医学细胞生物学细胞核培训课件.ppt
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- 医学 细胞生物学 细胞核 培训 课件
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1、文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。核膜 nuclear membrane,又称 核被膜 nuclear envelope,位于细胞核 最外层,使细胞核 成为相对 独立的体系 核膜的化学组成蛋白质 占65%75%,脂质次之,可能还有少量DNA、RNA蛋白质:电泳分析 鉴定出20多种 核膜蛋白,分子量 16KD160KD;包括:组蛋白、基因调节蛋白、DNA/RNA聚合酶、RNA酶等核膜 所含酶类 与内质网 类似,如 内质网标志酶 葡萄糖-6-磷酸酶、细胞色素类还原酶等脂类:核膜所含脂类 也与内质网相似,含有 不饱和脂肪酸卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、胆固醇、甘油
2、三酯(前二者含量比较低,后二者含量较高,说明核膜有一定 稳定性)内质网与核膜关系密切,也稍有不同核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。核膜的结构核膜由内外层核膜、核周隙、核孔复合体、核纤层等结构组成核膜两层,平行但连续有孔洞;但两层的组成成分与结构有差异外膜 outer nuclear membrane内膜 inner nuclear membrane两层膜 之间的间隙:核周间隙 intermembrane space内外膜 在某些部位 相互融合,形成 核孔 nuclear pore核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联
3、系网站或本人删除。1.外核膜与糙面内质网相连续外核膜与糙面内质网相连,使核周间隙 与内质网腔相通,其表面也常附着核糖体;故被看作 粗面内质网的 特化区域,参与了某些蛋白质的合成外核膜 胞质面 附着 中间纤维,还与微管相连固定、维持形态 2.内核膜表面光滑包围核质内核膜表面光滑,下面与一层致密的 纤维网络核纤层 紧密相连内核膜上有 核纤层蛋白B受体,可与 核纤层蛋白B 特异性结合在细胞周期中,核膜的解体与重建,都与 核纤层蛋白对核内膜的连接有 关,即跟 核纤层蛋白B受体 与 核纤层蛋白B的 结合有关核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。3.核周隙为内
4、外核膜之间的缓冲区内外核膜 之间的空隙 宽2040nm,与糙面内质网 相通,含有多种蛋白质和酶 4.核孔复合体是由多种蛋白质构成的复合结构内外核膜的 融合处 形成 环状开口,称 核孔。核孔的数目、密度 跟细胞类型、核功能状态有关:代谢活跃的细胞 核孔数目较多,1220个/m2;代谢不活跃的细胞,13个/m2;典型哺乳动物细胞核 分布34千个核孔 1949-1950年,H.G.Callan 和S.G.Tomlin 用电镜观察 两栖类 卵母细胞 核膜时,发现核孔核孔是由多种蛋白质以特定方式排列形成的复合结构,1959年 被M.L.Waston 命名为 核孔复合体 nuclear pore comp
5、lex,NPC核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。捕鱼笼式 核孔复合体模型 被普遍接受:胞质环 cytoplasmic ring:核孔外边缘,与柱状亚单位相连;环上有8条纤维 对称分布,伸向细胞质核质环 nucleoplasmic ring:核孔内边缘,与柱状亚单位相连;环上也有8条100nm纤维 伸向核内,纤维末端形成直径60nm小环,称“核篮”nuclear basket辐 spoke:是核孔边缘 伸向核孔中心的 辐射状8边对称结构,分为三部分:“柱状亚单位”核孔边缘,连接胞质环与核质环,支撑作用;“腔内亚单位”位于柱状亚单位外侧,与核孔区域
6、接触,穿过核膜伸入核周隙,锚定核孔复合体;“环状亚单位”位于柱状亚单位之内,靠近核孔复合体中心,由颗粒状结构环绕形成中央栓central plug/granule:位于核孔中央,呈棒状、颗粒状,可能参与核-质交换;有人认为是 正通过核孔的 被转运物质核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。核 膜胞质面 观察核质面 观察脊椎动物的核孔复合体蛋白成分约十多种,其中gp210和p62是最具代表性两个成分。gp210代表结构性穿膜蛋白,锚定核孔复合体;p62代表功能性核孔复合体,参与核孔的主动运输文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系
