细胞生物学细胞核.pptx

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1、第一节 核膜第二节 染色质和染色体第三节 核纤层和核骨架第四节 核仁第五节 细胞核的功能 第六节细胞核与疾病 第1页/共54页细 胞 核 概 述 形态：形态：多为圆形、卵圆形，少数为不规则形。多为圆形、卵圆形，少数为不规则形。数目：数目：通常一个，成熟红细胞（通常一个，成熟红细胞（0 0）、肝细胞、）、肝细胞、心肌细胞（心肌细胞（1-21-2）、破骨细胞（数百个）、破骨细胞（数百个）大小：大小：核质比核质比(NP)NP)=细胞核体积细胞核体积 (N)N)/细胞质体积细胞质体积(P)P).正常细胞正常细胞NPNP 0.5 0.5，分裂期细胞，分裂期细胞NPNP0.50.5，衰老细胞衰老细胞NPN

2、P0.50.5。结构：结构：核膜核膜 染色质和染色体染色质和染色体 核基质核基质 核仁核仁第2页/共54页第一节 核膜 (nuclear membrane)核膜核膜是是双层膜双层膜结构。结构。蛋白质蛋白质:2020多种，占多种，占65-75%65-75%。与内质网相似。与内质网相似。脂脂 类：类：与内质网相似。与内质网相似。一、核膜的主要化学成分一、核膜的主要化学成分第3页/共54页核核 膜膜核核 仁仁染色质染色质核基质核基质二、核膜的超微结构第4页/共54页 核膜的结构和功能核膜的结构和功能二、核膜的超微结构二、核膜的超微结构1.外核膜外核膜 与内质网相通与内质网相通 外表附有核糖体颗粒外表

3、附有核糖体颗粒 2.2.内核膜内核膜 内侧连有内侧连有核纤层核纤层 3.3.核周间隙核周间隙 4.4.核孔核孔第5页/共54页三、核孔复合体与核质间的运输 核孔核孔核膜的结构和功能核膜的结构和功能 内外核膜融合而成内外核膜融合而成 一般一般3000-40003000-4000个。个。细胞核活动旺盛的细胞细胞核活动旺盛的细胞 较多，反之较少。较多，反之较少。第6页/共54页核孔复合体核孔复合体的功能：核孔复合体的功能：参与核质间的物质运输参与核质间的物质运输。第7页/共54页电镜下的核孔复合体电镜下的核孔复合体胞质颗粒胞质颗粒胞质环胞质环核质环核质环中央栓中央栓 辐辐核纤层核纤层胞质纤维胞质纤维

4、由四个部分组成由四个部分组成(nuclear pore complex，NPC)胞质环核质环辐中央栓第8页/共54页The Nuclear PoreThe Nuclear Pore第9页/共54页第10页/共54页Nuclear face basket inner complex第11页/共54页三、核纤层（nuclear lamina）（一）核纤层的结构 1.位于核膜内层。由核纤层蛋白构成纤维网状结构。2.核纤层蛋白（lamin）中间纤维蛋白，A、B、C三种类型。核膜的结构和功能核膜的结构和功能第12页/共54页核纤层（nuclear lamina）第13页/共54页第14页/共54页1.与

5、核膜的重建及染色质凝集有关 lamin 磷酸化lamin解聚核膜崩解 2.为核被膜提供支架，与细胞核构建有关（二）核纤层功能：3.参与DNA的复制和基因的表达。核膜的结构和功能核膜的结构和功能第15页/共54页第16页/共54页四、核膜的主要功能核被膜的结构和功能核被膜的结构和功能 区域化作用 合成生物学大分子 控制细胞核与细胞质间的物质流和 信息流第17页/共54页第二节 染色质与染色体（Chromatin&chromosome）vv 染色质染色质：是间期细胞核中伸展开的：是间期细胞核中伸展开的DNADNA蛋白质纤维。蛋白质纤维。vv 染色体染色体：细胞分裂期，染色质组装成在光镜下可见：细胞

