1、第八章 细胞核(nucleus)与染色体( chromosome)第一节 核被膜与核孔复合体一、核被膜二、核孔复合体第二节 染色质一、染色质是细胞生命活动的基础二、染色质DNA三、染色质蛋白质四、染色质的基本结构单位核小体五、染色质包装的结构模型六、常染色质和异染色质第三节 染色质结构与基因活化一、活性染色质和非活性染色质二、染色质的活化与基因激活第四节 染色体一、中期染色体的形态结构二、染色体DNA 的 3种功能元件三、核型与染色体显带四、巨大染色体（多线染色体和灯刷染色体）第五节 核 仁一、核仁的超微结构二、核仁的功能三、核仁周期四、亚核结构（核体）第六节 核基质1、核被膜 结构组成 核被
2、膜的功能 核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建 结构组成 外核膜（outer nuclear membrane），通常附有核糖体颗粒，且常常与糙面内质网（rER）相连，使核周隙与内质网腔彼此相通。 内核膜（inner nuclear membrane），表面光滑，无核糖体附着，但内表面附着有致密的核纤层和特有蛋白质成分【如核纤层蛋白B受体（LBR）】 核纤层（nuclear lamina） 核周间隙（perinuclear space） 核孔（nuclear pore） 与孔膜区核被膜的功能构成核、质之间的天然选择性屏障避免生命活动的彼此干扰保护DNA 不受细胞骨架运动所产生的机械力的
3、损伤核质之间的物质交换与信息交流 核被膜在细胞在有丝分裂中有规律地解体与重建 新核膜来自旧核膜 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性（domain-specific）。 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配体系提供了实验模型 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节，调节作用可 能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关。 2、核孔复合体（nuclear pore complex, NPC）结构模型 核孔复合体成份的研究 核孔复合体的功能： 结构模型 胞质环（cytoplasmic ring），外环，环上有8条短纤维伸向胞质； 核质环（nuclear ring）
4、，内环，环上也有8根较长纤维（5070nm）的纤维伸入核内，并在末端连接一个直径60nm的小环（8个颗粒组成）核篮； 辐（spoke）柱状亚单位（column subunit） 位于核孔边缘，连 接内外环，支撑作用；腔内亚单位(luminal subunit) 伸入核间腔；环带亚单位（annular subunit） 在柱状亚单位之 内，靠近NPC中心。 中央栓（central plug）：中央颗粒，位于核孔中央。与物质运输有关，又称tran 核孔复合体成份的研究核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相对分子质量约为12510 6，推测可能含有100余种不同的多肽，共1 000多个蛋白质分子。 gp
5、210：结构性跨膜蛋白 p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域gp210：结构性跨膜蛋白 介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在“孔膜区”，从而为核孔复合体装配提供一个起始位点； 在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用； 在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用。p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域 疏水性N端区：可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换； C端区：可能通过与其它核孔复合体蛋白相互作用，从而将p62分子稳定到核孔复合体上，为其N端进行核质交换活动提供支持。sporter。 核孔复合体的功能核质交换的双向性选择性亲水通道 双功能：被动扩散和主
6、动运输； 双向性：核质；质核。 通过核孔复合体的主动运输 亲核蛋白与核定位信号 转录产物RNA的核输出 1、通过NPC 的被动扩散NPC作为亲水通道（有效直径9 10nm），离子、小分子、直径10nm以下的物质理论上都可自由通过；-物质的扩散速度和分子大小成反比；并非所有的小分子都能经过NPC运输，如有的蛋白的运输需要信号序列；有的被限制在细胞核或者细胞质内不能移动2、通过核孔复合体的主动运输生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的主动运输完成的，具有高度的选择性，并且是双向的。 选择性表现在以下三个方面： 对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被调节约1020nm，甚至可达26nm， 主动运
