第11章細(xì)胞核與染色體

1、結(jié)構(gòu)：核被膜、 核纖層、 染色質(zhì)、核仁、 核基質(zhì)。功能：遺傳物質(zhì)的存儲(chǔ)、細(xì)胞生命活動(dòng)調(diào)控中心。細(xì)胞核結(jié)構(gòu)核膜11.1 核被膜一、核被膜是雙層膜結(jié)構(gòu) 外核膜：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，附有核糖體。 核周間隙：寬2040nm，與ER腔相通。 核纖層：內(nèi)核膜內(nèi)表面的網(wǎng)絡(luò)，支持核膜， 并與染色質(zhì)、核骨架相連。 核膜功能：與。內(nèi)膜與外膜蛋白不同；內(nèi)膜含有與核纖層、染色質(zhì)等結(jié)合的跨膜蛋白核膜結(jié)構(gòu)模式圖超薄切片，負(fù)染色技術(shù)，冷凍蝕刻顯示核孔。二、核孔是物質(zhì)的通道 ，Callan和Tomlin發(fā)現(xiàn)， 核孔由至少50種不同的蛋白質(zhì)（nucleoporin），稱為核孔復(fù)合體（nuclear pore complex，NPC）

2、， 一種特殊的跨膜蛋白復(fù)合體， 一個(gè)典型的哺乳動(dòng)物細(xì)胞核上約3000-4000個(gè)， 細(xì)胞核活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)目較多，反之較少， 在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)如fish-trap， 核質(zhì)交換的雙向選擇性親水通道。NPC結(jié)構(gòu)模型核孔直徑80120nm 相對(duì)NPC軸心為八重對(duì)稱，相對(duì)膜平面不對(duì)稱 胞質(zhì)環(huán)（外環(huán)）：8條短 核質(zhì)環(huán)（核籃） 輻：分為柱狀亞、腔內(nèi)亞和環(huán)帶亞 栓（顆粒） 新發(fā)現(xiàn)：核籃側(cè)伸出8條，周期性分布8個(gè)顆粒組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并相互交叉成網(wǎng)絡(luò)核孔復(fù)合體胞質(zhì)面結(jié)構(gòu)核孔復(fù)合體核質(zhì)面NPC成分的研究 主要由蛋白質(zhì)組成，統(tǒng)稱核孔蛋白 gP210：N連接糖蛋白，位膜區(qū)，

3、錨定NPC，并與NPC 的組裝、功能有關(guān) P62：O連接糖蛋白，N端參與核質(zhì)交換；C端穩(wěn)定NPC轉(zhuǎn)運(yùn)受體Ran：一種GTP結(jié)合蛋白 從酵母到人核孔蛋白有很強(qiáng)的同源性，NPC的整個(gè) 結(jié)構(gòu)在進(jìn)化上是高度保守的。核孔主動(dòng)特點(diǎn)：a， 更有效， 100 組蛋白/NP/min比擴(kuò)散能更大的顆粒，<=26nm,NPC 有效孔徑可能被調(diào)節(jié)。b， 是一個(gè)信號(hào)識(shí)別和載體介導(dǎo)的過(guò)程，消耗GTP，具有飽和動(dòng)力學(xué)特征。c， 雙向主動(dòng)。三、核孔的功能：通過(guò)核孔的物質(zhì)核孔復(fù)合體特點(diǎn)：雙向性蛋白質(zhì)入核；RNA、 核酸白復(fù)合體(RNP)出核。雙功能擴(kuò)散：直徑小于10nm，量小于60×103； 主動(dòng)：直徑小于26

4、nm。通過(guò)核孔的主動(dòng)與蛋白信號(hào)序列有關(guān) 核信號(hào)（NLS）：引導(dǎo)蛋白進(jìn)入細(xì)胞核。 核信號(hào)特點(diǎn)：無(wú)特異保守序列，富含堿性氨基酸，通常為一段連續(xù)多肽，偶爾分為兩段，間隔約10個(gè)氨基酸，發(fā)現(xiàn)于多肽鏈的任何區(qū)段，而非于N或C端，完成核輸入后不被切除。 受體：importin。 第一個(gè)被確定的NLS是Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val Ran蛋白，屬G蛋白，復(fù)合體的或形成。 核輸出信號(hào)（NES），引導(dǎo)RNP輸出細(xì)胞核。 受體為exportin。通過(guò)核孔復(fù)合體的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)正常的酸激酶在細(xì)胞質(zhì)中加上SV40 核信號(hào)序列的丙酮酸激酶進(jìn)入細(xì)胞核 含NLS的蛋白質(zhì)仍可能因: (1)NLS被修飾(如

