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1、关于细胞核与染色体(6)第一页，本课件共有48页细胞核的形态结构细胞核的形态结构 第二页，本课件共有48页第一节第一节 核被膜与核孔复合体核被膜与核孔复合体（nuclear pore complex,NPCnuclear pore complex,NPC）第三页，本课件共有48页一、核被膜一、核被膜内外内外两层两层平行单位膜组成。每层厚约平行单位膜组成。每层厚约7.5nm7.5nm。（一）结构（一）结构外核膜：外核膜：面向胞质，表面有面向胞质，表面有核糖体核糖体，常与粗面，常与粗面内质网相连内质网相连。外。外核膜可以看成是内质网膜的一个特化区。另外，核膜可以看成是内质网膜的一个特化区。另外，细
2、胞骨架成分细胞骨架成分常与外核膜相连常与外核膜相连，起着，起着固定固定、网罗网罗作用。作用。内核膜：内核膜：面向核质，有面向核质，有核纤层蛋白核纤层蛋白B B受体受体。核纤层紧贴其内。核纤层紧贴其内表面。表面。核周隙：核周隙：内外膜之间，宽内外膜之间，宽202040nm40nm，连通内质网腔连通内质网腔。核孔：内外核膜核孔：内外核膜的的融合融合而成，而成，环状环状开口，核孔周围核膜特称开口，核孔周围核膜特称孔膜区孔膜区，镶嵌核孔复合体。含跨膜糖蛋白，镶嵌核孔复合体。含跨膜糖蛋白gp210gp210、P62P62.第四页，本课件共有48页 核被膜的结构核被膜的结构第五页，本课件共有48页（二）核
3、被膜的功能（二）核被膜的功能核膜成为保护性屏障核膜成为保护性屏障,使核处于一微环境使核处于一微环境染色体的定位和酶分子的支架染色体的定位和酶分子的支架基因表达的时空隔离基因表达的时空隔离物质运输与信息交流物质运输与信息交流第六页，本课件共有48页（三）核被膜在细胞周期中的崩解与装配（三）核被膜在细胞周期中的崩解与装配核被膜在细胞周期中发生有序的去装配与重装核被膜在细胞周期中发生有序的去装配与重装配：配：分裂期分裂期双层膜崩解为双层膜崩解为单层膜泡单层膜泡，核孔复合体，核孔复合体解体，核纤层去装配；解体，核纤层去装配；分裂末期分裂末期，核被膜围绕染色体重新形成，核被膜围绕染色体重新形成细胞周期调
4、控因子细胞周期调控因子、RanGTPRanGTP酶酶及及结合蛋白结合蛋白调调节节 磷酸化磷酸化解体，解体，去磷酸去磷酸化重建。化重建。第七页，本课件共有48页第八页，本课件共有48页重组的新核膜来自旧核膜重组的新核膜来自旧核膜实验证据：将变形虫培养在含有实验证据：将变形虫培养在含有3 3H-H-胆碱的培养基中，使核胆碱的培养基中，使核被膜被标记被膜被标记核移植至去核变形虫中，追踪观察一个细胞周期，发现核移植至去核变形虫中，追踪观察一个细胞周期，发现子代细胞核膜有放射性标记子代细胞核膜有放射性标记上述单层膜泡已发现两种上述单层膜泡已发现两种内核膜小囊泡内核膜小囊泡含含LBRLBR（核纤层蛋白（核
5、纤层蛋白B B受体）组装时先结合染色受体）组装时先结合染色体体孔膜区小囊泡孔膜区小囊泡含含gp210gp210（核孔复合体特有的跨膜糖蛋白）（核孔复合体特有的跨膜糖蛋白）组装时后结合形成核孔复合体。组装时后结合形成核孔复合体。说明核被膜的重组不是随机的，而是具说明核被膜的重组不是随机的，而是具有区域特异性有区域特异性。第九页，本课件共有48页二、核孔复合体二、核孔复合体（nuclear pore complex,NPCnuclear pore complex,NPC）由内外两层膜的局部融合而成由内外两层膜的局部融合而成核孔的直径为核孔的直径为80-120nm80-120nm。一一个个典典型型的
6、的哺哺乳乳动动物物的的核核膜膜上上有有3000-40003000-4000个个核核孔孔,相当于每平方微米的核膜上有相当于每平方微米的核膜上有10-6010-60个。个。合成功能旺盛的细胞合成功能旺盛的细胞,核孔的数量较多。核孔的数量较多。第十页，本课件共有48页 扫描电镜观察的核孔复合物照片扫描电镜观察的核孔复合物照片 第十一页，本课件共有48页（一）（一）NPCNPC结构模型结构模型 相对相对NPC轴心为轴心为八重对称八重对称，相对于核膜平面不对称，相对于核膜平面不对称，结构进化上结构进化上高度保守高度保守。胞质环（外环）：胞质环（外环）：8条短纤维对称分布伸向胞质条短纤维对称分布伸向胞质核