7、输是一个信号识别与载体介导的过程，需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征； 主动运输具有双向性，即核输入与核输出 3、亲核蛋白与核定位信号亲核蛋白（karyophilic protein）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 (nuclear localization signal，NLS) NLS是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（T抗原），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
8、完成核输入后并不被切除； NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件。4、亲核蛋白入核转运的步骤结合：需NLS识别并结合importin；转运：需GTP 水解提供能量、结合（binding）亲核蛋白首先结合到NPC的胞质面，依赖NLS； 、亲核蛋白与importin/importin形成转运复合物； 、转运复合物和NPC的胞质纤维结合； 、NPC改变构象，转运复合体从胞质面被转到核质面； 、转运复合体与Ran-GTP结合，导致复合体解散，亲核蛋白释放； 、亚基和Ran-GTP返回胞质， Ran-GTP水解成Ran-GDP，并与 inprotin解离， Ran-GDP返回核内，转换成Ran
9、-GTP 5、转录产物RNA的核输出转录后的RNA通常需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。 RNA聚合酶I 转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核，需要能量； RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核输出由蛋白质介导； RNA 聚合酶 II转录的hn RNA，在核内进行5 端加帽和3端附加多聚A序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA 出核，5端的m 7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的； 细胞核中既有正调控信号保证mRNA 的出核转运，也有负调控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体 (spliceosome)有关。 mRNA
10、的出核转运过程是有极性的，其 5端在前，3 端在后。 核输出信号 (Nuclear Export Signal，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信号。 入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。3、染 色 质 一、染色质的概念及化学组成 二、染色质的基本结构单位核小体 (nucleosome) 三、染色质包装的结构模型 四、常染色质和异染色质一、染色质的概念及化学组成1、染色质概念 染色质（chromatin）:指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在的形式。 染色体(chr
11、omosome):指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构； 染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构； 染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同,构象不同。2、染色体DNA 基因组（genome） 概念凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是DNA。在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子；一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。基因组大小通常随物种的复杂性而增加 基因组中两类遗传信息：编码序列 和 调控序列 ； DNA分子一级结构具有多样性 蛋白质编码序列 DNA 编码rRNA、tRNA、snRNA和
12、组蛋白的串联重复DNA序列 含重复序列的DNA 简单序列DNA； 散在重复序列 DNA转座子，LRT反转座子，非LRT反转座子，假基因等； 非LRT反转座子又分为：短散在元件和长散在元件；高度重复DNA 序列 卫星 DNA，主要分布在染色体着丝粒部位； 小卫星DNA ，又称数量可变的的串联重复序列，常用于DNA指纹技术作个体鉴定； 微卫星DNA 重复单位序列最短，具高度多态性，在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。DNA二级结构具有多形性(polymorphism)三种构型DNA ：B型DNA（右手双螺旋DNA）；活性最高的 DNA构象；A型DNA ，B型DNA的重要变构形式，仍有活性；Z型DN