7、网站或本人删除。核孔蛋白 进化上 高度保守,含有 一簇由 苯丙氨酸(Phe,F)和 甘氨酸(Gly,G)组成的 FG 重复序列FG重复序列 与 核转运受体入核素(imporin)或其同系物 相互作用,提供 结合位点,介导 亲核蛋白 通过核孔复合体,进入细胞核大多数 核孔蛋白 位于 核孔复合体 中央通道的 胞质面或核质面,少部分 不对称地 分布于 中央通道的两侧核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。5.核纤层是紧贴内核膜的纤维蛋白网核纤层 nuclear lamina:附着于 内核膜下的 纤维蛋白网,外与 中间纤维、内与 核骨架 相连接,在细胞分裂中
8、 调节核膜破裂与重建核纤层位于 内核膜 与染色质 之间,一般厚1020nm,纵横排列整齐组成 核纤层的 纤维蛋白,称:核纤层蛋白 lamin/lamina多种动物的 核纤层蛋白 同属于一个蛋白家族,哺乳类与鸟类的 核纤层 均由 核纤层蛋白A、B、C三种蛋白构成,克隆分析编码核纤层蛋白的mRNA,发现具有中间纤维的同源序列核纤层蛋白A 与 核纤层蛋白C 是同一编码基因 不同加工产物,仅在C端不同,都有一段350个aa的多肽序列,与中间纤维亚基的-螺旋区同源性高两类 核纤层蛋白 并非同时存在于 所有细胞,在细胞分化过程中的表达 具有细胞特异性中间纤维的特征核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿
9、模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。A型 核纤层蛋白 仅见于 分化的细胞中;B型 核纤层蛋白 存在于所有 体细胞中 核纤层在细胞核中起支架作用用高盐溶液、非离子去垢剂、核酸酶等 去除大部分核质,只有核孔复合体与核纤层 存留,并仍能维持 细胞核的轮廓核纤层与 核骨架、穿过核膜的 中间纤维 相连,使 胞质骨架与 核骨架形成 连续网络结构 核纤层与核膜的崩解和重建密切相关核纤层与核膜一起,在细胞分裂中,经历解聚与聚合生化分析表明,三种 核纤层蛋白 均有 亲膜结合特性:Lamin B 与核膜结合力最强,内核膜上 存在 核纤层蛋白B受体,介导 核纤层与核膜的结合在细胞分裂前期,核纤层蛋白磷酸化,核
10、纤层去组装,发生解聚,核核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。膜崩解成小泡,B型核纤层蛋白 与核膜小泡结合,A型与C型核纤层蛋白 分散于胞质中细胞分裂末期,核纤层蛋白 去磷酸化,重新组装,介导核膜的重建点突变 核纤层蛋白的 磷酸化位点,可干扰 核纤层解聚、核膜崩解 核纤层与染色质凝集成染色体相关核纤层蛋白可与染色质上特殊位点结合,为染色质提供结构支架细胞分裂间期,染色质与核纤层紧密结合,不能螺旋化成染色体;在有丝分裂前期,核纤层被磷酸化 解聚,染色质与核纤层蛋白的结合丧失,染色质逐渐凝集成染色体。给分裂期细胞注射Lamin A抗体,核纤层不能组装,
11、染色体不能解聚成染色质核纤层与染色质的相互作用,有助于维持和稳定间期 染色质的高度有序结构,对基因表达调控非常重要核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。核 膜HGPS:Hutchinson-Gilford progeria syndrome 早老衰综合症早老衰综合症premature aging and death during teenage years from heartattack or stroke 书上333页 图片文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。核纤层参与DNA的复制利用爪蟾卵母细胞核 重
12、建体系的研究发现,重建的没有核纤层的细胞核,虽然含有DNA复制所需的蛋白质和酶等,不能进行DNA复制,提示核纤层参与了DNA复制核纤层与 核膜、核孔复合体 在结构上 关系密切,推测其功能 除了为 核膜与染色质 提供支架外,也参与DNA复制、RNA成熟及转运、核膜崩解及重建 核膜的功能核膜稳定核的形态与成分,控制核与胞质的物质交换,参与生物大分子的合成,及细胞分裂 1.核膜为基因表达提供了时空隔离屏障真核细胞的核膜,将核质与胞质限定在各自区域,使DNA复制、RNA转录与加工 在核内进行,而蛋白质的翻译 在胞质,在空间上隔离,核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站
