细胞生物学翟中和编 第十章-细胞核与染色体 -

核孔复合体作为被动扩散的亲水通道，其有效直径为9-10nm， 有的可达12.5nm，即离子，小分子以及直径在10nm以下的物质原 则上可以自由通过。
胶体金颗粒穿越核孔， 估计核孔中央通道的 直径为12.5nm
核孔复合体的物质运输----被动扩散
特殊的跨膜运输蛋白复合体，具有双功能，双向性。
一、被动扩散 二、主动运输
度低，一般不含固定的结构。 内含多种蛋白质 酶及其它液态的不定形物质。核周隙与内质 网相通，是细胞核和细胞质之间物质交流的重要通道。
核被膜-内核膜
外核膜 核膜间隙 内核膜：朝向核质，表面光滑，无核糖体附着。内核膜上含
有核纤层蛋白B受体，为核纤层蛋白B提供结合位点，从而将 核被膜固定在核纤层上。
染 色 质---成分
DNA 组蛋白
基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg 和 Lys 等碱性氨基酸，可以和酸性的DNA紧密结合。
与DNA结合没有序列特异性。
染 色 质---成分
DNA 组蛋白 非组蛋白 少量RNA
非组蛋白主要是指与特异DNA序 列相结合的蛋白质，所以又称序 列特异性DNA结合蛋白。非组蛋 白则大多是酸性的。
1.构成常染色质的DNA主要是单一序列DNA和中度重复序列DNA。 2.处于常染色质状态是基因转录的必要条件，而不是充分条件。
异染色质：指间期细胞核内染色质纤维折叠压 缩程度高，相对处于聚缩状态，用碱性染料染 色时着色深的那些染色质。
异染色质又可以分为
结构异染色质：各个类型的细胞中，除复制期以外，在整个细胞周 期均处于聚缩状态，DNA组装比在整个细胞周期中基本没有较大变 化的染色质。
高度重复顺序 （≈ 10%）
中度重复顺序 （≈ 30%）
单一或低拷贝顺序 （≈ 60%）
基因及基因有关序列≈ 10%
高高度度重重复复顺D序NA序列 （占脊椎动物基因组10%）
每个基因组中至少含105拷贝 ，每个重复单位的长度大约是10～ 300个bp
卫星DNA，重复单位长度5-100bp. 小卫星DNA,重复单位长度12-100bp.
活化蛋白。
发育早期随机发生异染色质化而失活，形成巴氏 小体（Barr body）
如何在一个网球内包含有2km长的细线？
人的每个体细胞所含DNA约6x109bp分布在46条 染色体中，总长可达2m，平均每条染色体DNA 分子长约5m，而细胞核直径只有5-8um，这就意 味着从染色质DNA组装成染色体要压缩近万倍， 相当于一个网球内包含有2km长的细线。
细胞核结构的电镜照片
细胞核结构模式图
细胞核-----核 被 膜
核被膜又称核膜，是包围核质，不对称的双层膜，是整个 内膜系统的一部分。包被在核外的双层膜结构，形成核内特殊 的微环境，保护DNA分子免受损伤，使 DNA的复制和RNA的 翻译表达在时空上分隔开来，染色体定位于核膜上，有利于解 旋、复制、凝缩、平均分配到子核，核被膜还是核质物质交换 的通道。
被用作模式生物的低等动物秀丽隐杆线虫（C．elegans）只 有1ｍｍ长，生命周期也只有短短数天，但其基因组却含有 1.95万个左右的基因。
最新研究结果显示: 研究显示,黑猩猩和人 类基因组的DNA序列相
似性达到99%
《环球科技》2009封面：人为什么能成为人
DNA的分子结构
磷酸和脱氧核糖DNA构成分子的基本骨架,与其连接的 碱基对为随机分布排列，因而形成了DNA分子结构的复 杂性和多样性。在这复杂多样的DNA分子中蕴藏着生物 界无数的遗传信息。
人的每个体细胞中有2套染色体（2n）,故所含的DNA是 由两个基因组（genome）构成。每个单倍体基因组约含 3.2×109bp。人类基因的平均长度为1-1.5kb，所以基因 组以足以编码1.5×106蛋白质，但实际上编码蛋白质的结 构基因只不过2万～2.5万个，仅占总基因组的2％-3％。
人类基因组
④辐：核孔边缘伸向核孔中央的突出物。
核被膜-核孔复合体
结构模型
成分
主要由蛋白质组成
推测100余种不同的多肽，1000多个蛋白质分子，统称为 核孔蛋白(nucleoporin,Nup)。已在酵母中鉴定到30余种，在 脊椎动物中鉴定到10余种。
核被膜-核孔复合体
结构模型 成分 功能：
①亲核蛋白通过 NLS与NLS受体 结合，即 importin α/β二 聚体结合；形成 转运复合物。
②转运复合 物与核孔复 合体胞质环 上的纤维结 合；
③转运复合 物通过改变 构象的核孔 复合体从胞 质面被转移 到核质面。
④转运复合物与 ⑤与Ran-GTP结合
Ran-GTP（小分 子的GTP酶）结 合，复合体解散，
双功能、双向性的亲水性核质交换通道
核内
核外
既介导蛋白质的入核转运，又介导RNA,核糖核蛋白颗粒出核转运。
核被膜-核孔复合体
结构模型 成分 功能：
双功能、双向性的亲水性核质交换通道
被动扩散 主动运输
特殊的跨膜运输蛋白复合体，具有双功能，双向性。 一、被动扩散
是指通过自由扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方 向的跨膜转运。 转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提 供代谢能量。
凝胶延滞实验
非组蛋白的特性
α螺旋-转角-α螺旋 锌指
Leu拉链
螺旋-环-螺旋
非组蛋白特异性结合DNA的不同结构模式
常染色质和异染色质
间期染色质按其形态特征，活性状态和染色质性 能区分为两种类型：常染色质和异染色质。
常染色质：指间期细胞核内染色质纤维折叠压 缩程度低，相对处于伸展状态，用碱性染料染 色时着色浅的那些染色质。
核被膜
核被膜结构
外核膜
核周隙 内核膜
核被膜-外核膜
外核膜：上有核糖体 ,与糙面内质网相连。
外核膜被认为是粗面内质网的特化区域，有利于核被 膜与内质网间的物质交流及核被膜的更新。
外核膜的外表面存在网状分布的中间纤维，与细胞核 在细胞质的定位有关。
核被膜-内核膜
外核膜
核膜间隙：20-40nm，与糙面内质网腔相通，腔内电子密
微卫星DNA,重复单位长度1-5bp.
