细胞核笔记梳理

细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞结构，是细胞遗传与代谢的调控中心，是真核细胞区别于原核细胞最显著的标志之一。下图讲述了细胞核的形态与结构、核膜与核孔复合体、染色质、染色体、核仁、细胞核与疾病。

细胞核

• 细胞核的形态与结构
  • 细胞核形态与细胞形态有一定关系
  • 细胞核的大小
    • 细胞核大小因物种不同而异，低等植物的细胞核相对较小
    • 不同状态胞核大小也不同。生长旺盛的细胞如卵细胞、肿瘤细胞核较大；分化成熟的细胞则核较小
  • 细胞核的数目
    • 多为单核，也有多核【也有无核，比如哺乳动物成熟红细胞】
  • 细胞间期是研究细胞核的最佳时期
    • 间期细胞核的结构组成
      • 核被膜
      • 染色质
      • 核仁
      • 核基质
• 核膜与核孔复合体
  • 核膜的主要化学成分
    • 外膜与内质网相连，所以成分和内质网相似
    • 蛋白质
      • 占65%-75%
      • 含20多种蛋白质，包括基因调节蛋白等
      • 所含酶类与内质网极为相似
    • 脂类
      • 与内质网极为相似
      • 核被膜所含不饱和脂肪酸的浓度低，而胆固醇浓度高
    • 核酸【少量】
  • 核膜的结构
    • 外核膜
      • 与粗面内质网相连
      • 有核糖体附着
    • 内核膜
      • 与外核膜平行排列
      • 无核糖体附着
      • 核纤层
        • 结构
          • 紧靠核内膜的网络结构
          • 直径约为10纳米
          • 由核纤层蛋白构成，属中间纤维，分ABC三型
        • 功能
          • 为核膜提供支架，与核膜的崩解与重建密切相关
          • 为染色质提供锚定位点，对基因转录调控具有重要作用
          • 与染色质的凝集和染色体的解聚相关
    • 核周间隙
      • 与粗面内质网腔相通
      • 含有多种蛋白质和酶
    • 核孔
      • 由内外核膜融合而成
      • 数目随细胞种类，转录活性不同而有差异
      • 核孔复合物[NPC]
        • 核孔复合物结构
          • 由一组蛋白质颗粒和纤维物质以特定方式排列而成的复合结构
            • 胞质环
            • 核质环
            • 端环
            • 辐
            • 中央颗粒
        • 核孔复合物组成
          • 由核孔蛋白质组成
            • Gp210：结构性跨膜蛋白
              • 介导NPC与核被膜连接
              • 在核孔形成过程中起重要作用
              • 在核质交换中起作用
            • p62
              • 直接参与胞质与核质之间的物质交换
  • 核膜的功能
    • 区域化作用
      • 使核物质稳定在一定区域
      • 建立遗传物质稳定的活动环境
    • 生物合成功能
      • 外核膜上有核糖体附着，可以合成蛋白质
      • 有研究显示，核被膜有糖的合成功能
    • 核质之间的物质交换与信息交流
      • 主动运输
        • 亲核蛋白质的核输入
          • 核孔复合体大小可被调节
          • 蛋白质的核输入选择性
            • 核定位信号[NLS]：一段特殊的氨基酸信号序列，起到“定向""定位”作用，保证蛋白质通过核孔复合体向核内输入
        • RNA及核糖体亚基的核输出
        • 特点
          • 核孔功能直径可根据转运物质的大小自我调节
          • 具有双向性，即核输如与核输出
          • 是信号识别与载体介导的过程，需要消耗能量
      • 被动运输
• 染色质
