细胞核与染色质

• 1781年 Trontana发现于鱼类细胞； • 1831年，Brown发现于植物。 • 大小：植物1~4μm，动物10μm。常以核质比来 估算核的大小。正常细胞NP≈0.5，分裂期细胞 NP>0.5，衰老细胞NP<0.5。
Vn NP = Vc-Vn
• 形状：圆形，椭圆形,平滑肌细胞(杆 状)…….。 • 位置：细胞中央 ，成熟植物细胞的边缘。 • 数目：通常一个，成熟的筛管和红细胞 （0）、肝细胞、心肌细胞(1-2）、破骨细
2.DNA结构稳定遗传的功能序列
–①自主复制序列(ARS)，是DNA复制的起点。
–②着丝粒序列(CEN) ，含α卫星DNA。
–③端粒序列(TEL)。
Three key regions of a chromosome
（二）组蛋白（histone）
• 带正电荷，含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为： –核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4； –连接组蛋白（linker histone）：H1。
二、核骨架的功能
• 1. 为 DNA 的复制提供支架：结合有 DNA 复 制所需要的酶 。 • 2. 是基因转录加工的场所：有RNA聚合酶 的结合位点， RNA 的合成在核骨架上进行。 • 3.分化的细胞中核骨架增多。
• 4. 与染色体构建有关：一般认为核骨架与染色体骨架 形成放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学显微 镜下可见的染色体。
• solenoid
3.染色体的构建：目前多认为30nm的纤维折叠为一
系列的环（loop,袢环）结合在核骨架上（或称染 色体骨架），结合点是富含AT的区域 。
Chromatin Packing
四、染色体形态特征
随 体 次缢痕 短 臂 着丝粒 长 臂 主缢痕 染色单体 端 粒
是帮助核蛋白进入细胞核。
核孔大小：9nm~26nm是可以调控。
• 核定位信号:引导蛋白质进入细胞核的一段信 号序列。
–序列为：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lysval（ SV40中 ）
4.信号受体为
importinα，
Colloidal gold labeled • NLS对连接的蛋白质无特殊 Nucleoplasmin were transported into 要求，完成输入后不被切除。 nucleus.
• 对运输颗粒大小的限制（9nm~26nm） • 是信号识别与载体介导过程,消耗ATP（Mg2+-ATP酶）。 • 具有双向性
Process of Nuclear Import
• 四、核纤层 Lamins
• 位于内核膜的内表面的纤维网络，可支持核膜 并与染色质及核骨架相连。 • 核纤层属 于细胞质
胞(6~50）、骨骼肌细胞(数百）、植物毡
绒层细胞(2~4)。
• 结构：
①核被膜 ②核仁 ③核基质
Nucleus structure
④染色质
⑤核纤层
• 功能：
①贮存遗传信息
②传递遗传信息
第一节 核 膜（Nuclear membrane）
一、核膜的结构
• • • • •
①外核膜 ②内核膜
• （outer nuclear membrane） • （inner nuclear membrane）
1)胞质环 胞质纤维
2)核质环 核篮纤维 3)中央运输颗粒
(中央栓)
4)辐(spokes)
柱状亚单位 腔内亚单位 环带亚单位
5)终末环 2)和5)构成-核篮
（二）核孔复合体的运输特点
1.通过核孔复合体的被动运输 ①允许水溶性物质运输， ②直径小于10nm分子可自由通过。 2.选择性运输大分子物质（主动运输）
一、染色质的组成成分
• 组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA • 比例：1:1:(1-1.5):0.05。 （一）染色质DNA
1.DNA序列的复杂性
• 3种序列：①单一序列；②中度重复序列 （102~5）；③高度重复序列（>105）。
• 3种构像：①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。
–①每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心
