细胞生物学之笔记-第8章 细胞核

第八章细胞核形状：圆球形、椭球形、杆状（肌细胞）、马蹄形/多叶形（白细胞）畸形（肿瘤）核质比=nuclear-cytoplasmic=V细胞核/(V细胞-V细胞核)第一节核膜nuclear membrane=nuclear envelope一．核膜的化学组成✓蛋白质：65%~75%。

分为组蛋白、基因调节蛋白、DNA&RNA聚合酶、RNA酶等。

核膜所含的酶类与内质网相似，G6PD也存在在核膜上。

✓脂类：与内质网相似，含PC、PE、胆固醇、甘油三酯等。

核膜中不饱和脂肪酸含量较低，胆固醇和甘油三酯含量较高、脂肪链会较长，→核膜稳定，内核膜更稳定。

✓少量核酸二．核膜的结构（内外层核膜、核周隙、核孔复合体和核纤层等结构组成）（一）外核膜与糙面内质网相连接外核膜outer nuclear membrane与粗面内质网相连，①使核周间隙与内质网腔相通，其表面也常②附着核糖体；故被看作粗面内质网的特化区域，③参与了某些蛋白质的合成外核膜胞质面附着中间纤维，还与微管等成分相连——④固定细胞核并维持细胞核形态（二）内核膜表面光滑包围核质内核膜表面光滑，下面与一层致密的纤维网络——核纤层紧密相连，支持作用。

内核膜上有核纤层蛋白B受体，可与核纤层蛋白B特异性结合。

在细胞周期中，核膜的解体与重建，都与核纤层蛋白对核内膜的连接有关，即跟核纤层蛋白B受体与核纤层蛋白B的结合有关（三）核周隙为内、外核膜之间的缓冲区宽约20~40nm，含有多种蛋白质和酶（四）核孔复合体是由多种蛋白质构成的复合结构核孔：nuclear pore =内外核膜的融合之处形成的环状开口。

数目、密度和细胞类型、核功能状态有关。

核孔复合体：nuclear pore complex，NPC 核孔是由多种蛋白质以特定方式排列形成的复合结构。

捕鱼笼式（fish-trap）核孔复合体模型，由约30个不同的核孔蛋白nucleoporin, Nup组成。

由四部分组成①胞质环②核质环③辐④中央栓核孔蛋白nucleoporin, Nup：进化上高度保守，含有一簇由苯丙氨酸(Phe, F)和甘氨酸(Gly, G)组成的FG重复序列。

FG重复序列与核转运受体——入核素β(imporin β)或其同系物相互作用，提供结合位点，介导亲核蛋白通过核孔复合体，进入细胞核。

（大多数核孔蛋白位于核孔复合体中央通道的胞质面或核质面，少部分不对称地分布于中央通道的两侧。

）✧胞质环cytoplasmic ring：核孔外边缘，与外核膜相连；环上有8条细长纤维对称分布，伸向细胞质✧核质环nucleoplasmic ring：核孔内边缘，与内核膜相连；环上也有8条纤维伸向核质，纤维末端由8个颗粒形成小环，称“核篮”nuclear basket✧辐spoke：=柱状亚单位column subunit+腔内亚单位luminal subunit+环状亚单位annular subunit✧柱状亚单位：核孔边缘，支撑核孔的；腔内亚单位：穿过核膜伸入核周间隙的；环带亚单位：内侧靠近核孔中央的，是核-质交换通道✧中央栓central plug/granule：位于核孔中央，呈棒状、颗粒状，可能参与核-质交换；并非存在于所有核孔复合体中，有人认为是正通过核孔的被转运物质（五）核纤层是紧贴内核膜的纤维蛋白网·核纤层nuclear lamina=位于内核膜内侧与染色体之间的一层由高电子密度纤维蛋白质组成的网络片层结构。

