当前课程知识点:普通生物学 > 第一章 细胞生物学基础 > 第三节 真核细胞的结构 > 1.3.8 细胞核与染色质
真核细胞的控制中心是细胞核
细胞内最重要的遗传物质
都是储存在细胞核内的
除了极少数例外
所有的真核细胞都含有细胞核
它们通常呈球形或者是卵圆形
细胞核主要由四部分组成
由外向内包括
核被膜 染色质 核仁和核基质
其中 核被膜和染色质的结构
我们随后要重点介绍
核仁是核糖体的加工厂
也就是核糖体 rRNA的合成和加工
核糖体亚单位的装配
都是在核仁中完成的
核基质的主要作用是维持细胞核的形态
固定与细胞核活动相关 的一些装置
现在 我们先来看核被膜的结构
核被膜位于细胞核最外层
是细胞核与细胞质之间的界膜
核被膜的主要功能有两个
第一是将细胞划分成了
细胞核和细胞质两大结构与功能区域
细胞核的主要功能是进行DNA的复制
RNA的转录和加工
细胞质的功能主要是进行蛋白质的翻译
第二个功能就是
调控细胞质与细胞核之间的物质交换
核被膜主要有三种结构成分
双层核膜核纤层和核孔复合体
核被膜又分为外膜和内膜
二者之间是核周间隙
其中外膜延伸与细胞质中的
粗面内质网相连
我们可以把核被膜的外膜
看作是围绕细胞核的内质网部分
仔细观察在这个核被膜的外膜上
也有许多核糖体颗粒
这些核糖体是否具有合成蛋白质的功能呢
合成的蛋白质又会运送到哪里呢
大家可以思考 并讨论一下
核被膜内膜的内面合成蛋白质的功能呢
核纤层是由核纤层蛋白组成的
核纤层蛋白属于细胞骨架的一种
也称为中间丝
这是蛙的卵细胞的核纤层的电镜照片
中间丝与结合蛋白形成了
一种特殊的网络状的结构
这张图显示的是核被膜
核纤层和细胞核之间的位置关系
淡蓝色的细丝
代表的就是核纤层蛋白
它与核孔紧密结合
核纤层的主要作用是什么呢
很显然它起到的是一个结构支撑的作用
由于核纤层位于核被膜内膜的内表面
它仿佛为细胞核编织了一个笼子
让细胞核固定在其中
在核被膜表面有许多核孔
在这张细胞核的电镜照片中
核孔看得更清晰
不过 这不是一个简单的孔洞
而是一个相对独立的复杂结构
我们把它称为叫核孔复合体
核孔复合体有什么作用呢
主要是进行细胞核和细胞质
之间的物质交换与信息的交流
核孔复合体是由
核孔与核纤层蛋白结合形成的
它是一种特殊的
跨膜运输的蛋白复合体
由30-50种蛋白组成
包括有输入蛋白和输出蛋白
它的主要作用是进行细胞核
和细胞质之间的物质交换
它是一种双向的选择性的亲水通道
需要注意的是核被膜是一种动态变化的结构
在真核细胞的细胞周期中
核被膜会有规律地解体与重建
现在 我们来介绍
细胞核中的最重要的物质
染色质 什么是染色质呢
染色质是指间期细胞核内由DNA 组蛋白
非组蛋白和少量RNA组成的
线性复合结构是间期细胞核
遗传物质的存在形式
大家熟悉的染色体 又指的是什么呢
染色体指的是细胞在有丝分裂
或减数分裂的特定阶段
由染色质聚缩而成的一个棒状结构
那么事实上 染色质与染色体的
化学组成是基本相同的
区别只是在于包装程度的不同
在真核细胞的细胞周期中
大部分时间是以染色质的形式存在
染色质与染色体是在细胞周期
不同的功能阶段可以
相互转变的一个形态结构
在光镜下观察间期的细胞核
可以看到细丝状的染色质
用温和的方法裂解细胞核
在透射电镜下观察
可以看到直径为30nm的染色质细丝
如果将这些染色质经盐处理后
染色质细丝就会解聚成串珠状的结构
这些珠子状的结构就是核小体
1974年 Kornberg首次报道了
核小体的结构
并指出核小体是构成
染色体的基本结构单位
他因此也获得了2006年的诺贝尔化学奖
核小体的具体构成是这样的
首先 由4种组蛋白
H2A H2B H3和H4
各两分子形成一个
八聚体的核心颗粒
随后DNA分子以左手螺旋
缠绕在这个核心颗粒的表面
共1.75圈 约146bp
两端被一种组蛋白H1锁住
此外 在相邻核小体之间
还有一段连接DNA约60bp
这样 合在一起 每个核小体
就包括约200bp的DNA超螺旋
一个八聚体组蛋白和一分子的组蛋白H1
这是应用X射线晶体衍射技术揭示的
核小体的三维结构图
它发表于1997年Nature杂志上
从顶面观 中央是组蛋白
分别用蓝 绿 红 橙四种颜色
代表4种组蛋白 外围是DNA分子
核小体结构的发现
有非常重要的意义
他为我们研究基因表达的调控
提供了基础
那么 核小体是如何组装成染色体的呢
