第八章细胞核( nucleus)(2学时) ρ细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器,它是基因复制 RNA转录的中心,是细胞生命活动的控制中心。 细胞核大多呈球形或卵圆形,但也随物种和细胞类型不同而 有很大变化。核的大小依物种不同而变化,直径为1-20微米 不等 细胞核的结构组成: ☆核被膜 nuclear envelope)与核孔复合体(NPC 令染色质( chromatin) 令核仁( nucleolus) 令核基质
1 第八章 细胞核(nucleus) （2学时） 细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器，它是基因复制、 RNA转录的中心，是细胞生命活动的控制中心。 细胞核大多呈球形或卵圆形，但也随物种和细胞类型不同而 有很大变化。核的大小依物种不同而变化，直径为1-20微米 不等。 细胞核的结构组成： ❖核被膜(nuclear envelope)与核孔复合体(NPC） ❖染色质（chromatin） ❖核仁(nucleolus) ❖核基质
第一节核被膜与核孔复合体 核被膜 uclear envelope 核孔复合体( nuclear pore complex,NPC)
2 第一节 核被膜与核孔复合体 核被膜(nuclear envelope) 核孔复合体（nuclear pore complex,NPC）
核被膜 电镜下,核被膜由内外两层平行但不连续的单位膜构成 结构组成: ☆外核膜( outer nuclear membrane),附有核糖体颗粒,常与rER相通连 令内核膜( inner nuclear membrane),有特有的蛋白成份(如核纤层蛋 白B受体),内核膜的内表面有一层网络状纤维蛋白质,即核纤层 ( nuclear lamina),可支持核膜。 令核周间隙( perinuclear space) 核孔( nuclear pore)和核孔复合体 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损伤 令核质之间的物质交换与信息交流 核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建
3 核被膜 电镜下，核被膜由内外两层平行但不连续的单位膜构成。 结构组成： ❖ 外核膜（outer nuclear membrane），附有核糖体颗粒，常与rER相通连。 ❖ 内核膜（inner nuclear membrane），有特有的蛋白成份（如核纤层蛋 白B受体），内核膜的内表面有一层网络状纤维蛋白质，即核纤层 （nuclear lamina），可支持核膜。 ❖ 核周间隙（perinuclear space） ❖ 核孔（nuclear pore）和核孔复合体 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损伤 ❖ 核质之间的物质交换与信息交流 核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建
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
4 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（domainspecific）。 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
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:
5 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 令fish-trap模型 ☆从横向上看,核孔复合体由周边向核孔中心依次可分为环、辐、栓三 种结构亚单位; 令从纵向上看,核孔复合体由核外(胞质面)向核内(核质面)依次可 分为胞质环、辐(十栓)、核质环三种结构亚单位,形成“三明治” 式的结构 胞质环( cytoplasmic ring),外环 核质环( nuclear ring),内环;内环向核内伸入一小环,即核蓝( nuclear basket)。 sp 柱状亚单位( column subunit) 令腔内亚单位( luminal subunit) ☆环带亚单位( annular subunit) 中央栓( central plug): transporter
6 结构模型 ❖fish-trap模型 ❖ 从横向上看，核孔复合体由周边向核孔中心依次可分为环、辐、栓三 种结构亚单位； ❖ 从纵向上看，核孔复合体由核外（胞质面）向核内（核质面）依次可 分为胞质环、辐（十栓）、核质环三种结构亚单位，形成“三明治” 式的结构。 胞质环（cytoplasmic ring），外环 核质环（nuclear ring），内环；内环向核内伸入一小环，即核蓝（nuclear basket）。 辐（spoke） ❖ 柱状亚单位（column subunit） ❖ 腔内亚单位(luminal subunit) ❖ 环带亚单位（annular subunit） 中央栓（central plug）：transporter
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 125×106,推测可能含有100余种不同的多肽,共1000多个 蛋白质分子 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 p62:功能性的核孔复合体蛋白,具有两个功能结构域 ☆可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换
7 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 125×106，推测可能含有100余种不同的多肽，共1 000多个 蛋白质分子。 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 p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域 ❖可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换
核孔复合体的功能 核孔复合体是核质交换的双向性亲水通道 令双功能:两种运输方式:被动扩散和主动运输; 冷双向性:介导蛋白质的入核转运,又介导RNA、RNP的出核 转运。 ☆核孔复合体物质运输功能示意图 °亲核蛋白入核转运与核定位信号 转录产物RNA的核输出
8 核孔复合体的功能 核孔复合体是核质交换的双向性亲水通道 ❖ 双功能：两种运输方式：被动扩散和主动运输； ❖ 双向性：介导蛋白质的入核转运，又介导RNA、RNP的出核 转运。 ❖ 核孔复合体物质运输功能示意图 亲核蛋白入核转运与核定位信号 转录产物RNA的核输出
亲核蛋白入核转运与核定位信号 亲核蛋白( karyophilic protein) 令在细胞质内合成后,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Iys、Arg,此外还常含有Pro 冷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) 令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 核质蛋白( nucleoplasmin)的入核转运 令结合:需NLS识别并结合 Importin; ☆转运:需GTP水解提供能量
9 亲核蛋白入核转运与核定位信号 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，在指导完成核输入后并不 被切除。 核质蛋白（nucleoplasmin）的入核转运 ❖ 结合：需NLS识别并结合importin； ❖ 转运：需GTP水解提供能量
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聚合酶转录的rRNA分子:以RNP的形式离开细胞核,需要 能量; RNA聚合酶I转录的5sRNA与tRNA的核输出由蛋白质介导 RNA聚合酶转录的 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'GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的; e mrNA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
10 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m7GpppG “帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的； mRNA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