细胞核的功能

细胞核的功能是：

1、遗传物质储存和复制的场所。从细胞核的结构看出，细胞核中最重要的结构是染色质，染色质的组成成分是蛋白质分子和DNA分子，而DNA分子又是主要遗传物质。当遗传物质向后代传递时，必须在核中进行复制。

2、细胞遗传性和细胞代谢活动的控制中心。遗传物质能经复制后传给子代，同时遗传物质还必须将其控制的生物性状特征表现出来，这些遗传物质绝大部分都存在于细胞核中。

例如，英国的克隆绵羊“多莉”就是将一只母羊卵细胞的细胞核除去，然后，在这个去核的卵细胞中，移植进另一个母羊乳腺细胞的细胞核，最后由这个卵细胞发育而成的。“多莉”的遗传性状与提供细胞核的母羊一样。

扩展资料 

细胞核的组成物质

1、核被膜

核被膜包裹在核表面，由基本平行的内膜、外膜两层膜构成。内核膜也参与蛋白质合成。内核膜的核质面有厚20～80nm的核纤层是一层由细丝交织形成的致密网状结构。

2、染色质

染色质是遗传物质DNA和组蛋白在细胞间期的形态表现。在HE染色的切片上，染色质有的部分着色浅淡，称为常染色质，是核中进行RNA转录的部位。

3、核仁

核仁经常出现在间期细胞核中，它是匀质的球体，其形状、大小、数目依生物种类，细胞形成和生理状态而异。核仁的主要功能是进行核糖体RNA的合成和核糖体的形成。

4、核基质

核基质呈网络状的核基质纤维充满核空间，与核纤层和核孔复合体相连，核仁被网络在核基质纤维的网架中。核基质、核纤层和中等纤维形成一个贯穿于核质间的统一网架结构体系。

-细胞核

核小体是染色质组装的基本结构单位，由DNA与组蛋白组装成核小体。

染色质是指间期细胞核内由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。染色体是指细胞在有丝分裂或减数分裂的特定阶段，由染色质聚缩而成的棒状结构。

实际上，二者之间的区别主要并不在于化学组成上的差异，而在于包装程度不同，反映了它们在细胞周期不同的功能阶段中所处的不同的结构状态。在真核细胞的细胞周期中，大部分时间是以染色质的形态而存在的。

通过分离胸腺、肝或其他组织细胞的核，用去垢剂处理后再离心收集染色质进行生化分析，确定染色质的主要成分是DNA和组蛋白，还有非组蛋白及少量RNA。

大鼠肝细胞染色质常被当作染色质成分分析模型，其中组蛋白与DNA含量之比近于1:1，非组蛋白与DNA之比是06:1，RNA与DNA之比为01:1。DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白与RNA的含量则随细胞生理状态不同而变化。

扩展资料：

凡是具有细胞形态的生物其遗传物质都是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA。在真核细胞中，每条未复制的染色体包含一条纵向贯穿的DNA分子。狭义而言，某一生物的细胞中储存于单倍染色体组中的总遗传信息，组成该生物的基因组。真核生物基因组DNA的含量比原核生物高得多。

能识别特异的DNA序列，识别信息来源于DNA核苷酸序列本身，识别位点存在于DNA双螺旋的大沟部分，识别与结合靠氢键和离子键。

在不同的基因组之间，这些非组蛋白所识别的DNA序列在进化上是保守的。这类序列特异性DNA结合蛋白具有一个共同特征，即形成与DNA结合的螺旋区并具有蛋白二聚化的能力。

虽然与DNA特异序列结合的蛋白质在每一个真核细胞中只有10 000个分子左右，约占细胞总蛋白的1/50 000，但具有多方面的重要功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。如帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域；协助启动DNA复制，控制基因转录，调节基因表达等。