·核纤层蛋白lamin，核纤层的主要化学成分，在哺乳类及鸟类细胞中，核纤层是由3种属于中间纤维性质的多肽组成，分别称为核纤层蛋白A/B/C。

Ａ型lamin：laminA 与laminC是同一编码基因不同加工产物。

Ｂ型lamin：LaminB的膜结合能力强，内核膜上有laminB受体，把核膜固定在核纤层上。

A型lamin仅见于分化的细胞；B 型lamin存在于所有体细胞·核纤层在高等真核细胞的间期细胞核中普遍存在，在分裂期核纤层解体，以蛋白单体的形式存在于细胞质中1．核纤层在细胞核中起支架作用核纤层与核骨架及穿过核膜的中间纤维相连，使胞质骨架和核骨架形成一连续网络结构。

2．核纤层与核膜的崩解和重建密切相关·细胞分裂前期：核纤层蛋白磷酸化，核纤层可逆性地去组装，发生解聚，是核膜破裂。

LaminA&C分散到细胞质中，LaminB与核膜小泡结合。

·细胞分裂末期：核纤层蛋白去磷酸化。

·点突变核纤层蛋白的磷酸化位点，可干扰核纤层解聚、核膜崩解3．核纤层与染色质凝集成染色体相关在间期核中，核纤层还提供染色质(主要是异染色质) 锚定位点，使染色质结合于核纤层内侧，再进一步螺旋化成染色体4．核纤层参与DNA的复制研究表明，去除A型或B型核纤层蛋白，将抑制核膜与核孔复合体的装配；缺乏核纤层的细胞核不能进行DNA 复制三．核膜的功能（一）核膜为基因表达提供了时空隔离屏障（二）核膜参与蛋白质的合成（三）核孔复合体控制着核-质检的物质交换·核孔复合体可通过主动运输与被动运输，进行跨核膜的物质转运，运输方式的选择决定于被转运物质的大小和性质。

·扩散：核孔复合体有效直径9~10nm，大多离子、小分子、直径小于10nm的物质可以自由通过；Na+等少数离子、某些小分子不能自由通过。

可以伸展到２０ｎｍ·主动运输是核孔复合体重要功能之一，生物大分子的核-质通行都借助主动运输方式实现如：核内DNA复制、RNA转录必需的各种酶类，在胞质中合成后，转运至细胞核；胞质中蛋白合成所需的tRNA、mRNA等均先在细胞核中合成，再运至细胞质中主动运输是个信号识别、载体介导的耗能过程，具有饱和性1．亲核蛋白的核输入＄核定位信号介导亲核蛋白入核·亲核蛋白:是在胞质中合成，需要转入细胞核内发挥作用的蛋白质·NLS:亲核蛋白含有4~8个氨基酸残基的特殊序列，将保证整个蛋白被核孔复合体转入细胞核，此序列称”核定位信号”nuclear localization sequence/signal, NLS.不同亲核蛋白的核定位信号有氨基酸组成的差异，但是均富含Arg、Lys、Pro等碱性氨基酸(an NLS identified as: -Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- )亲核蛋白的入核转运还需要胞质中的入核素importin、胞核中的出核素exportin、RanGTP酶系统等核转运受体蛋白帮助这些核转运受体蛋白，即可结合核孔复合体，又能结合被转运物质2．RNA及核糖体亚基的核输出第二节染色质与染色体一．染色质chromatin与染色体chromosome生化分析表明，染色质成分：98%以上是1:1 的DNA：组蛋白；此外含有少量RNA与非组蛋白（一）DNA是遗传信息的载体·基因组：genome一个真核细胞单倍染色体组中全部遗传信息称：一个基因组genome·功能性染色质分子能自我复制，必须包含三类功能序列：①端粒telomere序列：富含G的简单重复序列，维持DNA两个末端复制的完整性、染色体的稳定性；②着丝点centromere序列：是复制完成后两个姊妹染色单体连接部位，是高度重复序列；③复制起始序列：是每条DNA分子(可有多个) 复制的起始点，当被激活时，该序列的DNA双链被解旋打开，形成复制叉·科研：人工染色体：用分子克隆的方法，将上述三类序列拼接在人造染色体上，用于科学研究根据DNA序列在基因组中的重复频率，DNA的核苷酸序列可分为3类：单一序列、中度重复序列、高度重复序列RNA在染色质中含量很少，大多是新转录的RNA前体（二）组蛋白是真核细胞染色质中的基本结构的蛋白·组蛋白histone 是一组等电点大于10.0的碱性蛋白质，富含带正电荷的碱性氨基酸：赖氨酸和精氨酸；可与带负电荷呈酸性的DNA紧密结合根据精氨酸/赖氨酸比值，组蛋白分为5种：H1、H2A、H2B、H3、H4按照组蛋白的功能，分为两类：①核小体组蛋白，包括H2A、H2B、H3、H4，各两分子组成8聚体，协助DNA卷曲成核小体结构；没有种属、组织特异性，进化上高度保守②连接组蛋白：H1组蛋白，分子量较大，构成核小体时起连接作用，与核小体进一步包装有关；具有种属特异性、组织特异性，哺乳类H1组蛋白有6个亚型组蛋白在S期于胞质中合成后转入核内，协助DNA折叠包装成染色体，并保护DNA不被酶消化；组蛋白可通过甲基化、乙酰基化，来抑制或激活某些基因的转录，参与基因的调控（三）非组蛋白能从多方面影响染色质的结构和功能·非组蛋白nonhistone是除组蛋白外，染色质结合蛋白的总称，参与维持染色体结构、催化酶促反应。