6、分裂期，染色质组装成在光镜下可见 的棒状或点状结构。的棒状或点状结构。染色质和染色体是同种物质在不同时期的不同表现形染色质和染色体是同种物质在不同时期的不同表现形式式第18页/共54页一、染色质与染色体的主要化学组成组成：组成：DNADNA、组蛋白占、组蛋白占98%98%，非组蛋白和非组蛋白和RNARNA少量。少量。（一）（一）DNA 染色质的主要成分，遗传信息的载体。每条未复制的染色体由一条DNA分子构成。第19页/共54页1.1.组蛋白（组蛋白（histonehistone）特点：特点：带正电荷，属带正电荷，属碱性蛋白。碱性蛋白。种类：种类：核小体蛋白：核小体蛋白：H H2 2A A、H

7、H2 2B B、H H3 3、H H4 4；连接蛋白：连接蛋白：H H1 1（具有种属和组织特异性）。（具有种属和组织特异性）。功能：功能：参与染色体的构建，维持染色体结构；参与染色体的构建，维持染色体结构；抑制抑制 DNADNA的复制和转录。的复制和转录。（二）组蛋白和非组蛋白（二）组蛋白和非组蛋白一、染色质与染色体的主要化学组成第20页/共54页（三）组蛋白和非组蛋白（三）组蛋白和非组蛋白2.2.非组蛋白（非组蛋白（non-histonenon-histone）一、染色质与染色体的主要化学组成 带负电荷，属带负电荷，属酸性蛋白质酸性蛋白质 数量少，种类多，具有种属和组织特异性数量少，种类多

8、，具有种属和组织特异性 非组蛋白中含有很多种酶非组蛋白中含有很多种酶 功能：功能：参与染色体的构建参与染色体的构建 启动基因复制启动基因复制 调控调控基因转录基因转录第21页/共54页二、染色质 (chromatin)常染色质(euchromatin)（伸展染色质（伸展染色质 、功能性染色质）、功能性染色质）位于核的内部、位于核的内部、结构疏松、染色浅、具有转结构疏松、染色浅、具有转录活性。录活性。异染色质(heterochromatin)（浓缩染色质、非功能性染色质）（浓缩染色质、非功能性染色质）位于核的边缘、螺旋化程度高、染色深、转录功能位于核的边缘、螺旋化程度高、染色深、转录功能不活跃。

9、不活跃。第22页/共54页常染色质异染色质二、染色质二、染色质 (chromatin)第23页/共54页二、染色质二、染色质 (chromatin)结构异染色质：在整个细胞周期中都处于凝缩状态在整个细胞周期中都处于凝缩状态 的染色质。多位于的染色质。多位于着丝粒区着丝粒区和和端粒区端粒区，不具有转录活性，不具有转录活性 。兼性异染色质：在在特特定定细细胞胞的的一一定定发发育育阶阶段段具具有有凝凝缩缩状状态态的的染染色色质质。如如 X X染色质染色质。异染色质类型：第24页/共54页 雌性哺乳动物雌性哺乳动物细胞中细胞中 异固缩化的异固缩化的X X染色体染色体。人的人的胚胎发育胚胎发育到到161

10、6天天 后出现。后出现。barr body巴氏小体（barr body）染色质染色质第25页/共54页常染色质与异染色质的比较相同点：基本结构单位基本结构单位-脱氧核糖核酸；脱氧核糖核酸；与组蛋白结合；与组蛋白结合；双螺旋结构。双螺旋结构。不同点：分布分布 染色染色 结构结构 转录活性转录活性 复制时间复制时间 功能功能第26页/共54页三、染色体的构建三、染色体的构建将DNA分子长度压缩7倍。（一）一级结构 核小体 (nucleosome)10nm第27页/共54页第28页/共54页球状组蛋白核心球状组蛋白核心H4DNADNA双螺旋双螺旋(146(146bpbp、1 1圈圈)H3H4H3H

11、H2 2A AH H2 2A AH H2 2B BH H2 2B BH4H H3 3H3H4H2AH H2 2A AH2BH H2 2B B 10nm连接连接DNA（50-60bp）H H1 1 H H1 1核核小小体体核心部核心部连接部连接部DNADNA分子：分子：140-160140-160bpbp、1.751.75圈圈组组 蛋蛋 白：白：H H1 1DNADNA分子：分子：5050 6060bpbp核核小小体体组蛋白：组蛋白：2(H2(H2 2A A、H H2 2B B、H H3 3、H H4 4)八聚体八聚体核小体(nucleosome)第29页/共54页第30页/共54页 外外30n

