【正文】 第十章 細(xì)胞核與染色體 nucleus and chromosome 細(xì)胞核 是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的 細(xì)胞器 ,是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心 . 細(xì)胞核 的 結(jié)構(gòu)組成 ： ◆ 核被膜 (內(nèi)膜 , 外膜 , 核孔復(fù)合體 , 核纖層 ) ◆ 染色質(zhì) ◆ 核仁 ◆ 核骨架 (核基質(zhì) ) 第一節(jié) 核被膜與核孔復(fù)合體 1 核被膜 ● 結(jié)構(gòu) 組成 ● 核被膜的功能 ● 核被膜有規(guī)律地 解體與重建 2 核孔復(fù)合體 （ nuclear pore plex,NPC） 結(jié)構(gòu) 組成 ◆ 外核膜 (outer nuclear membrane), 附有核糖體顆粒 ?內(nèi)核膜 (inner nuclear membrane),有特有的蛋白 成份 （ 如核纖層蛋白 B受體 ） ◆ 核周間隙 (perinuclear space) ?核孔 (nuclear pore), 有特有蛋白 (gp210等 ) 核被膜的功能 ?構(gòu)成核 、 質(zhì)之間的天然選擇性屏障 ?避免生命活動(dòng)的彼此干擾 ?保護(hù) DNA不受細(xì)胞骨架運(yùn)動(dòng) 所產(chǎn)生的機(jī)械力的損傷 ?核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流 核被膜在細(xì)胞在有絲分裂中有 規(guī)律 地 解體與重建 ?新核膜來(lái)自舊核膜 （ 變形蟲(chóng)同位素示蹤分析 ） ?核被膜的去組裝是非隨機(jī)的 ， 具有區(qū)域特異性 (domainspecific)。 ?以非洲爪蟾卵提取物為基礎(chǔ)的非細(xì)胞核裝配體系提供了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ? ◆ 核被膜的解體與重建的動(dòng)態(tài)變化受細(xì)胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié) ， 調(diào)節(jié)作用可能與核纖層蛋白 、 核孔復(fù)合體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān) 。 核膜在細(xì)胞周期中的崩解與裝配 在分裂前期，核纖層磷酸化并解聚，雙層核膜崩 解成單層膜泡，核孔復(fù)合體解體，核纖層蛋白單 體溶解到胞質(zhì)中或與核膜小泡結(jié)合，到分裂末期， 核纖層蛋白去磷酸化并重新裝配，由核纖層蛋白 介導(dǎo)核膜小泡圍繞染色體，同時(shí)核孔復(fù)合體也進(jìn) 行裝配，經(jīng)膜融合后形成新的核膜。 核孔復(fù)合體 （ nuclear pore plex,NPC） 1 結(jié)構(gòu)模型 2 組成成分研究 3 核孔復(fù)合體的功能 結(jié)構(gòu)模型 ?胞質(zhì)環(huán) （ cytoplasmic ring） ， 外環(huán) ?核質(zhì)環(huán) （ nuclear ring） ， 內(nèi)環(huán) ?輻 （ spoke） ?柱狀亞單位 （ column subunit） ?腔內(nèi)亞單位 (luminal subunit) ?環(huán)帶亞單位 （ annular subunit） ?中央栓 （ central plug） ： transporter Fishtrap結(jié)構(gòu)模型 核孔復(fù)合體成份 的研究 核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成 ， 其總相對(duì)分子 質(zhì)量約為 125 106， 推測(cè)可能含有 100余種不同的多 肽 ， 共 1 000多個(gè)蛋白質(zhì)分子 。 ? gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白 ? p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域 gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白 ?介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接 ， 將核孔復(fù)合體 錨定在 “ 孔膜區(qū) ” ， 從而為核孔復(fù)合體裝配提供一 個(gè)起始位點(diǎn) ?在內(nèi) 、 外核膜融合形成核孔中起重要作用 ?在核孔復(fù)合體的核質(zhì)交換功能活動(dòng)中起一定作用 p62：功能性的核孔復(fù)合體蛋白，具有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域 ?疏水性 N端區(qū)：可能在核孔復(fù)合體 功能活動(dòng)中直接參與核質(zhì)交換 ?C端區(qū)：可能通過(guò)與其它核孔復(fù)合體 蛋白相互作用 ， 從而將 p62分子穩(wěn)定到 核孔復(fù)合體上 ， 為其 N端進(jìn)行核質(zhì)交換 活動(dòng)提供支持 。 核孔復(fù)合體的功能 核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸功能示意圖 ?通過(guò)核孔復(fù)合體的被動(dòng)擴(kuò)散 ?通過(guò)核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸 ?親核蛋白與核定位信號(hào) ?親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的步驟 ?轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 RNA的核輸出 核質(zhì)交換的雙向性親水通道 特點(diǎn) ：雙功能性（被動(dòng)、主動(dòng)運(yùn)輸）； 雙向性（入核轉(zhuǎn)運(yùn)、出核轉(zhuǎn)運(yùn)） 通過(guò)核孔復(fù)合體物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁疽鈭D（引自 ， 1999） （ a）自由擴(kuò)散；（ b）協(xié)助擴(kuò)散； （ c）信號(hào)介導(dǎo)的核輸入；（ d） 信號(hào)介導(dǎo)的核輸出。 通過(guò)核孔復(fù)合體的主動(dòng)運(yùn)輸 生物大分子的核質(zhì)分配主要是通過(guò)核孔復(fù)合體的 主動(dòng)運(yùn)輸完成的 ， 具有高度的選擇性 ， 并且是雙向的 。 選擇性表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： ?對(duì)運(yùn)輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被 調(diào)節(jié)約 10～ 20nm， 甚至可達(dá) 26nm， ?主動(dòng)運(yùn)輸是一個(gè)信號(hào)識(shí)別與載體介導(dǎo)的過(guò)程 ， 需要消耗能量 ， 并表現(xiàn)出飽和動(dòng)力學(xué)特征 ?主動(dòng)運(yùn)輸具有雙向性，即 核輸入與核輸出 親核蛋白與核定位信號(hào) ?親核蛋白 （ karyophilic protein） 在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后 ， 需要或能夠進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能的 一類(lèi)蛋白質(zhì) ? 核質(zhì)蛋白 （ nucleoplasmin） 的 入核轉(zhuǎn)運(yùn) ?核定位信號(hào) (nuclear localization signal， NLS) ?NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段 ， 富含堿性氨基酸殘基 ， 如 Lys、 Arg， 此外還常含有 Pro。 ?NLS的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列 （ T抗原 ） ， 也可 以分成兩段 ， 兩段之間間隔約 10個(gè)氨基酸殘基 （ 核質(zhì)蛋白 ） 。 ?NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位 ， 在指導(dǎo)完成核輸入后并 不被切除 。 ?NLS只是親核蛋白入核的一個(gè)必要條件而非充分條件 親核蛋白入核轉(zhuǎn)運(yùn)的步驟 ?結(jié)合：需 NLS識(shí)別并結(jié)合 importin； ?轉(zhuǎn)運(yùn)：需 GTP水解提供能量 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 RNA的核輸出 轉(zhuǎn)錄后的 RNA通常需加工 、 修飾成為成熟的 RNA分子后才能被轉(zhuǎn)運(yùn)出核 。 ?RNA聚合酶 I轉(zhuǎn)錄的 rRNA分子：以 RNP的形式離開(kāi)細(xì)胞核 ， 需要能量； ?RNA聚合酶 III轉(zhuǎn)錄的 5s rRNA與 tRNA的核輸出由蛋白質(zhì)介導(dǎo)； ?RNA 聚合酶 II轉(zhuǎn)錄的 hn RNA， 在核內(nèi)進(jìn)行 5’端加帽和 3’端附加多聚 A序列以及剪接等加工過(guò)程 ， 然后形成成熟的 mRNA出核 ， 5’端的 m7GpppG“帽子 ”結(jié)構(gòu)對(duì) mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)是必要的； ?細(xì)胞核中既有正調(diào)控信號(hào)保證 mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn) ， 也有負(fù)調(diào)控信號(hào)防止mRNA的前體被錯(cuò)誤地運(yùn)輸 ， 后者與剪接體 (spliceosome)有關(guān) 。 ?mRNA的出核轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程是 有極性 的 ， 其 5’端在前 ， 3’端在后 。 ?核輸出信號(hào) (Nuclear Export Signal， NES)： RNA分子的出核轉(zhuǎn)運(yùn)需要蛋白分子的幫助 ， 這些蛋白因子本身含有出核信號(hào) 。 ?入核轉(zhuǎn)運(yùn)與出核轉(zhuǎn)運(yùn)之間有某種聯(lián)系 ， 它們可能需要某些共同的因子 。 蛋白質(zhì)細(xì)胞定位信號(hào) 分泌信號(hào)肽 導(dǎo)肽 轉(zhuǎn)運(yùn)肽 核定位信號(hào) 第二節(jié) 染 色 質(zhì) 一 染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成 二 染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位 — 核小體 三 染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型 四 常染色質(zhì)和異染色質(zhì) 一、染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成 ● 染色質(zhì)概念 ● 染色質(zhì) DNA ?染色質(zhì)蛋白質(zhì) 染色質(zhì)概念 ◆ 染色質(zhì) （ chromatin): (1879年 W. Flemming