第十章细胞核与染色体23151ppt课件

①、核 孔 复 合 体 的 结 构
胞质环
中央栓
核质 环
①、核 孔 复 合 体 的 结 构
柱状亚单 位
腔内亚单位
②、核孔复合体成分的研究
▪ 核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的 多肽，共1 000多个蛋白质分子。
▪ gp210：结构性跨膜蛋白
介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在“孔膜区”； 在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用
１、研究概况
▪ 1842年，Nali在植物细胞核中发现了杆状的染色体。 ▪ 1848年，Hofmeister从鸭跖草的小孢子母细胞中发现
染色体。 ▪ 1879年，W. Flemming提出了染色质（chromatin） ▪ 1888年，Waldeyer正式定名为Chromosome。
２、染色质的概念
▪ mRNA的出核转运过程是有极性的，5’ 端-3’ 端。 ▪ 核输出信号 (Nuclear Export Signal，NES)：RNA分子的
出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核 信号。 ▪ 目前正重点研究RNA与核孔复合体间起介导作用的蛋白。
二、染色质
▪ 染色质的研究概况 ▪ 染色质的概念及化学组成 ▪ 染色质的基本结构单位——核小体 ▪ 染色质包装的结构模型
的变化？
4、染色质的基本结构单位—核小体
▪ 1974年Kornberg等人根据染色质的酶切降解和电镜观察， 发现核小体（nucleosome）是染色质包装的基本结构单位， 并提出染色质结构的“串珠“模型。
▪ 实验证据 ▪ 核小体的结构要点
实验证据：1
▪ 未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐 溶液处理后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构。
小卫星DNA（minisatellite DNA），又称数量可变的的串联重复 序列， 常用于DNA指纹技术（DNA finger-printing）作个体鉴定；
DNA二级结构具有多形性
▪ 三种构型DNA：
▪ B型DNA（右手双螺旋DNA）： 活性最高的DNA构象
▪ A型DNA，B型DNA的重要变构 形式，仍有活性；
α螺旋-转角-α螺旋模式(helix-turn-helix motif) 锌指模式(Zinc finger motif) 亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif，ZIP) 螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif，HLH) HMG-盒结构模式（HMG-box motif）
周四预习提纲
▪ 1、细胞核的结构有哪几个部分组成？ ▪ 2、核孔复合体的结构和功能。 ▪ 3、染色质的组成成分有哪些？各起什么作用？ ▪ 4、核小体的结构是什么？有哪些实验证据？ ▪ 5、染色质的高级结构有哪些？DNA分子在四级结构中被
压缩了多少？ ▪ 6、中期染色体呈什么形态？有哪些主要结构？ ▪ 7、核仁的结构和功能是什么？如何理解他在细胞周期中
导
▪ RNA 聚合酶II转录的hn RNA，在核内进行5’端加帽和3’端附 加多聚A序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA 出核，5’端的m7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是 必要的；
（２）、RNA的出核转运
▪ 细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运，也有负调 控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体有关
（１）、亲核蛋白的入核转运机制
▪ 第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原，序列为 ：pro-pro-lyslys-lys-Arg-Lys-val。
▪ NLS 的特点：具有带正电荷的碱性氨基酸如Lys、 Arg，此外还常含有Pro；可分成两段存在；信号序 列不被切除。
▪ Ran蛋白：一类G蛋白，调节货物复合体的解体或 形成。
成之后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。