5、磷酸化)；(2)與細(xì)胞質(zhì)滯留因子(cytoplasmic retention factor)結(jié)合, 而滯留細(xì)胞質(zhì)中，往往為調(diào)控靶點(diǎn)。蛋白主動(dòng)進(jìn)入核中過(guò)程Wild-type: T-antigen in nucleusMutant-type: T-antigen in cytosol第一個(gè)被鑒定的猴腎T抗原NLS突變導(dǎo)致蛋白不能進(jìn)入核中出核轉(zhuǎn)運(yùn) CRM1 （exportin ）識(shí)別 NES 從而介導(dǎo)出核， CRM1 與Cargo 的結(jié)合也是受到Ran-GTP 活性的調(diào)控， CRM1 像Importin 一樣，可以與 NPC 直接結(jié)合。 rRNA：在核仁中 ，形成核糖體 后才被運(yùn)出核外； tRNA：

6、由蛋白介導(dǎo)出核；hnRNA（heterogeneous nuclear RNA, 核內(nèi)異質(zhì)RNA）： 加帽、 、剪切，與多種RNA結(jié)合蛋白形成復(fù)合體RNP（核糖 白顆粒），才能出核。Ran-GTP/GDP 決的裝載和卸載（解聚）在細(xì)胞周期中核膜的崩解和重建崩解1. 有絲 早前期，核膜崩解，是一個(gè)受調(diào)控的過(guò)程，Cdk1， PKC；2. 凝集；3. 核孔復(fù)合體解散；4. 核纖層解聚；5. 雙層核膜膜泡化，以膜泡或膜片的形式分散到細(xì)胞質(zhì)中；6. 內(nèi)層核膜蛋白也隨膜成分分散于細(xì)胞質(zhì)中。7. 在核膜崩解中，核膜成分中的蛋白質(zhì)被磷酸化是最主要的調(diào)控機(jī)制，其中，至少有多個(gè)核孔復(fù)合體蛋白、內(nèi)層核膜上的Lami

7、nB 受體以及核纖層蛋白等都被磷酸化。mRNA出核轉(zhuǎn)運(yùn)在細(xì)胞周期中核膜的崩解和重建在細(xì)胞周期中核膜的崩解和重建重建1. 有絲中期到后期，激酶失活，磷酸化的核膜、核孔、核纖層成分被去磷酸化，激活核膜重建，2. 核膜成分與結(jié)合，膜泡融合，其中，Lamin、Lamin B 受體等都可以與DNA直接或間接結(jié)合，3. 核孔形成，核孔復(fù)合體裝配，4. 核纖層形成，細(xì)胞核體積增大，5. Ran-GTP、Ran-GTP 修飾因子以及 Importin 等在核膜重建中起到重要作用。染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成指間期細(xì)胞內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性 復(fù)合結(jié)構(gòu)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式。 按形態(tài)

8、表現(xiàn)和染色性能分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。 按功能狀態(tài)分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)。 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)：無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。多位于著絲粒區(qū)域、端粒和 常染色質(zhì)：在間期時(shí)處于分散狀態(tài)的染色質(zhì)，染色淺。主要 為單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA。大部分有轉(zhuǎn)錄活性。 異染色質(zhì)：在細(xì)胞間期及早前期時(shí)仍然以凝集狀態(tài)存在的染 色質(zhì)。次溢痕，多為DNA。有“位置效應(yīng)”。 兼性異染色質(zhì)：常染色質(zhì)凝縮，喪失轉(zhuǎn)錄活性。在一定的 發(fā)育階段或某種特殊類型細(xì)胞出現(xiàn)。 兼性異染色質(zhì)有時(shí)可轉(zhuǎn)化常染色質(zhì)。 常染色質(zhì)ó異染色質(zhì)11.2 染色質(zhì)DNA、轉(zhuǎn)錄和重組都是在染色質(zhì)水平進(jìn)行的 1848年， Hofmeister發(fā)現(xiàn)于鴨跖草的小

9、孢子母細(xì)胞。 1879年， Flemming提出Chromatin。 1888年， Waldeyer提出Chromosome。（一）染色質(zhì)DNA類型 蛋白編碼序列：主要是非重復(fù)的單一DNA序列，一個(gè)拷貝或多個(gè)拷貝； 編碼rRNA、tRNA、snRNA和組蛋白的串聯(lián)重復(fù)序列：在組中一般有20-300個(gè)拷貝； 含有重復(fù)序列的DNA：組中占大多數(shù)，包括： 簡(jiǎn)單序列DNA和散在重復(fù)序列； 未分類的間隔DNA一個(gè)生物儲(chǔ)存在單倍組中的總遺傳信息，稱為該生物的組（genome）。 總體上，生物越復(fù)雜，組越大，但有例外。 有些兩棲類動(dòng)物和植物具有比人更大的組！ DNA結(jié)構(gòu)的多形性 B型DNA（經(jīng)典的右手螺旋）