和一个H1； –②由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心 颗粒； –③ DNA 分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈 83bp ，
共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；
–④相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。
转换， RanGDP 和RanGTP构型不同, 在核 中RanGTP与importinβ导致货物复合体的 解体, Ran蛋白的作用调节货物复合体的解
体或形成。
含有丰富亮氨酸核输出信号的货物蛋白的输出模型。
图11-9 hn-RNP介导 的mRNA输出细胞核 的推测模型
(四)、核孔是物质运输的通道
三、染色质的结构及染色体的组装
• 人体的一个细胞核中有 23 对染色体，每条染色
体的 DNA 双螺旋若伸展开，平均长为 5cm ，核内
全部DNA连结起来约1.7~2.0m。
nucleosomes (10 nm) condensed form (30 nm)
1.核小体（nucleosome）：
• 核小体：一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分 组成，通过酶消化实验建立。
核小体是染色质的基本组成单位，为染色质
的一级结构， 10nm。将DNA分子长度压缩1/7。 球状组蛋白核心
核 小 体
H3
H 2B
10nm
H4
DNA双螺旋 核 心 部 连 接 部 组 蛋 白：2（H2A、 H2B、H3、H4）八聚体
H2A
H4
H 2A H 2B
H3
连接DNA（ 50-60bp）
importinβ 。
Ran核苷交换因子
RanGTP激活蛋白
输入蛋白β
含有NLS信号的核蛋白从细胞质输入细胞核的推测模型
3.核输出信号（nuclear export signal,
NES），引导RNP输出细胞核，
5.受体为exportin。
• Ran蛋白，一类G蛋白， RanGDP 和RanGTP
RNA 核糖体大小亚基 DNA合成酶 RNA合成酶 组蛋白 受 体 亲核蛋白
组蛋白
介导细胞核与细胞质间的物质运输
双功能 双 向
被动扩散主 动运输
核→质 质→核
（三）核蛋白、核定位信号、核输出信号、
输入蛋白、输出蛋白
1.核蛋白（nuclear protein）在细胞
质中合成，运输到核内起作用….
（核质蛋白:与核小体组装相关的亲核 蛋白）
（三）.非组蛋白
• 特性：1.含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带
负电荷，属酸性蛋白质。
2.整个细胞周期都进行合成，组蛋
白只在S期合成。
3. 能识别特异的 DNA 序列，识别与
结合靠氢键和离子键，特异性识别的序
列在进化上是保守的。
非组蛋白的功能
功能： 1.参与染色体的构建；
2.启动基因复制；
3.调控基因转录。
染色质（异染色质）在核周边锚定的位点。在前期
结束时，核纤层被磷酸化，核膜解体。其中B型核
纤层蛋白与核膜残余小泡结合，A型溶于胞质中。 在分裂末期，核纤层蛋白去磷酸化重新组装，介导 了核膜的重建。
第二节 核骨架(Nuclear scaffold)
• 核骨架或称核基质（ nuclear matrix ） ， 为真核细胞核内的纤维蛋白网络结构。 • 狭义核骨架是指除核被膜、染色质、核纤层 及核仁以外的核内网架体系。 • 广义核骨架包括核基质、染色体骨架、核纤
Medicai molecular biology
细胞核与染色体
The cell nucleus
主
要
内
容
• 一、核膜（Nuclear envelope）
• 二、核骨架(Nuclear scaffold)
• 三、染色质与染色体
(Chromatin and chromasome) • 四、核仁（Nucleolus） • 五、核糖体（Ribosome）
H3
H2B
10nm
H4
• 结构：高度保守，尤其是H3和H4。 –核心组蛋白由球形部和尾部构成，
H 2A
H4
H2A H2B
H3
球形部借与磷酸二脂骨架间的静电作用使DNA分子缠 绕在组蛋白核心上，形成核小体，尾部含有大量Arg 和Lys，为组蛋白转译后进行修饰的部位。
• H1多样性，具有属(genus)和组织特异性。
核孔蛋白Nup 两 Gp210代表一类结构性蛋白 （nucleoporin）类 p62代表一类功能性蛋白