7、质环（核篮）核质环（核篮）:核篮侧伸出核篮侧伸出8条纤维，周期性分布条纤维，周期性分布8个颗粒组成的环个颗粒组成的环状结构，并相互交叉成网络状结构，并相互交叉成网络辐：辐：分为柱状亚单位、腔内亚单位和环带亚单位分为柱状亚单位、腔内亚单位和环带亚单位栓（中央颗粒）栓（中央颗粒）:位于核孔中心，参与核质交换。位于核孔中心，参与核质交换。第十二页，本课件共有48页（二）（二）NPC成份的研究成份的研究 核核孔孔复复合合体体主主要要由由蛋蛋白白质质构构成成，统统称称核核孔孔蛋蛋白白（NupNup）。其其总总相相对对分分子子质质量量约约为为12510125106 6，推推测测可可能能含含有有3 30 0
8、余种余种不同的多肽，共不同的多肽，共10001000多个蛋白质分子。多个蛋白质分子。gP210gP210：N-N-连接糖蛋白，位于孔膜区连接糖蛋白，位于孔膜区 诱导诱导内外核膜内外核膜融合融合成核孔成核孔 为核孔复合体装配提供为核孔复合体装配提供起始位点起始位点，将其，将其锚定于孔膜区锚定于孔膜区 参与核质交换参与核质交换P62P62：O-O-连接糖蛋白连接糖蛋白 N N端直接参与核质交换；端直接参与核质交换；C C端稳定端稳定NPCNPC第十三页，本课件共有48页（三）（三）NPC NPC的功能的功能核质物质交换的核质物质交换的双功能双功能、双向选择性亲水双向选择性亲水通道通道第十四页，本课
9、件共有48页19651965年，年，Ccarl Feldherr Ccarl Feldherr 将将各种各种不同大小的金颗粒不同大小的金颗粒注射到注射到变形虫的细胞质中，然后检查变形虫的细胞质中，然后检查这些颗粒进入细胞核的情况，这些颗粒进入细胞核的情况，发现发现小的金颗粒很快进入了小的金颗粒很快进入了细胞核，但体积越大进入的速细胞核，但体积越大进入的速度就越慢，大于度就越慢，大于10nm10nm的金颗粒的金颗粒就进不了细胞核，由此推测就进不了细胞核，由此推测核孔可作为水性的运输通道，核孔可作为水性的运输通道，允许小分子的物质自由扩散出允许小分子的物质自由扩散出入细胞核入细胞核 核孔的被动运输
10、核孔的被动运输第十五页，本课件共有48页通过通过NPCNPC的被动扩散的被动扩散NPCNPC是一圆形亲水通道，功能直径为是一圆形亲水通道，功能直径为9-10nm9-10nm，有的可达有的可达12.5nm12.5nm，长约，长约15nm15nm。10nm10nm以下的物质以下的物质原则上可以自由通过原则上可以自由通过。40-601040-60103 3可自由穿过。可自由穿过。第十六页，本课件共有48页通过通过NPCNPC的主动运输的主动运输1.对运输颗粒大小的限制。主动运输的功能直径比被对运输颗粒大小的限制。主动运输的功能直径比被动运输大，约动运输大，约1020nm，甚至可达，甚至可达26nm，
11、其有效，其有效直径的大小是直径的大小是可调节可调节的。的。2.通过通过NPC的主动运输是一个的主动运输是一个信号识别信号识别与与载体介导载体介导的过的过程，需程，需ATP，并表现饱和动力学特征。，并表现饱和动力学特征。3.双向运输双向运输亲核物质的核输入亲核物质的核输入RNA及核糖体亚单位的核输出及核糖体亚单位的核输出第十七页，本课件共有48页通过核孔复合体物质运输的功能示意图（引自通过核孔复合体物质运输的功能示意图（引自B.TalcottB.Talcott等，等，19991999）（a a）自由扩散；（）自由扩散；（b b）协助扩散；（）协助扩散；（c c）信号介导的核输入；（）信号介导的核