13、A ，Z 型DNA 是左手螺旋，B型DNA 的另一种变构形式，活性明显降低DNA构型的生物学意义 沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中起关键作用基因表达调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧脸与沟中碱基对两侧潜在的氢原子供体（=NH）或受体（O和N）形成氢键而识别DNA 遗传信息的。 沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别 三种构型的DNA处于动态转变之中 3、染色体蛋白质 ：负责DNA 分子遗传信息的组织、复制和阅读组蛋白(histone) 核小体组蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A 、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构 H1组蛋白：在构成
14、核小体时H1起连接作用, 它赋予染色质以极性。 特点：真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）；没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。 非组蛋白特点： 非组蛋白具多样性和异质性； 对DNA具有识别特异性，又称序列特异性；均为DNA 结合蛋白，结合位点在大沟内，依靠氢键和离子键结合的序列是保守的 具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。 非组蛋白的不同结构模式 螺旋-转角-螺旋模式(helix-turn-helix motif) 锌指模式(Zinc finger motif) 亮氨酸拉链模式
15、(Leucine zipper motif，ZIP) 螺旋- 环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif，HLH) HMG-盒结构模式（HMG-box motif）： 组蛋白密码（histon code）1、组蛋白尾的转录后修饰包括lys乙酰化、lys Arg甲基化，Ser磷酸化，单多泛素化及ADP 核糖基化等。2、这些组蛋白尾巴的不同修饰相互作用，构成了对其DNA 活性进行调节的“组蛋白密码”，从而大大地扩展了遗传密码的潜在信息。3、组蛋白尾巴的转录后修饰很大程度上决定了染色质的高级组装，同时影响到真核生物遗传信息的组织结构。4、增加的H3、H4的乙酰化总是和转录激活偶联
16、，而去乙酰化往往导致转录抑制。5、异染色质和组蛋白修饰DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，这种变化在DNA复制与转录中具有重要的生物学意义。 组蛋白H3和H4 的低乙酰化，是异染色质的特征。如H3 Lys9 甲基化（受到乙酰化的抑制）促进异染色质的形成，它是异染色质装配的保守性标致，是异染色质蛋白（如HP1、SWi6 ）的特异结合位点；H3 Lys4 甲基化抑制异染色质的形成。二、染色质的基本结构单位核小体 (nucleosome)1、主要实验证据： 铺展染色质的电镜观察未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐溶液处理后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构 ； 用非特异性微球
17、菌核酸酶消化染色质，部分酶解片段分析结果； 应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研究，发现核小体颗粒是直径为11nm、高6.0nm 的扁园柱体，具有二分对称性，核心组蛋白的构成是先形成（H3 ）2 （H4 ）2四聚体，然后再与两个H2AH2B异二聚体结合形成八聚体 SV40微小染色体分析与电镜观察 2、核小体结构要点 每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1 组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构 146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bp DNA，锁住核小体DNA 的进出端，起稳定核小体的作用。
18、包括组蛋白H1和166bp DNA的核小体结构又称染色质小体。 两个相邻核小体之间以连接DNA 相连，典型长度60bp，不同物种变化值为080bp 组蛋白与DNA 之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自组装的性质 核小体沿DNA 的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达 三、染色质包装的结构模型1、染色质包装的多级螺旋模型一级结构：核小体二级结构：螺线管 (solenoid)三级结构：超螺线管 (supersolenoid) 四级结构：染色单体（chromatid）7倍 6倍 40倍 5倍DNA核小体螺线管 超螺线管 染色单体 2、
