第十章 细胞核(nucleus)与 染色质(chromatin)

细胞核:真核细胞最重要的细胞器， 是细胞遗传与代谢的调控中心 细胞核的结构组成：核被膜与核孔复合体 核纤层 染色质 染色体 核仁 核定位信号 (nuclear localization signal，NLS)

1.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; 2.有的NLS是一段连续的序列，也有的NLS分成两段。

3.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。 4.NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件 1有些蛋白质可以在核质之间多次穿梭，如亲核蛋白importin 和某些转录调控蛋白（如STAT）。 2输入蛋白(importin):核定位信号的受体蛋白,存在于胞质溶胶中,可与核定位信号结合,帮助核蛋白进入细胞核,这种受体称为输入蛋白。 染色质（chromatin）:能被碱性染料强烈着色 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(chromosome):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。 1.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 2.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, 结构状态不同。

染色质是细胞内基因存在与发挥功能的结构基础，DNA复制、基因转录、DNA修复等都在染色质水平进行。 Accessible 易于接近！ 基因组

概念：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。 1.基因组大小通常随物种的复杂性而增加，人类有3至4万个蛋白编码基因。 2.基因组中两类遗传信息 ?编码序列：蛋白编码序列、RNA编码序列 ?调控序列：基因的启动子等 基因组DNA的一级结构具有多样性

1.非重复单一DNA序列：占基因组DNA的1-1.5%, 大部分蛋白编码序列 2.串联重复序列：0.3%, 编码rRNA、tRNA、snRNA和组蛋白；20—300拷贝. 3.中度重复DNA序列： DNA转座子, 3%

中度重复序列DNA在物种进化过程中是基因组中可移动的遗传元件，并且 影响基因表达。4.高度重复DNA序列 ：10%，至少10万拷贝 ?卫星DNA（satellite DNA），主要分布在染色体着丝粒部位； ?小卫星DNA（minisatellite DNA），又称数量可变的的串联重复序列，常用于DNA指纹技术（DNA finger-printing）作个体鉴定； ?微卫星DNA（microsatellite 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，用于构建遗传图谱和个体鉴定。 组蛋白(histone

1.核小体组蛋白(nucleosomal histone)：H2A、H2B、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构

2.H1组蛋白：在构成核小体时H1起连接作用, 它赋予染色质以极性。 3.特点： ?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：酵母的组蛋白H3、H4和人类的组蛋白H3、H4非常相似。

非组蛋白主要是质染色体上与特异DNA序列相结合的蛋白质，所以又称序列特异性DNA结合蛋白 (sequence specific DNA binding proteins)，包括 DNA聚合酶等酶类，染色体支架蛋白，基因调控蛋白等 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组蛋白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。

◆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0～80bp。 ◆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。 ◆核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体位置的改变影响基因表达。 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） 常染色质(euchromatin)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, 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质

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，碱性染料染色时着色较深的染色质组分。 细胞周期(cell cycle)概述概念：

细胞从一次细胞分裂结束开始到下一次细胞分裂结束为止，所经历的一个有序过程 ,包括物质准备和细胞分裂过程，其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。 细胞周期中不同时相及其主要事件

◆ G1期：与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝集。

◆ S 期：DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构。 ◆ G2期：DNA复制完成，染色体倍性由2n变成4n,在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子。

◆ M 期： M期即细胞分裂期，遗传物质平均分配给子细胞和细胞内其它物质分配给子细胞。 细胞周期的人工选择同步化

1.有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。

优点是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是分离的细胞数量少。 2.密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。

优点是方法简单省时，细胞同步化效率高，分离的细胞数量多。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。适用于姴殖酵母（fission yeast)和有些哺乳动物细胞（如HeLa)。 药物诱导法同步化

1.DNA合成阻断法：常用试剂如HU（hydroxyurea，羟基脲), TdR (胸腺嘧啶核苷）。单次处理可将细胞群同步化于G1/S交界处和S期。TdR两次处理可将细胞群同步化在G1/S交界处。优点是同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系，被广泛采用。

2. 分裂中期阻断法：常用试剂如秋水仙素、nocodazole，通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞群同步化在M期。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大，若处理时间长，细胞常不能恢复细胞周期的运转。

条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用：可用于酵母细胞的同步化，极少用于动物细胞。 将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。