这是按照螺线管模型绘制的组装示意图
首先DNA双螺旋分子的直径约2nm
他们缠绕八聚体的组蛋白形成核小体
组成了念珠状的染色质细丝
直径约11nm
然后每6个核小体绕一圈
形成外径为30nm的染色质纤维
长度压缩了6倍
接着螺线管进一步螺旋化
逐级折叠最后形成染色单体
直至染色体
总之 从染色质到染色体
染色质被压缩了近万倍
但是这些具体的压缩过程
我们现在还不是特别清楚
尤其是30nm 染色质纤维的结构解析
是最具有挑战性的工作
值得一提的是 2014年4月25日
Science杂志报道了30nm染色质纤维的结构
这项研究成果是由
中国科学院生物物理研究所的
朱平和李国红研究组完成的
这个结构是采用冷冻电镜
三维重构技术解析获得的
与螺线管模型不同 按照这个Zig-Zag模型
30nm染色质纤维 以4个核小体为结构单元
各单元之间通过相互扭曲折叠
形成了一个左手双螺旋的
染色质的高级结构
其实 Science杂志
选择在4月25日发表这篇文章
是有深刻寓意的
大家知道是为什么吗
因为DNA双螺旋结构
也是发表在4月25日
只不过是在61年前
发表在1953年的Nature杂志上
由此可见 这项研究成果是可以
与DNA双螺旋结构的发现相媲美的
这个结构的解析
对于表观遗传学的研究
具有非常重要的启示作用
总之细胞核是遗传信息的储存场所
是真核细胞遗传 代谢的调控中心
-绪论
--绪论
-人物访谈——走进精准医学
-第一节 细胞概述
-第一章 细胞生物学基础--第一节 细胞概述
-第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第一章 细胞生物学基础--第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第三节 真核细胞的结构
-第一章 细胞生物学基础--第三节 真核细胞的结构
-第四节 细胞的能量代谢
-第一章 细胞生物学基础--第四节 细胞的能量代谢
-第五节 细胞的分裂与分化
-第一章 细胞生物学基础--第五节 细胞的分裂与分化
-第一节 遗传的分子基础
-第二章 分子生物学基础--第一节 遗传的分子基础
-第二节 基因的表达调控
-第二章 分子生物学基础--第二节 基因的表达调控
-第三节 生物技术及其应用
-第二章 分子生物学基础--第三节 生物技术及其应用
-第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第二章 分子生物学基础--第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第一节 高等植物体的细胞与组织
-第三章第一节 高等植物体的细胞与组织
-第二节 植物的生长
-第三章 高等植物体的结构与功能--第二节 植物的生长
-第三节 植物的生殖和发育
-第三章 高等植物体的结构与功能--第三节 植物的生殖和发育
-第四节 植物的营养与运输
-第三章 高等植物体的结构与功能--第四节 植物的营养与运输
-第五节 植物生长发育的调控
--3.5.6 乙烯
-第三章 高等植物体的结构与功能--第五节 植物生长发育的调控
-第一节 动物的组织
--4.1.5 软骨
--4.1.6 硬骨
--4.1.7 血液
-第一节 动物的组织--作业
-第二节 消化系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第二节 消化系统
-第三节 呼吸系统
-第三节 呼吸系统--作业
-第四节 循环系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第四节 循环系统
-第五节 内环境的控制
-第四章 高等动物体的结构与功能--第五节 内环境的控制
-第六节 内分泌系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第六节 内分泌系统
-第七节 神经系统与神经调节
-第四章 高等动物体的结构与功能--第七节 神经系统与神经调节
-第八节 生殖与胚胎发育
-第四章 高等动物体的结构与功能--第八节 生殖与胚胎发育
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