? 过氧化物酶体的发生 分选途径（Road map） 过氧化物酶体与溶酶体的区别 ?门控运输（gated transport）；
?1y???ˉ????ì?oí3???èü??ì?μ?D?ì?ó?′óD?àà??￡? ?跨膜运输（transmembrane transport）； μ?1y???ˉ????ì??Dμ??ò?á???ˉ??μè3￡D?3é?§?? ?膜泡运输（vesicular transport） ×′?á11￡??é×÷?aμ??μ??ê?±eμ??÷òaì??÷?￡ ?拓扑学等价性（Topologically equivalent）的维持 三．膜泡运输 ?í¨1yà?D??é·?à?1y???ˉ????ì?oíèü??ì?
膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍
存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本 ?过氧化物酶体和溶酶体的差别
身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定
过氧化物酶体的功能
向运输及其复杂的调控过程。 ?动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液
?三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用 。
中的有毒成分，起到解毒作用。
?膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复 过氧化物酶体中常含有两种酶：
杂调控 三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用
依赖于黄素（FAD）的氧化酶，其作用是将底物氧化
?网格蛋白包被小泡 形成H2O2；
? COPII包被小泡
过氧化氢酶，作用是将H2O2分解，形成水和氧气。
? COPI包被小泡 ?过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。
网格蛋白包被小泡
?在植物细胞中过氧化物酶体的功能：
?负责蛋白质从高尔基体TGN?质膜、胞 ? 在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物的氧化，
内体或溶酶体和植物液泡运输
即所谓光呼吸反应；
?在受体介导的细胞内吞途径也负责将物 ? 乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体
质从质膜?内吞泡(细胞质) ? 胞内体?溶酶体运输
降解储存的脂肪酸?乙酰辅酶A?琥珀酸?葡萄糖。
?高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地
COPII包被小泡 过氧化物酶体的发生
?负责从内质网?高尔基体的物质运输； ? 氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体
? COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成；包被蛋白的装配 还需要进一步装配形成成熟的细胞器。
是受控的； ? 组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质
? COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓 中合成，然后转运到过氧化物酶体中。
缩。 ? 过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-targeting signal，
COPI包被小泡 PTS）：
? COPI包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配 ? PTS1为Ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的C端。
与去装配依赖于ARF(GTP-binding protein)； ? PTS2为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋
?负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escaped proteins）? ER。 白N-端。
?细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制： ? 过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的
?转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运； 受体蛋白。
?通过识别驻留蛋白C-端的回收信号(lys-asp-glu-leu,KDEL) ? 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。
的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。 ? 内质网也参与过氧化物酶体的发生
? COPI-包被小泡在非选择性的批量运输( bulk flow)中 一、分泌蛋白合成的模型---信号假说
行使功能, 负责 rER? Golgi ? SV ? PM。 ?信号假说(Signal hypothesis)
? COPI-包被小泡除行使Golgi→ER逆行转运外，也可行 G．Blobel et al：Signal hypothesis,1975
使顺行转运功能, 从ER→ER-Golgi IC→Golgi。 ?信号肽（Signal peptide）与共转移（Cotranslocation）
膜泡运输是特异性过程，涉及多种 ?导肽（Leader peptide）与后转移（Post translocation）
蛋白识别、组装-去组装的复杂调控 信号假说
?膜泡融合是特异性的选择性融合，从而指导细胞内膜流的方向 ?信号假说内容
