1、细胞核和染色体医学知识OUTLINEOUTLINE1.1.核被膜与核孔复合体核被膜与核孔复合体 2.2.染色质染色质 3.3.染色体染色体 4.4.核仁核仁 5.5.核基质与核体核基质与核体DNA纤维纤维2细胞核和染色体医学知识细胞核细胞核3细胞核和染色体医学知识第一节第一节 核被膜与核孔复合体核被膜与核孔复合体一、一、核被膜核被膜(nuclear envelope)结构组成结构组成 功能功能 核被膜的解体与重建核被膜的解体与重建 图图4细胞核和染色体医学知识核核 被被 膜膜5细胞核和染色体医学知识（一）（一）核被膜的结构核被膜的结构(Structure of the Nuclear Enve
2、lope)一般结构一般结构 外核膜外核膜(Outer nuclear membrane)内核膜内核膜(Inner nuclear membrane)核周间隙核周间隙(Perinuclear space，核周池、核周核周池、核周腔腔)两层核膜之间的空隙两层核膜之间的空隙,宽宽15-30nm,其中充满无定形物质其中充满无定形物质 核纤层核纤层(lamina)核孔核孔(nuclear pore)6细胞核和染色体医学知识（二）（二）核被膜的功能核被膜的功能(Functions of the Nuclear Envelope)基因表达的时空隔离基因表达的时空隔离核膜成为保护性屏障核膜成为保护性屏障,使核
3、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跨膜的跨膜的物质运输物质运输7细胞核和染色体医学知识（三）（三）核被膜的解体与重建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。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。8细胞核和染色体医学知识（一）核孔复合体的结构模型（一）核孔复合体的结构模型 胞质环胞质环(cytoplasmic ring),外环外环 核质环核质环(nucleoplasmic ring),内环内环 中央栓中央栓(central
4、 plug),中央运输蛋中央运输蛋 白白(central transporter)辐辐(spoke)柱状亚单位柱状亚单位(column subunit)腔内亚单位腔内亚单位(luminal subunit)环带亚单位环带亚单位(annular subunit)笼状体笼状体(basket)图图1（本页）（本页）图图2 （下页）（下页）二、核孔复合体的结构与功能核孔复合体的结构与功能9细胞核和染色体医学知识Model of the nuclear pore complex 10细胞核和染色体医学知识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
5、散（c）信号介导的核输入 （d）信号介导的核输出12细胞核和染色体医学知识1.被动运输 亲水通道:有效直径910nm，有的可达12.5nm 允许离子、小分子通过。通过速度与分子大小有关 有些小分子不能扩散，是由于带有信号只有通过主动运输才能转运或与其他大分子结合被限制转运。13细胞核和染色体医学知识2.主动运输运输有机大分子具有高度选择性和双向性 输入:DNA聚合酶、RNA聚合酶、核糖体蛋白、组蛋白等(亲核蛋白)输出：mRNA、装配好的核糖体亚基（RNP)14细胞核和染色体医学知识亲核蛋白运输机制亲核蛋白运输机制 图1 图2 基本概念基本概念 亲核蛋白亲核蛋白(nuclear protein)
6、：在细胞质内合成后，需要在细胞质内合成后，需要 或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质 核定位信号核定位信号(nuclear localization signals,NLS)：具有定向、定位作用的特殊氨基酸系列具有定向、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，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，如富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有，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（的氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（T抗原），也可抗原），也可 以分成两段，两段
7、之间间隔约以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基（核质蛋白）。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。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只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件 15细胞核和染色体医学知识核核定定位位信信号号作作用用实实验验16细胞核和染色体医学知识亲核蛋白输入细胞核机理亲核蛋白输入细胞核机理17细胞核和染色体医学知识第二节第二节 染色质染色质(chromatin)染色质的概念及化学组成染色质的概念及化学组成 染色质的基本结构单位染色质的基本
8、结构单位核小体核小体(nucleosome)染色质包装的结构模型染色质包装的结构模型 常染色质和异染色质常染色质和异染色质18细胞核和染色体医学知识一、染色质的概念一、染色质的概念染色质染色质(Chromatin):指间期细胞核内由指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非、组蛋白、非 组蛋白及少量组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构组成的线性复合结构,是间期细胞遗传物质是间期细胞遗传物质 存在的形式存在的形式染色体染色体(chromosome):(chromosome):指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中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由染色质聚缩而成的棒状结构染色体与染色
9、质比较染色体与染色质比较 在化学本质上没有差异在化学本质上没有差异 在构型上不同在构型上不同 是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同表现形式。是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同表现形式。19细胞核和染色体医学知识二、染色质二、染色质 DNA基因组（基因组（genome）：一个生物贮存在单倍一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。组。基因组大小通常随物种的复杂性而增加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基因组中两类遗传信息 编码序列编码序列 调控序列调控序列20细胞核和染色体医学知识物种 基因组大小 平均基因长（bp）
10、基因数目 大肠杆菌 4.2106bp，1.2Kb 约2 350酵母 1.3107bp 1.4Kb 约6 100 果蝇 1.4108bp 11.3Kb 约8 750 人 3109bp 16.3Kb 约125 000 几种生物基因组比较几种生物基因组比较21细胞核和染色体医学知识染色质染色质DNA的类型（一级结构）的类型（一级结构）蛋白编码序列：单一序列或很少量重复（2-1000个拷贝)rRNA、tRNA、snRNA序列：串联重复序列（2-300个拷贝）无编码功能的中度重复序列简单序列 （拷贝数可变）散在重复序列（一般几万-几百万拷贝数）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
11、。高度重复DNA序列（重复次数在105以上）卫星DNA（satellite DNA），主要分布在染色体着丝粒部位；小卫星DNA（minisatellite DNA），又称数量可变的的串联重复 序列，常用于DNA指纹技术（DNA finger-printing）作个体鉴定；微卫星DNA（microsatellite DNA）（易通过PCG进行扩增）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。用于构建遗传图谱和个体鉴定22细胞核和染色体医学知识DNA二级结构具有多形性二级结构具有多形性三种构型DNA：B型DNA（右手双螺旋DNA）；活性最高的DNA构象；A型DNA，B型D
12、NA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 图23细胞核和染色体医学知识三种不同构型三种不同构型DNADNA的的主要特征 24细胞核和染色体医学知识DNA构型的生物学意义构型的生物学意义 沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中起关键作用起关键作用 沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别信息的识别 三种构型的三种构型的DNA处于动态转变之中处于动态转变之中 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，这种变化在联的，这种变化在DNA复制与转录中具有重要的复制与转录中具有重要的生物学意义。生物学意义。25细胞核和染色体医学知识