19、染色体的骨架- 放射环结构模型 一级、二级结构同多级螺旋模型； 由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平面排列, 结合在核基质上形成微带(miniband)。微带是染色体高级结构的单位,大约10 6个微带沿纵轴构建成子染色体。 106个微带构建成染色单体。补充：染色体领域（chromosome territory，CTs） 间期核中的染色体并不是散乱分布的，而是各自占据了一块特定的核区域染色体领域。 这些区域的排列与定位是经过严格组织的，并具有一定的动力学特征，与基因的表达调控密切相关。 越来越多的证据表明，核建构（nuclear 四、常染色质和异染色质 1、常染色质(euchrom
20、atin) 概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态（典型包装率750倍） , 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。 DNA包装比约为1/10001/2000； 单一序列 DNA 和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因) 并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件 2、异染色质(heterochromatin)概念：指间期细胞核中, 折叠压缩程度高, 处于聚缩状态的染色质组分，碱性染料染色时着色较深的染色质组分。类型：结构异染色质（或组成型异染色质）兼性异染色质 3、结构异染色质或组成型异染色质architecture）和基因组的空间组
21、织对单个基因的调节和基因表达程序起主要作用，因此染色质和染色体高度有序的组织在基因表达中被认为是非常重要的调节因素 。 CTIC模型主要观点： 间期的染色质主要以不同层次的染色质纤维分布于核中，以区域状分布且区域间不重叠领域；领域之间为间隔区；领域与间隔区并没有严格的界限； 带有活性基因的大染色质环有可能伸进间隔区内，可能与基因的表达调控有关。在间隔区内包含了转录、拼接、复制、修复等相关的因子。 一般认为活性基因定位于领域的表面及靠近核孔的部位，而无活性的基因定位于领域的内部。这一点对于基因的表达调控有重要的意义。 除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，形成多个染色中心； 结构异染色质的
22、特征： 在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段； 由相对简单、高度重复的DNA 序列构成, 如卫星DNA； 具有显著的遗传惰性 , 不转录也不编码蛋白质； 在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩； 在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区间性，作为核DNA的转座元件，引起遗传变异。 4、兼性异染色质 在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为异染色质，如X染色体随机失活 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径 4、 染色体 一、中期染色体的形态结构 二、染色体DNA的三种功能元件（functional element
23、s）三、核型与染色体显带 四、巨大染色体（giant chromosome） 二、染色体DNA的三种功能元件三种功能元件的实验证明自主复制DNA序列(ARS)： 即DNA的复制起点具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的区域，是维持ARS功能所必需的；着丝粒DNA序列(CEN) ：两个相邻的核心区：80-90bp的AT区；11bp的保守区端粒DNA序列(TEL) ： 端粒序列的复制 端粒酶 ，在生殖细胞和部分干细胞中有端粒酶活性，是一种核糖核蛋白复合物，具有反转录酶的活性，以物种特异性内在RNA位模板，把合成的端粒重复序列添加到染色体的3端； 端粒序列
24、的维持还有另外一个途径：ALT；它不依赖于端粒酶；3端突出的端粒DNA最终与另外一条链上的TTAGG同源序列配对形成一个D型环或 T型环，以稳定端粒末端结构。这一过程由TRF2催化完成； 端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞衰老有关，端粒和细胞分裂计时体细胞每分裂一次，端粒重复序列就缩短一些，端粒重复序列的长度与细胞分裂的次数和细胞的衰老有关肿瘤细胞具有表达端粒酶活性的能力，使癌细胞可以无限制增殖。一、中期染色体的形态结构1、类型 中着丝粒染色体(metacentric chromosome)亚中着丝粒染色体(submetacentric chromosome)亚端着丝粒染色体(subtel
25、ocentric chromosome)端着丝粒染色体(telocentric chromosome)。 2、染色体的主要结构 着丝粒(centromere)与着丝点( 动粒， kinetochore) 次缢痕 核仁组织区(NOR) 随体 (satellite) 端粒 (telomere) 着丝粒与着丝点(动粒) ：3种结构域 着丝点结构域(kinetochore domain) 内板(inner plate) 中间间隙(middle space) 外板(outer plate) 纤维冠(fibrouscorona) 中央结构域：着丝粒的主体部分，由串联重复的卫星DNA组成； CENP-B框与