Cytoplasmic face cytoplasmic particles
Nuclear face basket inner complex
（一）核孔复合体的结构模型
捕鱼笼模型（Fish trap）
H3
H4
H2B
H2A
H 2A
形成11nm的纤维
H4
H2B
核 小 体
DNA分子：140～ 160bp、1.75圈
组 蛋 白：H1 DNA分子：50～60bp
H3
2.螺线管（solenoid）：在电镜下观察用温和方法分离
的染色质是直径30nm的纤维：
由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一圈（螺线 管），长度压缩6倍；
③核周隙
④核孔复合体 ⑤核纤层
• （perinuclear space）
• (nuclear pore complex)
• (nuclear lamina)
二、核膜的功能
• 1.提供保护性屏障 • 2.染色质的定位和酶分子的支架
三、核孔复合体(NPC）的结构与功能
• 形成:内外核膜融合形成的开口 • 组成:核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin） 构成，称为核孔复合体（nuclear pore complex) • 一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。 • 细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较 少。
非 组 蛋 白 的 不 同 结 构 模 型
二、常染色质和异染色质
• 间期核中染色质可分为异染色质 （heterochromatin） 常染色质（enchromatin）。 • 异染色质的特点： –①在间期核中处于凝缩状态，无转录活性、 是遗传惰性区。 –②在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩（异 固缩现象）。 –③分为两类：结构（恒定）异染色质 （constitutive heterochromatin）、兼性（功能） 异染色质（facultative heterochromatin）
核质蛋白 水解 尾 受 体 头 放射性标记，注入胞质中 尾
2.核定位信号(入核信号) （nuclear localization signal）
首先是在SV40病毒的T抗原中发现的 核定位信号位于蛋白质的任何部位，通常为
由一段4~8个氨基酸组成的短肽，富含带正
电荷的Lys、Arg及Pro，没有专一性，作用
• 巴氏小体（ barr body ）。
雌性哺乳动物细胞中一条
异固缩化的X染色体。
• 人的胚胎发育到 16天以后， 出现巴氏小体。
barr body
1.异染色质 (浓缩的、非功
能性染色质)高度螺旋和盘
曲、染色深、功能上不很活
跃、位于核的边缘。
2.常染色质（伸展的、功能性染色质） 无明显的螺旋和盘曲、染色浅、功能 上很活跃、均匀分布于核内。
层-核孔复合体形成的结构体系。
一、核骨架的组成
• ①非组蛋白性纤维蛋白，10多种次要蛋白质，包括
肌动蛋白和波形蛋白，后者构成核骨架的外罩。
• 核 骨 架 碎 片 中 还 存 在 三 种 支 架 蛋 白 （ scaffold
proteins，SCⅠ、SCⅡ、SCⅢ)，SCⅠ则是DNA拓朴
异构酶Ⅱ。 • ②少量RNA（占0.5%）和DNA(占0.8%，即：MAR) 。 • ③少量磷脂（1.6%）和糖类（0.9%）。
骨架中的
Ⅴ型中间 纤维。
• 核纤层由核纤层蛋白（lamina）构成，分为A、B、C 三种多肽亚单位。
复 膜 外 蛋 膜 白 核
合 孔
核 镶 内 嵌 b
周
腔 体 膜 膜 b 蛋 b 白 b
核纤层
b
b
b
。
染色质（纤维）
•作用：
•1．保持核的形态：
•2．参与染色质和核的组装：核纤层在细胞分裂时
呈现出周期性的变化，在间期核Байду номын сангаас，核纤层提供了
为同一类物质，30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上，
Chromosome Structure
第三节、染色质与染色体
(Chromatin and chromasome)
• 1848 年，Hofmeister 发现于鸭跖草的小 孢子母细胞。 • 1879年，W. Flemming提出Chromatin。 • 1888年，Waldeyer提出Chromosome。