第9章-1 细胞核与染色体

CHAPTER8CellNucleusandChromosomeOUTLINE1.核被膜（nuclearenvelope)2.核孔复合体(nuclearporecomplex)3.染色质(chromatin)4.染色体(chromosome)5.核仁(nucleolus)6.核基质与核体(nuclearmatrixandnuclearbody)DNA纤维细胞核第一节核被膜与核孔复合体一、核被膜(nuclearenvelope)结构组成功能核被膜的解体与重建核被膜（一）核被膜的结构(StructureoftheNuclearEnvelope)一般结构◆外核膜(Outernuclearmembrane)◆内核膜(Innernuclearmembrane)◆核周间隙(Perinuclearspace，核周池、核周腔)两层核膜之间的空隙,宽15-30nm,其中充满无定形物质◆核纤层(lamina)◆核孔(nuclearpore)（二）核被膜的功能(FunctionsoftheNuclearEnvelope)◆基因 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达的时空隔离◆核膜成为保护性屏障,使核处于一微环境◆染色体的定位和酶分子的支架◆物质运输（三）核被膜的解体与重建新核膜来自旧核膜核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性（domain-specific）。核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关。核孔复合体的结构(鱼笼模型)◆胞质环(cytoplasmicring),外环◆细胞质颗粒(cytoplasmicgranular)◆核质环(nucleoplasmicring),内环◆中央栓(centralplug),中央运输蛋白(centraltransporter)◆辐(spoke)柱状亚单位(columnsubunit)腔内亚单位(luminalsubunit)环带亚单位(annularsubunit)◆笼状体(basket)二、核孔复合体的结构与功能（一）核孔复合体模型Modelofthenuclearporecomplex核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相对分子质量约为125×106，推测可能含有100余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。gp210：结构性跨膜蛋白p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域（二）核孔复合体成分的研究蛋白名称对应的NPC结构功能与特性gp210Pom121Nup153 Nup180 Nup155P62  P58P54P45Nup84（大鼠）或Nup88（人）Nup214/CANNup107pNup98pNup155p260/Tpr孔膜区，跨膜蛋白孔膜区，跨膜蛋白“fish-trap” 胞质环及其纤维 核质面与胞质面中央颗粒        胞质环纤维   胞质环纤维能与ConA结合；N端位于膜间腔，C端将NPC锚定在核膜上。能与WGA结合；C端有FXFG重复序列。能与WGA结合；N端有FXFG重复序列；具有锌指结构，能够结合DNA（invitro）。不能与WGA结合；其抗体对核质交换没有抑制作用；介导NPC与胞质骨架的联系。不能与WGA结合。能与WGA结合；具有FXFG重复序列；其抗体对核质交换有抑制作用；能与p58，p54，p45形成p62复合体；与酵母的Nsp1p同源。具有FG重复序列；与酵母的Nup49p同源。具有FG重复序列；与酵母的Nup57p同源。具有FG重复序列。   能与WGA结合。酵母的Nup84p同源。具有GLFG重复序列；与酵母的Nup116p同源。与酵母的Nup170同源。不能与WGA结合。已知的脊椎动物核孔复合体的蛋白成份简表gp210：结构性跨膜蛋白介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在“孔膜区”，从而为核孔复合体装配提供一个起始位点在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域疏水性N端区：可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换C端区：可能通过与其它核孔复合体蛋白相互作用，从而将p62分子稳定到核孔复合体上，为其N端进行核质交换活动提供支持。（三）核孔复合体的功能进行物质运输:包括主动运输和被动运输核孔运输特点◆被动运输◆主动运输●信号引导●双向性通过核孔复合体物质运输的功能示意图（引自B.Talcott等，1999）（a）自由扩散（b）协助扩散（c）信号介导的核输入（d）信号介导的核输出核质素的核定位信号及其作用（四）核蛋白运输机制基本概念◆核蛋白(nuclearprotein)：在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质◆核定位信号(nuclearlocalizationsignals,NLS)：具有定向、定位作用的特殊氨基酸系列NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有Pro。NLS的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（T抗原），也可以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基（核质蛋白）。NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导完成核输入后并不被切除。NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件◆核输出信号(nuclearexportsignals,NES）◆输入蛋白(importin)：仅有核定位信号的蛋白质自身不能通过核孔复合体，它必须与水溶性的NLS受体结合才可穿过NPC，这种受体称为输入蛋白。◆输出蛋白(exportin)：存在于细胞核中，能够识别输出信号并与之结合的蛋白质。核定位信号核蛋白输入机理核内蛋白质的输出mRNA的输出转录产物RNA的核输出RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核，需要能量；RNA聚合酶III转录的5srRNA与tRNA的核输出由蛋白质介导；RNA聚合酶II转录的hnRNA，在核内进行5’端加帽和3’端附加多聚A序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核，5’端的m7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的；细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运，也有负调控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体(spliceosome)有关。mRNA的出核转运过程是有极性的，其5’端在前，3’端在后。入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。第二节染色质(chromatin)●染色质的概念及化学组成●染色质的基本结构单位—核小体(nucleosome)●染色质包装的结构模型●常染色质和异染色质一、染色质的概念◆染色质(Chromatin):指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构,是间期细胞遗传物质存在的形式◆染色体(chromosome):指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构◆染色体与染色质比较●在化学本质上没有差异●在构型上不同●是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同表现形式。二、染色质DNA基因组（genome）：一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。基因组大小通常随物种的复杂性而增加基因组中两类遗传信息编码序列调控序列物种基因组大小平均基因长（bp）基因数目大肠杆菌4.2×106bp，1.2Kb约2350酵母1.3×107bp1.4Kb约6100果蝇1.4×108bp11.3Kb约8750人3×109bp16.3Kb约125000几种生物基因组比较DNA分子一级结构具有多样性非重复序列DNA(单一序列或1-5个拷贝)中度重复DNA序列（拷贝数在10个以上的序列称为重复序列，重复次数在102-105为中度重复序列）短散在重复元件（shortinterspersedelements，SINEs）长散在重复元件（longinterspersedelements，LINEs）在物种进化过程中是基因组中可移动的遗传元件，并且影响基因表达。高度重复DNA序列（重复次数在105以上）卫星DNA（satelliteDNA），主要分布在染色体着丝粒部位；小卫星DNA（minisatelliteDNA），又称数量可变的的串联重复序列，常用于DNA指纹技术（DNAfinger-printing）作个体鉴定；卫星DNA（microsatelliteDNA）重复单位序列最短，具高度多态性，在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。DNA二级结构具有多形性(polymorphism)三种构型DNA：B型DNA（右手双螺旋DNA）；活性最高的DNA构象；A型DNA，B型DNA的重要变构形式，仍有活性；Z型DNA，Z型DNA是左手螺旋，B型DNA的另一种变构形式，活性明显降低三种构型DNA的主要特征DNA构型的生物学意义三种不同构型DNA的主要特征主要特征螺旋类型ABZ螺旋直径螺旋方向螺旋值／bpbp／每圈螺旋垂直升距／bp螺旋轴位置大沟小沟23A右手+34.7o11.02.56A位于大沟，不穿过碱基对窄而深宽而浅19A右手+34.6o10.43.38A穿过碱基对宽而深窄而浅12A左手-30o12.05.71A位于小沟，不穿过碱基对平坦窄而深A、B和Z型DNA的比较DNA构型的生物学意义沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中起关键作用沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别三种构型的DNA处于动态转变之中DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，这种变化在DNA复制与转录中具有重要的生物学意义。