10、 A型DNA（右手螺旋） Z型DNA（左手螺旋）三種構(gòu)型可能處于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變之中，提供某種空間的信號(hào) 染色質(zhì)DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的多樣性 單一序列：只有一個(gè)拷貝，具有功能 中度重復(fù)序列：平均重復(fù)頻率10105之間。 不編碼序列：可能起調(diào)控作用。 有編碼功能的 高度重復(fù)序列：重復(fù)頻率在105以上。不轉(zhuǎn)錄。 DNA：富含AT的高度重復(fù)序列。染色質(zhì)DNA的多樣性（二）染色質(zhì)蛋白 負(fù)責(zé)DNA遺傳信息的組織、修復(fù)和閱讀，可大致分為組蛋白和非組蛋白兩大類， 組蛋白： 核小體組蛋白：H2B、H2A、H3和H4，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，沒(méi)有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守。 H1組蛋白：在核小體時(shí)H1起連

11、接作用, 形成高級(jí)結(jié)構(gòu)； H1具多樣性，具有屬和組織特異性。 特點(diǎn)：真核生物的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的Arg 和Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合（非特異性結(jié)合）；DNA三種構(gòu)象非組蛋白： 序列特異性（相對(duì)的）DNA結(jié)合蛋白,富含天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸?？赡馨ǜ鞣N酶和調(diào)節(jié)因子、 伴侶及結(jié)構(gòu)蛋白。特性：1. 具有多樣性和異質(zhì)性，不同組織和細(xì)胞中不同，占染色質(zhì)蛋白的60-70%，包括參與核酸代謝和修飾的酶類、核質(zhì)蛋白、 骨架蛋白、 表達(dá)調(diào)控蛋白等。2. 整個(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行 ，組蛋白只在S期 。3. 能識(shí)別特異的DNA序列，識(shí)別與結(jié)合靠氫鍵和離子鍵。 功能：幫助

12、DNA折疊；協(xié)助DNA；調(diào)節(jié)表達(dá)。組蛋白與非組蛋白性質(zhì)的異同（功能的） 組蛋白 非組蛋白蛋白質(zhì) 活動(dòng)的與不活動(dòng)的組織中 活動(dòng)的比不活動(dòng)的組織含含量相似量 活動(dòng)的與不活動(dòng)的染色質(zhì) 活動(dòng)的比不活動(dòng)的染色質(zhì)中含量相似中含量 抑制依賴DNA的RNA 解除被組蛋白抑制的依賴 DNA的抑制物能制止DNARNA它的 DNA的抑制物不能制 與DNA的連接無(wú)特異性止它的 與DNA的連接有特異性即 無(wú)種和組織的特異性與特定連結(jié)在一起 有種和組織的特異性組蛋白與非組蛋白性質(zhì)的異同（化學(xué)的） 組蛋白 非組蛋白蛋白質(zhì) 帶正電荷 帶負(fù)電荷 富有精氨酸、賴氨酸，為 富有天冬氨酸、谷氨酸， 堿性蛋白質(zhì)為酸性蛋白質(zhì) 不含色氨酸

13、 含有色氨酸 周轉(zhuǎn)速度慢 周轉(zhuǎn)速度快 用電泳可分為5個(gè)主要帶 電泳圖譜復(fù)雜可多至22個(gè) 能進(jìn)行磷酸化作用帶 在細(xì)胞質(zhì)中 能進(jìn)行磷酸化作用 大都只能在S期 在細(xì)胞質(zhì)中 整個(gè)細(xì)胞周期都能鋅指模式（Zinc finger motif）兩類：Cys2/His2: CysX24CysX3PheX5LeuX2HisX3His; Cys2/Cys2: CysX2CysX13CysX2Cys幾種常見(jiàn)的結(jié)合DNA的蛋白結(jié)構(gòu)域螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模式（Helix-turn-helix motif）最簡(jiǎn)單、最普遍的DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)模式；與DNA結(jié)合時(shí)形成同型二聚體，同型二聚體的每個(gè)單體由20個(gè)氨基酸的小肽組成a螺旋

14、 b轉(zhuǎn)角a螺旋結(jié)構(gòu)，其中C端的a螺旋為識(shí)別螺旋；蛋白質(zhì)與DNA以氫鍵結(jié)合， 以二聚體形式發(fā)揮作用。螺旋-環(huán)-螺旋模式（Helix-loop-helix motif ）由4050個(gè)氨基酸組成兩個(gè)a螺旋，兩個(gè)a螺旋中間被一個(gè) 或幾個(gè)b轉(zhuǎn)角組成的環(huán)區(qū) 。形成同源或 二聚體是其與DNA結(jié)合的必要條件。亮氨酸拉鏈模式（Leucine zipper motif ）這些蛋白的肽鏈羧基端約35個(gè)氨基酸殘基有形成a螺旋 的特點(diǎn)，每?jī)扇Γ?個(gè)氨基酸殘基）有一個(gè)亮氨酸殘基， 形成拉鏈結(jié)構(gòu)。（三）染色質(zhì)組裝從DNA到1.基本概念 染色質(zhì)（chromatin）: 指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成