▪ 类型：进入核之后一直滞留在其中执行功能如组蛋白；
穿梭于核质之间行驶功能如ｉｍｐｏｒｔｉｎ。
▪ 核定位信号（nuclear localization signal，NLS）：
1982年R. Laskey发现核内含量丰富的核质蛋白的C端有一个 信号序列，可引导蛋白质进入细胞核，称为核定位信号。
(1)、染色质包装的多级螺旋模型
▪ 一级结构：核小体（nucleosome） ▪ 二级结构：螺线管(solenoid) ▪ 三级结构：超螺线管(supersolenoid) ▪ 四级结构：染色单体（chromatid）
１. 核 膜 的 结 构 图
２.核 孔 复 合 体
▪ 发现于２０世纪５０年代，１９５９年Ｗａｔｓｏｎ 命名为核孔复合体，是镶嵌于核孔上的蛋白结构。
▪ 广泛分布于真核细胞，一般哺乳动物细胞核膜上有３ ０００个核孔复合体。
▪ 细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。 ▪ 在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形。
２.核 孔 复 合 体
▪ 核 孔 复 合 体 由以下几部分组成：
▪ 胞质环（cytoplasmic ring）外环 ▪ 核质环（nuclear ring）内环 ▪ 辐（spoke） 柱状亚单位（column subunit）
腔内亚单位（luminal subunit） 环带亚单位（annular subunit） ▪ 中央栓（central plug）：transporter
３、染色质的化学组成
▪ 染色质由DNA、组蛋白、非组蛋白、RNA组成，各组 分的含量比例为1：1：0.6：0.1。其中DNA与组蛋白是 染色质的稳定成分，非组蛋白和RNA的含量随细胞生 理状态不同而发生变化。 ▪ 染色质DNA ▪ 染色质组蛋白 ▪ 染色质非组蛋白
Ⅰ、染色质DNA
▪ 凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是DNA ， 在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子。
（0）、肝细胞、心肌细胞(1-2）、破骨细胞(6~50）、 骨骼肌细胞(数百）、植物毡绒层细胞(2~4)。 ▪ 结构：双层核膜、核周池（膜间隙）、核纤层、核基 质、核仁及ＤＮＡ。
细胞核结构图解
二、核被膜与核孔复合体
▪ 外核膜（outer nuclear membrane）：胞质面附有核糖体， 是特殊的内质网（ER）
▪ 染色质（chromatin）： 指间期细胞核内由DNA、组蛋白、 非组蛋白及少量RNA组 成的线性复合结构，是间期细胞遗 传物质存在的形式。
▪ 染色体(chromosome)：指细胞在分裂过程中, 由染色质聚 缩而成的棒状结构。
▪ 染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变 的的形态结构 。它们具有基本相同的化学组成，但包装程 度不同，构象不同。
▪ 由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。 ▪ DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，
约146bp，组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体 DNA的进出端，起稳定核小体的作用。
▪ 相邻核心颗粒之间以一段0～80bp的DNA连接。
▪ p62：功能性蛋白，具有两个功能结构域 疏水性N端区：在核孔复合体功能活动中直接 参与核质交换 C端区：将p62分子稳定到核孔复合体上
三、核膜的功能
▪ 构成核、质之间的天然选择性屏障
避免生命活动的彼此干扰，使生命活动更加井然有序 保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤
▪ 核质之间的物质交换与信息交流
▪ Z型DNA，Z型DNA是左手螺旋， B型DNA的另一种变构形式， 活性明显降低
Ⅱ、染色质组蛋白
▪ 带正电荷，含Arg、Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白。 组蛋白共５种，根据在DNA包装中的作用分两种：
▪ 核心组蛋白（ｃｏｒｅ ｈｉｓｔｏｎｅ）：Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂ、Ｈ３、Ｈ４ ▪ 连接组蛋白（ｌｉｎｋｅｒ ｈｉｓｔｏｎｅ）：Ｈ１
▪ 特点：结构高度保守，尤其是Ｈ４，但Ｈ１具有属特异 性和组织特异性。
