細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞核.ppt

1、,醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué) （Medical Cell Biology),第八章 細(xì) 胞 核 （nucleus）,第一節(jié) 核膜,第二節(jié) 染色質(zhì)和染色體,第三節(jié) 核纖層和核骨架,第四節(jié) 核仁,第五節(jié) 細(xì)胞核的功能 第六節(jié)細(xì)胞核與疾病,細(xì) 胞 核 概 述,形態(tài)：多為圓形、卵圓形，少數(shù)為不規(guī)則形。 數(shù)目：通常一個(gè)，成熟紅細(xì)胞（0）、肝細(xì)胞、 心肌細(xì)胞（1-2）、破骨細(xì)胞（數(shù)百個(gè)） 大?。汉速|(zhì)比(NP) =細(xì)胞核體積 (N) / 細(xì)胞質(zhì)體積(P). 正常細(xì)胞NP 0.5，分裂期細(xì)胞NP0.5， 衰老細(xì)胞NP0.5。 結(jié)構(gòu)：核膜 染色質(zhì)和染色體 核基質(zhì) 核仁,第一節(jié) 核膜 (nuclear membr

2、ane ),核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)。,蛋白質(zhì): 20多種，占65-75%。與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似。 脂 類：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似。,一、核膜的主要化學(xué)成分,核 膜,核 仁,染色質(zhì),核基質(zhì),二、核膜的超微結(jié)構(gòu),核膜的結(jié)構(gòu)和功能,二、核膜的超微結(jié)構(gòu),1.外核膜 與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通 外表附有核糖體顆粒 2.內(nèi)核膜 內(nèi)側(cè)連有核纖層 3.核周間隙 4.核孔,三、 核孔復(fù)合體與核質(zhì)間的運(yùn)輸,核孔,核膜的結(jié)構(gòu)和功能,內(nèi)外核膜融合而成 一般3000-4000個(gè)。 細(xì)胞核活動(dòng)旺盛的細(xì)胞 較多，反之較少。,核孔復(fù)合體,核孔復(fù)合體的功能：參與核質(zhì)間的物質(zhì)運(yùn)輸。,電鏡下的核孔復(fù)合體,由四個(gè)部分組成,(nuclear pore complex，NP

3、C),胞質(zhì)環(huán) 核質(zhì)環(huán) 輻 中央栓,The Nuclear Pore,Nuclear face basket inner complex,三、核纖層 （nuclear lamina）,（一）核纖層的結(jié)構(gòu) 1.位于核膜內(nèi)層。 由核纖層蛋白構(gòu)成纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 2. 核纖層蛋白（lamin）中間纖維蛋白， A、B、C三種類型。,核膜的結(jié)構(gòu)和功能,核纖層 （nuclear lamina）,1. 與核膜的重建及染色質(zhì)凝集有關(guān) lamin 磷酸化lamin解聚核膜崩解,2. 為核被膜提供支架，與細(xì)胞核構(gòu)建有關(guān),（二）核纖層功能：,3. 參與DNA的復(fù)制和基因的表達(dá)。,核膜的結(jié)構(gòu)和功能,四、核膜的主要功能,核

4、被膜的結(jié)構(gòu)和功能, 區(qū)域化作用 合成生物學(xué)大分子 控制細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間的物質(zhì)流和 信息流,第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體,（Chromatin & chromosome）,染色質(zhì)：是間期細(xì)胞核中伸展開的DNA蛋白質(zhì)纖維。,染色體：細(xì)胞分裂期，染色質(zhì)組裝成在光鏡下可見 的棒狀或點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)。,染色質(zhì)和染色體是同種物質(zhì)在不同時(shí)期的不同表現(xiàn)形式,一、染色質(zhì)與染色體的主要化學(xué)組成,組成：DNA、組蛋白占98%， 非組蛋白和RNA少量。,（一）DNA 染色質(zhì)的主要成分，遺傳信息的載體。 每條未復(fù)制的染色體由一條DNA分子構(gòu)成。,1. 組蛋白（histone）,特點(diǎn)：帶正電荷，屬堿性蛋白。 種類： 核小體蛋白：H2A