15、的線性復(fù)合結(jié)構(gòu), 是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式。 (chromosome): 指細(xì)胞在有絲或減數(shù)過(guò)程中, 由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。 染色質(zhì)與是在細(xì)胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu)。 染色質(zhì)與具有基本相同的化學(xué)組成，但包裝程度不同, 構(gòu)象不同。HMG (high mobility group) box由3個(gè)螺旋組成boomerang-shaped結(jié)構(gòu)模式，具有特殊的彎曲DNA的功能，具HMG框結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子又稱“構(gòu)件因子”。分兩個(gè)亞簇：廣泛存在，含多個(gè)HMG結(jié)構(gòu)域，無(wú)DNA識(shí)別特異性特定細(xì)胞中存在，僅含1個(gè)HMG結(jié)構(gòu)域，具DNA識(shí)別特異性，位于DNA雙螺旋的小溝，以40倍的優(yōu)勢(shì)選

16、擇富含嘧啶的核苷酸元件。例： RNA聚合酶I系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄因子UBF的DNA結(jié)合單元在低鹽親水介質(zhì)中展開(kāi)的染色質(zhì)，示串珠狀的核小體（JA，Gall 1981） 溫和裂解細(xì)胞核，鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察，可看到處理的染色質(zhì)自然結(jié)構(gòu)為30nm的纖絲，經(jīng)鹽溶液處理后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)10nm串珠狀結(jié)構(gòu) 。核小體是染色染色質(zhì)的基本大鼠肝染色質(zhì)核酸內(nèi)切酶部分降解實(shí)驗(yàn) 核小體： 用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)，部分酶解片段分析結(jié)果: 200bp片段為 。完全消化時(shí)分離的DN 段為200bp 左右。 應(yīng)用SV40 細(xì)胞，進(jìn)入核內(nèi)的SV40 DNA（5.0kb）可形成23個(gè)核小體與理論計(jì)算結(jié)果相符。 應(yīng)用X射線衍射、

17、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)核小體顆粒是直徑為11nm、高6nm的扁園柱體，具有二分對(duì)稱性（dyad symmetry），組蛋白的是先形成含2個(gè)H3和2個(gè)H4的四聚體，然后再與兩個(gè)H2A/H2B異二聚體結(jié)合形成八聚體。 露DNA和組蛋白可以組裝成核小體。DNA組裝成染色質(zhì)的過(guò)程及各階段的協(xié)助組裝因子 核小體（nucleosome）：一種串珠狀結(jié)構(gòu)，由顆粒和連結(jié)線DNA兩部分組成。包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白和一個(gè)H1。 由H2A、H2B、H3、H4各兩形成八聚體，顆粒； DNA以左手螺旋纏繞在顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1鎖合； 相鄰顆粒之間為一

18、段60bp的連接線DNA。核小體核心顆粒的結(jié)構(gòu) 通過(guò)核小體長(zhǎng)度壓縮7倍，形成11nm 。 電鏡下觀察用溫和方法分離的染色質(zhì)是直徑30nm 的 ，有兩種解釋：由核小體螺旋化形成， 每6個(gè)核小體繞一圈，長(zhǎng)度壓縮6倍；由核小體Z字形折疊而成，長(zhǎng)度壓縮40倍。DNA序列偏好可能使核小體相位發(fā)生變化染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型 一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體 (10nm) 結(jié)構(gòu)：螺線管 (30nm) 三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線管 (400nm,線) 四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體 (chromatid)DNA核小體螺線管超螺線管染色單體7 X 6 X 40 X 5 = 8400 對(duì)更高級(jí)包裝方式，至今尚不明確。 主要有兩種組裝模型：多級(jí)螺旋模

19、型和 骨架放射環(huán)模型。 目前多認(rèn)為30nm的 折疊為一系列的環(huán)（loop） 結(jié)合在核骨架上（或稱 骨架），結(jié)合點(diǎn)是富含AT的區(qū)域 。骨架-放射環(huán)模型染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型原核中向四周伸展的袢環(huán)圍繞兩個(gè)長(zhǎng)軸成束DNA骨架和結(jié)合在骨架上的DNA側(cè)環(huán)人二染色體常染色質(zhì)(euchromatin)和異染色質(zhì)(heterochromatin) 常染色質(zhì)(euchromatin) 指間期核內(nèi)染色質(zhì)折疊壓縮程度低, 處于伸展?fàn)顟B(tài)（典型包裝率1000倍）, 通常呈30nm和疏松的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，用堿性染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。 常染色質(zhì)是進(jìn)行活躍轉(zhuǎn)錄的部位，可以用uridine 瞬時(shí)標(biāo)記，顯示出轉(zhuǎn)錄活化狀態(tài)。并非所