——染色质

　　常温下，染色体用醋酸洋红溶液或龙胆紫溶液染色；低温时，低温会影响龙胆紫溶液或醋酸洋红液的作用，所以在低温时会选择改良苯酚品红染液对染色体染色。

　　染色体的成分就是是细胞内具有遗传性质的物体,易被碱性染料染成深色,所以叫染色体（染色质）；其本质是脱氧核甘酸,是细胞核内由核蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体,是遗传物质基因的载体，用醋酸洋红溶液、龙胆紫溶液、改良苯酚品红染液等进行染色。

　　染色体：

　　染色体的超微结构显示染色体是由直径仅100埃（Å，1埃=01纳米）的DNA-组蛋白高度螺旋化的纤维所组成。每一条染色单体可看作一条双螺旋的DNA分子。有丝分裂间期时，DNA解螺旋而形成无限伸展的细丝，此时不易为染料所着色，光镜下呈无定形物质，称之为染色质。有丝分裂时DNA高度螺旋化而呈现特定的形态，此时易被碱性染料着色，称之为常染色体。

　　1970年后陆续问世的各种显带技术对染色体的识别作出了很大贡献。中期染色体经过DNA变性、胰酶消化或荧光染色等处理，可出现沿纵轴排列的明暗相间的带纹。按照染色体上特征性的标志可将每一个臂从内到外分为若干区，每个区又可分为若干条带，每条带又再分为若干个亚带，例如“9q341”即表示9号染色体长臂第3区第4条带的第1个亚带。由于每条染色体带纹的数目和宽度是相对恒定的，根据带型的不同可识别每条染色体及其片段。

　　80年代以来根据DNA双链互补的原理，应用已知序列的DNA探针进行荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization，FISH）可以识别整条染色体、染色体的1个臂、1条带甚至一个基因，因而大大提高了染色体识别的准确性和敏感性。染色体是遗传物质—基因的载体，控制人类形态、生理和生化等特征的结构基因呈直线排列在染色体上。2000年6月26日人类基因组计划（HGP）已宣布完成人类基因组序列框架图。2001年2月12日HGP和塞雷拉公司公布了人类基因组图谱和初步分析结果。人类基因组共有3～35万个基因，而不是以往认为的10万个。由此可见，染色体和基因二者密切相关，染色体的任何改变必然导致基因的异常。

核小体是染色质组装的基本结构单位，由DNA与组蛋白组装成核小体。

　　染色质是指间期细胞核内由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。染色体是指细胞在有丝分裂或减数分裂的特定阶段，由染色质聚缩而成的棒状结构。实际上，二者之间的区别主要并不在于化学组成上的差异，而在于包装程度不同，反映了它们在细胞周期不同的功能阶段中所处的不同的结构状态。在真核细胞的细胞周期中，大部分时间是以染色质的形态而存在的。

　　几乎所有细胞生命活动都要从染色质开始。细胞的成长、分裂甚至衰老与死亡都是受基因控制的，而细胞内基因存在与发挥功能的结构基础是染色质。与基因组直接相关的细胞活动都是在染色质水平进行的，如DNA复制、基因转录、同源重组、DNA修复，包括转录耦联的修复以及DNA和组蛋白的各种修饰。这些修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化、亚硝基化和泛素化等。

通过分离胸腺、肝或其他组织细胞的核，用去垢剂处理后再离心收集染色质进行生化分析，确定染色质的主要成分是DNA和组蛋白，还有非组蛋白及少量RNA。大鼠肝细胞染色质常被当作染色质成分分析模型，其中组蛋白与DNA含量之比近于1:1，非组蛋白与DNA之比是06:1，RNA与DNA之比为01:1。DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白与RNA的含量则随细胞生理状态不同而变化。 基因组

凡是具有细胞形态的生物其遗传物质都是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA。在真核细胞中，每条未复制的染色体包含一条纵向贯穿的DNA分子。狭义而言，某一生物的细胞中储存于单倍染色体组中的总遗传信息，组成该生物的基因组。真核生物基因组DNA的含量比原核生物高得多。

