【正文】 第十章 細胞核與染色體 nucleus and chromosome 細胞核 是真核細胞內(nèi)最大、最重要的 細胞器 ,是細胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心 . 細胞核 的 結構組成 ： ◆ 核被膜 (內(nèi)膜 , 外膜 , 核孔復合體 , 核纖層 ) ◆ 染色質 ◆ 核仁 ◆ 核骨架 (核基質 ) 第一節(jié) 核被膜與核孔復合體 1 核被膜 ● 結構 組成 ● 核被膜的功能 ● 核被膜有規(guī)律地 解體與重建 2 核孔復合體 （ nuclear pore plex,NPC） 結構 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 ?構成核 、 質之間的天然選擇性屏障 ?避免生命活動的彼此干擾 ?保護 DNA不受細胞骨架運動 所產(chǎn)生的機械力的損傷 ?核質之間的物質交換與信息交流 核被膜在細胞在有絲分裂中有 規(guī)律 地 解體與重建 ?新核膜來自舊核膜 （ 變形蟲同位素示蹤分析 ） ?核被膜的去組裝是非隨機的 ， 具有區(qū)域特異性 (domainspecific)。 ?以非洲爪蟾卵提取物為基礎的非細胞核裝配體系提供了實驗模型 ◆ 核被膜的解體與重建的動態(tài)變化受細胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié) ， 調(diào)節(jié)作用可能與核纖層蛋白 、 核孔復合體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關 。 核膜在細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，核孔復合體解體，核纖層蛋白單 體溶解到胞質中或與核膜小泡結合，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 介導核膜小泡圍繞染色體，同時核孔復合體也進 行裝配，經(jīng)膜融合后形成新的核膜。 核孔復合體 （ nuclear pore plex,NPC） 1 結構模型 2 組成成分研究 3 核孔復合體的功能 結構模型 ?胞質環(huán) （ cytoplasmic ring） ， 外環(huán) ?核質環(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結構模型 核孔復合體成份 的研究 核孔復合體主要由蛋白質構成 ， 其總相對分子 質量約為 125 106， 推測可能含有 100余種不同的多 肽 ， 共 1 000多個蛋白質分子 。 ? gp210：結構性跨膜蛋白 ? p62：功能性的核孔復合體蛋白，具有兩個功能結構域 gp210：結構性跨膜蛋白 ?介導核孔復合體與核被膜的連接 ， 將核孔復合體 錨定在 “ 孔膜區(qū) ” ， 從而為核孔復合體裝配提供一 個起始位點 ?在內(nèi) 、 外核膜融合形成核孔中起重要作用 ?在核孔復合體的核質交換功能活動中起一定作用 p62：功能性的核孔復合體蛋白，具有兩個功能結構域 ?疏水性 N端區(qū)：可能在核孔復合體 功能活動中直接參與核質交換 ?C端區(qū)：可能通過與其它核孔復合體 蛋白相互作用 ， 從而將 p62分子穩(wěn)定到 核孔復合體上 ， 為其 N端進行核質交換 活動提供支持 。 核孔復合體的功能 核孔復合體物質運輸功能示意圖 ?通過核孔復合體的被動擴散 ?通過核孔復合體的主動運輸 ?親核蛋白與核定位信號 ?親核蛋白入核轉運的步驟 ?轉錄產(chǎn)物 RNA的核輸出 核質交換的雙向性親水通道 特點 ：雙功能性（被動、主動運輸）； 雙向性（入核轉運、出核轉運） 通過核孔復合體物質運輸?shù)墓δ苁疽鈭D（引自 ， 1999） （ a）自由擴散；（ b）協(xié)助擴散； （ c）信號介導的核輸入；（ d） 信號介導的核輸出。 通過核孔復合體的主動運輸 生物大分子的核質分配主要是通過核孔復合體的 主動運輸完成的 ， 具有高度的選擇性 ， 并且是雙向的 。 選擇性表現(xiàn)在以下三個方面： ?對運輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被 調(diào)節(jié)約 10～ 20nm， 甚至可達 26nm， ?主動運輸是一個信號識別與載體介導的過程 ， 需要消耗能量 ， 并表現(xiàn)出飽和動力學特征 ?主動運輸具有雙向性，即 核輸入與核輸出 親核蛋白與核定位信號 ?親核蛋白 （ karyophilic protein） 在細胞質內(nèi)合成后 ， 需要或能夠進入細胞核內(nèi)發(fā)揮功能的 一類蛋白質 ? 核質蛋白 （ nucleoplasmin） 的 入核轉運 ?核定位信號 (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個氨基酸殘基 （ 核質蛋白 ） 。 ?NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位 ， 在指導完成核輸入后并 不被切除 。 ?NLS只是親核蛋白入核的一個必要條件而非充分條件 親核蛋白入核轉運的步驟 ?結合：需 NLS識別并結合 importin； ?轉運：需 GTP水解提供能量 轉錄產(chǎn)物 RNA的核輸出 轉錄后的 RNA通常需加工 、 修飾成為成熟的 RNA分子后才能被轉運出核 。 ?RNA聚合酶 I轉錄的 rRNA分子：以 RNP的形式離開細胞核 ， 需要能量； ?RNA聚合酶 III轉錄的 5s rRNA與 tRNA的核輸出由蛋白質介導； ?RNA 聚合酶 II轉錄的 hn RNA， 在核內(nèi)進行 5’端加帽和 3’端附加多聚 A序列以及剪接等加工過程 ， 然后形成成熟的 mRNA出核 ， 5’端的 m7GpppG“帽子 ”結構對 mRNA的出核轉運是必要的； ?細胞核中既有正調(diào)控信號保證 mRNA的出核轉運 ， 也有負調(diào)控信號防止mRNA的前體被錯誤地運輸 ， 后者與剪接體 (spliceosome)有關 。 ?mRNA的出核轉運過程是 有極性 的 ， 其 5’端在前 ， 3’端在后 。 ?核輸出信號 (Nuclear Export Signal， NES)： RNA分子的出核轉運需要蛋白分子的幫助 ， 這些蛋白因子本身含有出核信號 。 ?入核轉運與出核轉運之間有某種聯(lián)系 ， 它們可能需要某些共同的因子 。 蛋白質細胞定位信號 分泌信號肽 導肽 轉運肽 核定位信號 第二節(jié) 染 色 質 一 染色質的概念及化學組成 二 染色質的基本結構單位 — 核小體 三 染色質包裝的結構模型 四 常染色質和異染色質 一、染色質的概念及化學組成 ● 染色質概念 ● 染色質 DNA ?染色質蛋白質 染色質概念 ◆ 染色質 （ chromatin): (1879年 W. Flemming