20、有都具有轉(zhuǎn)錄活性, 常染色質(zhì)狀態(tài)只是轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件 。組成染色質(zhì)(constitutive heterochromatin) 除期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，往往形成多個(gè)染色中心。 多于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及臂的某些節(jié)段； 由相對(duì)簡(jiǎn)單、高度重復(fù)的DNA序列, 如DNA； 具有顯著的遺傳惰性, 不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)； 在行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚早聚縮； 占有較大部分核DNA，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起遺傳變異。 異染色質(zhì)(heterochromatin)： 指間期細(xì)胞核中, 折疊壓縮程度高, 處于聚縮狀態(tài)，堿性染色時(shí)著色較深的染色質(zhì)組分。 在異染色質(zhì)中的沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性，

21、并且可以抑制DN段的表達(dá)。 類型 組成染色質(zhì)(constitutive heterochromatin) 兼性異染色質(zhì)(facultative heterochromatin)常與異間的轉(zhuǎn)換常 和異 之間可以隨著細(xì)胞發(fā)育時(shí)期或者細(xì)胞周期的變化而相互轉(zhuǎn)化，但它們之間的轉(zhuǎn)換常常伴隨著一些組蛋白 和DNA修飾常染色質(zhì)與異染色質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程中伴隨的組蛋白修飾的變化： A，常染色質(zhì)相關(guān)組蛋白修飾（綠色和），如H3K10的磷酸化、H3K9的乙?；癏3K4的甲基化；B，與異染色質(zhì)形成和維持直接相關(guān)的特異組蛋白修飾（紅色），如：H3K9、H3K27及H4K20的甲基化。兼性異染色質(zhì)(facultative he

22、terochromatin)在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段, 原來(lái)的常染色質(zhì)聚縮, 并喪失轉(zhuǎn)錄活性, 變?yōu)楫惾旧|(zhì)，如X隨機(jī)失活。 通常異染色質(zhì)在胚胎細(xì)胞（未分化或正在分化的細(xì)胞）中較少，而在高度特化（分化）的細(xì)胞中較多，是關(guān)閉活性的一種途徑。染色體隨即失活巴氏小體 雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞中一縮化的X。barr body 人胚胎發(fā)育16 天后出現(xiàn)巴氏小體。 檢查羊水中胎盤細(xì)胞的巴氏小體可以預(yù)報(bào) 的性別。（巴氏小體和Y小體）（四）染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與 活化 與原核生物不同，真核生物 、修復(fù)、 轉(zhuǎn)。 DNA 時(shí) 叉附近的核小體解離，此段DNA 完成后核小體在 叉后重新組裝成染色質(zhì)。問(wèn)題：以核小體為結(jié)構(gòu) 的染色質(zhì)

23、DNA如何克服核小體 與序列特異的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而指導(dǎo)mRNA 的 ？隨即異染色質(zhì)化例證:早期胚發(fā)育過(guò)程中X在不同細(xì)胞中隨即失活導(dǎo)致嵌合組織斑。Male Or?female 花貓: 嵌合組織斑 女性細(xì)胞中的巴氏小體可轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)與不可轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)之間存在差異 并不是細(xì)胞中所有染色質(zhì)都可轉(zhuǎn)錄。 在細(xì)胞特定階段，編碼序列中也只有少部分染色質(zhì)可以轉(zhuǎn)錄，既具有轉(zhuǎn)錄活性，稱為活性染色質(zhì)； 不具轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)為稱非活性染色質(zhì)。染色質(zhì)的與修復(fù)成體b-球蛋白在成體的紅細(xì)胞中，成體b-球蛋白 對(duì)DNAaseI的降解是高度敏感的，對(duì)胚胎b-球蛋白是部分敏感的(可能是由于擴(kuò)散效應(yīng))，但對(duì)卵清蛋白是卵清蛋白不敏感的。說(shuō)明

24、：凡有 表達(dá)活性的染色質(zhì)DNA對(duì)DNase I的降解作用比沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)DNA要敏感得多胚胎b-球蛋白活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)之間存在差異： 1、 活性染色質(zhì)較疏松；2、 活性染色質(zhì)有DNase 敏感位點(diǎn)； -珠蛋白和卵清蛋白在雞紅細(xì)胞、輸卵管細(xì)胞中對(duì)DNase 敏感性不同。 DNase超敏感位點(diǎn)大部分位于正在轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子區(qū)， 這些區(qū)域?yàn)?00200bpDNA的特異區(qū)域。 露的DNA不存在DNase超敏感位點(diǎn)特。3、 活性染色質(zhì)在生化特征上與非活性染色質(zhì)不同； 活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1，組蛋白乙?；潭雀撸?組蛋白尤其是H3有特殊的修飾。HMG14、17存在于活性染色質(zhì)中等。細(xì)胞通過(guò)何

