中国海洋大学细胞生物学课件13间期细胞核01

第一节 细胞核的形态结构
核小体的结构及核小体丝的模式图解
(a) 核小体核心由146~147bp DNA缠绕核心八聚体形成, DNA的进头和出头为H1所封 闭构成了稳定的染色质小体, 含有165~166bp, 34~35bp连接DNA。(b) 核小体丝的模 式图解。染色质小体靠连接区DNA相互连接在一起，形成锯齿状的核小体丝结构。
核纤层的构件分子： ——核纤层蛋白(lamins)
核纤层蛋白
第一节 细胞核的形态结构
(a)
(b)
核纤层的免疫组织化学、电镜图像及其模式图解
(a) 核纤层的电镜图像 (自U. Aebi等，1986)； (b) 核纤层是由三种核纤层蛋白交织而成的网络状结构，核纤层 一侧通过核纤层蛋白与内层核膜紧密结合在一起，另一侧为 染色质纤维提供附着位点。(自Alberts,B.,et al.,2002)
无转录活性
3个/m2(150~300个)
转录活性旺盛：数量增加 转录活性降低：数量减少
第一节 细胞核的形态结构
1. 核孔复合体的结构
在脊椎动物中：约1.25 108 dalton(核糖体的30倍) 在酵母中：0.66 108 dalton
80~120nm 9×15nm
核孔复合体结构的纤丝模型
第一节 细胞核的形态结构
复制体 复制方向
DNA复制时, 要发生核小体的局部解体和组蛋白8聚体的全保留式组装
RNA转录时核小体结构的变化
第一节 细胞核的形态结构
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DNA结合蛋白
核酸酶的超敏感位点(nuclease hyper-sensitive site)：
易被DNase I 降解 非组蛋白等特异性DNA结合蛋白的识别位点 基因表达的调控
第一节 细胞核的形态结构
已知的几种核孔蛋白在核 孔复合体中的空间定位
第一节 细胞核的形态结构
2. 核孔复合体的功能
核糖体亚单位的运出
核蛋白的运进
自由扩散
RNA的运出
经由核孔复合体的核质间双向运输的路线图解
第一节 细胞核的形态结构
(1) 核蛋白的运进
亲核蛋白(karyophilic protein)：
第一节 细胞核的形态结构
1. 中期染色体 结构的形成
10nm染色质丝
粗 纤 维
一级结构
二级结构
经过4级压缩，
形成了高度浓缩 的中期染色体
超 粗 纤 维
三级结构
染色质经逐级凝缩形成 染色体的模式图解
中期 染色体
四级结构
第一节 细胞核的形态结构
组蛋白在染色质结构中的组织作用
去掉组蛋白后的染色体照片
经聚阴离子葡聚糖硫酸(polyanion sulfate-PDS)处理去掉组蛋白后的中期染色体。由非组蛋白形成了2 个支架，每一染色单体占据一个支架，2支架在着丝粒处相连；支架周围为松展开的DNA丝
⑤输入蛋白β与Ran-GTP结合在一起被运回细胞质，RanGTP在细胞质中被水解为Ran-GDP，Ran-GDP随后被 运回核内，而输入蛋白 α也在核内输出蛋白(exportin)的 帮助下运回细胞质。
第一节 细胞核的形态结构
(2) 核糖体蛋白的运进和核糖体亚单位(rRNP)的运出
第一节 细胞核的形态结构
胞质环
第一节 细胞核的形态结构 核被膜
核纤层功能：
核质环
1. 维持核孔的位置和核被膜的形状;
核纤层
染色质
2. 为间期染色质提供附着位点，是染色质的结构支架; 3. 在有丝分裂过程中，还与核被膜的解体和重建有关.
有丝分裂过程 中核纤层蛋白 磷酸化和去磷 酸化与核被膜 解体及重建的 关系
第一节 细胞核的形态结构
第一节 细胞核的形态结构
1. 染色质的基本结构单位－核小体(nucleosome)
由200个碱基对的DNA链结合有9个 组蛋白分子组成的重复亚单位.