?选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用 ?指导因子： 蛋白质N-端的信号肽（signal peptide）
（如神经细胞质膜的syntaxin特异结合突触小泡膜上的VAMP— ?信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）
vesicle-associated membrane protein) ?信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白docking protein，DP）等
? 在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系
而高尔基体是重要集散中心。由于内质网的驻留蛋白具有回收信
信号肽与共转移
号，即使有的蛋白发生逃逸，也会保留或回收回来，所以有人将内 ?信号肽（Signal peptides）与
质网比喻成“开放的监狱”（open prison）。高尔基体在细胞的膜泡 信号斑（Signal patches）
运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微 ?起始转移序列和终止转移序列
管组织中心(MTOC)附近并在高尔基体膜囊上结合有类似动力蛋白 ? 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数
的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。同样，内质网、溶酶体、 ?跨膜蛋白的取向
分泌泡和细胞质膜及胞内体也都具有各自特异的成分，这是行使复导肽与后转移
杂的膜泡运输功能的物质基础，但是在膜泡中又必须保证各细胞器?基本的特征：
和细胞间隔本身成分特别是膜成分的相对恒定。 蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细
胞器中，称后转移（post translocation）。
四、细胞结构体系的组装
蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还
?生物大分子的组装方式：
需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能
?有些装配过程需ATP或GTP提供能量或其它成份的
够正确地折叠成有功能的蛋白。
介入或对装配亚基的修饰
二、蛋白质分选（protein sorting）
?自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供
与分选信号（sorting signals）
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的装配环境 ◆氧化(电子传递、消耗氧, 放能)与磷酸化(ADP+Pi，储?装配具有重要的生物学意义： 能)
同时进行，密切偶连，分别由两个不同的结构体系执行 ?分子“伴侣”（molecular chaperones）
◆电子传递链(electron-transport chain）的四种复合生物大分子的组装方式
物，组成两种 ?自我装配（self-assembly）
呼吸链：NADH呼吸链, FADH2呼吸链 ?协助装配（aided-assembly）
◆在电子传递过程中，有几点需要说明 ?直接装配（direct-assembly）
◆ATP合成酶（ATP synthase）(磷酸化的分子基础) ?复合物与细胞结构体系的组装
电子传递链的四种复合物(哺乳类) 装配具有重要的生物学意义
?减少和校正蛋白质合成中出现的错误 ◆复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶复合物（既是电子传递 ?减少所需的遗传物质信息量 体又是质子移位体） ?通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程 分子―伴 组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个侣‖（molecular chaperones）细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合
黄素蛋白。
成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这
作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子?辅
些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，
酶Q； 泵出4 H+ 因此称为分子―伴侣‖。
◆复合物Ⅱ：琥珀酸脱氢酶复合物（是电子传递体而非第七章 细胞的能量转换──线粒体和叶绿体
质子移位体） ●线粒体与氧化磷酸化
组成：含FAD辅基，2Fe-S中心， ●叶绿体与光合作用
●线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 作用：催化2低能电子?FAD?Fe-S?辅酶Q (无●线粒体和叶绿体的增殖与起源 H+泵出)
第一节 线粒体与氧化磷酸化 ◆复合物Ⅲ：细胞色素bc1复合物（既是电子传递体又是
●线粒体的形态结构
质子移位体）
●线粒体的化学组成及酶的定位
组成：包括1cyt c1、1cyt b、1Fe-S蛋白
●氧化磷酸化
作用：催化电子从UQH2?cyt c； 泵出4 H+ （2 ●线粒体与疾病
个来自UQ， 2 个来自基质） 一、线粒体的形态结构
◆ 复合物Ⅳ：细胞色素C 氧化酶（既是电子传递体又 ●线粒体的形态、大小、数量与分布
是质子移位体） ●线粒体的超微结构
◆外膜(outer membrane）：含孔蛋白(porin)， 组成： 二聚体，每一单体含13 个亚基， 通透性较高。 三维构象 ， cyt a, cyt a3 ,Cu, Fe ◆内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内 作用：催化电子从cyt c?分子O2 形成水，2 H+泵 折叠形成嵴（cristae）。含有与能量转换相关的蛋白