25、種方式活化染色質(zhì)？ 關(guān)鍵是疏松染色質(zhì)，解離啟動(dòng)子區(qū)核小體，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體結(jié)合到DNA上。H1組蛋白去除是疏松染色質(zhì)形成的前提。 兩種方式活化染色質(zhì)：物理方式和化學(xué)方式，兩種方式可能協(xié)同作用完成轉(zhuǎn)錄起始。 物理方法： SWI/SNF復(fù)合物消耗ATP改變核小體相位，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)； 拓?fù)洚悩?gòu)酶解旋或超螺旋化DNA，使之與核小體結(jié)合發(fā)生變化?？赡芙怆x核小體。 HMG蛋白彎曲DNA使的轉(zhuǎn)錄因子相互靠近，還可能對(duì)核小體相位改變或解離發(fā)生作用，H3組蛋白的特殊修飾與染色質(zhì)活性的關(guān)系核小體變構(gòu)因子通過(guò)改變核小體的相位協(xié)助基因轉(zhuǎn)錄 化學(xué)方法： 組蛋白修飾改變組蛋白與DNA結(jié)合緊密程度或使核小體變構(gòu)，解離。組

26、蛋白的修飾主要發(fā)生在H3、H4組蛋白上。 組蛋白乙?；航M蛋白的賴氨酸殘基乙酰化是染色質(zhì)活化的標(biāo)志。組蛋白乙酰化使DNA結(jié)合能力下降，并且乙酰化過(guò)程中產(chǎn)生負(fù)超螺旋，使DNA易于從核小體上脫離。許多轉(zhuǎn)錄因子具有乙?；富钚?。如輔激活子CBP(cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的結(jié)合蛋白），酵母激活因子GCN5等。組蛋白去乙?；瘜?dǎo)致失活。 CBP：輔激活子，具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性 P300：一種激素受體乙?；腿ヒ阴；瘜?duì)染色質(zhì)活性的影響酵母組蛋白乙酰化與去乙?；刂妻D(zhuǎn)錄的作用機(jī)制 組蛋白甲基化和磷酸化：在活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)中都存在。甲基化偏向于形成非活性染色質(zhì)；磷酸化可能偏向于形成活性染色質(zhì)。 組

27、蛋白上的不同修飾可以相互影響，形成組蛋白 。 X 失活一方面與乙?；潭鹊陀嘘P(guān)，另一方面和甲基化有關(guān)。 組蛋白還可以發(fā)生泛素化，可能有活化染色質(zhì)功能。具體功能有待于進(jìn)一步研究。哺乳動(dòng)物X失活模型：Xic：X失活中心；Xist RNA：X失活特異性轉(zhuǎn)錄物RNAH3和H4組蛋白修飾與表達(dá)2）座區(qū)：（locus control region，LCR）是一種順式作用元件，結(jié)構(gòu)域中含有多種反式作用因子的結(jié)合序列，可能參與蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用，使啟動(dòng)子處于無(wú)組蛋白狀態(tài)，具有穩(wěn)定染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的功能， 負(fù)責(zé)維持染色質(zhì)的開(kāi)放構(gòu)型并克服表達(dá)抑制狀態(tài)的調(diào)控區(qū)域。如珠蛋白簇 表達(dá)所必需的上游調(diào)節(jié)序列，遠(yuǎn)在珠蛋白 上

28、游618 kb，負(fù)責(zé)打開(kāi)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，便于與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。染色質(zhì)的區(qū)間性1）子：insulator處于抑制與活化狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域之間、能防止不同狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)特征向兩側(cè)擴(kuò)展的染色質(zhì)DNA序列。 有的活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)之間存在 組件，防止活化染色質(zhì)與非活化染色質(zhì)之間相互延伸至對(duì)方區(qū)域。 子行使此項(xiàng)功能。的位置效應(yīng)：沒(méi)有子時(shí)異染色質(zhì)可擴(kuò)展到活性染色質(zhì)區(qū)，使附近失活。如兩側(cè)添加子可防治活性 失活。如在轉(zhuǎn) 時(shí)轉(zhuǎn)入 兩側(cè)添加果蠅的一種 子SCS序列。（white野生型眼紅色） 表觀遺傳（epigenetics）是指DNA序列不發(fā)生變化，但表達(dá)卻發(fā)生了可遺傳的改變。這種改變是細(xì)胞內(nèi)除了遺