  • 染色质由DNA，组蛋白，非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞核内遗传物质的存在形式
  • 染色质的化学组成
    • DNA：是染色质的主要组成部分
      • 单一序列：非重复序列。真核生物大多数编码蛋白质的结构基因属于这种形式
      • 中度重复序列：多数是不编码的序列，在基因调控中起重要作用
      • 高度重复序列：分布在染色体端粒，着丝粒区
    • 组蛋白
      • 核心组蛋白：H2A,H2B,H3,H4
        • 没有种属及组织特异性，再进化上十分保守，H3,H4是所有已知蛋白中最保守的
      • 连接组蛋白：H1
      • 特点
        • 在DNA非特异性结合，富含精氨酸等碱性氨基酸
        • 在S期合成
        • 可发生多种修饰：甲基化，酰基化，乙酰化，磷酸化等等
        • 对维持染色质结构和功能的稳定性起关键作用
    • 非组蛋白——序列特异性DNA结合蛋白
      • 特性
        • 带负电，富含天冬氨酸等酸性蛋白
        • 在整个细胞周期都进行合成
        • 能识别特异DNA序列，结合靠氢键和离子键
        • 转录因子是典型代表
        • 细胞的生理状态不同，含量也有变化
      • 功能
        • 参与染色体的构建
        • 启动DNA的复制
        • 调控基因的转录
    • RNA
  • 染色质的类型
    • 间期细胞核染色质按照螺旋程度以及功能状态不同分为
      • 常染色质
        • 处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅而均匀的染色质，一般位于核的中央
        • 具有转录活性，是功能活跃状态的染色质
      • 异染色质
        • 螺旋化程度较高，碱性染料染色时着色比较深的染色质，一般位于核的边缘
        • 是转录不活跃或者无转录活性的染色质
        • 结构异染色质
          • 各种细胞类型的细胞周期中都呈浓缩状态
          • 在中期染色体上常位于着丝粒，端粒等部位
          • 具有显著的遗传惰性
        • 兼性异染色质
          • 在某些细胞类型或在一定发育阶段，原来的常染色质聚缩，丧失转录活性，变为异染色质
          • 胚胎细胞含量少，高度分化的细胞含量多
          • X染色质
            • 巴氏小体
            • X染色质是一个失活的X染色体
            • 雌性哺乳动物胚胎发育早期，其体细胞中有一条X染色体是失活的
            • 失活是随机的【不确定失活的来着父方还是母方】
            • 失活是恒定的【所有体细胞都有一条失活的X染色体】
            • 生殖细胞形成时失活可恢复
  • 染色质的结构和包装
    • 染色质的基本结构单位核小体
    • 染色质的四级结构模型
      • 一级结构：核小体
      • 二级结构：螺线管
      • 三级结构:超螺线管
      • 四级结构：染色单体
    • 染色体的放射环结构模型
      • 裸露的DNA->10nm串珠->30nm螺线管->环->微带->染色体
• 染色体
  • 染色体是分裂期有染色质高度凝集形成的棒状结构
  • 形态结构
    • 主缢痕
      • 两姐妹染色单体相连处染色体凹陷缩窄形成
      • 着丝粒
        • 主缢痕内部结构
      • 动粒
        • 主缢痕处两条染色单体的外侧表面部位的盘状结构
        • 是微管附着之处，它与细胞分裂过程中染色体运动密切相关
    • 端粒
      • 染色体末端必不可少的结构
      • 维持染色体的稳定性和完整性起着重要作用
    • 次缢痕
      • 染色体长，短臂上的凹陷缩窄区
    • 随体
      • 人类近端着丝粒染色体短臂的末端的球状结构
      • 随体柄的次缢痕与核仁形成有关，称核仁组织区
  • 染色体稳定遗传的功能序列