特殊的细胞周期

卵裂球主要指的是从二细胞期到八细胞期之间的形态，其中每一个细胞都是胚胎干细胞，具有全能性。卵裂球之后会继续分裂形成桑葚期

受精卵细胞快速分裂，几乎只有S期和M期。没有

G1期的物质合成，所以细胞体积越来越小。

第十四章 细胞增殖调控与癌细胞

◆MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；由M期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase) 形成的复合物。MPF=CDK1/p34/cdc2+cyclinB 细胞周期蛋白cyclin 特点：

1. 含量：在细胞周期中蛋白含量呈周期性变化。图14-5

2. 结构上，含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框（cyclin box），介导与CDK

结合。图14-4

3. 结构上， M期周期蛋白有破坏框（destruction box)，位于蛋白质进N末端，参与由泛素

介导的蛋白降解。

4. 特异性：不同的cyclin 结合并激活不同的CDK。 作用：激活和引导不同的CDK作用于不同底物

Cyclin A 和 B 通过泛素化途径（ubiquitination pathway) 降解(M期周期蛋白的破坏框起调

节作用）

1. 泛素与泛素激活酶E1结合形成E1-泛素复合体。

2. E1-泛素复合体将泛素转移给泛素结合酶E2，形成E2-泛素复合体。 3. 在泛素蛋白连接酶E3的催化下，泛素分子连接到靶蛋白上。 4. 形成多聚泛素链。

5. 泛素化的靶蛋白被蛋白酶体（proteasome)逐步降解。 细胞周期蛋白依赖性激酶cyclin-dependent kinase, CDK ◆cdc2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故称为CDK。

◆CDK1 蛋白在细胞周期中含量相对稳定，而cyclin B 的含量呈周期性变化。

◆不同的CDK结合相应的cyclin，由于cyclin含量周期性变化导致CDK活性随之波动 CDK抑制因子（CDK inhibitors, CDKIs)

◆CDKI对细胞周期起负调控作用，分为2大家族：

①INK4家族: 包括p16,p18,p19等。 p16抑制cdk4 和 cdk6。

②Cip/Kip家族：包括p21Cip/WAF1，p27Kip1和p57Kip2等。其中p21Cip/WAF1抑制G1期CDK，如CDK2、3、4、6；还能与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA（proliferating cell nuclear antigen)结合，直接抑制DNA的合成。

CDK激酶是细胞周期运转的引擎分子，对细胞周期起核心性调控作用。 Rb的发现—G1期细胞的“刹车”

◆Kundson对视网膜母细胞瘤（retinoblastoma, RB)研究时，发现该肿瘤的形成需要第13号染色体上一对等位基因的同时缺失或失活，表明该基因具有抑制肿瘤形成的作用，称为Rb基因。Rb蛋白具有多种转录因子的结合位点，如E2F。 p53对G1/S的调控

◆p53是一个肿瘤抑制蛋白，该基因的突变与50%的人类肿瘤相关。

◆UV、药物等引起的DNA损伤会激活细胞内的ATM等激酶，导致p53的激活，阻止细胞周期进程，直到DNA损伤完全修复。如果最终不能完全修复，p53会介导细胞凋亡。 ◆在DNA损伤时，p53可通过其下游蛋白p21，抑制Cdk2/cyclin E活性，阻止G1/S转换。 p53还可以通过p21，抑制Cdk1/cyclin B活性，阻止G2/M转换。

◆细胞内的p53蛋白水平一般很低， DNA损伤后其蛋白水平显著上升。 G1期/S期转换的调控 主要的相关蛋白： ? 周期蛋白：cyclin D、E ? 周期蛋白依赖性蛋白激酶：Cdk2、4、6 ? Cdk抑制蛋白：p16、p15、p18、p19(Ink4家族）；p21、p27、p57(CIP/KIP家族） ? 肿瘤抑制蛋白：Rb和p53 参与细胞周期调控的其他因素

1.癌基因与抑癌基因均是细胞生命活动所必需的基因，其表达产物对细胞增殖和分化起着重要的调控作用。癌基因(oncogene) 表达产物多为蛋白激酶、生长因子（growth factor）、受体、转录因子等。生长因子与细胞表面的生长因子受体结合，可以促使处于生长静止状态（G0期）的细胞进入G1期，返回细胞周期进程。抑癌基因(tumor suppressor gene)表达产物包括Rb、p53等。

2.细胞和机体外界因素对细胞周期也有重要影响，如离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH变化等 。

一、基本生物学特征