29、傳信息以外的其他可遺傳物質(zhì)發(fā)生的改變，且這種改變?cè)诎l(fā)育和細(xì)胞增殖過(guò)程中能穩(wěn)定傳遞。 表觀遺傳學(xué)的現(xiàn)象很多，已知的有DNA甲基化， 組印記，X 失活等。表觀遺傳學(xué)研究包括染色質(zhì)重塑、DNA甲基化、 組印記、非編碼RNA調(diào)控等方面。指可遺傳的、與核酸序列沒(méi)有直接關(guān)系的活性的調(diào)控方式。表觀遺傳調(diào)控：epigenetic control染色質(zhì)活化轉(zhuǎn)錄過(guò)程（染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄）酵母激活因子及輔激活子有順序地相互作用于HO在染色質(zhì)水平調(diào)節(jié)其表達(dá)根據(jù)著絲粒位置進(jìn)行的染色體分類圖示11.3一、的形態(tài)結(jié)構(gòu)組蛋白表觀遺傳修飾的3種可能遺傳機(jī)制：A，隨機(jī)分布； B，半保留分布C，不對(duì)稱分布著絲點(diǎn)（動(dòng)粒）結(jié)構(gòu)域1 主縊

30、痕（著絲粒） 著絲粒（centromere）和著絲點(diǎn)（kinetochore） 是兩個(gè)不同的概念。著絲粒包含3個(gè)結(jié)構(gòu)域： 1）著絲點(diǎn)（動(dòng)粒）結(jié)構(gòu)域（kinetochore domain）：位于著絲粒的表面，包括三層板狀結(jié)構(gòu)和外層的冠(fibrous corona)。CENP 蛋白CENP-A著絲粒特異性組蛋白CENP-B結(jié)合結(jié)構(gòu)域DNA CENP-C結(jié)合動(dòng)粒CENP-D結(jié)合動(dòng)粒CENP-E驅(qū)動(dòng)蛋白樣馬達(dá), 與染色單體分離有關(guān)CENP-F結(jié)合動(dòng)粒著絲粒內(nèi)部蛋白INCENP-A 染色單體連接INCENP-B 染色單體連接著絲粒蛋白 2）結(jié)構(gòu)域：位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方，含DNA。 3）配對(duì)結(jié)構(gòu)域：位

31、于著絲粒內(nèi)層，連結(jié)染色單體。含染色單體連接蛋白和內(nèi)部著絲粒蛋白。著絲點(diǎn)蛋白 著絲粒蛋白主要有6種（CENP A-F），序列極為保守，與細(xì)胞2 次縊痕與核仁組織區(qū) 除主縊痕外其他淺染縊縮部位 有的次縊痕是核仁組織區(qū)（NORs） NORs形成核仁，位于的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是NORs。DNA (熒光原位雜交)DNA(satelliteDNA)是一類高度重復(fù)序列DNA在介質(zhì)氯化銫度梯度離心，離心速度可以高達(dá)每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)；此時(shí)DNA按其 大小分布在離心管內(nèi)不同密度的氯化銫介質(zhì)中，小的處于上層，大的處于下層；從離心管外看，不同層面的DNA形成了不同的條帶。根據(jù)熒光強(qiáng)度的分析，可以看到在一條主帶

32、以外還有一個(gè)或多個(gè)小的帶。這些在帶中的DNA即被稱為DNA。端粒序列來(lái)源及端粒酶的作用3 端粒（telomere） 由高度重復(fù)的短序列組成。 作用：1） 維持穩(wěn)定性。完成完整的，防止末端被核酸酶降解，防止末端融合。2） 起細(xì)胞計(jì)時(shí)器的作用。DNA每一次端粒減少50100bp。二三種必須功能元件序列，著絲粒序列，端粒序列4 隨體（Satellite） 隨體是位于 末端的、圓形或圓柱形的染色體片段, 通過(guò)次縊痕與 主要部分相連。它是識(shí)別的主要特征之一。根據(jù)隨體在上的位置,可分為兩大類: 隨體處于末端的, 稱為端隨體; 處于兩個(gè)次縊痕之間的稱為中間隨體。 有隨體的稱為sat三 核型與帶型的數(shù)目 性細(xì)

33、胞為單倍體，用n表示； 體細(xì)胞為2倍體，以2n表示，還有一些物種的染色體成倍增加成為4n、6n、，稱為多倍體。 的數(shù)目因物種而異。 通過(guò)酵母亮氨酸酶細(xì)胞的轉(zhuǎn)染證實(shí)功能元件的實(shí)驗(yàn)ARS：autonomously replication DNA sequence,組DNA序列中發(fā)現(xiàn)，它能夠使含有這一序列的重組質(zhì)粒高效轉(zhuǎn)化酵母細(xì)胞，并能在酵母中。CEN：centromere DNA sequence,著絲粒DNA序列，具有兩個(gè)彼此相鄰的區(qū)，一個(gè)是80-90bp的AT區(qū)，另一個(gè)是11bp的保守區(qū)。TEL：telomere DNA sequence, 端粒DNA序列，解決末端的DNA鏈5 端RNA引物被