连接区DNA
165bp 双链DNA 200 165 147
核心八聚体 H1及核心八聚体组蛋白在 核小体结构中的位置图解
染色质经微球菌核酸酶的逐步消化降解
染色体骨架(chromosome scaffold)
——保持着染色体的基本轮廓
第一节 细胞核的形态结构
染色质折叠/压缩的分子机制：
间期染色质压缩形成中期染色体需要凝集 蛋白(condensins)的参与。 这类蛋白能利用ATP水解释放的能量来驱
第一节 细胞核的形态结构
具有核输入信号 序列的蛋白质
亲核蛋白只有 与受体蛋白结 合后才能进入 核内！
亲核蛋白进入 核内需要有受 体蛋白的介导
第一节 细胞核的形态结构
研究表明，亲核蛋白向细胞核输入的具体过程如下：
①亲核蛋白与输入蛋白α/β异二聚体(即NBP)结合; ②形成的亲核蛋白-受体复合体与核孔复合体的胞质丝结合; ③胞质丝向核弯曲，中央栓构象发生改变，形成亲水通道， 蛋白质复合物进入核内; ④该复合体与Ran-GTP相互作用，引起复合体解体，释放 出亲核蛋白;
细胞核多位于细胞的中央，但细胞内含物的增 多可将核挤至细胞的一端。
第一节 细胞核的形态结构
间期核：核被膜、染色质、核仁、核质、核基质
核质与胞质 核 孔 之间物质运 输的通道
无定形结构的液 体物质,含有核体 核质
核基质 结构-核骨架
核内浓密小体, 合成核糖体的场所 核仁
复杂的网络
染色质
保护核内遗传物质、 控制核质之间的物质 核被膜 内核膜 外核膜 运输和信息交换
第一节 细胞核的形态结构
10nm 核小体细丝 装配
核酸酶降解
30nm 染色质纤维
30nm染色质纤维结构的模式图解
(a)螺旋管的正面观，螺旋管的每一圈由6~8个核小体围成，H1具有稳定 30nm纤维的作用； (b) 螺旋管侧面观；(c) 30nm染色质纤维的模式结构
第一节 细胞核的形态结构
2. 常染色质与异染色质
一种酸性大的核蛋白， 核质蛋白(nucleoplasmin)： 与核小体的装配有关
较大的头部 不能经核孔入核 细长的尾部 能经核孔入核
能经核孔入核
第一节 细胞核的形态结构
非洲爪蟾卵母细胞中核质蛋白注射实验的图解
第一节 细胞核的形态结构
核输入信号(nuclear import signal)
又称为核定位信号（nuclear localization signal, NLS）
二、染色质和染色体的分子结构
染色质(chromatin)
化学组成 存在形式
染色体(chromosome)
染色质
中期 染色体
染色质在细胞 周期中会发生 周期性变化：
第一节 细胞核的形态结构
（一）染色质的分子结构
粗纤维
细纤维
染色质粗纤维(φ30nm)(a)和细纤维(φ10nm)(b)的电镜照片
30nm粗纤维为染色质的自然状态，10nm细纤维为消化处理后产生的细线状结构
第一节 细胞核的形态结构
由100多种蛋白质分子构成的分子量为0.5~1×105kDa复 杂结构——核孔复合体(pore complex)
孔膜区(pore membrane domain)：近核孔处的核膜，化
学组成（其特征性蛋白为gp210）
核 孔 的 模 式 图
第一节 细胞核的形态结构
（二）核孔复合体
——胞质与核质之间进行物质运输的通道
第一节 细胞核的形态结构
核孔复合体的数量随细胞种类不同而有较大差异：
哺乳类细胞：3,000~4,000个(11个/m2)
非洲爪蟾卵母细胞：3.8×107(60个/m2)
在不同生理状态(如基因转录活性)下，核孔复合体的 数量也会改变
爪蟾成熟红细胞：
11个/m2 (3000~4000个)
遗传物质 的存在形式
间期核结构的模式图解
第一节 细胞核的形态结构
一、核被膜与核孔复合体
（一）核被膜 厚7.5nm
核被膜的超微结构
核被膜的 模式图解
第一节 细胞核的形态结构
核孔 (nuclear pore)：内、外膜在一定部位相互融合 而形成的环形开口
核孔的电镜结构及其在核被膜上的规则排列
(a) 核孔的TEM照片；(b) 核被膜的冰冻蚀刻照片，示核被膜上核孔的规则排列
细胞核的大小因物种不同而不同：
高等动物的细胞核：10~15m 高等植物的细胞核：5~20m
低等植物的细胞核：1~4m
讲授提纲
第一节 细胞核的形态结构
一、核被膜与核孔复合体 二、染色质和染色体的分子结构 三、核仁 四、核质及核体
第二节 细胞核的化学组成 第三节 核骨架
一、核基质 二、核纤层与核孔复合体系统 三、染色体骨架
