1、第八章 细 胞 核,细胞核: 1 最大的细胞器2 遗传物质储存、复制和转录的场所3 生命活动的控制中心4 真核生物与原核生物最大的区别正常细胞NP (核质比) 0.2,分裂期细胞NP0.2,衰老细胞NP0.2。,形态:随细胞的增殖过程呈现周期性的变化。间期可以 观察细胞核的完整结构。一般与细胞的形态相适 应, 圆形、椭圆形、杆状、分叶状。 大小:5-30m 数目:1个、2个(肝、肾细胞)、数百(破骨细胞) 位置:细胞中央或偏于某一端 组成部分:核被膜核仁染色质核基质,染色质,第一节 核膜(nuclear envelope) 一、核膜的化学组成蛋白质、脂类、少量DNA和RNA核被膜的化学组成与内
2、质网相似二、核膜的结构(电镜) 构成:内核膜(inner nuclear membrane)外核膜(outer nuclear membrane)核周隙(perinuclear space),1.外核膜:面向胞质,与粗面内质网膜连续有核糖体附着表面有中间纤维 2. 内核膜:面向核质外表面无核糖体内表面附有核 纤层 3. 核间隙:与粗面内质网腔相通宽:20-40nm,4. 核 孔 :内外核膜融合所致,3000-4000个/细胞,Cytoplasmic face cytoplasmic particles,Nuclear face basket inner complex,核孔复合体(nuclea
3、r pore complex, NPC): 捕鱼笼式核孔复合体:胞质环核质环辐中央栓功能:介导细胞核与 细胞质间的物质运输,柱状亚单位,腔内亚单位,环带亚单位,三、核被膜的主要功能 1.区域化作用 保证相对稳定的内环境 遗传信息的表达得到得到更为精确的控制 2.合成生物大分子-蛋白质 3.控制核质间的物质流和信息流 核膜双层 核孔复合体,四、核纤层内核膜下的纤维状蛋白网,一侧结合于内核膜,一侧结 合于染色质.分三种核纤层蛋白(A、 B、C )属于中间丝。,功能:1)在细胞核中起支架作用2)与核膜重建和染色质凝集关系密切3)参与细胞核的构建与DNA复制,第二节 染色质(chromatin) 和染
4、色体(chromosome)染色质(chromatin)是指间期细胞核内能被碱性染料染色的物质,由DNA、组蛋白,非组蛋白及少量RNA组成的复合体,是间期遗传物质在细胞内的存在形式。,染色质和染色体是同一物质不同时相的不同表现形态染色质(间期) 染色体(分裂期),一染色质的化学组成 组成: DNA 组蛋白 非组蛋白 RNA 比例: 1 1 (1-1.5) 0.05,1染色体(质)DNA 基因组(genome): 真核细胞单倍染色体组中所含有的全 部遗传信息为1个基因组 。 人基因组:22条常染色体+2条性染色体,染色体(质)DNA必须含有的三个特殊序列: 1) 复制源 (replication
5、 origin):DNA复制的起点有多个 不同区域多点同时进行。 2) 着丝粒(centromer ): 两条染色单体连接部位, 分裂期与纺锤丝相连,保证染色体平均分配。 3) 端粒(telomere ):染色体末端富含G重复序列, 保证 DNA分子的完整性。 酵母人工染色体(YAC ):含上述3种成分,用于转基因,2染色体(质)蛋白 (1)组蛋白(histone) 1) 碱性蛋白,共5种 核心组蛋白(core histone): H2A、H2B、H3、H4 高度保守, 与DNA盘绕形成核小体 连接组蛋白(linker histone):H1 具有种属和组织特异性 2) 构建染色体的高级结构。
6、 3) 合成于S期,与DNA合成同时进行, 4) 合成后立即进入核内与DNA装配成染色质。 5) 与DNA紧密结合可抑制DNA的复制和RNA的转录。,(2)非组蛋白( nonhistone ) 酸性蛋白, 序列特异性DNA结合蛋白 功能: 1)帮助DNA分子折叠以维持染色质的结构 2)协助启动DNA的复制 3)控制基因的转录和调节基因的表达 3RNA:含量很低,二、 染色质的种类,常染色质 异染色质 Euchromatin heterochromatin 结构松散 结构紧密 着色较浅 着色较深 螺旋化程度低 螺旋化程度高 有功能,可活跃 转录不活跃 地进行复制和转录 均匀分布在核内 位于核的边
7、缘多位于中央 部分与核仁结合,结构异染色质: 在所有的细胞中,在整个细胞周期中都处于凝集状 态,既不转录也不编码蛋白,为高度重复序列,见于着丝粒、端粒、次缢痕等部位,在S期合成。兼性异染色质:只在特定阶段凝集而成(由原来的常染色质因丧失基因转录活性而来)常/异染色质的化学本质相同,但以不同的状态存在而已,一定条件下可互相转化。,巴氏小体(barr body),三染色体的构建 6109DNA碱基对 / 细胞 / 46条染色体 / 人 5/DNA/染色体/条 总长度174cm 5m/核直径 需要包装、压缩、折叠染色单体(几微米),DNA和组蛋白组成重复的亚单位:核小体的提出,(一)染色质的一级结构