出， 2 H+ 参与形成水在电子传递过程中，有几点需要说明
◆膜间隙（intermembrane space）：含许多可溶性酶、 底物
◆四种类型电子载体：黄素蛋白、细胞色素(含血红素辅基)、
及辅助因子。
Fe-S中心、辅酶Q。前三种与蛋白质结合，辅酶Q为脂溶性醌。
◆基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因
◆电子传递起始于NADH脱氢酶催化NADH氧化，形成高能电子
表达酶系等以及线粒体DNA, RNA，核糖体。
(能量转化)， 终止于O2形成水。
·执行氧化反应的电子传递链
◆电子传递方向按氧化还原电势递增的方向传递(NAD+/NAD最
·ATP合成酶
低，H2O/O2最高)
·线粒体内膜转运蛋白
◆高能电子释放的能量驱动线粒体内膜三大复合物(H+-泵)将H+从
二、线粒体的化学组成及酶的定位
基质侧泵到膜间隙， 形成跨线粒体内膜H+梯度(能量转化)
●线粒体组分分离方法
◆电子传递链各组分在膜上不对称分布
●线粒体的化学组成
ATP合成酶(磷酸化的分子基础)
●线粒体酶的定位
◆分子结构
线粒体的化学组成
◆线粒体ATP合成系统的解离与重建实验证明电子传递与ATP合成
◆蛋白质(线粒体干重的65～70％)
是由两个不同的结构体系执行, F1颗粒具有ATP酶活性
◆脂类(线粒体干重的25～30％)：
◆工作特点：可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能
·磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。
量合成ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙
·线粒体脂类和蛋白质的比值: 0.3:1（内膜）；1:1（外膜）
◆ATP合成机制—Banding Change Mechanism (Boyer 1979)
三、氧化磷酸化
◆?亚单位相对于??亚单位旋转的直接实验证据氧化磷酸化的偶联
线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细
机制—化学渗透假说
胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成、细
◆化学渗透假说内容：
胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内多种离子的跨膜转运及
电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高
电解质稳态平衡的调控有关。
能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，
●氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)的分子基础
形成H+电化学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶
●氧化磷酸化的偶联机制—化学渗透假说
回到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到
(Chemiosmotic Hypothesis, Mithchell,1961)
ATP高能磷酸键。
●质子动力势的其他作用
◆质子动力势(proton motive force)
●线粒体能量转换过程略图
◆支持化学渗透假说的实验证据该实验表明：
氧化磷酸化的分子基础
·质子动力势乃ATP合成的动力
◆氧化磷酸化过程实际上是能量转换过程，即有机
·膜应具有完整性
分子中储藏的能量?高能电子?质子动力势?ATP
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·电子传递与ATP合成是两件相关而又不同的事件
质子动力势的其他作用
◆物质转运
◆产热：冬眠动物与新生儿的Brown Fat Cell 线粒体产生大量热量
第二节 叶绿体与光合作用
●叶绿体(Chloroplast)的形态结构
●叶绿体的功能—光合作用(photosynthesis)
一、叶绿体(Chloroplast)的形态结构
●叶绿体与线粒体形态结构比较 叶绿体内膜并不向内折叠成嵴；内膜不含电 子传递链；除了膜间隙、基质外，还有类囊体； 捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体 膜上。
●叶绿体超微结构 二、叶绿体的功能—光合作用 (photosynthesis) Photosynthesis:(1)光合电子传递反应—光反应(Light Reaction) (2)碳固定反应—暗反应(Dark Reaction) ●光反应
●暗反应(碳固定)
●光合作用与有氧呼吸的关系图
光反应在类囊体膜上由光引起的光化学反应，通过叶绿素等光合色素分子吸收、传递光能，水光解，并将光能转换为电能（生成高能电子），进而通过电子传递与光合磷酸化将电能转换为活跃化学能， 形成ATP和NADPH并放出 O2 的过程。包括原初反应、电子传递和光合磷酸化。 ◆原初反应（primary reaction)光能的吸收、传递与转换，形成高能电子(由光系统复合物完成，光合作用单位的概念) ◆电子传递与光合磷酸化
电子传递与光合磷酸化
·电子传递与光合磷酸化需说明以下几点：
①最初电子供体是H2O，最终电子受体是NADP+。 ②电子传递链中唯一的H+-pump是cytb6f复合物。类囊体腔的 质子浓度比叶绿体基质高，该浓度梯度产生的原因归于： H2O光解、cytb6f 的H+-pump、NADPH的形成。ATP、 NADPH在叶绿体基质中形成。
③电子沿光合电子传递链传递时，分为非循环式光合磷酸化和 循环式光合磷酸化两条通路。循环式传递的高能电子在PSⅠ
被光能激发后经cytb6f复合物回到PSⅠ。结果是不裂解H2O、 产生O2，不形成NADPH，只产生H+跨膜梯度，合成ATP 。