12、m 内内10nm组蛋白组蛋白（二）二级结构螺线管 6 6个核小体缠绕一圈形成的中空管，个核小体缠绕一圈形成的中空管，将串珠状小体将串珠状小体 长度长度压缩压缩6 6倍倍。三、染色体的构建第31页/共54页（三）三级结构超螺线管 超螺线管是由螺线管进一步盘曲而形成。超螺线管是由螺线管进一步盘曲而形成。=400nm=400nm 将螺线管长度将螺线管长度压缩压缩4040倍倍。超螺旋管进一步折叠又被超螺旋管进一步折叠又被压缩压缩5 5倍倍。成为四级结构。成为四级结构 染色单体。染色单体。DNA分子共压缩8 00010 000倍。（四）四级结构染色单体三、染色体的构建第32页/共54页 一级结构一级结构

13、一级结构一级结构核小体，核小体，核小体，核小体，压缩压缩压缩压缩7 7倍倍倍倍 二级结构二级结构二级结构二级结构螺线管螺线管螺线管螺线管，压缩压缩压缩压缩6 6倍倍倍倍 三级结构三级结构三级结构三级结构超螺线管超螺线管超螺线管超螺线管，压缩压缩压缩压缩4040倍倍倍倍 四级结构四级结构四级结构四级结构染色单体染色单体染色单体染色单体，压缩压缩压缩压缩5 5倍倍倍倍 DNADNA共压缩共压缩共压缩共压缩8 00010 0008 00010 000倍。倍。倍。倍。染色质的四级结构第33页/共54页染色体结构的染色体结构的“袢环袢环”模型：模型：2nm2nm的双螺旋DNADNA。10nm10nm核小

14、体。6 6个核小体围成一圈的螺旋，直径30-50nm30-50nm。由螺线管形成DNADNA复制环。每1818个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带。约10106 6微带沿纵轴排列形成染色体单体。染色体骨架-放射环模型第34页/共54页第36页/共54页四、染色体（chromosome）结构：结构：主缢痕、染色体臂 着丝粒、着丝点 次缢痕、随体 端粒1.中期染色体的形态结构第37页/共54页2009诺贝尔医学与生理学奖(2009.10.5)(2009.10.5)杰克杰克 绍斯塔克绍斯塔克Jack W.SzostakJack W.Szostak美国哈佛医学院美国哈佛医学院遗传学系遗传学

15、系伊丽莎白伊丽莎白 布莱克本布莱克本Elizabeth H.Blackburn加州大学旧金山分校生化与生物物理学系卡萝尔格雷德 Carol W.Greider约翰-霍普金斯医学院分子生物学与遗传学系第38页/共54页 四、染色体(chromosome)2.染色体类型：中央着丝粒染色体：中央着丝粒染色体：着丝粒位于总轴着丝粒位于总轴4/8-5/84/8-5/8；亚中央着丝粒染色体：亚中央着丝粒染色体：着丝粒位于总轴着丝粒位于总轴5/8-6/85/8-6/8；近端着丝粒染色体：近端着丝粒染色体：着丝粒位于总轴着丝粒位于总轴7/8-7/8-末端。末端。中央着丝粒中央着丝粒亚中央着丝粒亚中央着丝粒近端

16、着丝粒第39页/共54页形态：间期细胞核内，圆球形。数目：一般12个，有的35个。特点：蛋白质合成旺盛细胞核仁大、数目多，反之核仁小或缺如。分裂前期消失，末期重现。第三节 核 仁(nucleolus)一、核仁的形态、结构和化学组成（一）核仁的形态第40页/共54页蛋白质：80，组蛋白、非组蛋白、核糖体蛋白及酶类。rRNA：10%，45S45S、28S28S、18S18S、5.8S5.8S DNA：8%，rDNA脂 类：微量（二）核仁的化学组成核仁的形态、结构和化学组成核仁的形态、结构和化学组成第41页/共54页纤维中心纤维中心颗粒成分颗粒成分致密致密纤维组分纤维组分（三）核仁的超微结构第42页

