫(yī)學知識專家講座第33頁親核蛋白選擇性經過核孔復合體試驗無NLS有NLS親核蛋白有限水解膠體金標識細胞核醫(yī)學知識專家講座第34頁親核蛋白入核過程示意圖細胞核醫(yī)學知識專家講座第35頁（2）RNA及核糖體亞基核輸出出核物質需要核輸出信號（NES），如核內加工成熟mRNA、核糖體大小亞基，與輸出蛋白（exportin）結合，運出細胞核膠體金顆粒tRNA或5SrRNA注入蛙卵核內細胞質膠體金顆粒標識親核蛋白細胞核醫(yī)學知識專家講座第36頁（3）胞外信號傳導入核脂溶性維生素，甾體激素（固醇類激素）：直接與核受體結合T3，糖皮質激素和雄、雌激素:與細胞質受體結合入核其它信號：激活轉錄因子，經過核轉位傳導入核膜受體核轉位信號細胞核醫(yī)學知識專家講座第37頁染色質（chromatin）和染色體（chromosome）是遺傳物質在細胞不一樣時相兩種存在形式第二節(jié)染色質和染色體間期—染色質分裂期—染色體細胞核醫(yī)學知識專家講座第38頁一、染色質化學組成核酸蛋白質成分DNARNA組蛋白非組蛋白所占百分比10.05-0.110.5-1.5細胞核醫(yī)學知識專家講座第39頁（一）基因組DNA單一序列（uniqueseq.)

中度重復序列（middlerepetitive

seq.)高度重復序列（highlyrepetitiveseq.)細胞核醫(yī)學知識專家講座第40頁1.單一序列（uniquesequence)

在基因組中僅有一個或幾個拷貝，多為結構基因2.中度重復序列（middlerepetitivesequence)重復次數10-105之間，基因間隔序列，參加DNA復制及基因表示調控rRNA基因，tRNA基因，組蛋白基因、核糖體蛋白基因等RNA轉錄和翻譯基因為中等重復序列3.高度重復序列（highlyrepetitivesequence)重復數超出105，幾個至幾十個bp短重復序列串聯排列染色體端粒、著絲粒，維系染色體結構與減數分裂中同源染色體聯會配對相關

細胞核醫(yī)學知識專家講座第41頁（二）組蛋白真核細胞染色質主要結構蛋白屬堿性蛋白質，富含帶正電荷精氨酸和賴氨酸含量恒定，在真核細胞中共有5種，即H1,H2A,H2B,H3,H4H2A、H2B、H3、H4各2個分子組成核小體8聚體關鍵H1組蛋白與核小體連接線DNA結合細胞核醫(yī)學知識專家講座第42頁組蛋白化學修飾乙?；嚎筛淖冑嚢彼崴鶐щ姾桑档徒M蛋白與DNA結合，調整轉錄進行。磷酸化：同乙?；谆嚎稍鰪娊M蛋白和DNA相互作用，調整轉錄活性

細胞核醫(yī)學知識專家講座第43頁（三）非組蛋白1.生化特征：酸性蛋白質，富含天門冬AA，谷AA等酸性AA種類多含有種屬和組織特異性整個周期都能合成2.功效參加構建染色體開啟DNA復制調控基因轉錄細胞核醫(yī)學知識專家講座第44頁

組蛋白與非組蛋白比較

非組蛋白

組蛋白

有種屬和組織細胞特異性

無特異性

活動染色質中含量最高

含量恒定

整個細胞周期中都能夠合成

在S期合成

促進基因表示

抑制基因表示

細胞核醫(yī)學知識專家講座第45頁二、染色質類型常染色質(Euchromatin):染色淺、呈伸展狀態(tài)，功效活躍異染色質（heterochromatin):染色深、高度螺旋，功效不活躍細胞核醫(yī)學知識專家講座第46頁伸展狀態(tài)，電子密度低，著色淺而均勻2.單一序列或中度重復序列DNA，含有轉錄活性3.位于間期核中央，或異染色質之間4.在細胞分裂期，常染色質位于染色體長短臂中間。（一）常染色質（euchromatin)