单一顺序
高度重复和中度重复约占基因组的60％-65％ 仅约10%为基因及基因相关序列
基因及基因相关序列
基因 断裂基因
基因相关序列
侧翼序列（启动子， 增强子， 多聚腺苷酸 化附加信号）
染 色 质---成分
DNA 组蛋白 非组蛋白 少量RNA
概 念：核纤层是结合在内层核膜的内表面、由中间纤
维相互交织而成的一层高电子密度的蛋白质网络结 构，在所有真核细胞中普遍存在。 一般厚约10-20nm。
核纤层 组成：三种中间纤维多肽交织而成，分别称为核纤层蛋白A、B、C，
构成一层网络结构。B与内层膜结合，A、C与染色质结合。
胞质
核
纤
层
结
受体
构
模
B
式A
核被膜
核孔复合体
抽提后的核孔复合 体胞质面结构
抽提后的核孔复 合体核质面结构
核被膜-核孔复合体
结构模型
在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，结构似fish-trap，主要包括以下几 个部分： ①胞质环：位于核核孔复合体核质一侧，上面伸出8条纤维，纤维端部与端环相连， 构成笼子状的结构； ③栓：核孔中央的一个栓状的中央颗粒；
细胞核
真核细胞内最大、最重要的细胞器
核质比=细胞核（体积）/细胞质（体积）
多数细胞的核质比约为10%
细胞核改变是病理状况下细胞坏死的主要标志，与正常细 胞相比，肿瘤细胞核质比增高，大小形态参差不齐，呈现异 型性，表现为核外形不规则。
细胞核
真核细胞内最大、最重要的细胞器 细胞遗传与代谢的调控中心 真核细胞区别于原核细胞最显著的标志之一
染色质是细胞生命活动的基础
染 色 质---成分
DNA 组蛋白 非组蛋白 少量RNA
DNA 与组蛋白是染色质的稳定成分 非组蛋白与RNA的含量随细胞生理状态的不同而变化
染 色 质---成分--DNA
凡是具有细胞形态的生物其遗传物质都是DNA 只有少数病毒的遗传物质是RNA
人类基因组计划(human genome project, HGP)
DNA分子上的每一个片段都是基因吗？
DNA的分子结构
DNA
三 种 不 同 构 象 的
双 螺
旋 A-DNA：为右手螺旋，每圈螺旋10.9个碱基。 Z-DNA：为左手螺旋，每圈螺旋12个碱基。 B-DNA：为Watson&Click提出的右手螺旋模型，每 圈螺旋10个碱基。
人类基因组DNA
的importin β，输出 细胞核，在细胞质 中Ran结合的GTP
释放出亲核蛋白； 水解形成Ran-GDP
并与importin β解离，
Ran-GDP返回细胞
核重新转换为Ran-
GTP；
核被膜与核孔复合体 知识框架：
A：细胞核的功能
B：核被膜
外核膜 核周隙 内核膜 核孔复合体
结构 功能
核纤层
是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由低 浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜转运的方式。
爪蟾卵母细胞核质蛋白注射试验
核定位信号：
亲核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列，这些内含的特殊 短肽保证了整个蛋白质能够够通过核孔复合体被转运至细胞核 内。这段特殊的氨基酸序列被命名为核定位序列（nuclear localization sequence，NLS）。
第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原，它在胞质中合 成后很快积累在核中。其NLS为：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lysval，即使单个氨基酸被替换，亦失去作用。
NLS由4-8个氨基酸组成，含有Pro、Lys和Arg。对其连接的 蛋白质无特殊要求，并且完成核输入后不被切除。