第七章 细胞核与染色体

三、核孔复合体的功能： 核孔复合体的功能： •是一种特殊的跨膜运输蛋白，并且是一个双功能、 是一种特殊的跨膜运输蛋白，并且是一个双功能、 是一种特殊的跨膜运输蛋白 双向性的亲水性核质交换通道。 双向性的亲水性核质交换通道。 •双功能：介导被动扩散与主动扩散 双功能：介导被动扩散与主动扩散 双功能 被动扩散与主动 •双向性：既介导蛋白质的入核转运，又介导 双向性：既介导蛋白质的入核转运，又介导RNA、 双向性 入核转运 、 转运。 核糖核蛋白颗粒（ 核糖核蛋白颗粒（RNP)的出核转运。 ) 出核转运
一、染色质DNA 染色质 （一） DNA一级结构的多样性 一级结构的多样性 基因组 ：单倍染色体组中的总遗传信息 单倍染色体组中的总遗传信息 1.编码序列：负责编码蛋白质氨基酸组成，主要是 编码序列：负责编码蛋白质氨基酸组成， 编码序列 单一序列。 单一序列。
2.调控序列：负责基因选择性表达，多为重复序列。 调控序列：负责基因选择性表达，多为重复序列。 调控序列 中度重复序列（拷贝数 中度重复序列（拷贝数10 1~5）； SINEs: 短散在重复元件(〈500 bp) 短散在重复元件( ) LINEs：长散在重复元件(〉1000 bp) ：长散在重复元件( )
细胞核的结构：主要有四部分 细胞核的结构：主要有四部分: ①双层核膜 纤维， ②DNA纤维，间期展开存在时称为染色质， 纤维 间期展开存在时称为染色质， 分裂期组成致密结构时称为 染色体。 染色体。 ③核仁，与核糖体的合成有关。 核仁，与核糖体的合成有关。 ④核基质（nuclear matrix)，为细胞提供 核基质（ ) 骨架网络。 骨架网络。
内容提要 第四节 核仁 8.4.1 核仁的超微结构 8.4.2 核仁的功能 第五节 染色质结构和基因转录 8.5.1 活性染色质的主要特征 8.5.2染色质结构与基因转录 8.5.2染色质结构与基因转录
• 1831年，R. Brown命名细胞核。 命名细胞核。 年 命名细胞核 • 大小：5-20µm。成熟细胞中约占细胞总体积的 大小： 。成熟细胞中约占细胞总体积的1/10。 。
核孔复合物的扫描电镜照片： 核孔复合物的扫描电镜照片：示胞质面结构
核孔复合物的扫描电镜照片： 核孔复合物的扫描电镜照片：示核质面结构
一、结构模型 核孔复合体由胞质环、 核孔复合体由胞质环、栓、辐、核篮（ fish 核篮（ trap核质环）组成。核篮之间通过cable网络通道 trap核质环）组成。核篮之间通过cable网络通道 核质环 cable 相连通。 相连通。
•核蛋白入核的转运过程 核蛋白入核的转运过程 转运过程分为结合与转移两个步骤。 转运过程分为结合与转移两个步骤。 转移过程需要 结合 两个步骤 GTP水解供能；需要胞质蛋白因子如 importin α、 水解供能； 水解供能 、 importinβ、Ran （GTP结合蛋白 等的帮助。可 结合蛋白) 、 结合蛋白 等的帮助。 描述如下（ 描述如下（P. 255-256，图) ： ，
核孔复合体
胞质纤维 中央栓 辐 胞质环
核质环 篮纤维 末端环 核篮
二、核孔复合体成分的研究 • 推测可能含有 推测可能含有100余种不同的多肽。 余种不同的多肽。 余种不同的多肽 • gp210与p62是最具代表性的两个成分（P.252-253)。 gp210与p62是最具代表性的两个成分（P.252-253)。 是最具代表性的两个成分 gp210代表一类结构性跨膜蛋白，主要有三方面的 gp210代表一类结构性跨膜蛋白， 代表一类结构性跨膜蛋白 功能（P.253)。p62代表一类功能性的核孔复合蛋 功能（P.253)。p62代表一类功能性的核孔复合蛋 代表一类功能性 白。
功能：细胞核是遗传信息的储存场所， 功能：细胞核是遗传信息的储存场所， 控制细胞的遗传与代谢。 控制细胞的遗传与代谢。
