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1、醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第八章 細(xì)胞核 nucleus 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)細(xì)胞核真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜一、核膜的化學(xué)組成 1 .蛋白質(zhì)：部分與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似，內(nèi)核膜含有核纖層蛋白 2 .脂類：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相似 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜二、核膜的結(jié)構(gòu)與區(qū)域化作用 1 .雙層但不連續(xù)的非對(duì)稱性膜單位 1 )外核膜：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，附著有核糖體顆粒及中間纖維，參與蛋白質(zhì)合成及細(xì)胞核定位。 2 )內(nèi)核膜：表面光滑，緊密附著核纖層 3 )核周間隙：內(nèi)外核膜之間的腔隙，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)聯(lián)通。 4 )核孔：內(nèi)外核膜融合形成，由

2、蛋白質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)核內(nèi)外物質(zhì)運(yùn)輸。數(shù)目與細(xì)胞代謝狀態(tài)有關(guān)。 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué) 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜 2 .核膜將核質(zhì)與胞質(zhì)限定在各自區(qū)域并控制著核-質(zhì)間的物質(zhì)交換 1 )核膜的區(qū)域化作用使轉(zhuǎn)錄和翻譯在空間上分離 DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄和加工在核內(nèi)，蛋白質(zhì)合成在胞質(zhì)，避免相互干擾。 2 )核膜控制著細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間的物質(zhì)交換 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜三、核孔復(fù)合體與核-質(zhì)間物質(zhì)運(yùn)輸 1 .核孔復(fù)合體的捕魚籠結(jié)構(gòu)模型： (1 )胞質(zhì)環(huán)(cytoplasmic ring), 外環(huán) (2 )核質(zhì)環(huán)(nuclear

3、ring), 內(nèi)環(huán) (3 )輻(spoke) (4 )中央栓(central plug): transporter 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜八個(gè)方向的對(duì)稱結(jié)構(gòu)含有圍繞中央通道的8根輻條狀組合輻條連接到核與細(xì)胞質(zhì)界面上的環(huán) NPC電鏡照片： 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜NPC 經(jīng) 典 研 究 手 段 :樹脂包埋超薄切片，負(fù)染色技術(shù)，冷凍蝕刻。 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜在掃描電子顯微鏡下用場(chǎng)散射透鏡顯示的Xenopus oocytes 的核被膜 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜 2 .核孔復(fù)合體介導(dǎo)細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間

4、的物質(zhì)交換主動(dòng)運(yùn)輸和被動(dòng)運(yùn)輸介導(dǎo)雙向物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜親核蛋白依靠本身核定位序列與核轉(zhuǎn)運(yùn)受體蛋白結(jié)合形成復(fù)合體，從核孔依靠GTP水解產(chǎn)能進(jìn)入細(xì)胞核，核轉(zhuǎn)運(yùn)受體被分離回到胞質(zhì)重復(fù)使用。第一步：不需要能量，含有NLSs的蛋白質(zhì)結(jié)合到核被膜上，但不通過(guò)核孔第二步：需能過(guò)程，要求G TP水解 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜Ran蛋白在核轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的作用 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)A typical NLS contains several consecutive basic amino acids (the positive

5、ly charged AA: Lys, Arg)Normal pyruvate kinase: in cytosol Chimeric pyruvate kinase containing SV40 NLS: in nucleus 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜四、核纖層的結(jié)構(gòu)與功能 1、核纖層是一層緊貼內(nèi)核膜的纖維蛋白網(wǎng)核纖層蛋白ABC組成，屬于中間纖維蛋白，在內(nèi)核膜與染色體之間形成籠型網(wǎng)絡(luò) 2 .功能：細(xì)胞核支架與核膜重建及染色體凝集密切相關(guān)參與細(xì)胞核構(gòu)建與DNA復(fù)制 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第一節(jié) 核膜 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)核 纖 層 蛋 白（ Lamins） 醫(yī) 學(xué) 細(xì)

6、 胞 生 物 學(xué) 薄 層 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 的 核 纖 層 ： 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體一、染色質(zhì)的組成成分（染色質(zhì)與染色體） 1 .DNA（必須的三個(gè)功能序列）端粒：富含G的簡(jiǎn)單重復(fù)序列，維持DNA復(fù)制的完整性和穩(wěn)定性著絲粒：姐妹染色單體的連接部位復(fù)制起始序列：多個(gè)，復(fù)制時(shí)同時(shí)激活 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 2 .組蛋白：堿性蛋白質(zhì)核小體組蛋白:H2 A,H2 B,H3 ,H4，高度保守，參與構(gòu)成八聚體。 H1，具有特異性，穩(wěn)定核小體進(jìn)出DNA序列

7、。參與染色體折疊包裝，保護(hù)DNA；通過(guò)氨基酸修飾調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。 3 .非組蛋白： 與DNA序列特異性結(jié)合，調(diào)控轉(zhuǎn)錄 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體二、常染色質(zhì)與異染色質(zhì) 1 .常染色質(zhì) (1 )間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低, 處于伸展?fàn)顟B(tài), 用堿性染料染色時(shí)著色較淺的染色質(zhì) (2 )組成: 單一序列和中度重復(fù)序列 (3 )DNA包裝比約為1 /2 0 0 0 1 /1 0 0 0 (4 )并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性,常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體The in

8、active X chromosome: an example of facultative heterochromatin 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體常染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)堿性染料染色較淺較深螺旋化程度較低較高基因轉(zhuǎn)錄水平活躍無(wú)核內(nèi)分布均勻，多在核中央多位于核周近核膜處復(fù)制時(shí)間S期早、中期晚復(fù)制，早聚集 DNA序列構(gòu)成單一序列和中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列功能基因轉(zhuǎn)錄區(qū)域染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)形成可與常染色質(zhì)互相轉(zhuǎn)化，為轉(zhuǎn)錄關(guān)閉區(qū)域 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體三、染色質(zhì)組裝為染色體 1 .核小體：DN