13、或本人删除。建立了遗传物质的稳定活动环境真核生物基因结构复杂,RNA转录后,需要复杂的加工。核膜的出现保证了RNA转录后进行加工、修饰,才能输入细胞质,参与蛋白质的合成,使遗传信息的表达调控更加精确、高效 2.核膜参与蛋白质的合成外核膜附着的核糖体,被证实能够合成 抗体、膜蛋白等 3.核孔复合体控制着核-质间的物质交换核-质间 频繁的物质交换,是生命活动所必需;核孔复合体是被动扩散的亲水通道,有效直径为910nm水、某些离子和一些小分子,如 单糖、双糖、氨基酸、核苷酸等 可以自由扩散 穿梭于核-质之间大多数大分子物质,通过核孔复合体以主动运输方式 进出核膜主动运输有高度选择性:a.核孔复合体的
14、直径大小可以调节,主动运核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。输的功能直径 比被动运输的大,为1020nm,最大可达26nm;b.核孔复合体的主动运输是信号识别与载体介导的过程,许消耗能量;c.核孔复合体的主动运输 具有双向性,核输入与核输出 亲核蛋白的核输入亲核蛋白 是在胞质中 合成,需要 转入细胞核内 发挥作用的 蛋白质核质蛋白nucleoplasmin 是一种 亲核蛋白,5个亚基组成,具有头尾两个结构域。蛋白水解酶可将其切成头、尾两部分。放射性标记后,完整核质蛋白或尾部片段 被转运进核,头部片段停留在胞质中经过 亲核蛋白的序列分析,发现具有一
15、段特殊的氨基酸信号序列,命名为:核定位序列 nuclear localization sequence/signal,NLS大量研究发现,NLS是含有48个氨基酸 的短肽序列,不同亲核蛋白的NLS不同,但都 富含 带正电荷的 Arg、Lys、Pro等 碱性氨基酸(an NLS identified as:-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-)NLS可以位于 亲核蛋白任何部位,指导完成 核输入 后,不被切除核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。大量研究表明,仅有NLS 不能通过核孔复合体,必须通过与NLS受体 结合才能通过 核孔
16、复合体;这种受体称为:输入蛋白 importin目前比较确定的 输入蛋白受体 有:核输入受体、核输入受体 和Ran(一种GTP结合蛋白)在这几种蛋白参与下,亲核蛋白完成入核转运:a.亲核蛋白 通过NLS识别 核输入受体,与核输入受体/异二聚体 结合,形成转运复合物;b.在核输入受体的介导下,转运复合物与核孔复合体的胞质纤维结合;c.转运复合物在核孔复合体中移动,从胞质面转移到核质面;d.转运复合物在核质面与Ran-GTP结合,导致复合物解离,亲核蛋白释放;e.受体的亚基与结合的Ran-GTP返回细胞质,在胞质中Ran-GTP水解成 Ran-GDP,并与核输入受体解离,Ran-GDP返回核内,转
17、换成Ran-GTP状态核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。核 膜Nucleoplasmin is a protein present in high concentration in the nucleoplasm of Xenopus oocytes.When gold particles are coated with nucleoplasmin and injected into the cytoplasm of a Xenopus oocyte,they are seen to bind to the cytoplasmic filame
18、nts(CF)projecting from the outer ring of the nuclear pore complex.Several particles are also seen in transit through the pore(NP)into the nucleus.文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。RNA及核糖体亚基的核输出核中形成的核糖体大、小亚基,mRNA、tRNA等 从核孔复合体 输出到细胞质,有识别这些输出核的成分的受体,称:输出蛋白 exportin胶体金颗粒包裹RNA,注射入细胞核,发现被转运到细胞质中;而胶体金
19、颗粒包裹NLS,则被转运进细胞核;可见 核孔复合体的双向主动转运核 膜文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。1879年,W.Flemming提出 染色质 术语来描述 核内 强嗜碱性物质1888年,W.Waldeyer 提出 染色体 命名染色质 与 染色体 是遗传物质 在不同阶段 的不同存在形式染色质 chromatin 是间期细胞 遗传物质 存在形式;由DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA等 构成的 细丝状复合结构,形态不规则,弥散于细胞核内染色体 chromosome 是分裂期细胞中,染色质经复制后,反复缠绕凝集成的 条状或棒状结构,借此保证DNA被准