17、/共54页（三）核仁的超微结构（三）核仁的超微结构（一）纤维中心（一）纤维中心 (fibrillar center)(fibrillar center)rDNArDNA。1313、1414、1515、2121、2222号号1010条染色体条染色体存在存在rRNArRNA基因基因 ，转录转录rRNArRNA，形成核仁，称，形成核仁，称核仁组织者核仁组织者 (nucleolar organizer)(nucleolar organizer)。形成。形成核仁组织区核仁组织区。（二）致密纤维组分（二）致密纤维组分 (dense fibrillar component)(dense fibrillar

18、component)（三）颗粒成分（三）颗粒成分 (granular component)(granular component)由由RNARNA和蛋白质组成的核糖体前体物质。和蛋白质组成的核糖体前体物质。（四）核仁相随染色质（四）核仁相随染色质 核仁周围染色质核仁周围染色质 (NAC)(NAC)：异染色质。异染色质。核仁内染色质核仁内染色质 (INC)(INC)：常染色质，载有常染色质，载有rDNArDNA第43页/共54页（一）是（一）是rRNArRNA合成合成的中心的中心（二）是（二）是rRNArRNA加工成熟加工成熟的区域和的区域和 核糖体大小亚基装配核糖体大小亚基装配的工厂的工厂二、

19、核仁的功能第44页/共54页第46页/共54页核仁在核糖体大小亚基装配中的作用第47页/共54页核仁周期：核仁周期：核仁随细胞周期的进行而呈现的周期性核仁随细胞周期的进行而呈现的周期性 变化（形成和消失）。变化（形成和消失）。间间 期期细胞有细胞有1212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，核仁缩小继而核仁缩小继而消失。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伸展成袢伸展成袢样，在酶的作用下合样，在酶的作用下合

20、成成rRNArRNA，经积累和，经积累和包装包装rDNArDNA袢环周围袢环周围又组建成新的核仁。又组建成新的核仁。核仁核仁 (有有)核仁核仁 (消失消失)核仁核仁(再现再现)三、核仁周期（nucleolar cycle）第48页/共54页 第四节 核骨架（nuclear skeleton）一、概念一、概念 核骨架又称核基质（nuclear matrix）是细胞核内以非组蛋白为主的纤维网架结构。是细胞核内以非组蛋白为主的纤维网架结构。二、化学组成二、化学组成 核基质蛋白核基质蛋白和和核基质结合蛋白核基质结合蛋白等多种蛋白质组成。等多种蛋白质组成。第49页/共54页1.1.是是DNADNA复制复

21、制的支架。的支架。2.2.是是基因转录加工、基因转录加工、RNARNA合成合成的场所。的场所。3.3.与与染色体的构建和核的重建染色体的构建和核的重建有关。有关。4.4.与与细胞分化细胞分化有关。有关。5.5.与与病毒病毒在宿主细胞内在宿主细胞内DNADNA复制、基因转录有关。复制、基因转录有关。6.6.在肿瘤发生过程中起一定作用。在肿瘤发生过程中起一定作用。癌基因表达癌基因表达在核骨架上进行。在核骨架上进行。二.功能核骨架（核骨架（nuclear skeletonnuclear skeleton）第50页/共54页 第五节 细胞核的功能遗传信息的储存、复制和转录第51页/共54页第六节 细胞核与病变 病变引起的细胞核改变病变引起的细胞核改变 癌细胞：癌细胞：高核质比、核结构异形、高核质比、核结构异形、染色质凝聚、核孔增多等。染色质凝聚、核孔增多等。染色体异常与肿瘤的关系染色体异常与肿瘤的关系 癌细胞：癌细胞：染色体结构改变染色体结构改变 染色体数目改变染色体数目改变退出第52页/共54页本章重点1、细胞核的超微结构。2、核膜的结构和功能。3、核孔复合体、核纤层的结构和功能；4、染色质和染色体的概念、化学组成、包装过程（四级结构）。常染色质与异染色质的异同。5、核仁周期、核仁的超微结构和功能第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页