9、A片段纏繞組蛋白八聚體形成的基本結(jié)構(gòu)單位。 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué) H4 H3H4H3 H2AH2A H2BH2B H4H3 H 3H4 H2AH2A H2BH2B 10nm H 1 H1 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)10nm 30nm組 蛋 白 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 beads on a string-nucleosome from interphase nucleus 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體螺線管 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué) 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 醫(yī) 學(xué) 細(xì)

10、 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體四、染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 1 .著絲粒：主縊痕處的染色質(zhì)部分，連接兩個(gè)姐妹染色單體，由高度重復(fù)的異染色質(zhì)組成。動(dòng)粒：主縊痕兩側(cè)的特化圓盤狀結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)構(gòu)成，是細(xì)胞分裂時(shí)紡錘絲動(dòng)粒微管的附著部位，參與染色體向兩級(jí)移動(dòng)。著絲粒動(dòng)粒復(fù)合體：動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域；中心結(jié)構(gòu)域和配對(duì)結(jié)構(gòu)域。 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 ( 1 )中著絲粒染色體(metacentric CS) ( 2 )亞中著絲粒染色體(submetacentric CS) ( 3 )亞端著絲粒染色體(subtelocentric CS) (

11、 4 )端著絲粒染色體(telocentric CS) 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體 2 .次縊痕：除主縊痕之外的縊縮部位。至少有一條染色體上有次縊痕，但并非所有染色體上都有?？捎米麒b別染色體的標(biāo)記。 3 .端粒：位于染色體兩端的特化結(jié)構(gòu)，相同的短串聯(lián)重復(fù)序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。維持染色體穩(wěn)定與完整，參與染色體核內(nèi)排布和同源染色體配對(duì)，與衰老凋亡相關(guān)。 4 .隨體：染色體末端球形或棒狀結(jié)構(gòu)，由 異染色質(zhì)構(gòu)成，通過(guò)次縊痕與主體相連，是識(shí)別染色體的重要形態(tài)特征。 5 .核仁組織區(qū) rRNA基因轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域，與核仁形成有關(guān)。 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué) 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié)

12、 染色質(zhì)與染色體多線染色體：一條染色體含有多條染色單體而不分離，光鏡下表現(xiàn)為沿染色體縱軸一系列深淺交替的帶與間帶。 (1 )雙翅目昆蟲幼蟲組織細(xì)胞 (2 )來(lái)源: 核內(nèi)有絲分裂 (3 )帶及間帶 (4 )袢環(huán): 基因活躍轉(zhuǎn)錄的 形態(tài)學(xué)標(biāo)志 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體燈刷染色體：同源染色體交叉相連，染色粒串聯(lián)為主軸，向兩側(cè)伸出成對(duì)側(cè)環(huán)。 (1 )普遍見于動(dòng)物卵母細(xì)胞 (2 )來(lái)源: 停留在雙線期的染色體。 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體五、核型與染色體帶型核型：個(gè)體細(xì)胞全部染色體在有絲分裂中期的表型，包括染色體數(shù)目、大小和形態(tài)特征。 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物

13、 學(xué)第二節(jié) 染色質(zhì)與染色體帶型：染色體經(jīng)特定染料染色后，沿長(zhǎng)軸顯示深淺各異、寬窄不等的帶紋，是鑒別染色體和易位片段的重要手段。 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第三節(jié) 核仁一、核仁的形態(tài)和化學(xué)組成 1 .基因：纖維中心是分布有rRNA基因的染色質(zhì)區(qū) 2 .轉(zhuǎn)錄：致密纖維含有處于不同轉(zhuǎn)錄階段的rRNA分子 3 .加工：顆粒分子由正在加工和成熟的RNA及蛋白質(zhì)構(gòu)成 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué) 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué) 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第三節(jié) 核仁二、核仁的功能 1 .rRNA基因轉(zhuǎn)錄加工的場(chǎng)所 2 .rRNA與核糖體蛋白組裝 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第三節(jié) 核仁三、核仁周期與細(xì)胞周期相關(guān)聯(lián)

14、，有絲分裂時(shí)結(jié)構(gòu)和功能的周期性變化 1 .變形變小 2 .RNA合成停止，袢環(huán)收縮 3 .核仁消失 4 .DNA解聚，重新組成前核仁體 5 .融合為核仁 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第四節(jié) 核骨架一、核骨架的形態(tài)結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成 1 .形態(tài)結(jié)構(gòu)：細(xì)胞核內(nèi)廣泛分布的以纖維蛋白構(gòu)成的交錯(cuò)排列網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 2 .化學(xué)組成：百余種蛋白核基質(zhì)蛋白核基質(zhì)結(jié)合蛋白 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué) 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第四節(jié) 核骨架二、核骨架功能 1 .DNA復(fù)制的支架 2 .基因轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮重要作用 3 .參與染色體和核膜構(gòu)建 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第五節(jié) 細(xì)胞核的功能一、遺傳信息存儲(chǔ)保持DNA穩(wěn)定二、遺傳信息復(fù)制 1 .多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，雙鏈中一條不連續(xù)復(fù)制 2 .需要多種酶和其他蛋白質(zhì)的參與 3 .端粒酶能保持DNA復(fù)制時(shí)染色體末端的完整性三、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 醫(yī) 學(xué) 細(xì) 胞 生 物 學(xué)第六節(jié) 細(xì)胞核與疾病一、細(xì)胞核形態(tài)異常與腫瘤二、染色體異常與腫瘤