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细胞核

4085 字符

文集 医学分子细胞遗传基础 共 17 篇

#课程笔记2026-2027

目录

细胞核 nucleus ：

  • 真核细胞最大的细胞器，
  • 由双层膜构成的核被膜包裹而成，内含染色质和核仁
  • 是遗传物质储存、复制和转录的场所以及细胞活动的控制中心

基因信息传递

  • 细胞核的出现是细胞进化的重要标志，其有无是原核与真核细胞区别的根本标志。

核进化意义：

  1. 保护DNA，免受胞质机械运动的影响。
  2. 使基因表达的两步（转录和翻译）在不同的时间和空间进行。

一、细胞核的大小、形态和基本结构

1. 细胞核的大小

核质比NP：细胞核与细胞质的体积之比

  • NP=V_n/(V_c-V_n)=V_n/V_p

  • 一般0.5；淋巴、胚胎、低分化肿瘤>0.5；衰老减小

2. 细胞核的基本结构

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二、核膜与核孔复合物

核被膜 nuclear envelope

核被膜（Nuclear envelope）位于间期细胞核的最外层，是细胞核与细胞质之间的界膜，具有两方面的功能：

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  1. 核被膜构成了核、质之间的天然选择性屏障，将细胞分成核与质两大结构与功能区域;

  2. 核被膜并不是完全封闭的，通过核被膜上的核孔复合体在核质之间进行频繁的物质交换。

  • 外核膜
  • 内核膜
  • 核纤层 nuclear lamina
    • 附着于核内膜下，主要由核纤层蛋白lamin和核纤层结合膜蛋白两部分组成
      1. 核纤层蛋白，属于中间纤维蛋白，分为A和B两类，其中A类主要包括Lamin A/C， B类为Lamin B1-B3。
      2. 核纤层结合膜蛋白，存在于核内膜中介导核纤层与核膜 之间的连接。
    • 功能：核膜崩解nuclear envelope breakdown,NEBD的前提是lamin蛋白的磷酸化

核孔与核孔复合体nuclear pore complex

  • 核被膜并非完全连续，其内、外膜在一定部位相互融合，形成一些环形开口，直径为100nm左右，称为核孔(nuclear pore)
  • 核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）的主体是呈八重对称分布的跨膜的辐射状结构，这些辐射状结构形成一个环，围绕在中央运输体(central transporter)的周围。

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  • 核孔复合物的结构：

    1. 胞质环（cytoplasmic ring）：位于核孔边缘的胞质侧，又称外环，环上有8条短纤维对称伸向胞质。
    2. 核环（nuclear ring）：位于核孔边缘的核质侧，又称内环，内环上连有8条长纤维，对称向核内伸入，在纤维的末端由8个颗粒形成一个端环。整个核环就像一个“捕鱼笼”样的结构，也有人称为核篮（nuclear basket）结构。
    3. 辐环（Spoke ring）：由核孔边缘伸向中心，将胞质环与核环联接成一个整体。有腔内环(Radial arm)结构插入到双层核膜的膜间隙中，其中的一些跨膜成分为核孔复合体固定到核膜中所必需。
    4. 中央栓（central plug）：位于核孔的中心，呈中空圆柱状，也称为中央运输体(central transporter)。有多种富含苯丙氨酸-甘氨酸（phenylalanine-glycine- rich, FG）的核孔蛋白，具有调节受体选择性转运的作用，因此，还把它叫做“transporter”。 FG Nups layer

    核孔蛋白Nucleoporins

  • 主要功能：物质的入核转运、物质的出核转运

三、通过核孔的物质运输过程

1. 核孔运输的引导序列和转运受体

a.核转运信号

  1. 核定位信号 (nuclear localization signals，NLSs)：亲核蛋白含有一段特殊的氨基酸序列，通常为4-8个带正电荷的氨基酸，或两组2-4个带正电荷氨基酸，中间间隔10个左右其他氨基酸，其功能为引导 亲核蛋白通过核孔复合体进入细胞核内，这段序列称为核定位序列或核定位信号。

  2. 核输出信号：大分子物质出核也需要特殊的转运信号，称为核输出信号（nuclear export signal, NES）。

b.核转运受体

大多数的核转运受体属于核周蛋白-家族成员，核周蛋白-家族成员都能与Ran结合。为含有多功能结构域的转运蛋白，包括：被转运蛋白结合结构域、核孔复合体结合结构域和Ran结合结构域。