5、、H2B、H3、H4； 連接蛋白：H1（具有種屬和組織特異性）。 功能： 參與染色體的構(gòu)建，維持染色體結(jié)構(gòu)； 抑制 DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。,（二）組蛋白和非組蛋白,一、染色質(zhì)與染色體的主要化學(xué)組成,（三）組蛋白和非組蛋白,2. 非組蛋白（non-histone）,一、染色質(zhì)與染色體的主要化學(xué)組成,帶負(fù)電荷，屬酸性蛋白質(zhì) 數(shù)量少，種類多，具有種屬和組織特異性 非組蛋白中含有很多種酶 功能： 參與染色體的構(gòu)建 啟動(dòng)基因復(fù)制 調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄,二、染色質(zhì) (chromatin),常染色質(zhì) (euchromatin) （伸展染色質(zhì) 、功能性染色質(zhì)）,位于核的內(nèi)部、結(jié)構(gòu)疏松、染色淺、具有轉(zhuǎn)錄活性。,異染色質(zhì)

6、(heterochromatin) （濃縮染色質(zhì)、非功能性染色質(zhì)）,位于核的邊緣、螺旋化程度高、染色深、轉(zhuǎn)錄功能不活躍。,常染色質(zhì),異染色質(zhì),二、染色質(zhì) (chromatin),二、染色質(zhì) (chromatin),結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)：在整個(gè)細(xì)胞周期中都處于凝縮狀態(tài) 的染色質(zhì)。多位于著絲粒區(qū)和端粒區(qū)，不具有轉(zhuǎn)錄活性 。,兼性異染色質(zhì)：在特定細(xì)胞的一定發(fā)育階段具有凝縮狀態(tài)的染色質(zhì)。如 X染色質(zhì)。,異染色質(zhì)類型：,雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞中 異固縮化的X染色體。 人的胚胎發(fā)育到16天 后出現(xiàn)。,barr body,巴氏小體（barr body）,染色質(zhì),常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的比較,相同點(diǎn)： 基本結(jié)構(gòu)單位-脫氧核糖核

7、酸； 與組蛋白結(jié)合； 雙螺旋結(jié)構(gòu)。 不同點(diǎn)： 分布 染色 結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)錄活性 復(fù)制時(shí)間 功能,三、染色體的構(gòu)建,將DNA分子長(zhǎng)度壓縮7倍。,（一）一級(jí)結(jié)構(gòu) 核小體 (nucleosome),球狀組蛋白核心,DNA雙螺旋(146bp、1圈),H2A,H2A,H2B,H2B,連接DNA（50-60bp）,核小體,核心部,連接部,DNA分子：140-160bp、 1.75圈,組 蛋 白：H1,DNA分子：5060bp,組蛋白：2(H2A、H2B、 H3、H4) 八聚體,核小體(nucleosome),內(nèi)10nm,組蛋白,（二）二級(jí)結(jié)構(gòu)螺線管,6個(gè)核小體纏繞一圈形成的中空管，將串珠狀小體 長(zhǎng)度壓縮6倍。,

8、三、染色體的構(gòu)建,（三）三級(jí)結(jié)構(gòu)超螺線管 超螺線管是由螺線管進(jìn)一步盤曲而形成。 =400nm 將螺線管長(zhǎng)度壓縮40倍。,超螺旋管進(jìn)一步折疊又被壓縮5倍。成為四級(jí)結(jié)構(gòu) 染色單體。,DNA分子共壓縮8 00010 000倍。,（四）四級(jí)結(jié)構(gòu)染色單體,三、染色體的構(gòu)建,一級(jí)結(jié)構(gòu)核小體，壓縮7倍 二級(jí)結(jié)構(gòu)螺線管，壓縮6倍 三級(jí)結(jié)構(gòu)超螺線管，壓縮40倍 四級(jí)結(jié)構(gòu)染色單體，壓縮5倍 DNA共壓縮8 00010 000倍。,染色質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu),染色體結(jié)構(gòu)的“袢環(huán)” 模型： 2nm的雙螺旋DNA。 10nm核小體。 6個(gè)核小體圍成一圈的螺旋，直徑30-50nm。 由螺線管形成DNA復(fù)制環(huán)。每18個(gè)復(fù)制環(huán)呈放射狀