暗反应(碳固定)
利用光反应产生的ATP 和NADPH，使CO2还原为糖类等有机物，即将活跃的化学能最后转换为稳定的化学能，积存于有机物中。这一过程不直接需要光(在叶绿体基质中进行)。 ◆卡尔文循环（Calvin cycle）（C3途径） ◆C4途径或 Hatch-Slack循环 ◆景天科酸代谢途径
第三节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 ●半自主性细胞器的概念： 自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码 的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、 自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的 遗传信息(自主性有限)。 ●线粒体和叶绿体的DNA
●线粒体和叶绿体的蛋白质合成
●线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装
一、线粒体和叶绿体的DNA
●mtDNA /ctDNA形状、数量、大小
●mtDNA和ctDNA均以半保留方式进行自我复制
●mtDNA复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期， DNA先复制，随后线粒体分裂。ctDNA复制的时间在G1期。 复制
仍受核控制mtDNA /ctDNA形状、数量、大小
◆双链环状(除绿藻mtDNA，草履虫mtDNA)
◆mtDNA大小在动物中变化不大，但在植物中变化较大高等植物，120kbp~200kbp；
◆人mtDNA：16,569bp，37个基因(编码12S,16S rRNA；22种tRNA；13种多肽：NADH脱氢酶7个亚基，cyt b-c1复合物中1个cytb，细胞色素C氧化酶3个亚基， ATP合成酶2个Fo亚基)
二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成
● 线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限
●线粒体或叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性（7-4） ●不同来源的线粒体基因，其表达产物既有共性，也存在差异 ●参加叶绿体组成的蛋白质来源有３种情况： ◆由ctDNA编码，在叶绿体核糖体上合成； ◆由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成； ◆由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成。
三、线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装 ●线粒体蛋白质的运送与组装
◆定位于线粒体基质的蛋白质的运送 ◆定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白质运送 ●叶绿体蛋白质的运送及组装
第四节 线粒体和叶绿体的增殖与起源
●线粒体和叶绿体的增殖 ●线粒体和叶绿体的起源
一、线粒体和叶绿体的增殖
●线粒体的增殖：由原来的线粒体分裂或出芽而来。
●叶绿体的发育和增殖
◆个体发育：由前质体（proplastid）分化而来。
◆增殖：分裂增殖
二、 线粒体和叶绿体的起源
●内共生起源学说（endosymbiosis hypothesis) ●非共生起源学说内共生起源学说 ◆叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻： Mereschkowsky，1905年
◆Margulis，1970年：线粒体的祖先-原线粒体是一种革兰氏阴性细菌：叶绿体的祖先是原核生物的蓝细菌（Cyanobacteria），即蓝藻。 ◆内共生起源学说的主要论据： ◆不足之处
内共生起源学说的主要论据
◆基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似。
◆有自己完整的蛋白质合成系统，能独立合成蛋白质，蛋白质合成机制有
很多类似细菌而不同于真核生物。
◆两层被膜有不同的进化来源，外膜与细胞的内膜系统相似，内膜与细菌 质膜相似。
◆以分裂的方式进行繁殖，与细菌的繁殖方式相同。 ◆能在异源细胞内长期生存，说明线粒体和叶绿体具有的自主性与共生性 的特征。
◆线粒体的祖先很可能来自反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌。
◆发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构--蓝小体，其特征在很多方面可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。
不足之处
◆从进化角度，如何解释在代谢上明显占优势的共生体反而将大量的遗传信息转移到宿主细胞中？
◆不能解释细胞核是如何进化来的，即原核细胞如何演化为真核细胞？
◆线粒体和叶绿体的基因组中存在内含子，而真细
菌原核生物基因组中不存在内含子，如果同意内共生起源 学说的观点，那么线粒体和叶绿体基因组中的内含子从何发生？
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非共生起源学说
◆主要内容：真核细胞的前身是一个进化上 比较高等的好氧细菌。
◆成功之处：解释了真核细胞核被膜的形成 与演化的渐进过程。
◆不足之处
第八章 细胞核(nucleus)与
染色体(chromosome) 第一节 核被膜与核孔复合体
●核被膜
●核孔复合体（nuclear pore complex,NPC）
核被膜
●结构组成 ●核被膜的功能
●核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建
结构组成
◆外核膜（outer nuclear membrane），附有核糖体颗粒