12、输入；（d d）信号介导的核输出。信号介导的核输出。第十八页，本课件共有48页亲核蛋白运输机制亲核蛋白运输机制 基本概念基本概念亲核蛋白亲核蛋白(k karyophilicaryophilic protein)protein)核定位信号核定位信号(nuclear localization signals,NLS)(nuclear localization signals,NLS)核输出信号核输出信号(nuclear export signals,NES)(nuclear export signals,NES)第十九页，本课件共有48页亲核蛋白亲核蛋白亲核蛋白是指在亲核蛋白是指在细胞质内合成细胞
13、质内合成,然后运输到核内然后运输到核内起作用的一类蛋白质。如各种组蛋白、起作用的一类蛋白质。如各种组蛋白、DNADNA合成合成酶类、酶类、RNARNA转录和加工的酶类、各种起调控作用转录和加工的酶类、各种起调控作用的蛋白因子等。核蛋白一般都含有的蛋白因子等。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸特殊的氨基酸信号序列信号序列,起蛋白质定向、定位作用。起蛋白质定向、定位作用。第二十页，本课件共有48页第一个被确定第一个被确定NLSNLS序列的蛋白质是序列的蛋白质是SV40SV40的的T T抗原。其野生型氨基抗原。其野生型氨基酸序列为酸序列为Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-ValPro-Lys
14、-Lys-Lys-Arg-Lys-Val。典型的典型的NLSNLS是一个短肽，由是一个短肽，由4 4个氨基酸残基组成，富含带正个氨基酸残基组成，富含带正电荷的电荷的LysLys和和ArgArg，通常还有，通常还有ProPro。不同的不同的NLSNLS尚未发现共同的特征序列。尚未发现共同的特征序列。NLSNLS序列可定位在亲核蛋白的序列可定位在亲核蛋白的不同部位，连续也可分散存在。不同部位，连续也可分散存在。入核信号是蛋白质的入核信号是蛋白质的永久性永久性部分部分,在引导入核过程中在引导入核过程中,并不被切并不被切除除,可以反复使用可以反复使用,有利于细胞分裂后核蛋白重新入核。有利于细胞分裂后核
15、蛋白重新入核。核定位信号核定位信号(nuclear localization signal,NLS)第二十一页，本课件共有48页核定位信号核定位信号第二十二页，本课件共有48页核定位信号核定位信号 第二十三页，本课件共有48页亲核蛋白核输入示意亲核蛋白核输入示意 NLS NLS被被磷酸化磷酸化或蛋白质与或蛋白质与胞质滞留因子胞质滞留因子（细胞骨架）结合都可（细胞骨架）结合都可导致亲和蛋白不能入核。导致亲和蛋白不能入核。第二十四页，本课件共有48页核输出信号核输出信号(nuclear expotr-signal,NES)作为核内物质输出细胞核的信号，帮助核内的某些作为核内物质输出细胞核的信号，帮
16、助核内的某些分子迅速通过核孔进入细胞质。另外分子迅速通过核孔进入细胞质。另外,有些蛋白并非是有些蛋白并非是核内常驻核内常驻 人口人口,通常要往返于核质和胞质之间通常要往返于核质和胞质之间,这些这些穿穿梭蛋白既有梭蛋白既有NLSNLS又有又有NESNES 第二十六页，本课件共有48页核纤层核纤层分布于内核膜与染色质之间紧贴内核膜的一层蛋白网络分布于内核膜与染色质之间紧贴内核膜的一层蛋白网络结构。由一层特殊的结构。由一层特殊的中间纤维中间纤维呈呈正交网络正交网络组成，切面观组成，切面观呈呈片层结构片层结构，整体观呈球形结构。，整体观呈球形结构。一般认为，核纤层为核膜及染色质提供一般认为，核纤层为核
17、膜及染色质提供结构支架结构支架，维，维持核孔的位置和核被膜的形状，并介导核膜与染色持核孔的位置和核被膜的形状，并介导核膜与染色质之间的相互作用。质之间的相互作用。核纤层是一种高度动态的结构。核纤层是一种高度动态的结构。核纤层在细胞的有丝分裂中和核被膜的崩解与重组密切核纤层在细胞的有丝分裂中和核被膜的崩解与重组密切相关。相关。第二十九页，本课件共有48页第三十页，本课件共有48页第三十一页，本课件共有48页第二节第二节 核仁（核仁（Nucleolus）真核细胞间期核中真核细胞间期核中最显著最显著的结构，的结构，单一单一或或多个多个球形小体；球形小体；高度动态，核仁周期，随有丝分裂，周期性消失与重