8、核小体(nucleosome) 基本结构单位 八聚体/组蛋白(H3 H4和H2A H2B) + 140bpDNA分子 (缠绕1.75圈) 核心颗粒 之间为60bp的连接DNA片段 直径11nm圆盘状颗粒核小体(压缩1/7),多级螺旋结构模型,(二)染色质的二级结构 螺线管 H1参与下,核小体紧密连接、螺旋缠绕(6个/圈)染 色质纤维(30nm) (压缩1/6),30nm,(三)染色质的三级结构超螺线管(压缩1/40) 进一步盘绕形成,直径400nm,(四)染色质的四级结构染色单体(压缩1/5) 再次折叠而成chromatid (长2-10uM),5/DNA2-10m/染色单体 长度压缩了近万倍
9、四级结构螺旋模型,染色质纤维(30nm)折叠袢环结构域(沿染色体纵轴 向中央四周伸出,形成放射环)再多次折叠盘曲染色单体,袢环结构模型,四染色体的形态特征 1中期染色体的形态结构 (1)染色单体: DNA双链盘曲折叠 一条染色单体着丝粒相连两条姐妹染色单体一个染色体,(2)着丝粒和主缢痕: 主缢痕:着丝粒的两侧向内凹陷处,光镜下相对不着色。 着丝粒: 两条染色单体相连的中心部位,一段高度重复的DNA 序列,不与组蛋白结合,而与纺锤丝结合参与染色体 向两极的移动。 动粒(着丝点) : 主缢痕两侧的一对三层板状结构 是纺锤丝微管聚合中心,主缢痕区域 动粒结构域-外,微管组织中心 (着丝粒-动粒复合
10、体) 中心结构域-中,高度重复的DNA序列 配对结构域 -内,连接姐妹染色单体,中央着丝粒染色体(1/25/8)分类 亚中着丝粒染色体(5/87/8) 近端着丝粒染色体(7/81) 长臂(q),短臂(p) 端着丝粒染色体(末端),(3)次缢痕和随体: 次缢痕:近端着丝粒染色体(13,14,15,21,22)的 短臂上,常与核仁的形成有关核仁组织区 (NOR) 。 随 体: 染色体末端、与次缢痕相连的棒状小体 (satellite),由异染色质组成,是识别染色体形 态的重要特征之一 。,(4)端粒(telomere) 染色体末端的特化部位 简单的重复序列组成(人:TTAGGG) 维持染色体结构的
11、稳定性,防止末端的相互粘连 正常染色体每复制一次丢失50-120bp 细胞的生命钟,衰老的标志 肿瘤细胞因具有端粒酶活性而自行合成端粒细胞无限繁殖,五、染色体的数目、核型 (一)数目 数目恒定,多为二倍体细胞(2n),生殖细胞为n.,( 二 ) 核型 核型(karyotype): 一个物种的全部染色体数目、大小和每条染色体 所特有的形态特征的总和,是有丝分裂中期的表型。 核型分析:对染色体进行分组、排列、配对所做的形态分析。 人:46,XX(女);46XY(男),(三)带型 是染色体中非组蛋白DNA碱基对呈现的特殊带纹。,第三节 核仁(nucleolus) 在间期细胞的核中最明显,光镜下为均匀
12、、海绵状的球体 1-2个/细胞,与蛋白质的合成密切相关 在核中的位置不固定 ,生长旺盛的细胞“核仁趋边”现象 无膜包裹 一. 核仁的形态结构和化学组成 组成: 蛋白质占80% RNA占11% DNA占8%,形态结构: (电镜下) 1纤维中心: 浅染的低电子密度的圆形结构, 是 rRNA基因的rDNA存在部位, 位于5对染色体上(13、 14、 15、21、22), 共同构成核仁组织区(次缢痕部位)。,2致密纤维成分: 核仁内电子密度最高的的区域, 位于浅染区的周围 含有正在 转录 的rRNA分子 含有一些特异性的RNA结合蛋白(核 仁素 nucleolin :可使核仁被特征性地银染),3. 颗
13、粒成分: 核仁的外周,致密的颗粒成熟核糖体亚单位前体,二核仁的功能 1)合成rRNA;2)装配核糖体的大、小亚基 三核仁周期 有丝分裂期:核仁变小、消失分裂末期:核仁重现,第四节 核骨架(核基质) 除核被膜、染色质和核仁以外的网架系统,又称核骨架 (nuclea skeleton)。是非组蛋白构成的纤维状结构。(一)核基质的形态结构和化学组成纤维蛋白成分构成的纤维网架结构,分布于核空间,与核纤层和核孔复合体相连。,(二)核基质的功能1. 为DNA的复制提供支架 2. 是基因转录加工的场所 3. 与染色体构建有关,第六节 细胞核与疾病,一 细胞核形态异常与肿瘤肿瘤细胞:高核/质比;异型核结构;染色质近核膜处,颗粒状;核仁rRNA高转录活性,体积大,数目多;组蛋白磷酸化高, 结合 DNA能力下降;核孔数目增多显著。,二 染色体异常与肿瘤数目异常: 超二倍体、亚二倍体和多倍体结构异常:易位、重复、缺失、倒位、环状慢粒:费城小体22号、长臂与9号长臂部分区段异位标记染色体(95%)视网膜母细胞瘤:13号长臂中间缺失Wilms瘤:11号染色体短臂中间缺失,随体,(3)次缢痕和随体: 次缢痕:近端着丝粒染色体(13,14,15,21,22)的 .,