Ⅱ、染色质组蛋白
核心组蛋白由球形部和尾部组 成，球形部由Arg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。
Ⅲ、非组蛋白
▪ 又称序列特异性DNA结合蛋白，具多样性。 ▪ 特点：带负电荷，属酸性蛋白
能识别特异的DNA序列，以氢键和离子键与之结合 ▪ 非组蛋白与DNA作用的常见结构模式有：
核孔复合体的功能
▪ 核孔复合体是双功能（被动扩散和主动运输）、 双向性（入核和出核）的亲水性核质交换通道。
１、被动运输（passive transport）
• 核孔复合体被动运输的直径为９～10nm。 • 分子量小于５０００的物质（离子、分子）可自由扩
散，分子量小于６０ＫＤ的蛋白可以通过。 • 并不是所有符合这个条件的物质都可以以自由扩散方
２、主动运输（active transport）
▪ 转运物质主要亲核蛋白（入核），RNA分子 及核糖核蛋白颗粒（SNP）（出核）。
▪ 特点：①对运输颗粒大小的限制； ②是信号识别和载体介导的过程； ③有饱和性：
（１）、亲核蛋白的入核转运机制
▪ 亲核蛋白（karyophilic protein）：是指在细胞质内合
▪ DNA分子一级结构具有多样性 ▪ DNA二级结构具有多形性
DNA分子一级结构具有多样性
▪ DNA序列可分为三种类型：
▪ 单一序列 ▪ 中度重复序列（101-5） ▪ 高度重复序列（大于105）
卫星DNA（microsatellite DNA）重复单位序列最短，具高度多态性， 在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。
▪ 内核膜（inner nuclear membrane）：有特有的蛋白成分 核周间隙（perinuclear space）：与内质网相通
▪ 核纤层（nuclear lamina）：内核膜核质面的一层纤维蛋白 构成的网状结构。
▪ 核孔（nuclear pore）：内外膜融合的部位 ，其上镶嵌着核 孔复合体。
核小体结构图示
核 小 体 结 构 图 示（二级结构中的核小体）
5、染 色 体 的 包 装 模 型
▪ 染色质包装的多级螺旋模型 (multiple coiling model)
▪ 染色体的骨架-放射环结构模型 (scaffold radial loop structure model)
▪ 染色体包装的不同组织水平
第十章 细胞核(nucleus) 与染色体(chromosome)
▪ 核被膜与核孔复合体 ▪ 染色质与染色体 ▪ 核仁 ▪ 核基质与核体
重点内容
▪ 核孔复合体的结构 ▪ 亲核蛋白的输入和ＲＮＡ的核输出 ▪ 染色质的组成成分和核小体的结构 ▪ 中期染色体的形态特征和功能组分 ▪ 核仁的结构和功能
一、研究概况
▪ 发现：
１８３１年，Ｂｒｏｗｎ研究兰科植物表皮细胞时发现
▪ 形态：球形或卵圆形。
▪ 大小：约细胞体积的１／１０．
动物细胞直径一般为５～１０ｕｍ，高等植物细胞直径 一般为５～２０ｕｍ，低等植物细胞１～４ｕｍ．
一、研究概况
▪ 位置：细胞中央，成熟植物细胞的边缘。 ▪ 数目：通常一个，成熟的筛管和哺乳动物成熟红细胞
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。
来自百度文库
实验证据：2
▪ 染色质 核酸完全酶解 部分酶解
200bp的片段 单体、二体或三体
▪ 裸露的DNA
随机大小的片段群体
实验证据：2
实 验 证 据
Ⅱ、核小体的结构要点
▪ 每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋、一个组蛋 白八聚体和一分子H1。
式进出细胞核，有的则由于含有信号序列或者和其它 的分子结合成大分子而不能自由出入核孔复合体。
２、主动运输（active transport）
▪ 主动运输在核质活动中起着非常重要的作用。 ▪ ＤＮＡ包装时，每个核孔每分钟要运进１００个
组蛋白分子；细胞旺盛生长时，每个核孔每分钟 要输出３对核糖体亚基。 ▪ 主动运输的直径是１０～２０nm。
亲核蛋白的转运过程
142\亲35复复核亲合合蛋核物物白蛋与从通白核胞过与孔质NN复LL面SS合转与受体移N体胞L至脱S质核受离纤质体释维面结放结合行合使功能
（２）、RNA的出核转运
▪ 转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运 出核。
▪ RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核； ▪ RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核输出由蛋白质介