34、切除后變短的問(wèn)題。端粒重復(fù)序列的長(zhǎng)度與細(xì)胞次數(shù)和衰老有關(guān)。顯帶 Q帶：熒光奎丫因處理 G帶：Giemsa染色。與Q帶結(jié)果大致一致。 R帶：所顯示的明、暗帶與上述相反。 T帶：對(duì)末端區(qū)的特殊顯帶法，能產(chǎn)生特殊的末端帶型。 C帶：專門顯示著絲點(diǎn)區(qū)附近的結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)。 N帶：用于染核仁組織區(qū)的酸性蛋白。分帶技術(shù)分兩類：一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整個(gè)的長(zhǎng)度上如：Q、G和R帶，另一類是局部性的顯帶，如C、T和N帶。 核型 指組在有絲中期的表型，包括、大小、形態(tài)特征的總和 顯帶技術(shù) 使用特殊的染色方法，使產(chǎn)生明顯的染色的色帶（暗帶）和未染色的間的帶型。該技術(shù)可用于鑒別、區(qū)分的易位和找到進(jìn)化上的證據(jù)。人細(xì)胞的

35、染色體組和核型染色原理 Q帶： AT豐富型DNA區(qū)能增強(qiáng)奎丫因熒光，呈現(xiàn)亮帶；GC豐富型區(qū)域熄滅熒光，呈現(xiàn)暗帶。 G帶： Giemsa是由亞甲藍(lán)、天藍(lán)與曙紅組成的復(fù)合染料。除曙紅外，其余均屬噻嗪類，它們與DNA 的磷酸基團(tuán)結(jié)合，但蛋白質(zhì)則阻礙這一結(jié)合。由于 不同區(qū)段的濃縮程度不同，蛋白質(zhì)的遮蓋作用也不同，加之藥劑處理對(duì)DNA與蛋白質(zhì)的作用等復(fù)雜因素，就導(dǎo)致 的區(qū)分染色。果蠅唾涎腺細(xì)胞中多線四 幾類的特殊的 1. 多線Balbiani(1881)發(fā)現(xiàn)于搖蚊幼蟲(chóng)唾腺細(xì)胞，特點(diǎn)： 體積巨大，是由內(nèi)有絲的結(jié)果； 多線性； 體細(xì)胞聯(lián)會(huì)； 橫帶紋； 脹泡和環(huán)。在幼蟲(chóng)發(fā)育的某個(gè)階段，多線的某些帶區(qū)疏松膨大，

36、形成脹泡（puff），或巴氏環(huán)（Balbiani ring）。用H3-UdR處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)膨突被標(biāo)記，說(shuō)明膨突是活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域。脹泡是由多線活化染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄形成標(biāo)記的RNA 聚合酶II 抗體顯示此酶在脹泡中存在圖解表明多線上的帶是如何通過(guò)多線脹泡形成示意圖 同源袢環(huán)區(qū)對(duì)應(yīng)并行排列而成的燈刷(兩棲類細(xì)胞中)免疫組化光鏡 2. 燈刷見(jiàn)于魚(yú)類、兩棲類、爬行類雙線期細(xì)胞， 雙線期是卵黃的旺盛期。主軸兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名。側(cè)環(huán)是轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域。燈刷結(jié)構(gòu)一、核仁形態(tài) 中心（fibrillar centers, FC） ：是致密包圍的低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，主要成分為RNA聚合酶和rDNA。 致密組分（d

37、ense fibrillar component, DFC）：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密，是新的RNP（核糖白）。 顆粒組分（granular component, GC）：由直徑1520 nm的顆粒，是不同階段的RNP。11.4 核仁 間期細(xì)胞核內(nèi)呈圓球形的結(jié)構(gòu)，一般12個(gè)。功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體亞。 蛋白旺盛和增殖較快的細(xì)胞有較大和較多的核仁，反之核仁很小或缺如。 核仁在前期消失，末期又重新出現(xiàn)。二 核仁的功能核糖體組裝 核糖體結(jié)構(gòu)： 含40%蛋白、60%RNA，2亞。分為70S和80S兩類。 大小亞只在蛋白時(shí)結(jié)合在一起，終止后解離。 多個(gè)核糖體結(jié)合在一條mRNA上，稱多聚核糖體。核糖體的組成核仁Nucleolus核仁組織中心在人類上分布于: 13、14、15、21、22 號(hào)上。編碼18s、 28s、5.8s rRNA。 1 rRNA的轉(zhuǎn)錄 rDNA為重復(fù) ， 細(xì)胞中約有200個(gè)拷貝