?内核膜（inner nuclear membrane），有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体） ◆核纤层（nuclear lamina） ◆核周间隙（perinuclear space） ?核孔（nuclear pore）
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。
核孔复合体
（nuclear pore complex,NPC）
结构模型
?胞质环（cytoplasmic ring），外环 ?核质环（nuclear ring），内环 ?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125×6
10，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
? p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域已知的脊椎动物核孔复合体的蛋白成份简表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 ?在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用
?在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用
p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域 ?疏水性N端区：可能在核孔复合体 功能活动中直接参与核质交换 ?C端区：可能通过与其它核孔复合体 蛋白相互作用，从而将p62分子稳定到 核孔复合体上，为其N端进行核质交换 活动提供支持。
核孔复合体的功能
?核质交换的双向性亲水通道 核孔复合体物质运输功能示意图 爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验 ?通过核孔复合体的主动运输 ?亲核蛋白与核定位信号 ?亲核蛋白入核转运的步骤 ?转录产物RNA的核输出
通过核孔复合体的主动运输
生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的 主动运输完成的，具有高度的选择性，并且是双向的。 选择性表现在以下三个方面：
?对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被 调节约10～20nm，甚至可达26nm，
?主动运输是一个信号识别与载体介导的过程， 需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征 ?主动运输具有双向性，即核输入与核输出
亲核蛋白与核定位信号
?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
?核质蛋白（nucleoplasmin）的入核转运
?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。
?NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件亲核蛋白入核转运的步骤
?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；
?细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运，也有负调控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体(spliceosome)有关。
?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。
?入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。
第二节 染 色 质
●染色质的概念及化学组成
●染色质的基本结构单位—核小体(nucleosome) ●染色质包装的结构模型 ●常染色质和异染色质
一、染色质的概念及化学组成
●染色质概念 ●染色体DNA ?染色体蛋白质
染色质概念
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◆染色质（chromatin）: 荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA 指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量 紧密结合（非特异性结合）； RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在 ?没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。 的形式。 非组蛋白 ◆染色体(chromosome): ?非组蛋白具多样性和异质性 指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩 ?对DNA具有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白
(sequence specific DNA binding proteins) 而成的棒状结构。
?具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形 ?染色质与染色体是在细胞周期不同的
成。 功能阶段可以相互转变的的形态结构
非组蛋白的不同结构模式 ?染色质与染色体具有基本相同的化学
?α螺旋-转角-α螺旋模式(helix-turn-helix motif) 组成，但包装程度不同,构象不同。
?锌指模式(Zinc finger motif) 染色体DNA
?亮氨酸拉链模式(Leucine zipper motif，ZIP) ?基因组（genome）
?螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helix motif，HLH) ?DNA分子一级结构具有多样性