第一节 核被膜与核孔复合体 8.1.1 核被膜 核被膜（ ）：位于间期细胞核的 核被膜（Nuclear envelope ）：位于间期细胞核的 最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜。 最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜。 功能： 功能：区隔作用 介导核质之间的物质交流、信息交流。 介导核质之间的物质交流、信息交流。
（一）被动扩散 离子、小分子物质以及直径在 离子、小分子物质以及直径在10nm以下的 以下的 物质原则上可以自由通过（ 物质原则上可以自由通过（P.253)。 ) （二）主动运输 1.主动运输的特点 主动运输的特点 生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合 体的主动运输完成的，具有高度的选择性 选择性和 体的主动运输完成的，具有高度的选择性和 双向性，表现在三个方面（ 双向性，表现在三个方面（P. 255)。 )
（二）非组蛋白 结合蛋白。 是序列特异性DNA结合蛋白。 序列特异性 结合蛋白 检测方法：通过凝胶延滞实验（ 检测方法：通过凝胶延滞实验（P.262）。 凝胶延滞实验 ）。 1.非组蛋白的特性（P.262) 非组蛋白的特性（ 非组蛋白的特性 ) ①多样性和异质性 ②对DNA具有识别特异性 具有识别特异性 ③具有多功能性，包括基因表达调控和染色质 具有多功能性， 高级结构的形成。 高级结构的形成。
8.1.2 核孔复合体 1949-1950年间由 年间由Callan和Tomlin发现， 发现， 年间由 和 发现 1959年由 年由Watson命名。 命名。 年由 命名 核孔上镶嵌着一种复杂的蛋白质复合体结构， 核孔上镶嵌着一种复杂的蛋白质复合体结构， 称为核孔复合体（ 称为核孔复合体（nuclear pore complex， ， NPC）。 ）。
一、结构组成 • 构成：①内核膜、②外核膜、③ 核周间隙 构成： 内核膜、 外核膜、 • 内外核膜的特点： 内外核膜的特点： ①外核膜的胞质面附有核糖体。与糙面内质网相通连。 外核膜的胞质面附有核糖体。与糙面内质网相通连。 核糖体 ②内核膜的内表面有核纤层与其紧密接触。 内核膜的内表面有核纤层与其紧密接触。 核纤层与其紧密接触 ③内、外核膜在某些部位融合成核孔。在核孔上镶 外核膜在某些部位融合成核孔。 核孔复合体。 嵌有核孔复合体 嵌有核孔复合体。
第八章
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细胞核与染色体
内容提要 第一节 核被膜与核孔复合体 8.1.1 核被膜 8.1.2 核孔复合体 第二节 染色质 8.2.1 染色质的概念及化学组成 染色质的基本结构——核小体 8.2.2 染色质的基本结构 核小体 8.2.3 染色质包装的结构模型 8.2.4 异染色质和常染色质
内容提要 第三节 染色体 8.3.1 中期染色体的形态结构 染色体DNA DNA的三种功能元件 8.3.2 染色体DNA的三种功能元件 8.3.3 核型与染色体显带 8.3.4 巨大染色体
核被膜的TEM照片 核被膜的TEM照片 TEM
核被膜的模式图
二、核被膜在细胞周期中的崩解与装配 • 在真核细胞的细胞周期中，核被膜有规律地 在真核细胞的细胞周期中， 解体与重建。 解体与重建。 • 3H-胆碱标记实验表明旧核膜参与新核膜的形成。 胆碱标记实验表明旧核膜参与新核膜的形成。 胆碱标记实验表明旧核膜参与新核膜的形成 • 核被膜及核孔复合体的装配是一个有序的、受细 核被膜及核孔复合体的装配是一个有序的、 胞周期调控因子调控的过程。 胞周期调控因子调控的过程。
第二节、 第二节、染色质 • 1848年，Hofmeister发现于鸭跖草的小孢子母细胞。 发现于鸭跖草的小孢子母细胞。 年 发现于鸭跖草的小孢子母细胞 • 1879年，W. Flemming提出染色质（ Chromatin ）。 提出染色质（ 年 提出染色质 • 1888年，Waldeyer提出染色体（Chromosome）。 提出染色体（ 年 提出染色体 ）。
胞质纤维
核质