    • 自主复制DNA序列
      • 染色体起始复制所必需
      • 真核生物染色体上有多个自主复制序列
    • 着丝粒DNA序列
      • 两个姐妹染色体单体连接的区域
      • 功能是形成着丝粒
      • 细胞分裂时，两姐妹染色单体从着丝粒分离，保证均等分配两个子代染色单体
    • 端粒DNA序列
      • 串联重复序列，在进化中高度保守
      • 保持染色体结构完整
      • 在细胞衰老死亡以及肿瘤的发生治疗中起重要作用
  • 染色体的类型
    • 中央着丝粒染色体
    • 亚中着丝粒染色体
    • 近端着丝粒染色体
  • 人类正常核型
    • 46，XX
    • 46,XY
  • 特殊染色体
    • 多线染色体
      • 在双翅目摇蚊幼虫的唾腺细胞发现，是目前已知的最大的染色体，比其他体细胞染色体长
      • 由于核内有丝分裂结果
    • 灯刷染色体
      • 最早发现于鱼类，两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期
      • 由两条同源染色体组成，侧环是RNA活跃转录的区域
    • B染色体
      • 是正常染色体的片段形式，由核分裂时的异常事件造成
• 核仁
  • 介绍
    • 间期核中最明显的结构，在细胞周期中是一个高度动态的结构
    • 核仁是rRNA合成，加工和核糖体亚基的装配场所
    • 核仁形态，大小，数目依生物的种类，细胞的形状和生理状态而异
  • 化学组成
    • 蛋白质
      • 占80%，有100种以上，包括核糖体蛋白，组蛋白，非组蛋白以及参与核仁生理功能的酶类
    • RNA
      • 占10%，与蛋白质常结合成核糖核蛋白
    • DNA
      • 约8%，主要存于核仁相随染色质中的DNA
  • 结构
    • 光学显微镜下：核仁是匀质的球体，容易被染料着色
    • 电镜下：核仁是裸露无膜的，由纤维丝构成的海绵网状结构
    • 核仁相随染色质
      • 核仁周围染色质：由不活跃的异染色质组成
      • 核仁内染色质：有功能活性的常染色质。其中DNA分子以袢环形式伸展到核仁的纤维结构部分，是rDNA，称为核仁组织者【NORs】
    • 纤维成分
      • 特点
        • 高电子密度区，染色深，呈环状或者半月形。多在核仁的中心部位
        • 由紧密排列的细纤维丝组成。主要成分是rRNA于蛋白质
        • 构成核仁海绵状的网架
      • 包含
        • 致密纤维组分
        • 纤维中心
    • 颗粒组成
      • 电子密度较大的颗粒，密布于纤维网架之间，或在纤维成分的外侧
      • 主要由RNA和蛋白质组成
      • 是正在加工的核糖体前体颗粒
    • 核仁基质
      • 无定形的蛋白质性液体物质，电子密度低
  • 核仁形成
    • 核仁形成核仁是一种动态的结构，核仁周期性变化与核仁组织区有关。
    • 核仁组织区定位在核仁染色体次缢痕部位。人类只有D组和G组共5对染色体上有核仁组织区，称为核仁染色体
    • 分裂前期，染色质凝集，伸入到核仁组织区rDNA袢环回缩到相应染色体次缢痕处，rRNA合成停止，核仁逐渐缩小，最后消失
    • 分裂末期，核仁组织区的rDNA袢环呈伸展状态，并重新合成rRNA，核仁的纤维成分和颗粒成分又开始生成，核仁重新出现
  • 功能
    • rRNA的合成，加工与成熟
    • 核糖体亚单位组装
• 细胞核基质
  • 狭义指间期细胞核内除了核被膜，核纤层，染色质与核仁以外的网架结构体系
  • 广义还包括核基质，核纤层以及染色体骨架
• 细胞核与疾病
  • 细胞核与肿瘤
    • 肿瘤细胞
      • 高核质比
      • 异型核结构
      • 染色质进核膜处，颗粒状
      • 核仁rRNA高转录活性，体积大，数目多
      • 核孔数目增多显著
      • 染色体异常
  • 染色体畸变与染色体病
    • 染色体数目异常：21三体综合征
    • 染色体结构异常：慢性粒细胞白血病