9、平面排列，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶。 約106微帶沿縱軸排列形成染色體單體。,染色體骨架-放射環(huán)模型,“袢環(huán)”模型,四、染色體（chromosome）,結(jié)構(gòu)： 主縊痕、染色體臂 著絲粒、著絲點(diǎn) 次縊痕、隨體 端粒,1.中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu),2009諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎(jiǎng) (2009.10.5),杰克紹斯塔克 Jack W. Szostak 美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院 遺傳學(xué)系,伊麗莎白布萊克本 Elizabeth H. Blackburn 加州大學(xué)舊金山分校 生化與生物物理學(xué)系,卡蘿爾格雷德 Carol W. Greider 約翰-霍普金斯醫(yī)學(xué)院 分子生物學(xué)與遺傳學(xué)系,四、染色體 (chromosome),2

10、. 染色體類型： 中央著絲粒染色體：著絲粒位于總軸4/8-5/8； 亞中央著絲粒染色體：著絲粒位于總軸5/8-6/8； 近端著絲粒染色體：著絲粒位于總軸7/8-末端。,形態(tài)：間期細(xì)胞核內(nèi)，圓球形。 數(shù)目： 一般12個(gè)，有的35個(gè)。 特點(diǎn)：蛋白質(zhì)合成旺盛細(xì)胞核仁大、數(shù)目多， 反之核仁小或缺如。 分裂前期消失，末期重現(xiàn)。,第三節(jié) 核 仁 (nucleolus),一、核仁的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成 （一）核仁的形態(tài),蛋白質(zhì)：80，組蛋白、非組蛋白、 核糖體蛋白及酶類。 rRNA ：10%，45S、28S、18S、5.8S DNA ： 8%， rDNA 脂 類： 微量,（二）核仁的化學(xué)組成,核仁的形態(tài)、結(jié)

11、構(gòu)和化學(xué)組成,纖維中心,顆粒成分,致密 纖維組分,（三）核仁的超微結(jié)構(gòu),（三）核仁的超微結(jié)構(gòu),（一）纖維中心 ( fibrillar center) rDNA。,13、14、 15、21、22號(hào)10條染色體存在rRNA基因 ， 轉(zhuǎn)錄rRNA，形成核仁，稱核仁組織者 (nucleolar organizer)。形成核仁組織區(qū)。,（二）致密纖維組分 (dense fibrillar component),（三）顆粒成分 (granular component) 由RNA和蛋白質(zhì)組成的核糖體前體物質(zhì)。,（四）核仁相隨染色質(zhì) 核仁周圍染色質(zhì) (NAC) ：異染色質(zhì)。 核仁內(nèi)染色質(zhì) (INC) ：常染色

12、質(zhì)，載有rDNA,（一）是rRNA合成的中心 （二）是rRNA加工成熟的區(qū)域和 核糖體大小亞基裝配的工廠,二、核仁的功能,核仁在核糖體大小亞基裝配中的作用,核仁周期：核仁隨細(xì)胞周期的進(jìn)行而呈現(xiàn)的周期性 變化（形成和消失）。,間 期,細(xì)胞有12個(gè)或多個(gè)核仁。,分 裂 期,染色質(zhì)濃縮、rRNA合成停止，rDNA袢環(huán)逐漸縮回到染色體，核仁縮小繼而消失。,細(xì)胞分裂期后末期,核仁組織者染色體解旋，rDNA伸展成袢樣，在酶的作用下合成rRNA，經(jīng)積累和包裝rDNA袢環(huán)周圍又組建成新的核仁。,核仁 (有),核仁 (消失),核仁(再現(xiàn)),三、核仁周期（nucleolar cycle ）,第四節(jié) 核骨架（nuclear skeleton）,一、概念 核骨架又稱核基質(zhì)（nuclear matrix） 是細(xì)胞核內(nèi)以非組蛋白為主的纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。,二、化學(xué)組成 核基質(zhì)蛋白和核基質(zhì)結(jié)合蛋白等多種蛋白質(zhì)組成。,1. 是DNA復(fù)制的支架。 2. 是基因轉(zhuǎn)錄加工、RNA合成的場(chǎng)所。 3. 與染色體的構(gòu)建和核的重建有關(guān)。 4. 與細(xì)胞分化有關(guān)。 5. 與病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄有關(guān)。 6. 在腫瘤發(fā)生過程中起一定作用。癌基因表達(dá)在核骨架上進(jìn)行。,二. 功能,核骨架（nuclear skeleton）,第五節(jié) 細(xì)胞核的功能,遺傳信息的儲(chǔ)存、