第一节 细胞核的形态结构
核小体中DNA与组蛋白核心在空间和结构上的关系图解
(a)
(b)
(b) 缠绕在组蛋白核心上的DNA的结构 (a) 核小体中DNA与组 蛋白核心的空间位置关 特点，示DNA中AT丰富区靠近组蛋白核 系图解，示DNA缠绕在 心、而GC丰富区背向组蛋白核心。 组蛋白核心的外围； 核小体中DNA与组蛋白核心在空间和结构上的关系图解
核 孔 复 合 体 的 超 微 结 构 及 其 模 式 图 解
第一节 细胞核的形态结构
八 重 对 称 分 布 的 跨 膜 的 辐 射 状 结 构
第一节 细胞核的形态结构
核孔复合体结构的模式图解 (Alberts等, 2002)
胞质丝
射辐状结构
环亚单位 胞质环
核质环 环亚单位
核质丝
端环
第一节 细胞核的形态结构
第一节 细胞核的形态结构
形状：球形或卵球形 杆状 物种和细胞类型不同 多叶状 枝状 带状
大鼠肝细胞的球形细胞核
细胞核的形状往往会受到细胞形状的影响(多角 形、立方形和圆形细胞的核多呈圆形)
第一节 细胞核的形态结构
细胞内含物的增多也会影响核的形状
液泡 脂肪滴
细胞核 (扁盘状)
动物脂肪细胞
细胞核
植物细胞
在间期和早前期中，染色质仍 处于凝缩状态的那些区段
异染色质
♀
常染色质
♂
人口腔粘膜细胞的细胞核
第一节 细胞核的形态结构
在各种细胞中总处于凝缩状态，最 恒定型异染色质 后进行复制。亦称组成型异染色质
异染色质
(constitutive heterochromatin)
兼性异染色质
只是在几种细胞中或在一定的发育 时期和生理条件下可变为异染色质
第十三章 间期细胞核和染色体
Chapter 13 Interphase Nucleus and chromosomes
一般，真核细胞均具有细胞核，失去核后、很快就要死亡
特例： 哺乳动物的成熟红细胞(120天) 植物韧皮部的筛管(若干年)
细胞核数量：
一般，一个细胞只有一个细胞核
多核白细胞：多个核
特殊细胞 纤毛虫：两个核(生殖核，营养核)
核孔复合体
膜间隙
外层核膜 内层核膜 染色质
核纤层
核孔复合体在进化上高度保守
跨膜的N-连接糖蛋白; 具有信号肽和两个疏水性序列; 作用：将核孔复合体铆连到核膜上
Gp210
核孔蛋白
(nucleoporin)
O-连接糖蛋白
8~10种糖蛋白，构成核孔蛋白家族; 作用：构成胞质丝和核质丝，直接参 与胞质和核质之间的物质交换
需要消耗ATP来提供能量。
第一节 细胞核的形态结构
（三）核纤层
位于内核膜内表面和染色质之间
胞质环
核被膜
核质环
由中间丝相互交织而形成的一层 蛋白质网络结构 核纤层的厚度随细胞种类不同 而有差异： 一般10~20nm，最厚可30~100nm
核纤层
染色质
第一节 细胞核的形态结构
(b) 利用核纤层蛋白荧光抗体染色后所显示出的核纤层的立体图象 (a) 红色为核纤层; (b) 白色为核纤层.
(faculative heterochromatin)
异染色体(heterochromosome)： 完全由异染色质组成的染
色体(如许多物种的性染色体)
人类女性细胞的细胞核
核被膜内侧有巴氏小体 (Barr body), 图中箭头所指
第一节 细胞核的形态结构
（二）中期染色体的结构
分裂中期高度凝缩染色体的形态
由4~8个氨基酸构成的一段特殊的氨基酸序列，富含
Lys、Arg和Pro等带正电的氨基酸 此信号与信号肽不同：它可以定位在亲核蛋白的不同部 位，而不仅仅是位于N-末端；且在进入核后也不被切除. SV40的T抗原：“Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val” Thr 失去核输入信号的作用
核输入信号结合蛋白(nuclear import signal-binding protein, NBP)
(3) 成熟mRNA和scRNA的运出
5‘-端m7G帽
RNA运出细胞核的模式图解(a)及其电镜照片(b) mRNA以mRNP的形式经核孔被运出核
tRNA的运出：也是一个蛋白质介导的过程
第一节 细胞核的形态结构
小 结
核孔复合体对亲核蛋白的运进和各种RNA 和核糖体亚单位的运出均具有高度选择性，运 输过程既涉及主动运输又存在有被动运输。其 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，