細胞核醫(yī)學知識專家講座第47頁（二）異染色質（heterochromatin)

1.高度凝聚、螺旋化，電子密度高，著色較深2.分布于核邊緣或圍繞在核仁周圍3.轉錄不活躍或無轉錄活性。4.可分為組成性異染色質和兼性異染色質細胞核醫(yī)學知識專家講座第48頁組成性異染色質（constitutiveheterochromatin)由高度重復DNA序列組成在各種細胞類型細胞周期中（除復制期外）都呈凝縮狀態(tài)常位于染色體著絲粒區(qū)，端粒區(qū)、次縊痕等部位不轉錄和編碼蛋白質在復制行為上，較常染色質早聚縮，晚復制細胞核醫(yī)學知識專家講座第49頁兼性異染色性（facultativeheterochromatin)只在一些細胞類型或某一階段出現由常染色質聚縮而成總量隨細胞類型，發(fā)育時期，功效狀態(tài)，分化程度而改變。普通胚胎細胞含量少，高度分化細胞含量較多；增殖活躍細胞少，靜止細胞含量多染色質壓縮折疊是關閉基因活性路徑之一細胞核醫(yī)學知識專家講座第50頁常、異染色質區(qū)分

常染色質

異染色質螺旋化程度低高染色較淺較深間期核中央核邊緣分裂期染色體臂著絲粒區(qū)和端粒區(qū)活性常轉錄極少轉錄復制時間S早、中期S晚期細胞核醫(yī)學知識專家講座第51頁染色質一級結構：核小體（基本結構單位）染色質二級結構：螺線管染色質三級結構：超螺線管染色質四級結構：染色單體（一）染色質四級結構模型三、染色質結構與包裝細胞核醫(yī)學知識專家講座第52頁一級結構——核小體（Nucleosome）關鍵：八聚體2（H2A、H2B、H3、H4）組成DNA鏈纏繞組蛋白八聚體1.75圈DNA(140－160bp)連接線：H1組蛋白與連接DNA(50-60bp）組成，連接相鄰核小體每個核小體DNA鏈總長180－200bp細胞核醫(yī)學知識專家講座第53頁核小體結構模型細胞核醫(yī)學知識專家講座第54頁細胞核醫(yī)學知識專家講座第55頁細胞凋亡與核小體細胞核醫(yī)學知識專家講座第56頁二級結構—螺旋管螺旋管：核小體串珠圍繞一個空心軸，以6個核小體為一圈纏繞而成中空性管（外徑30nm、內徑10nm）。細胞核醫(yī)學知識專家講座第57頁細胞核醫(yī)學知識專家講座第58頁螺旋管核小體細胞核醫(yī)學知識專家講座第59頁三級結構—超螺旋管30nm螺旋管圍繞染色體支架，呈袢環(huán)狀，深入纏繞，即形成超螺旋管（直徑300nm）細胞核醫(yī)學知識專家講座第60頁超螺旋與染色體支架（chromosomescaffold)細胞核醫(yī)學知識專家講座第61頁電鏡下染色體支架細胞核醫(yī)學知識專家講座第62頁染色質四級結構---染色單體形成核小體（一級結構）螺旋管（二級結構）超螺旋管（三級結構）染色單體（四級結構）細胞核醫(yī)學知識專家講座第63頁染色質各級結構相對大小細胞核醫(yī)學知識專家講座第64頁染色質結構小結核關鍵：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚體小DNA鏈：纏繞八聚體7/4圈，140—160bp體連接線：H1、DNA鏈50—60bp

一級結構：核小體串珠結構，DNA鏈縮短1/7二級結構：串珠狀染色質絲螺旋形成螺旋管，一圈6個核小體，DNA鏈縮短1/6三級結構：螺旋管狀染色質深入折疊、纏繞形成超螺旋（縮短1/40倍）四級結構：超螺旋深入折疊形成染色單體（1/5）DNA鏈共縮短了8000-10000倍細胞核醫(yī)學知識專家講座第65頁四、染色體