26、动粒蛋白 CENP-ABCEF 配对结构域(pairing domain)： 内部着丝粒蛋白INCENP 染色单体连接蛋白 CLIPS 三、核型与染色体显带核型： 是指染色体组在有丝分裂中期的表型 ,包括染色体数目、大小、形态特征的总和。核型模式图将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来, 再按长短、形态等特征排列起来的图象称为核型模式图,它代表一个物种的核型模式。染色体显带技术5、巨大染色体多线染色体 存在于双翅目昆虫的幼虫组织细胞、某些植物细胞 多线染色体的来源：核内有丝分裂(endomitosis) 多线染色体的带及间带：带和间带都含有基因，可能“管家”基因位于间带, “奢侈”基因
27、位于带上。 多线染色体与基因活性：胀泡是基因活跃转录的形态学标志 灯刷染色体 灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞，两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型 灯刷染色体的来源：卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体；它是一个二价体包含4条染色单体，此时同源染色体尚未完全解除联会，因此可见到基础交叉； 灯刷染色体的超微结构：有染色体轴丝构成，轴丝两侧伸出侧环； 灯刷染色体的转录功能 ：转录hnRNA，加工成mRNA。其5端捕获大量的蛋白质，组成核糖核蛋白复合物，构成环周围基质（RNP）；3端借助RNA聚合酶固定在侧环染色质的轴丝上；5、 核 仁(nucleolus) 核仁的超微结构 核仁的功能
28、 核仁周期 二、核仁的功能核糖体的生物发生(ribosome biogenesis)是一个向量过程(vetorical process)：从核仁纤维组分开始, 再向颗粒组分延续。这一过程包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。rRNA基因转录的形态及组织特征 染色体的NORs区域中的rDNA是rRNA的信息来源； 100500个rRNA基因拷贝在少数染色体的NORs区串联重复排列； 转录时，新生的rRNA链依次增长，形成“圣诞树”样结构； 转录产物的5端形成RNP颗粒。rRNA前体的加工 5.8S、18S、28S rRNA基因一起转录，生成45S（哺乳类）、38S（果蝇）或37S（酵母）
29、的转录产物，经过加工，得到41S、32S、20S 中间产物； 5S rRNA基因不分布于NORs区，但也串联重复排列于染色一、核仁的超微结构1、超微结构 纤维中心(FC)：主要成分为RNA 聚合酶、rDNA 、转录因子。 致密纤维组分(DFC)：是新合成的rRNA和一些特异结合性蛋白 颗粒组分(GC) 核仁相随染色质与核仁基质2、三种基本核仁组分和rRNA的转录与加工形成RNP的不同事件有关 FCs是rRNA基因的储存位点；FC中的染色质不形成核小体结构，也没有组蛋白，但存在嗜银蛋白； 转录主要发生在FC 与 DFC的交界处，并加工初始转录本； 颗粒组分（GC）负责装配核糖体亚单位，是核糖体亚
30、单位成熟和储存的位点，由核糖核蛋白颗粒构成 体上，在核仁外转录，转录产物也需要经过加工，可得到5S rRNA片段。核糖体亚单位的组装45S产物与蛋白质结合，形成80S的RNP复合体，随后被加工，逐渐失去一些RNA和蛋白质，形成两种大小不同的核糖体亚单位前体（含18S、含5.8、28S），运出细胞核； 核糖体的成熟作用发生于亚单位被运送至细胞质后核仁的另一个功能涉及 mRNA的输出与降解。三、核仁周期核仁的动态变化分裂前期，核仁变小，随着染色质凝集，在中期、后期消失；分裂末期，核仁物质聚集，在NORs周围重建成新的核仁。核仁结构的动态变化依赖于 rDNA转录活性和细胞周期的运行四、亚核结构 核体
31、（nuclear bodies，NBs） 核体概念 螺旋体（coiled bodies，CBs） 和早幼粒细胞白血病蛋白体P M L1、核体概念 间期核内除染色质与核仁结构外，在染色质之间的空间还含许多形态上不同的亚核结构域，统称为核体，如螺旋体和早幼粒细胞白血病蛋白体。 在细胞的各种事件中，核体可能代表不同核组分的储存或查封位点或称之为分子货仓。 2、螺旋体（coiled bodies，CBs） 小核糖核蛋白质（sn RNPs）、细胞周期控制蛋白和几种基本转录因子，如p80 coilin 螺旋体的功能与snRNP 的生物发生（biogenesis ）有关；CBs在基因表达协调反馈调节中有作用
32、。3、早幼粒细胞白血病蛋白体 PML体的功能转录调节病毒感染的靶结构PML体组成的改变与某些疾病表型的发生有关PML蛋白的功能可能是作为负生长调节子和肿瘤抑制子而发挥作用PML可能介导程序性细胞死亡，PML体在细胞周期调控中起作用6、染色质结构和基因活化 活性染色质及其主要特征 染色质活化与基因转录3、染色质活化与基因转录（详细的内容自行总结） 疏松染色质结构的形成 DNA局部结构的改变与核小体相位的影响1、活性染色质(active chromatin)与非活性染色质(inactive chromatin) 活性染色质是具有转录活性的染色质 活性染色质的核小体发生构象改变，具有疏松的染色质结构