20、确 分配到子代细胞中 染色质与染色体的组成成分生化分析表明,染色质 成分:98%以上是 1:1 的DNA:组蛋白;此外 含有少量 RNA与 非组蛋白 1.DNA是遗传信息的载体除少数 病毒外,所有生物的遗传物质 均为DNA染色质与染色体文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。真核生物中 每条未复制的 染色体 均含 一条 线型 DNA分子一个真核细胞 单倍染色体组中 全部遗传信息 称:一个 基因组genome根据DNA序列 在基因组中的 重复频率,DNA的核苷酸序列 可分为3类:单一序列、中度重复序列、高度重复序列单一序列unique sequence/si
21、ngle-copy sequence:在基因组中只有单一拷贝或几个拷贝;真核生物多数编码基因是单一序列中度重复序列middle repetitive sequence:重复次数10105之间,序列长度几百到几千个碱基对;多数是非编码序列,在基因调控中起重要作用;部分有编码功能:rRNA基因、tRNA基因、组蛋白基因、核糖体蛋白基因高度重复序列highly repetitive sequence:几个到几十个碱基对,重复次数超过105,主要分布在染色体端粒、着丝粒区;构成结构基因的间隔,维系染色体结构,参与减数分裂的同源染色体联会染色质与染色体文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之
22、处,请联系网站或本人删除。一条 功能性染色质DNA分子,能自我复制,得到两个完全相同的DNA分子,平分给子细胞,保证遗传信息的稳定传代功能性染色质分子 必须包含三类 功能序列:复制源序列:是DNA分子复制的起始点,真核生物的复制源序列可被成串激活,该序列处的DNA双链 被解旋打开,形成复制叉;所有复制源序列DNA均有一段1114bp的同源性很高的富含AT的保守序列,这段序列及其上下游各200bp的区域是维持复制源功能所必需着丝点centromere序列:是复制完成后 两个姊妹染色单体 连接部位,是高度重复序列;共同特点:8090bp的AT区,高度保守的11bp区域TGATTTCCGAA;这两段
23、区域突变,着丝粒丧失功能端粒telomere序列:富含TG的简单重复序列,维持DNA两个末端复制的完整性、染色体的稳定性,在进化中高度保守人工染色体:用分子克隆的方法,将上述三类序列 拼接在人造染色体上,用于科学研究染色质与染色体文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。染色质与染色体文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。2.组蛋白是真核细胞染色质中的基本结构蛋白质组蛋白histone 是一组 pH大于10.0的碱性蛋白质,富含带正电荷的碱性氨基酸:赖氨酸和精氨酸;可与带负电荷呈酸性的DNA紧密结合根据 精氨酸/赖氨酸
24、 比值,组蛋白 分为5种:H1、H2A、H2B、H3、H4按照 组蛋白的功能,分为两类:核小体组蛋白,包括 H2A、H2B、H3、H4,分子量较小,各两分子组成8聚体,协助DNA卷曲成 核小体结构;没有种属、组织 特异性,进化上高度保守 H1组蛋白,构成核小体时 起连接作用,与核小体进一步包装有关;分子量较大,有一定种属特异性、组织特异性,哺乳类 H1组蛋白 有6个亚型组蛋白 在S期 于胞质中 合成后转入核内,协助DNA折叠包装成染色体,并保护DNA不被酶消化;组蛋白 可通过 甲基化、磷酸化、乙酰基化,来抑制或激活 某些基因的转录,参与基因的调控染色质与染色体文档仅供参考,不能作为科学依据,请
25、勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。3.非组蛋白能从多方面影响染色质的结构和功能非组蛋白nonhistone 是除 组蛋白 外,染色质结合蛋白的总称,经常富含酸性氨基酸,参与维持染色体结构、催化酶促反应与组蛋白相比,非组蛋白种类较多,数量较少,有组织种属特异性非组蛋白 多以复合物形式与染色体上 特异DNA序列 结合,协助DNA分子折叠,参与启动DNA复制,调控基因转录含量最丰富的 非组蛋白高迁移率组high mobility group,HMG 在聚丙烯凝胶电泳中 迁移率高而得名HMG可与 染色质动态、可逆结合,常附着于 活性基因部位,调控DNA复制、转录、重组、参与DNA损伤后的修复
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