只有分裂中期相細胞才會形成染色體結構染色體和染色質是同一物質在細胞不一樣時期不一樣存在形式細胞核醫(yī)學知識專家講座第66頁（一）染色體形態(tài)結構染色單體次縊痕短臂（p）長臂（q）隨體常染色質區(qū)異染色質區(qū)主縊痕（初級縊痕）細胞核醫(yī)學知識專家講座第67頁中期染色體按著絲粒位置分為：1/2~5/85/8~7/87/8

中部亞中部近端部端部—末端處中央著絲粒染色體亞中著絲粒染色體近端著絲粒染色體染色體類型細胞核醫(yī)學知識專家講座第68頁動粒結構域配對結構域中心結構域

著絲粒（centromere）

著絲點

（動粒Kinetochore）細胞核醫(yī)學知識專家講座第69頁隨體染色體臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁形成相關，稱為核仁組織區(qū)（NOR)。細胞核醫(yī)學知識專家講座第70頁二、染色質（體）穩(wěn)定遺傳三個必需序列復制源（replicationorigin）序列著絲粒（centomere）序列端粒（telomere）序列細胞核醫(yī)學知識專家講座第71頁自主復制序列（ARS）：DNA復制起點，有一段保守序列：200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp著絲粒序列(CEN)：短串聯重復序列組成，含有11個高度保守堿基序列：-TGATTTCCGAA-，功效是確保染色體能夠準確地分離端粒序列(TEL)：由長5-10bp重復單位串聯而成草履蟲：TTGGGG錐蟲：TAGGG擬南芥：TTTAGGG人：TTAGGG細胞核醫(yī)學知識專家講座第72頁（三）人類正常核型

一個體細胞（somaticcell）中全部染色體，按其大小和形態(tài)特征排列所組成圖像。

1.核型（Karyotype）2.染色體顯帶技術

用特殊染色方法使染色體在其長軸上顯出明暗交替或染色深淺不一樣橫紋——帶（band）。細胞核醫(yī)學知識專家講座第73頁顯帶技術整條顯帶局部顯帶Q帶：喹吖因或熒光染料G帶：Giemsa染色R帶：Q、G反帶高分辨帶C帶：著絲粒等區(qū)異染色質T帶：端粒N帶：NOR區(qū)酸性蛋白細胞核醫(yī)學知識專家講座第74頁核型與核型分析核型：一個體細胞全套染色體按一定序列排列而成圖形細胞核醫(yī)學知識專家講座第75頁（四）巨型染色體在一些生物細胞中，能夠觀察到一些特殊、體積巨大染色體，被稱為巨型染色體（giantchromosome），包含燈刷染色體（lampbrushchromosome）和多線染色體（polytenechromosome）。細胞核醫(yī)學知識專家講座第76頁普遍存在于魚類、兩棲類等動物卵母細胞中處于第一次減數分裂雙線期染色體，為二價體，包含4條染色單體中央為染色粒組成主軸，兩側伸出一系列對稱側環(huán)，展現“燈刷樣”形態(tài)染色粒DNA無轉錄活性，側環(huán)是RNA轉錄活躍區(qū)域，每一個側環(huán)是一個或多個轉錄單位，為固定染色質功效單位側環(huán)轉錄形成mRNA與蛋白質結合形成無活性RNP顆粒，存在于卵母細胞中，受精后活化1.燈刷染色體呈燈刷樣形態(tài)結構細胞核醫(yī)學知識專家講座第77頁兩棲類卵母細胞中燈刷染色體細胞核醫(yī)學知識專家講座第78頁2.多線染色體是由多條染色體組成結構存在于雙翅目昆蟲幼蟲唾液腺、腸、氣管等組織細胞中染色體DNA屢次復制但不分離，子染色體平行排列相互連接，形成體積巨大多線染色體假如蠅唾液腺細胞多線染色體

