细胞核的功能.pdf

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1、14生物学通报2015年第50卷第7期细胞核的功能朱钦士(美国南加州大学医学院)摘要真核细胞的显著特点之一是具有膜包裹着的细胞核，其主要功能是将基因的转录和信使核糖核酸指导合成蛋白质这2个过程在空间上分隔开。最初为蛋白质编码的RNA序列可能是被不为蛋白质编码的RNA序列所隔断的，这些非编码区后来成为DNA分子中基因里的内含子。原核细胞为了节省资源，已基本清除了基因中的内含子。而真核细胞则利用内含子，用同一个基因合成多种蛋白质，这就需要细胞核阻止含有内含子的mRNA与合成蛋白质的核糖体接触。关键词原核细胞真核细胞细胞核信使核糖核酸内含子外显子中国图书分类号：Q243文献标识码：A地球

2、上的生物都是由细胞组成的．而细胞又现，真核细胞的结构特点不仅仅是具有细胞核，还可以按照进化阶段的先后和结构的复杂程度分为具有其他被膜包裹的一些结构，称为细胞器，其中两大类：原核细胞和真核细胞。原核细胞的历史比包括线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体、真核细胞更为久远。在澳大利亚西部皮尔巴拉沉过氧化酶体等．有些真核微生物含有食物泡和收积岩(Pilbaraterrane)中发现了叠层石是由蓝细菌缩泡。对这些细胞器进行深入研究发现，它们各有(cyanobacteria)的菌膜留下的结构，而皮尔巴拉岩自己的特殊功能。例如细胞核是遗传物质DNA的层的形成年代在35亿年前的太古代(Arch

3、aean“栖身和工作之所”；线粒体是细胞的“动力工eon)，说明原核细胞在地球上至少有35亿年的历厂”，ATP在这里合成；叶绿体是进行光合作用的史。真核细胞大约出现在20亿年前，也就是原核生场所：内质网和高尔基体是对蛋白质进行修饰、分物诞生后约15亿年之后。在诞生之初，真核细胞也类和转运的器官；溶酶体是细胞的“垃圾回收是单细胞生物，但比原核生物的细胞(大约1m)站”，处理废物，让物质循环使用；过氧化酶体处大得多，真核单细胞生物的大小从几微米到几百理对细胞有害的过氧化物等。微米不等，平均几十微米。例如酵母菌的直径约为为了让这些细胞器各司其职、独立运转，所有4m，长可达50m。衣藻细胞

4、长10～100m，草履的细胞器都由膜包裹，以防止内容物混入细胞质，虫长180～280m，变形虫的长度甚至达到220～就像工厂里不同的工序需要在不同的车间中进行。740m。假设将真核生物的细胞想象成一个房线粒体和叶绿体是进行能量转化的地方，需要膜结间，那么原核生物就相当于一个暖水瓶。在显微镜构维持跨膜的氢离子梯度；进入内质网和高尔基体下，真核细胞最显著的特征就是有一个与周围细的蛋白质将被运送到细胞膜上或细胞外，因此也需胞质明显分开、界限分明的细胞核。根据此特点，要膜防止它们进入细胞质：溶酶体中含有各种水解这些细胞被称为真核细胞，这些生物也被称为真酶．而且pH值在5左右．自然也需要膜保

5、证酸性核生物(eukaryotes。其中词根karyo一是“核”的意的内环境，并防止这些水解酶进入细胞质。思，而前缀eu一在这里就是“真正”的意思)。由于相比之下，细胞核由膜包裹就不太好解释。细光学显微镜的分辨率受可见光波长(400～700nm)胞核不过是储存DNA，并且将DNA中的基因转的限制，无法看清1m以下的结构，所以在更高录为信使核糖核酸(mRNA)的场所，没有膜包裹分辨率的显微镜发明之前，真核生物细胞中能够也不妨碍这些功能。原核细胞就没有细胞核。在原被清晰辨认的结构就是细胞核。核细胞里．DNA是“漂浮”在细胞质中的，基因的电子显微镜的发明使得科学家能够看到细微转录、mRN

6、A指导蛋白质合成，都是在细胞质中进至0．2tim的微观结构。科学家使用电子显微镜发行的．这2个过程并没有在空间上区分开。而在真2015年第50卷第7期生物学通报15核细胞中，DNA转录为mRNA在细胞核中进行。体蛋白质编码的序列不是连续的。而是分为许多蛋白质的合成却在细胞质中进行，二者在空间上段。在这些实验结果的基础上，美国科学家瓦尔是分开的。DNA转录为mRNA后，蛋白质合成还托·基尔伯特(WalterGilbea)于1978年提出了内不能开始，因为合成蛋白质的核糖体在细胞质中，含子(intron)的概念。内含子是阻断基因连续线性需mRNA分子被转运到细胞质中，蛋白质合成才表达的

7、DNA序列．在mRNA合成后被“剪切”掉．能开始。这样从DNA转录为mRNA再到蛋白质合不出现在成熟的mRNA分子中。而负责为蛋白质成，中间就有一个延后期。而且许多分子经过核膜编码的区段则被称为外显子(exon)，它们被内含上的孑L进出细胞核时，还需要消耗能量(需要水解子分隔开，在转录过程中与内含子一起被转录。当GTP)。真核细胞为什么要“自找麻烦”?换句话说，mRNA分子中的内含子序列被剪切掉以后．外显真核细胞中细胞核的功能究竟是什么?子的序列就连在一起，使基因可以