与组蛋白相比，非组蛋白种类较多，数量较少，在不同组织均有不同。

非组蛋白可与染色体上特异DNA序列结合，协助DNA分子折叠，参与启动DNA复制，调控基因转录。

·HMG：含量最丰富的非组蛋白——高迁移率组high mobility group, HMG,在聚丙烯凝胶电泳中迁移率高而得名。

HMG可与染色质动态、可逆结合，常附着于活性基因部位，调控DNA复制、转录、重组、参与DNA损伤后的修复等。

HMG通过与DNA发生结合，使其变形、弯折，影响其形成基因表达复合体，而促进其他调节蛋白的结合，从而调节基因转录组蛋白碱性精氨酸，赖氨酸H2A、H2B、H3、H4高度保守，无种属及组织特异性，H1有种属及组织特异性与DNA结合，装配形成核小体非组蛋白酸性天门冬氨酸、谷氨酸有种属及组织特异性帮助DNA盘区折叠，组成支架二．常染色质与异染色质（一）常染色质是处于功能活跃呈伸展状态的染色质纤维·常染色质euchromatin：间期核内碱性染料染色着色较浅，螺旋化程度较低，处于伸展状态的染色质细丝，含有基因转录活跃部位·常染色质的DNA主要由单一序列DNA和少量中度重复DNA(组蛋白基因、tRNA基因)构成，存在核酸酶敏感位点，易被降解·常染色质在核内均匀分布，多位于核中央；一部分常染色质以袢环形式伸入核仁——rDNA常染色质多在S期的早、中期复制（二）异染色质是处于功能惰性呈凝缩状态的染色质纤维·异染色质heterochromatin在间期核中处于凝缩状态，结构致密，无转录活性，用碱性染料染色着色较深。

异染色质在电镜下常位于核周、核膜下·两大类：结构性异染色质constitutive heterochromatin、兼性异染色质facultative heterochromatin·状态：结构性异染色质是主要类型，在所有类型细胞、在各个发育阶段，均处于凝集状态；·定位：多定位于染色体的着丝粒区、端粒、次缢痕；由相对简单的高度重复序列组成，参与染色体高级结构的形成；与常染色质相比，晚复制、早凝缩·兼性异染色质在某些细胞类型、一定发育阶段，由常染色质凝聚并丧失转录活性，而变成的异染色质eg.雌性哺乳动物一对X染色体，一条为常染色质，另一条为异染色质。