突变分析结果表明，并非所有基因都是细胞生存的必需基因，如酵母基因组有40%的基因属于非必需基因，果蝇基因组只有5000个必需基因，最小最简单的细胞支原体，有迄今发现的能独立生活的有机体的最小基因组（482个基因），其中只有256个必需基因。

类型

以人类基因组为例，生物基因组DNA可以分为以下几类。

1、蛋白编码序列。以三联体密码方式进行编码。编码DNA在基因组中所占比例随生物而异，在人类细胞基因组中，这一比例只有15%左右。这类编码序列主要是非重复的单一DNA序列，一般在基因组中只有一个拷贝（单一基因），然而，也有可能有两个或几个拷贝甚至多达上千个拷贝的情况，这些都来自于从基因家族里派生出来的重复基因或多基因。

2、编码rRNA、tRNA、snRNA和组蛋白的串联重复序列。它们在基因组中一般有20~300个拷贝，人类基因组中约含有03%这样的DNA。

3、含有重复序列的DNA。这类DNA在基因组中占有很大一部分。它们又可以分为两个亚类：简单序列DNA和散在重复序列。DNA转座子、LTR反转座子、非LTR反转座子和假基因都属于散在重复序列。非LTR反转座子包括短散在元件和长散在元件。典型SINE其长度少于500bp，如人和灵长类基因组中大量分散存在的Alu家族，人基因组中有50万~70万份Alu拷贝，相当于平均每隔4kb就有一个Alu序列；典型LINE其长度在6~8kb之间，如人基因组中L1家族，有100 000个L1拷贝。

4、未分类的间隔DNA。

5、高度重复DNA序列：

①卫星DNA，重复单位长5~100bp，不同物种重复单位碱基组成不同，一个物种也可能含有不同的卫星DNA序列。

②小卫星DNA，重复单位长12~100bp，重复3 000次之多，又称数量可变的串联重复序列，每个小卫星区重复序列的拷贝数是高度不变的，因此早前常用于DNA指纹技术作个体鉴定。研究发现小卫星序列的改变可以影响邻近基因的表达，基因的异常表达会导致一系列不良后效应。

③微卫星DNA，重复单位序列最短，只有1~5bp，串联成簇长度50~100bp。

二级结构

生物的遗传信息储存在DNA的核苷酸序列中，生物界物种的多样性也寓于DNA分子4种核苷酸千变万化的排列之中。DNA分子不仅一级结构具有多样性，而且二级结构也具有多态性。所谓二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。DNA二级结构构型分3种：

①B型DNA（右手双螺旋DNA），是“经典”的Watson-Crick结构，二级结构相对稳定，水溶液和细胞内天然DNA大多为B型DNA；

②A型DNA（右手双螺旋DNA），是一般B型DNA的重要变构形式，其分子形状与RNA的双链区和DNA/RNA杂交分子很相近；

③Z型DNA（左手双螺旋DNA），也是B型DNA的变构形式。

3种构型DNA中，特别是大沟的特征在遗传信息表达过程中起关键作用，基因表达调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧链与沟中碱基对两侧潜在的氢原子供体（═NH）或受体（O和N）形成氢键而识别DNA遗传信息的。由于大沟和小沟中这些氢原子供体和受体各异以及排列不同，所以大沟携带的信息要比小沟多。此外，沟的宽窄及深浅也直接影响碱基对的暴露程度，从而影响调控蛋白对DNA信息的识别。B型DNA是活性最高的DNA构型，变构后的A型DNA仍有较高活性，变构后的Z型DNA活性明显降低。

此外，DNA双螺旋能进一步扭曲盘绕形成特定的高级结构，正、负超螺旋是DNA高级结构的主要形式。DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，这种变化在DNA复制、修复、重组与转录中具有重要的生物学意义。 与染色质DNA结合的蛋白负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读。这些DNA结合蛋白包括两类：一类是组蛋白，与DNA结合但没有序列特异性；另一类是非组蛋白，与特定DNA序列或组蛋白相结合。

组蛋白

组蛋白是构成真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，等电点一般在pH100以上，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合，而且一般不要求特殊的核苷酸序列。

用聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分5种不同的组蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。几乎所有真核细胞都含有这5种组蛋白，而且含量丰富，每个细胞每种类型的组蛋白约6×10个分子。5种组蛋白在功能上分为两组：

①核小体组蛋白。包括H2A、H2B、H3和H4。这4种组蛋白有相互作用形成复合体的趋势，它们通过C端的疏水氨基酸互相结合，而N端带正电荷的氨基酸则向四面伸出以便与DNA分子结合，从而帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构。这4种组蛋白没有种属及组织特异性，在进化上十分保守，特别是H3和H4是所有已知蛋白质中最为保守的。从这种保守性可以看出，H3和H4的功能几乎涉及它们所有的氨基酸，任何位置上氨基酸残基的突变可能对细胞都将是有害的。

②H1组蛋白。其分子较大。球形中心在进化上保守，而N端和C端两个“臂”的氨基酸变异较大，所以H1在进化上不如核小体组蛋白那么保守。在构成核小体时H1起连接作用，它赋予染色质以极性。H1有一定的种属及组织特异性。在哺乳类细胞中，组蛋白H1约有6种密切相关的亚型，氨基酸顺序稍有不同。在成熟的鱼类和鸟类的红细胞中，H1 为H5取代。有的生物如酵母缺少H1，结果酵母细胞差不多所有染色质都表现为活化状态。

非组蛋白

非组蛋白主要是指与特异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 protein)。利用凝胶延滞实验（gel retardation assay）,可以在细胞抽提物中进行检测。首先制备一段带有放射性标记的已知特异序列的DNA，将要检测的细胞抽提物与标记DNA混合，进行凝胶电泳。未结合蛋白的自由DNA在凝胶上迁移最快，而与蛋白质结合的DNA迁移慢，一般结合的蛋白质分子越大，DNA分子的延滞现象越明显，然后通过放射自显影分析，即可发现一系列DNA带谱，每条带分别代表不同的DNA-蛋白质复合物。每条带相对应的结合蛋白随后再通过细胞抽提物组分分离方法被进一步分开。

特性

①酸碱性：组蛋白是碱性的，而非组蛋白则大多是酸性的。

②多样性：非组蛋白占染色质蛋白的60%~70%，不同组织细胞中其种类和数量都不相同，代谢周转快。包括多种参与核酸代谢与修饰的酶类如DNA聚合酶和RNA聚合酶、HGM蛋白（high mobility group protein）、染色体支架蛋白、肌动蛋白和基因表达蛋白等。

③特异性：能识别特异的DNA序列，识别信息来源于DNA核苷酸序列本身，识别位点存在于DNA双螺旋的大沟部分，识别与结合靠氢键和离子键。在不同的基因组之间，这些非组蛋白所识别的DNA序列在进化上是保守的。这类序列特异性DNA结合蛋白具有一个共同特征，即形成与DNA结合的螺旋区并具有蛋白二聚化的能力。

④功能多样性：虽然与DNA特异序列结合的蛋白质在每一个真核细胞中只有10 000个分子左右，约占细胞总蛋白的1/50 000，但具有多方面的重要功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。如帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域；协助启动DNA复制，控制基因转录，调节基因表达等。

结构模式

虽然非组蛋白种类众多，但是根据它们与DNA结合的结构域不同，可分为不同的家族。

①α螺旋-转角-α螺旋模式（helix - turn - helix motif）

这是最早在原核基因的激活蛋白和阻抑物中发现的。迄今已经在百种以上原核细胞和真核生物中发现这种最简单、最普遍的DNA结合蛋白的结构模式。这种蛋白与DNA结合时，形成对称的同型二聚体（symmetric homodimer）结构模式。构成同型二聚体的每个单体由20个氨基酸的小肽组成α螺旋-转角-α螺旋结构，两个α螺旋相互连接构成β转角，其中羧基端的α螺旋为识别螺旋（recognition helix），负责识别DNA大沟的特异碱基信息，另一个α螺旋没有碱基特异性，与DNA磷酸戊糖链骨架接触。这种蛋白在与DNA特异结合时，以二聚体形式发挥作用，结合靠蛋白质的氨基酸侧链与特异碱基对之间形成氢键。

