9.细胞核

这是一个关于9.细胞核的思维导图，细胞核是细胞内遗传信息的储存、复制和转录的主要场所。它通常位于细胞的中心或一侧，呈球形或椭圆形，由核膜、核质、核仁、染色质等结构组成。

细胞核

• 核被膜
  • 功能
    • 核、质之间天然选择性屏障
    • 调控细胞核内外物质交换与信息交流
  • 结构
    • • 双层核膜
        • 外核膜
          • 表面常附着核糖体，与糙面内质网相连
            • 可看作糙面内质网特化区域
        • 核周间隙（核周池）
          • 与内质网腔相通
        • 内核膜
          • 含特有蛋白质核纤层蛋白B受体（LBR）
      • 核纤层
        • 紧贴内侧核膜下
        • 核纤层蛋白（lamin）
          • A型：lamin A、lamin AΔ10、lamin C、lamin C2，由LMNA基因编码并且由选择性剪切产生
          • B型：lamin B1和B2/B3，分别由LMNB1和LMNB2编码
          • A型lamin在大多数终端分化细胞中表达，B型lamin几乎在所有体细胞中都表达，其中lamin C2/B3仅存在于生殖细胞
        • lamin相关蛋白
          • 核被膜内膜蛋白（INM）
            • SUN1
            • LAP
          • 核孔复合体蛋白
          • 细胞骨架结合蛋白
            • Nesprin
          • 核基质与染色质结合蛋白
            • BAF
        • 功能
          • 结构支撑功能
            • 一层由纤维蛋白构成的网格结构
              • 贯穿细胞核与细胞质的骨架结构系统成分之一
              • 还有核孔复合体、胞质中间丝、核基质
          • 调节基因表达
            • 沉默基因倾向于分布核纤层附近
            • 易于异染色质结合
            • 附近染色质乙酰化水平低
          • DNA修复
            • laminA蛋白是DNA双链断裂必须的
          • 细胞周期
      • 核孔复合体（NPC）
        • 核孔周围的核膜特称
          • 孔膜区
        • 结构
          • 胞质环（外环）
            • 位于核孔边缘胞质面一侧
            • 环上8条短纤维对称分布伸向胞质
          • 核质环（内环）
            • 位于核孔边缘核质面一侧
            • 环上对称8条纤维伸向核内
          • 辐
            • 由核孔边缘伸向中心，辐射状8重对称
            • 分类
              • 柱状亚基
                • 位于核孔边缘
                • 连接内外环，起支撑作用
              • 腔内亚基
                • 接触核膜部分
                • 穿过核膜伸入核周间隙
              • 环带亚基
                • 位于柱状亚基内，靠近核孔复合体中心
                • 8个颗粒状结构环绕形成核孔复合体核质交换通道
          • 栓（中央栓）
            • 位于核孔中心，棒状或颗粒状
            • 不是所有NPC都能观察到栓
        • 捕鱼笼结构
          • 不同捕鱼笼发出cable相互交叉，形成遍布核质相互贯通的复杂网络
        • 组成
          • 主要由蛋白质组成
            • 统称核孔蛋白（Nup）
          • 分类
            • 结构性跨膜蛋白
              • gp210、Pom121
                • NPC特有的跨膜糖蛋白
              • gp210功能
                • 介导NPC与核被膜连接
                • 在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用
                • 在核质交换中起作用
            • 功能性核孔复合体蛋白
              • p62
                • N 端区： 具有FXFG形式的重复序列（F:苯丙氨酸，X：任意氨基酸，G：甘氨酸）
                  • 可能直接参与核质交换
                • C 端区：具有疏水性的7肽重复序列，类似一些纤维蛋白的杆状区，适合形成α 螺旋
                  • 可能通过卷曲螺旋与其他NPC蛋白质成分相互作用，从而使得p62固定在NPC上
        • 功能
          • 双功能（被动与主动）、双向性（核输入与核输出）的亲水性核质交换通道
            • 被动扩散
              • 直径10nm以下，40-60kDa
              • 除了
                • 有核转运信号
                  • 主动运输
                • 小分子可能与大分子或不溶性成分结合而被限制在细胞质或细胞核内
            • 协助扩散
              • 核孔作用蛋白
            • 不消耗能量
            • 主动运输
              • 选择性
                • 运输颗粒大小比被动运输大，有效直径可调节
                • 信号识别与载体介导的过程，需要消耗ATP 能量，有饱和动力学特征
                • 具有双向性，即核输入与核输出
              • 分类
                • 信号介导的核输入
                  • 亲核蛋白
                    • 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
                  • 核定位信号（NLS）
                    • 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Lys、Arg，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，也可以分成两段，两段之间间隔约10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不被切除
                  • 转运过程
                    • 亲核蛋白NLS识别importin-α后，与NLS的可溶性受体importin-α/importin-β二聚体结合，形成转运复合体
                    • 在importin-β介导下，转运复合体与NPC胞质纤维结合
                    • NPC通过改变构象，将转运复合体转移到核质面
                    • 转运复合体与Ran-GTP结合，使得复合体解离，亲核蛋白释放留在核质
                    • 除了亲核蛋白，其他返回胞质
                    • Ran-GTP水解为Ran-GDP并与importin-β解离
                    • importinα和β重新留在胞质，而Ran-GDP返回核内转换为Ran-GTP状态
                • 信号介导的核输出
                  • 核输出信号（NES）
                    • RNA分子的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核转运起决定作用的氨基酸序列
• 染色质
• 核仁
  • 组成
    • 纤维中心（FC）
      • 被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA，这些rDNA是裸露的分子
    • 致密纤维组分（DFC）
      • 呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，是新合成的rRNA和特异性结合蛋白
    • 颗粒组分（GC）
      • 由直径15-20 nm的RNP构成，是正在加工、成熟的核糖体亚单位前体颗粒
  • 功能
    • rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的组装
  • 核仁周期
    • 进入有丝分裂
      • 核仁变形缩小，染色质凝集，核仁消失
      • rRNA合成停止
      • 中后期都无核仁
    • 有丝分裂末期
      • 核仁物质聚集成为分散的前核仁体（PNB），NOR周围融合成正在发育的核仁
      • rRNA重新合成
• 核体
  • 无膜包被，高度动态变化
  • 可能是蛋白质与核酸相互作用形成的
  • 组成
    • 卡哈尔体（Cajal body）
      • 端粒酶复合体
    • GEMS（Gemini of coiled body）
      • SMN蛋白
        • 脊柱肌肉萎缩症
    • snRNP循环利用与最终加工场所
    • 染色质间颗粒（interchromatin granule clusters， speckles）
      • 成熟的、可直接用于pre-mRNA剪接的snRNP储存地点
• 核基质（核骨架）
  • 核骨架
    • 真核细胞核内的结构体系
    • 与核纤层、中间丝相互连接形成的网络体系，是贯穿于核与质的一个相对独立的结构系统
    • 主要成分由非组蛋白的纤维蛋白构成的，含有多种蛋白质成分与少量RNA
    • 与DNA 复制、基因表达及染色体组装与构建密切相关
• 核糖体亚基的组装
• rRNA基因的储存位点