  1. 入核受体 (Importins) :Importin-α识别并结合具有经典核定位信号的亲核蛋白后，与Importin-结合形成复合物，使含有核定位信号的亲核蛋白通过核孔复合物进入细胞核。 2．出核受体 (Exportins) :出核受体Exportin识别并结合具有出核信号的被转运蛋白或输出底物后，与RanGTP形成输出复合物。

c.RanGTP

细胞核-质转运过程需要消耗能量，Ran是小Ras-样的GTP酶，通过水解GTP为核质转运过程提供能量。

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核侧RanGTP浓度最高，质侧RanGDP浓度最高：浓度梯度

2.通过核孔的物质转运过程

  1. 入核转运过程：依赖Importin-α/β异二聚体的蛋白质入核转运过程：

    • 首先，亲核蛋白质通过核定位信号与作为受体的协助蛋白importinα/importinβ异二聚体相互识别，并结合成转运复合物，该复合物在importinβ的介导下与核孔复合体的胞质纤维结合；随之转入到核孔复合体中，核孔复合体的构象发生改变，将转运复合体从胞质面转移到核质面，转运复合体在核质面与核质中存在的一种GTP结合蛋白Ran相互作用，导致复合体解离，亲核蛋白质释放出来进入核质中。
    • 受体与亲核蛋白解离后与Ran蛋白一起返回胞质，在胞质中Ran上的GTP水解成GDP，并与受体亚基解离。结合GDP的Ran蛋白返回到胞核内，并转换为GTP结合的Ran蛋白。这样，受体蛋白和Ran蛋白可重新被利用。亲核蛋白质在转运过程中需要消耗GTP，是需要消耗能量的。在核蛋白质的转运过程中，核孔复合体通道的直径可发生变化。

  2. 出核转运过程

    1. 依赖核输出受体Exportin 1的蛋白质出核转运
    2. mRNP的出核转运(依赖出核因子Tap-p15的出核转运)

四、核仁的结构与功能

核仁(Nucleolus)是真核细胞间期核中最明显的结构，为细胞核的重要组分。

  • 在光镜下为单一或多个匀质的球形结构，具较强的折光性，易着色，呈中圆形或椭圆形，无外膜。
  • 核仁一般位于细胞核的一侧，有时移到核被膜边缘，这种现象称为核仁边集(nucleolar margination)，这是为了便于把核仁合成物输送到细胞质。

概述

  • 核仁是间期核中最明显的结构。
  • 核仁的大小、形状和数目随生物的种类、细胞类型和细胞代谢状态的不同而变化 。
  • 核仁是高度动态的结构。

一、细胞核仁的化学组成和结构

rRNA基因：

  • 与核仁有关的染色体次缢痕部位称为核仁组织区（NOR）
  • rRNA基因定位于染色体的核仁组织区。
  • 人类共有5对染色体具有核仁组织区，即D组（13、14、15）和 G 组（21、22）染色体。
  • 在间期上述10条染色体的rDNA以袢环的形式伸入到核仁的纤维中心区。

核仁的超微结构：

纤维中心 fibrillar center

致密纤维部分 dense fibrilar component

颗粒部分 granular component

核仁基质 nucleolar matrix

二、核仁的功能

合成加工rRNA并组装核糖核蛋白体亚单位

  1. rRNA的转录、加工与成熟
  2. 核糖核蛋白体亚单位的组装

三、核仁周期

五、细胞核基质组成与功能

一、核基质的形态结构和化学组成

核基质蛋白质成分有：

  1. DNA拓扑异构酶Ⅱ，为间期细胞核骨架和分裂期染色体骨架的重要成分之一；
  2. 核内肌动蛋白，不仅存在于核基质组分中，很可能在RNA合成过程中起重要作用；
  3. 附着区结合蛋白(attachment region binding protein)，能够特异性地与基质锚定序列(matrix-attached region, MAR)结合，并普遍存在于各种组织中。

核基质的主要功能

  1. 核基质与DNA复制：核基质是DNA复制的基本位点和空间支架
  2. 核基质与基因转录及表达：RNA聚合酶在核基质上有特殊的结合位点
  3. 核基质与病毒复制
  4. 核基质与染色体的构建