18、建高度动态，核仁周期，随有丝分裂，周期性消失与重建；多样性多样性 大小、形状、数目随生物种类、细胞类型和代谢状态而大小、形状、数目随生物种类、细胞类型和代谢状态而变化。变化。第三十二页，本课件共有48页一、核仁的超微结构一、核仁的超微结构1 1、纤维中心、纤维中心2 2、致密纤维组分、致密纤维组分3 3、颗粒组分、颗粒组分4 4、核仁相随染色质、核仁相随染色质5 5、核仁基质、核仁基质/骨架骨架第三十三页，本课件共有48页一、核仁形态纤纤维维中中心心(fibrillar(fibrillar centerscenters，FC)FC)：是是被被致致密密纤纤维维包包围围的的一一个个或或几几个个浅浅
19、染染、低低电电子子密密度度的的圆圆形形结结构构小小岛岛，主主要要成成分分为为rDNArDNA、RNARNA聚聚合合酶酶和和转转录录因因子子，是是rDNArDNA储储存存位位点点。真真核核生生物物5SrRNA5SrRNA基基因因不不定定位位在在NORNOR。嗜嗜银蛋白与银蛋白与rDNArDNA结合起调节作用。结合起调节作用。致致密密纤纤维维组组分分(dense(dense fibrillar fibrillar componentcomponent，DFC)DFC)：呈呈环环形形或或半半月月形形包包围围FCFC，实实验验证证明明rRNArRNA以以最最高高电电子子密密度度出出现现在在密密集集纤纤
20、维维区区，因因此此认认为为该该区区是是rRNArRNA转转录录活活跃跃的的区区域域，加加工工。特特异异结结合合蛋蛋白白fibrillarinfibrillarin、核核仁仁素素、Ag-NORAg-NOR蛋白。蛋白。第三十四页，本课件共有48页一、核仁形态颗颗粒粒组组分分(granular(granular componentcomponent，GC)GC)：代代谢谢细细胞胞主主要要结结构构。由由直直径径15-20 15-20 nmnm的的高高电电子子密密度度颗颗粒粒构构成成，主主要要成成分分是是RNARNA和和蛋蛋白白质质，是是不不同同加加工工阶阶段段的的RNPRNP。核核糖糖体体亚亚单单位位
21、装装配配、成熟和存储位点成熟和存储位点。核核仁仁基基质质（nuclelous nuclelous matrix):matrix):为为无无定定形形的的蛋蛋白白质质性性液液态态物物质质，电电子子密密度度低低，是是上上述述三三种组分的结构环境。种组分的结构环境。第三十五页，本课件共有48页核仁周边染色质核仁周边染色质(NAC)(NAC)：包围在核仁周围的染色质，：包围在核仁周围的染色质，高度螺旋，属高度螺旋，属异染色质异染色质。核仁内染色质核仁内染色质(INC)(INC)：伸入核仁内的染色质，处于伸入核仁内的染色质，处于非螺旋状态，属非螺旋状态，属常染色质常染色质，载有，载有rRNArRNA基因（
22、基因（rDNArDNA），），此段此段DNADNA称称核仁组织者（核仁组织者（NONO）它是形成核仁的部位。它是形成核仁的部位。核仁相随染色质核仁相随染色质第三十六页，本课件共有48页rDNA成簇串联排列在核仁内染色质成簇串联排列在核仁内染色质DNA袢环，袢环，为合成为合成rRNA提供模板。形成提供模板。形成纤维中心纤维中心。rRNA基因高速转录，产生大量的基因高速转录，产生大量的rRNA 形成形成致密纤维部分致密纤维部分rRNA经加工与来自细胞质的蛋白质组装成经加工与来自细胞质的蛋白质组装成核糖体亚基前体颗粒，形成核仁的核糖体亚基前体颗粒，形成核仁的颗粒组分颗粒组分 核糖体形成的空间顺序是：