細胞核醫(yī)學知識專家講座第79頁果蠅唾液腺細胞多線染色體細胞核醫(yī)學知識專家講座第80頁第三節(jié)核仁核仁數目和大小與細胞種類蛋白質合成細胞分裂相關化學組成：蛋白質80%、RNA10%、DNA8%

細胞核醫(yī)學知識專家講座第81頁光鏡下核仁細胞核醫(yī)學知識專家講座第82頁（一）超微結構核仁染色質、纖維成份、顆粒成份、核仁基質1.核仁染色質：周圍染色質；異染色質核仁內染色質：常染色質，rRNA2.纖維成份：轉錄RNA與蛋白質復合物3.顆粒成份：核糖核蛋白體前體4.核仁基質：膠體狀不定型物質細胞核醫(yī)學知識專家講座第83頁核仁超微結構（一）纖維成份（PF）：

環(huán)形、半月形高電子密度，是新形成rRNA纖維纖維中心(FC)：

rDNA顆粒成份（PG）：

新形成rRNA與蛋白組成核糖核蛋白顆粒細胞核醫(yī)學知識專家講座第84頁核仁形成核消失核仁隨細胞周期性改變而改變細胞分裂前期消失，分裂后期重新出現核仁形成起源于核仁組織者區(qū)（nucleolarorganizerregion,NOR)NOR位于核仁組織者染色體特定區(qū)段，即與隨體連接染色質細絲核仁組織者染色體：短臂有隨體近端著絲點染色體D組3對染色體（13、14、15），G組2對染色體（21、22）細胞核醫(yī)學知識專家講座第85頁隨體染色體臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁形成相關，稱為核仁組織區(qū)（NOR)。細胞核醫(yī)學知識專家講座第86頁核仁組織者區(qū)（NOR）構建示意圖細胞核醫(yī)學知識專家講座第87頁（三）核仁功效合成rRNA裝配核糖體大小亞基前體

rRAN基因在基因組中是中等重復序列，形成基因簇轉錄時有方向性地屢次轉錄，表現為方向性基質單位，呈箭頭樣毛刷狀細胞核醫(yī)學知識專家講座第88頁核糖體RNA（rRNA)合成細胞核醫(yī)學知識專家講座第89頁細胞核醫(yī)學知識專家講座第90頁細胞核醫(yī)學知識專家講座第91頁細胞核醫(yī)學知識專家講座第92頁狹義：核基質核骨架(nuclearskeleton)廣義：包含核基質、核纖層、核孔復合體結構體系、染色體骨架核基質又稱核骨架（nuclearskeleton）第四節(jié)核基質細胞核醫(yī)學知識專家講座第93頁核基質基本組分纖維蛋白(非組蛋白)核基質蛋白：各種類型細胞共有核基質結合蛋白：與細胞類型及分化程度相關RNA：RNA與蛋白質結合成RNP復合物

DNA：瞬時、短鏈DNA

細胞核醫(yī)學知識專家講座第94頁DNA復制：DNA聚合酶、異構酶、解旋酶、核苷酸基因轉錄和加工：RNA聚合酶、轉錄因子、核內肌動蛋白、核酸酶，hnRNA→mRNA染色體構建：非組蛋白、染色體骨架基因表示調控：DNA、RNA化學修飾，影響基因表示核基質功效細胞核醫(yī)學知識專家講座第95頁細胞核醫(yī)學知識專家講座第96頁細胞核功效主要有兩個方面：遺傳信息貯存：貯存整套遺傳信息遺傳信息復制：半保留復制基因組DNA遺傳信息表示：合成mRNA，rRNA和tRNA第五節(jié)細胞核功效細胞核醫(yī)學知識專家講座第97頁遺傳信息復制與表示細胞核醫(yī)學知識專家講座第98頁細胞核醫(yī)學知識專家講座第99頁經典惡性腫瘤細胞異形核細胞核醫(yī)學知識專家講座第100頁1.染色體畸變與染色體病數目畸變整倍體畸變非整倍體畸變結構畸變缺失（deletion)倒位（inversion)易位（tr