如何确定核定位信号位于蛋白的哪一部分（ 如何确定核定位信号位于蛋白的哪一部分（P.256)？ ) 对核质蛋白（核素）的头部、完整核质蛋白、 对核质蛋白（核素）的头部、完整核质蛋白、尾部 分别进行标记。 分别进行标记。
核素 （核质蛋白） 核质蛋白）
胞质纤维
3. RNA及核糖体的出核转运机制 及核糖体的出核转运机制 • 细胞核内的 细胞核内的RNA是与蛋白质形成 是与蛋白质形成RNP复合物转运 是与蛋白质形成 复合物转运 出细胞核的。 出细胞核的。 • RNP的蛋白质上具有核输出信号（ NES），可与 的蛋白质上具有核输出信号（ ），可与 的蛋白质上具有核输出信号 ）， 结合。 受体 exportin结合。 结合 • mRNA的5’端帽子结构对 的出核是必要的。 的 ’端帽子结构对mRNA的出核是必要的。 的出核是必要的
螺旋-转角-螺旋模式 螺旋-转角-螺旋模式 Helix-Turn-Helix motif 同型二聚体 C端螺旋识别DNA大沟的 端螺旋识别DNA大沟的 DNA 特异碱基。 特异碱基。
锌指模式： 锌指模式： 包括C 锌指模式。 包括 2H2和C4锌指模式。
C2H2锌指模式 C2H2 Zinc-Finger motif 在转录因子 TFⅢA中最 Ⅲ 中最 早发现。 早发现。每 个锌指单位 是一个DNA 是一个 结合结构域。 结合结构域。
8.2.1、染色质的概念及化学组成（P.258) 、染色质的概念及化学组成（ ) 染色质： 间期细胞遗传物质的存在形式。 染色质：是间期细胞遗传物质的存在形式。 遗传物质的存在形式 染色体： 染色体：是细胞在有丝分裂期由染色质聚缩而成 的棒状结构。 的棒状结构。 化学组成： 化学组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、少量 、组蛋白、非组蛋白、少量RNA
拷贝数多于10 高度重复序列 （拷贝数多于 5） ： 卫星DNA ( 5-100 bp) 卫星 ) 小卫星DNA( 10-100 bp 3000次) ( 小卫星 次 微卫星DNA（又称SSR) 1-5 bp （又称 微卫星 ) （p.260)
（二） DNA二级结构的多样性 二级结构的多样性 • 3种构像：①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。 种构像： 种构像 、 、 。
二、染色质蛋白质 包括两类：组蛋白、 包括两类：组蛋白、非组蛋白 （一）组蛋白 • 是构成真核生物染色体的基本结构蛋白； 是构成真核生物染色体的基本结构蛋白； 基本结构蛋白 • 富含带正电荷的 富含带正电荷的Arg，Lys，属碱性蛋白； ， ，属碱性蛋白； • 与DNA非特异性结合。 非特异性结合。 非特异性结合
组蛋白共分为5种： 组蛋白共分为 种 •核心组蛋白（core histone）： 核心组蛋白（ ）：H2A、H2B、 核心组蛋白 ）： 、 、 H3、H4；进化上高度保守，尤其是H3和H4 。 、 ；进化上高度保守，尤其是 和 •连接组蛋白（linker histone）： 。 连接组蛋白（ ）：H1。 连接组蛋白 ）： 具有属(genus)和组织特异性。 和组织特异性。 具有属 和组织特异性
2. （亲）核蛋白的入核机制 • 亲核蛋白（karyophilic protein)（P.256) 核蛋白（ ) • 核定位信号（NLS， P.256) 核定位信号（ ， • NLS由4-8个氨基酸组成，含有 个氨基酸组成， 由 个氨基酸组成 含有Pro、Lys和Arg。 、 和 。 对其连接的蛋白质无特殊要求，并且完成核输入后 对其连接的蛋白质无特殊要求， 不被切除，有利于细胞分裂后核蛋白重新入核。 不被切除，有利于细胞分裂后核蛋白重新入核。
2. 序列特异性 序列特异性DNA结合蛋白的几种结构模式 结合蛋白的几种结构模式 结合蛋白中最常见的结构模式是: 在DNA结合蛋白中最常见的结构模式是 结合蛋白中最常见的结构模式是 螺旋-转角 螺旋 锌指、螺旋-环 螺旋 螺旋、 螺旋 转角-螺旋、锌指、螺旋 环-螺旋、亮氨酸 转角 螺旋、 拉链和HMG框。 拉链和 框
C4 Zinc-Finger motif
甾类激素受体蛋白