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1、细胞核与染色质,王飞 ,Introduction- Nucleus,最大的细胞器(organelle),重要的胞内区室(compartment),核被膜 核基质 染色质 核仁 核体,染色质包装 遗传信息读取 RNA修饰 RNP组装 核孔物质运输,Cell biology concern about,细胞生物学: 基本结构 组成成分 核内生命活动的组织、协调 生理意义 基因的分子生物学: 染色质包装 从DNA到mRNA 非编码RNA 遗传学 生物化学,内容提要,基本结构及主要功能元件,1,核内分子生物学过程概述,2,核孔复合体及其介导的物质运输,3,核膜的崩解与组装,4,核仁及其他核内结构的组成
2、与功能,5,细胞核基本结构,核被膜 核基质 染色质 核仁 核体,核被膜的结构组成,核被膜 (nuclear envelope),核膜(nuclear membrane),外核膜 核糖体颗粒 与内质网相连 内核膜 无核糖体颗粒 LBR 核周间隙 与内质网腔相通 核孔 内外膜融合 孔膜区,核孔复合体(NPC),孔膜区域组装的复杂蛋白复合物 核质物质运输,核纤层(nuclear lamina),核纤层蛋白(lamin A-C) 纤维状网络结构 结构支撑 调节基因表达 调节DNA损伤修复,内核膜 NPC 核周染色质,分裂期 核被膜的崩解与组装,核基质,核骨架 蛋白质纤维网架结构体系 真核生物细胞核起源
3、于原核细胞入侵?融合?,染色质,分子生物学:万倍压缩,遗传学:数量 核型 结构,细胞生物学:不同染色质形态的核内分布 核周异染色质 袢环结构(loop) 染色体区域化分布,核仁与核体,核仁:染色体的核仁组织区 RNA 蛋白 核糖体的装配工厂,核体:功能元件 RNP集中区域 非编码RNA 蛋白 RNA修饰 RNP组装 核糖体装配,内容提要,基本结构及主要功能元件,1,核内分子生物学过程概述,2,核孔复合体及其介导的物质运输,3,核膜的崩解与组装,4,核仁及其他核内结构的组成与功能,5,核内分子生物学过程,染色质结构调节 DNA复制、修复、重组 基因转录及其调控 RNA 加工,短片:chromos
4、ome coil,短片:DNA replication,短片:strand exchange,短片:gene transcription,内容提要,基本结构及主要功能元件,1,核内分子生物学过程概述,2,核孔复合体及其介导的物质运输,3,核膜的崩解与组装,4,核仁及其他核内结构的组成与功能,5,核孔复合体-核质转运通道,跨内外核膜 亲水通道 核孔直径 80-120nm 复合体直径120-150nm 自由扩散 顺浓度梯度 有效直径 9-10nm 40-60KD 无需能量 主动运输 信号肽 需能量 不去折叠 双向同时运输 转运速度极快(500个/s),短片:Rapid nuclear import
5、ation,核孔复合体的结构,30余种蛋白亚基 多拷贝组合 八边形对称结构,柱状亚基 环带亚基 腔内亚基 环状亚基 蛋白纤维 核篮,核孔复合体转运的分子尺寸限制,无定形结构域(unstructured region) 无序屏障,主动运输与信号肽,蛋白分选:信号肽 核转运信号(NTS) 核分选:核定位信号(NLS) 核输出信号(NES) 任何位置 完成分选后不剪切,核孔复合体转运的生物大分子,NTS/向导蛋白 转入(Import) 组蛋白 DNA聚合酶 RNA聚合酶 RNA加工相关蛋白 转出(Export) tRNA mRNA 核糖体前体颗粒 转入&转出 基因转录调控蛋白(转录因子) RNA向导
6、蛋白,主动运输模型,通道:NPC 出入口:蛋白纤维 搬运工:核转运受体 (nuclear transport receptor) 辅助:FG-repeats Ran GTP,直接结合 多种NTR 识别不同NTS 间接结合 适配蛋白(adaptor protein),无信号肽大分子 “搭车” RNA 蛋白质 与有信号肽的蛋白结合,两类核转运受体(NTR) 入核转运受体(NIR) 识别NLS 蛋白入核 出核转运受体(NER) 识别NES 蛋白出核,核转运受体对靶蛋白的识别,GTPase:Ran,导航: 控制转运方向 调控因子: Ran-GAP Ran-GEF,Ran控制的NTR分子开关,NPC主动
7、运输的分子模型,RNA的出核转运,向导分子:具有NES的辅助蛋白 质量检查:正确折叠和加工的RNA分子才能 获得出核资格,内容提要,基本结构及主要功能元件,1,核内分子生物学过程概述,2,核孔复合体及其介导的物质运输,3,核膜的崩解与组装,4,核仁及其他核内结构的组成与功能,5,核膜的崩解与组装-骨架章交叉,发生于细胞分裂过程中 触发点:磷酸化 p34cdc2 N端Ser22 C端Ser392 Lamin A 单体形式游离 Lamin B 与核膜小泡结合,核膜的崩解与组装,1 核孔复合体和核被膜片段如何找到染色体? 2 游离到胞质中的核蛋白如何回到核内? 3 如何避免不属于核内的胞质蛋白在核膜
8、组装时混入核内?,找到染色体,前期核膜崩解后 游离于胞质内: 核膜小泡(双层核膜+膜蛋白) NPC亚基蛋白+NIR FG repeats Lamin Ran Ran-GAP 末期染色体上: Ran-GEF Ran-GTP Cloud Lamin去磷酸化启动核膜重组: 核膜小泡 Lamin NPC蛋白+NIR NPC+NIR Ran-GTP Cloud,核蛋白回归及非核蛋白屏蔽,NPC 组装完毕即开始工作:入核转运 NLS不剪切的生理意义:反复利用 核膜组装紧贴染色体:屏蔽非核蛋白,无意义转运 核蛋白回归,内容提要,基本结构及主要功能元件,1,核内分子生物学过程概述,2,核孔复合体及其介导的物质
9、运输,3,核膜的崩解与组装,4,核仁及其他核内结构的组成与功能,5,核仁- Ribosome-producing factory,Unlike many of the major organelles in the cell, the nucleolus is not bound by a membrane, it is a large aggregate of macromolecules. 染色质(rRNA genes) 前体rRNA 成熟rRNA rRNA加工酶 向导RNA(snoRNP) 核糖体蛋白 核糖体亚单位前体颗粒 核骨架,染色质的核仁组织区,核仁组织区袢环DNA 核仁主体结构,核糖体加工过程,rRNA基因转录 前体rRNA加工 成熟rRNA组装 核糖体亚单位前体颗粒出核,核仁的电镜结构,纤维中心:rRNA基因区域 rRNA基因转录 致密纤维组分:snoRNP 前体rRNA加工 颗粒组分:核糖体亚单位前体颗粒组装及出核转运,核体,了解最少的核内亚结构 高度动态性 特殊蛋白或RNA聚集的区域 RNA工具箱 Cajal body & GEMS 染色质间颗粒 snoRNP snRNP,核体-RNA工具箱,Thank You !,
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