第八章 细胞核与染色体 通常一个细胞一个核，肝细胞和心肌细胞可有双核，破骨细胞可有6~50个细胞核，骨骼肌细胞可有数百个核。 第八章 细胞核与染色体 通常一个细胞一个核，肝细胞和心肌细胞可有双核，破骨细胞可有6~50个细胞核，骨骼肌细胞可有数百个核。 正在生长的细胞中，核位于细胞中央，在分化成熟的细胞中，常因细胞内含物或特殊结构的存在，核被挤到边缘。 细胞核的主要结构包括：①核被膜（nuclear envelope）、②核仁（nucleolus）、③核基质（nuclear matrix）、④染色质（chromatin）、⑤核纤层（nuclear lamina）等部分。 细胞核的主要功能有两个方面：①遗传和②发育。前者表现为通过DNA染色体的复制和细胞分裂，维持物种的世代连续性。后者表现为通过调节基因表达的时空顺序，控制细胞的分化，完成个体发育的使命。
细胞核的结构
第一节 核被膜 包被在核外的双层膜结构，形成核内特殊的微环境，保护DNA分子免受损伤，使 DNA的复制和RNA的翻译表达在时空上分隔开来，染色体定位于核膜上，有利于解旋、复制、凝缩、平均分配到子核，核被膜还是核质物质交换的通道。 一、核被膜是双层膜结构 核被膜由内核膜（inner nuclear membrane）、外核膜（outer nuclear membrane）和核周隙（perinuclear space）三部分构成。核被膜上有核孔与细胞质相通。 外核膜胞质面常附有核糖体，并与内质网相连，核周隙与内质网腔相通。外核膜上附着10nm的中间纤维intermediate filament，说明核是被内质网和中间纤维相对固定的。
内核膜的内表面有一层网络状纤维蛋白质，叫核纤层（nuclear lamina），可支持核膜。核纤层由核纤肽（lamin）和中间纤维构成，核纤肽分子量约60~80KD，在哺乳类和鸟类中可分为A、B两型。 核纤层的作用有两个方面：1．保持核的形态：用高盐溶液、非离子去污剂和核酸酶去除大部分核物质，剩余的核纤层仍能维持核的轮廓。此外，核纤层与核骨架以及穿过核被膜的中间纤维相连，使胞质骨架和核骨架形成一连续网络结构。2．参与染色质和核的组装：核纤层在细胞分裂时呈现出周期性的变化，在间期核中，核纤层提供了染色质（异染色质）在核周边锚定的位点。在前期结束时，核纤层被磷酸化，核膜解体。其中B型核纤肽与核膜残余小泡结合，A型溶于胞质中。在分裂末期，核纤肽去磷酸化重新组装，介导了核膜的重建。
核膜结构示意图
核纤层的结构
二、核孔复合体 核孔是细胞核与细胞质之间物质交换的通道，一方面核的蛋白都是在细胞质中合成的，通过核孔定向输入细胞核，另一方面细胞核中合成的各类RNA、核糖体亚单位需要通过核孔运到细胞质。此外注射实验证明，小分子物质能够以自由扩散的方式通过核孔进入细胞核。 核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin）构成，称为核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）。一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。如蛙卵细胞每个核可有37.7X106个核孔，但其成熟后细胞核仅150~300个核孔。
在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，结构似fish-trap，主要包括以下几个部分：①胞质环（cytoplasmic ring），位于核孔复合体胞质一侧，环上有8条纤维伸向胞质；②核质环（nuclear ring），位于核孔复合体核质一侧，上面伸出8条纤维，纤维端部与端环相连，构成笼子状的结构；③转运器（transporter），核孔中央的一个栓状的中央颗粒；④辐（Spoke）：核孔边缘伸向核孔中央的突出物。 大多数情况下，细胞核内的RNA是与蛋白质形成RNP复合物转运出细胞核的。RNP的蛋白质上具有核输出信号（nuclear export signal, NES），可与细胞内的受体exportin结合，形成RNP-exportin-Ran-GTP复合体，输出细胞核后，Ran-GTP水解，释放出结合的RNA，Ran-GDP、exportin和RNP蛋白返回细胞核。
抽提后的核孔复合体胞质面结构 抽提后的核孔复合体核质面结构
核孔复合体结构模型
三、核孔复合体的成分 推测100余种不同的多肽，1000多个蛋白质分子，统称为核孔蛋白(nucleoporin,Nup)。已在酵母中鉴定到30余种，在脊椎动物中鉴定到10余种。 Gp210位于孔膜区，功能包括：介导核孔复合体与核被膜连接；在介导核被膜融合形成复合体时起重要作用；在介导核质交换时起作用。 p62是一类功能性的核孔蛋白，可能直接参与核质交换。
四、核孔的功能（核质交换双向选择性亲水通道） 特殊的跨膜运输蛋白复合体，具有双功能，双向性。 一、被动扩散 核孔有效直径10nm左右，扩散速度与分子量成反比。小于5×103的可自由进入，大于60×103的球蛋白不能进入。 二、主动运输 主动运输的选择性。(1)对颗粒大小的限制，一般可达10-20nm，表明核孔复合体的有效直径是可以调节的；(2)主动运输是信号识别和载体介导的过程，需要ATP；(3)具有双向性。 亲核蛋白包括驻留性的和穿梭性的。
金颗粒标记的核蛋白穿越核孔
通过核孔复合体进行物质运输的功能示意图
爪蟾卵母细胞核质蛋白注射试验
核定位信号： 1982年R. Laskey发现核内含量丰富的核质蛋白（nucleoplasmin）的C端有一个信号序列，可引导蛋白质进入细胞核，称作核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原，它在胞质中合成后很快积累在核中。其NLS为：pro-pro-lys-lys-lys-Arg-Lys-val，即使单个氨基酸被替换，亦失去作用。 NLS由4-8个氨基酸组成，含有Pro、Lys和Arg。对其连接的蛋白质无特殊要求，并且完成核输入后不被切除。 Karyopherin是一类与核孔选择性运输有关的蛋白家族，相当于受体蛋白。其中imporin负责将蛋白从细胞质运进细胞核，exportin负责相反方向的运输。
通过核孔复合体的转运还涉及Ran蛋白，Ran是一种G蛋白，调节货物受体复合体的组装和解体，在细胞核内Ran-GTP的含量远高于细胞质。 核质蛋白向细胞核的输入可描述如下：①蛋白与NLS受体，即imporin α/β二聚体结合；②货物与受体的复合物与NPC胞质环上的纤维结合；③纤维向核弯曲，转运器构象发生改变，形成亲水通道，货物通过；④货物受体复合体与Ran-GTP结合，复合体解散，释放出货物；⑤与Ran-GTP结合的imporin β，输出细胞核，在细胞质中Ran结合的GTP水解，Ran-GDP返回细胞核重新转换为Ran-GTP；⑥imporin α在核内exportin的帮助下运回细胞质。