33、，从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA 聚合酶在转录模板上滑动。 非活性染色质是没有转录活性的染色质2、活性染色质主要特征 活性染色质具有DNase I超敏感位点（DHS）：染色质上无核小体的DNA片段，通常位于5-启动子区，长度几百bp。 活性染色质在生化上具有特殊性： 活性染色质很少有组蛋白H1与其结合； 活性染色质的组蛋白乙酰化程度高； 活性染色质的核小体组蛋白H2B很少被磷酸化； 活性染色质中核小体组蛋白H2A在许多物种很少有变异形式； HMG14和HMG17只存在于活性染色质中。 7、 核基质 核基质或核骨架 (nuclear skeleton)的概念 狭义概念仅指核基质，
34、即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。 广义概念应包括核基质、核纤层 (或核纤层-核孔复合体结构体系),以及染色体骨架。 目前对核骨架的研究结论 核骨架是存在于真核细胞核内真实的结构体系； 核骨架与核纤层、中间纤维相互连接形成贯穿于核与质的一个独立结构系统。 核骨架的主要成分是由非组蛋白的纤维蛋白构成的, 含有多种蛋白成分及少量RNA； 核骨架与DNA复制、基因表达及染色体的包装与构建有密切关系。 当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时，染色质易被引发二级结构的改变；进而引起其它的一些结合位点与调控蛋白的结合； 核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录 ； 组蛋白的修
35、饰 组蛋白的修饰改变染色质的结构，直接影响转录活性；或者使核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色体接触，简介影响转录活性； 组蛋白赖氨酸残基乙酰基化（acetylation ） 组蛋白H3的甲基化 组蛋白H1的磷酸化 HMG结构域蛋白等染色质变构因子的影响 HMG结构域可识别某些异型的DNA 结构，与DNA弯折和DNA- 蛋白质复合体高级结构的形成有关 染色质的区间性 基因座控制区（locus control region,LCR） 染色体DNA 上一种顺式作用元件，具有稳定染色质疏松结构的功能； 与多种反式因子的结合序列可保证DNA复制时与启动子结合的因子仍保持在原位。 隔离子（ins
36、ulator） 防止处于阻遏状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质DNA序列，称为隔离子。 作用：作为异染色质定向形成的起始位点；提供拓扑隔离区 染色质模板的转录 基因转录的模板不是裸露的DNA，染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键 转录的“核小体犁 ”假说 （p343）第十章 细胞骨架( Cytoskeleton)第一节 细胞质骨架一、微丝(microfilament, MF)1. 微丝的组成与组装2. 微丝的网络动态结构的调节与细胞运动3. 肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达4. 肌细胞的收缩运动二、微 管（microtubules）1. 微管的结构组成与极性2.
37、微管的组装与去组装3. 微管组织中心4. 微管的动力学性质5. 微管结合蛋白对微管网络结构的调节6. 微管对细胞结构的组织作用7. 细胞内依赖于微管的物质运输8. 纤毛和鞭毛的结构与功能9. 纺锤体和染色体的运动三、中间纤维（intermediate filament,IF)1. 中间丝的主要类型和组成成分2. 中间丝的组装和表达3. 中间丝与其他细胞结构的联系四、细胞骨架结构与功能总结第二节 细胞核骨架一、核基质(Nuclear Matrix) 二、染色体骨架三、核纤层(Nuclear Lamina )一、微丝(microfilament, MF)又称肌动蛋白纤维(actin filamen
38、t), 是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。成分与分类装配微丝特异性药物微丝结合蛋白微丝功能肌肉收缩(muscle contraction)1、成分与分类肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分,外观呈哑铃状, 这种actin又叫G-actin，将G-actin形成的微丝又称为F-actin。分类序列高度保守，目前发现6种：肌动蛋白 横纹肌、心肌、血管平滑肌、肠道平滑肌肌动蛋白肌动蛋白3、微丝特异性药物 细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合 ,因而导致微丝解聚。 鬼笔环肽(philloidin)：与微丝侧面结合,
39、防止MF解聚。4、微丝结合蛋白整个骨架系统结构和功能在很大程度上受到不同的细胞骨架结合蛋白的调节。种类繁多，目前已经分离出100多种。可以分为：非肌肉细胞中的微丝结合蛋白肌肉收缩系统中的微丝结合蛋白2、装配1、条件：当溶液中含有适当浓度的Ca 2+，而Na +、K +的浓度很低时，微丝趋向于解聚，而当溶液中含有ATP、Mg2+、高浓度的Na +、K +时， G-actin装配成F-actin 。2、过程：三个阶段成核 快速延长 稳定期成核： G-actin形成短的寡聚体，需要肌动蛋白相关蛋Arp2 ，Arp3及其他五种蛋白质形成的复合物参与；延长： 新的 G-actin加到微丝末端，使得微丝延