23、核糖体形成的空间顺序是：纤维中心纤维中心 致密纤维组分致密纤维组分 颗粒组分颗粒组分第三十七页，本课件共有48页核仁组织区（核仁组织区（NORNOR）：）：nucleolar-nucleolar-organizer regionorganizer region人类有人类有5 5对染色体上存在核仁组织对染色体上存在核仁组织区，它们都是短臂上带有随体的区，它们都是短臂上带有随体的染色体（染色体（D D组：组：1313、1414、1515；G G组组：2121、2222）这些染色体称）这些染色体称核仁组织者核仁组织者染色体染色体。其短臂末端与随体之间有。其短臂末端与随体之间有染色质细丝相连（染色质细
24、丝相连（DNADNA袢环），上含袢环），上含转录转录rRNArRNA基因它可指导基因它可指导rRNArRNA的合成。的合成。核膜核膜核仁核仁含有含有rDNA的的10个伸个伸展的间期染色体袢展的间期染色体袢环进入核仁中环进入核仁中机械剪切机械剪切体外分离的含有不完体外分离的含有不完整染色体袢环的核仁整染色体袢环的核仁第三十八页，本课件共有48页二、核二、核 仁仁 的的 功功 能能-核糖体的生物发生核糖体的生物发生1.rRNA1.rRNA基因的转录基因的转录2.rRNA2.rRNA前体加工和核糖体亚单位的组装前体加工和核糖体亚单位的组装3.mRNA3.mRNA的输出与降解的输出与降解第三十九页，本
25、课件共有48页5SrRNArRNA基基因因是是串串联联重重复复的的多多拷拷贝贝基基因因集集中中于于核核仁仁区区。人人的的一一个个单单倍倍基基因因组组中中约约有有200200个个拷拷贝贝，rDNArDNA没没有有组组蛋蛋白白核核心心，是是裸裸露露的的DNADNA节节段段，相相邻邻基基因因之之间间为为非非转转录录的的间隔间隔DNADNA。定位核仁外定位核仁外第四十页，本课件共有48页rDNArRNA转录单位转录单位3nm间隔间隔片段片段转录的起点转录的起点转录的终点转录的终点RNARNA聚合酶聚合酶蛋白质颗粒蛋白质颗粒转录时，转录时，RNARNA聚合酶聚合酶沿沿DNADNA分子排列，此酶由基因头端
26、向末端分子排列，此酶由基因头端向末端移动，转录好的移动，转录好的rRNArRNA分子从聚合酶处伸出，愈近末端愈长，从左右分子从聚合酶处伸出，愈近末端愈长，从左右两侧均可伸出，呈圣两侧均可伸出，呈圣诞树样诞树样结构。结构。第四十一页，本课件共有48页圣诞树样结构圣诞树样结构第四十二页，本课件共有48页rDNArDNA45SrRNA蛋白质蛋白质RNP18SrRNA28SrRNA40S小亚单位小亚单位5.8SrRNA5SrRNA核仁外核仁外DNA60S大亚单位大亚单位33种蛋白质种蛋白质49种蛋白质种蛋白质核孔核孔第四十三页，本课件共有48页45SrRNA45SrRNA合成后与来自细胞质的近合成后与
27、来自细胞质的近8080多种蛋白质结合成多种蛋白质结合成80S80S的的RNPRNP颗粒，在加工成熟过程丢失一部分颗粒，在加工成熟过程丢失一部分RNARNA和蛋白质，形成和蛋白质，形成核糖体大、小亚基的前体。核糖体大、小亚基的前体。小亚基前体含小亚基前体含18SrRNA18SrRNA和和3333种蛋白质；种蛋白质；大大亚基前体含亚基前体含5.8S5.8S、28S28S、5SrRNA5SrRNA与与4949种蛋白质种蛋白质。细胞质基质中组装成成熟核糖体细胞质基质中组装成成熟核糖体第四十五页，本课件共有48页三、核仁周期：三、核仁周期：核仁随细胞周期的进行而呈现核仁随细胞周期的进行而呈现周期性的解体
28、与重建。周期性的解体与重建。间间 期期细胞有细胞有1-21-2个或多个个或多个核仁。核仁。分分 裂裂 期期染色质浓缩、染色质浓缩、rRNArRNA合成停止，合成停止，rDNArDNA袢环逐渐袢环逐渐缩回到染色体，缩回到染色体，核仁缩小继核仁缩小继而而消失。消失。细胞分裂期后末期细胞分裂期后末期核仁组织者染色体解核仁组织者染色体解旋，旋，rDNArDNA伸展成袢样，伸展成袢样，在酶的作用下合成在酶的作用下合成rRNArRNA，经积累和包装，经积累和包装rDNArDNA袢环周围又组建袢环周围又组建成新的核仁。成新的核仁。核仁（存在）核仁（存在）核仁（消失）核仁（消失）核仁（再现）核仁（再现）第四十七页，本课件共有48页感谢大家观看第四十八页，本课件共有48页