?HMG-盒结构模式（HMG-box motif）： ?DNA二级结构具有多形性(polymorphism)
二、染色质的基本结构单位— 基因组（genome）
核小体(nucleosome) ?概念
主要实验证据 凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是DNA。在真核细
胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子，一个生物贮存在单倍◆铺展染色质的电镜观察
?未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐溶液处理染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。
后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构 ?基因组大小通常随物种的复杂性而增加
◆用非特异性微球菌核酸酶消化染色质，部分酶解片 ?基因组中两类遗传信息
段分析结果 ?编码序列
◆应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研究，发现 ?调控序列
核小体颗粒是直径为11nm、高6.0nm的扁园柱体，具有二分对称性 DNA分子一级结构具有多样性
（dyad symmetry），核心组蛋白的构成是先形成（H3）2﹒（H4）?非重复序列DNA
2四聚体，然后再与两个H2A﹒H2B异二聚体结合形成八聚体 ?中度重复DNA序列
◆SV40微小染色体（minichromosome）分析与电镜观察 ?短散在重复元件（short interspersed elements，SINEs）
核小体结构要点 ?长散在重复元件（long interspersed elements，LINEs）
◆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 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
体及一个分子H1 表达。
◆组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构 ?高度重复DNA序列
◆146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白H1在?卫星DNA（satellite DNA），主要分布在染色体着丝粒部位；
20bp DNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳?小卫星DNA（minisatellite DNA），又称数量可变的的串联重复 核心颗粒外结合额外
定核小体的作用。 包括组蛋白H1和166bp DNA的核小体结构又称序列，常用于DNA指纹技术（DNA finger-printing）作个体鉴定；
染色质小体。 ?卫星DNA（microsatellite DNA）重复单位序列最短，具高度多态
◆两个相邻核小体之间以连接DNA 相连，典型长度60bp，不同物性，在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。
种变化值为0～80bp DNA二级结构具有多形性(polymorphism)
◆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?三种构型DNA：
苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自组装（self-assemble） ?B型DNA（右手双螺旋DNA）；活性最高的DNA构象；
的性质 ?A型DNA，B型DNA的重要变构形式，仍有活性；
◆核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改 ?Z型DNA，Z型DNA是左手螺旋，B型DNA的另一种
变影响 变构形式，活性明显降低
基因表达 ?三种构型DNA的主要特征
三、染色质包装的结构模型 ?DNA构型的生物学意义
?染色质包装的多级螺旋模型 DNA构型的生物学意义
(multiple coiling model) ?沟（特别是大沟）的特征在遗传信息表达过程中起关键作用
●染色体的骨架-放射环结构模型 ?沟的宽窄及深浅影响调控蛋白对DNA信息的识别
(scaffold radial loop structure model) ?三种构型的DNA处于动态转变之中
●染色体包装的不同组织水平 ?DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，
染色质包装的多级螺旋模型 这种变化在DNA复制与转录中具有重要的生物学意义。
◆一级结构：核小体 染色体蛋白质
◆二级结构：螺线管(solenoid) 负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读
◆三级结构：超螺线管(supersolenoid) ◆组蛋白(histone)：
◆四级结构：染色单体（chromatid） ◆非组蛋白(nonhistone)：
压缩7倍 压缩6倍 ◆非组蛋白的不同结构模式
压缩40倍 压缩5倍 组蛋白(histone)
DNA———→核小体———→螺线管———→超螺线管?核小体组蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA
———→染色单体 卷曲形成核小体的稳定结构
染色体的骨架-放射环结构模型 ?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。
◆非组蛋白构成的染色体骨架(chromsomal scaffold)和由骨架伸出?特点：
的无数的DNA侧环） ?真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带 正电
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细胞生物学（翟中和）笔记