40、伸；微丝具有极性， (+)极延长的速度要比(-)极快510倍。稳定期：G-actin达到临界浓度，约0.1M。3、装配的调节因素：游离G-actin 的浓度；微丝横向连接成束或者成网的程度；微丝结合蛋白的调节。 4、特点： MF是由 G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性, 装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。 MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于G-actin 在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。 体内装配时，MF 呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin结合的 ATP水解速度与游离的G-act
41、in单体浓度之间的关系。 MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内, 有些微丝是永久性的结构, 有些微丝是暂时性的结构。5、非肌肉细胞中的微丝结合蛋白 actin单体结合蛋白这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin装配的调节，如proflin等。微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式：1、同向平行束: MF同向平行排列，主要发现于微绒毛与丝状伪足。2、反向收缩束: MF反向平行排列，主要发现于应力纤维和有丝分裂收缩环。微丝结合蛋白3、凝胶样网络: 细胞皮层(cell cortex)中微丝排列形式，MF 相互交错排列。6、肌肉收缩
42、系统中的微丝结合蛋白肌球蛋白其头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。原肌球蛋白由两条平行的多肽链形成-螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内 ,结合于细丝, 调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。肌钙蛋白为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白) 能特异与Ca 2+结合； TnT(与原肌球蛋白结合)； TnI(抑制肌球蛋白ATPase 活性)7、肌球蛋白分子马达：分子发动机，依赖于微管的驱动蛋白、动力蛋白和依赖于微丝的肌球蛋白这三类蛋白质超家族的成员；肌球蛋白：是ATPase，将化学能（ATP）转变为机械能，沿微丝轨道运动；分类：目前发现的有15种，研究较多的为、V型；型参与肌丝滑动；
43、、V型参与膜和骨架之间的作用，如膜泡运输等（一）型肌球蛋白（传统的肌球蛋白）结构：由2个重链和4个轻链组成，包含3个结构域：头部结构域：最保守，含有与肌动蛋白和ATP结合的位点，负责产生力；螺旋颈区：通过钙调素（或类似）来调节头部的活性；尾部结构域：决定尾部的结合对象。（二）非传统类型的肌球蛋白I型、V型等肌球蛋白（自学，略）微丝结合蛋白（miceofilament-associated protein）参与形成微丝纤维高级结构，执行不同的功能。细胞皮层概念：紧贴质膜的细胞质区域，微丝交联形成的凝胶状三维网络结构。作用：与质膜流动、质膜强度韧性、细胞运动有关。细胞运动、胞质环流运动（cyclo
44、sis）、阿米巴运动变形虫、中性白细胞、巨噬细胞的移动方式，由微丝调控；细胞前端伸出伪足，后端向内收缩，胞内原生质也随之向前流动，细胞质在凝胶和溶胶（gel & sol）之间转变。应力纤维 广泛存在于真核细胞。成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和- 辅肌动蛋白。作用：介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维,具有收缩功能。）细胞伪足的形成和迁移运动 细胞伸出片状伪足质膜突起形成黏着斑个体前移黏着斑脱离； SEM显示的细胞片状伪足和丝状伪足；过程： 外来信号刺激WASP蛋白激活Arp2/3复合物成核，延伸Arp2/3复合物结合到微丝侧面，延伸形成分支伪足伸向信号源微绒毛（microvilli） 是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。微丝束平行排列，无收缩功能，起支撑作用，基部与中间丝相连。胞质分裂环细胞分裂末期细胞中部的缢缩胞质分裂环；是非肌肉系统中具有收缩功能的微丝束的代表；由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。8、肌细胞的收缩运动 肌纤维的结构肌肉 肌纤维束 肌纤维（肌细胞） 肌原纤维肌原纤维（myofibrils ）是骨骼肌的收缩单位，由粗肌丝和 肌肉收缩过程神经冲动使肌膜去极化，经T小管传至肌质网肌质