②锌指模式（zinc finger motif）

负责 5S RNA、tRNA 和部分 snRNA 基因转录的RNA聚合酶Ⅲ所必须的转录因子。TFⅢ A 是首先被发现的锌指蛋白，由344个氨基酸组成。TFⅢ A 含有9个有规律的锌指重复单位，每个单位30个氨基酸残基，其中一对半胱氨酸和一对组氨酸与Zn2+形成配位键。每个锌指单位是一个DNA结合结构域（DNA-binding domain），每个锌指的 C 末端形成α螺旋负责与DNA结合。这类Cys2/His2锌指单位的共有序列（consensus sequence）是：Cys - X2~4 - Cys - X3 - Leu - X2 - His - X3 - His。哺乳类转录因子 SP1 也有类似的锌指结构，由三个锌指单位组成。另一类锌指蛋白含两对半胱氨酸，而不含组氨酸，如哺乳类细胞的甾体类激素受体蛋白。这类Cys2/Cys2锌指单位的结合Zn2+的共有序列是：Cys - X2 - Cys - X13- Cys - X2- Cys。不同的锌指识别不同的碱基序列，因为不同锌指的氨基酸组成不一样。

③亮氨酸拉链模式（leucine zipper motif，ZIP）

在构建转录复合物过程中，普遍涉及蛋白与蛋白之间的相互作用，形成二聚体是识别特异DNA序列蛋白的相互作用的共同原则，亮氨酸拉链就是富含Leu残基的一段氨基酸序列所组成的二聚化结构。这类序列特异性DNA结合蛋白家族，包括酵母的转录激活因子（GCN4）、癌蛋白Jun、Fos、Myc以及增强子结合蛋白（enhancer binding protein，C/EBP）等。所有这些蛋白的肽链羧基端约35个氨基酸残基有形成α螺旋的特点，每两圈（7个氨基酸残基）有一个亮氨酸残基。这样，在α螺旋一侧的Leu排成一排，两个蛋白质分子的α - 螺旋之间靠Leu残基之间的疏水作用力形成一条拉链状结构。这类蛋白与DNA的特异结合都是以二聚体形式起作用的，但与DNA结合的结构域是拉链区相邻的肽链 N 端带正电荷的碱性氨基酸区。

④螺旋-环-螺旋结构模式（helix - loop - helix motif，HLH）

HLH这一结构模式广泛存在于动、植物DNA结合蛋白中。HLH由40~50个氨基酸组成两个两性α螺旋，两个α螺旋中间被一个或几个β转角组成的环区所分开。每个α螺旋由15~16个氨基酸残基组成，并含有几个保守的氨基酸残基。具有疏水面和亲水面的两性α螺旋有助于二聚体的形成。α螺旋邻近的肽链 N 端也有带正电荷的碱性氨基酸区与靶DNA大沟结合。具有螺旋-环-螺旋结构的蛋白家族成员之间形成同源或异源二聚体是这类蛋白与DNA结合的必要条件，缺失α螺旋的二聚体不能牢固结合DNA。

⑤HMG框结构模式（HMG-box motif）

在发现一组丰富的高速泳动族蛋白（high mobility group protein）以后，首先命名HMG框结构模式。该结构由3个α螺旋组成 boomerang-shaped 结构模式，具有弯曲DNA的能力。因此，具有HMG框结构的转录因子又称为“构件因子（architectural factor）”，它们通过弯曲DNA、促进与邻近位点相结合的其他转录因子的相互作用而激活转录。SRY是一种HMG蛋白，在人类男性性别分化中具有关键作用，HMG蛋白由Y染色体上一个基因编码，在诱导睾丸分化途径中一些相关基因的转录活性被HMG蛋白所激活。