細胞生物學：第十一講 細胞核(nucleus)與染色質(zhì)(chromatin)

1、第十一講 細胞核(nucleus)與 染色質(zhì)(chromatin) 細胞核是遺傳信息的貯存場所，在此進行基因復制、轉(zhuǎn)錄、和轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物的加工過程，從而控制細胞的遺傳與代謝活動。 細胞核是真核細胞內(nèi)最大、最重要的細胞器，是細胞遺傳與代謝的調(diào)控信息中心，是真核細胞區(qū)別于原核細胞最顯著的標志之一，在原核細胞中，DNA集中，但無核膜包圍，故稱擬核是細胞內(nèi)儲存遺傳物質(zhì)的場所。真核生物的細胞都有細胞核, 只有成熟的紅細胞和植物成熟的篩管沒有細胞核。細胞核主要有兩個功能: 一是通過DNA染色體的復制和細胞分裂，維持物種的世代連續(xù)性(遺傳); 二是通過調(diào)節(jié)基因表達的時空順序，控制細胞的分化，完成個體發(fā)育的使命（

2、發(fā)育）。 1781年 Trontana發(fā)現(xiàn)于魚類細胞；1831年，Brown發(fā)現(xiàn)于植物。大?。杭毎说拇笮∨c細胞大小有關(guān)，最小的核直徑不足1m，而最大的核如蘇鐵科某些植物卵細胞核直徑可達500600m。高等植物細胞核直徑520m，低等植物細胞核直徑14m，高等動物細胞核直徑5-10m。在同一種生物，由于遺傳物質(zhì)的含量是恒定的，因此核的大小也比較恒定；常以核質(zhì)比來估算核的大小。正常細胞NP0.5，分裂期細胞NP0.5，衰老細胞NP0.5。 形狀：圓形，胚乳細胞(網(wǎng)狀）蝶類絲腺細胞(分支狀)。位置：細胞中央 ，成熟植物細胞的邊緣。數(shù)目：通常一個，成熟的篩管和紅細胞（0）、肝細胞、心肌細胞(1-2）

3、、破骨細胞(650）、骨骼肌細胞(數(shù)百）、植物氈絨層細胞(24)。結(jié)構(gòu)：核被膜、核仁、核體、染色質(zhì)、核纖層。第一節(jié) 核被膜與核孔復合體 一、核被膜 結(jié)構(gòu)組成外核膜（outer nuclear membrane），附有核糖體顆粒，并與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，可以說是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一部分。外核膜上附著10nm的中間纖維，可見核是被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和中間纖維相對固定的內(nèi)核膜（inner nuclear membrane），有特有的蛋白成份（如核纖層蛋白B受體）核纖層（nuclear lamina），位于內(nèi)核膜的內(nèi)表面的纖維網(wǎng)絡，可支持核膜，并與染色質(zhì)及核骨架相連。 核周間隙（perinuclear s

4、pace）兩層核膜之間的空隙, 寬20-40nm,其中充滿無定形物質(zhì)核孔復合體（nuclear pore）核孔由內(nèi)外兩層膜的局部融合而成，是細胞核膜上溝通核質(zhì)與胞質(zhì)的開口，核孔上鑲嵌著一種復雜的結(jié)構(gòu)，叫做核孔復合體核孔的直徑為80-120nm，核孔復合體為120-150nm 。合成功能旺盛的細胞,核孔復合體的數(shù)量較多 核被膜的結(jié)構(gòu)核被膜的功能 構(gòu)成核、質(zhì)之間的天然選擇性屏障避免生命活動的彼此干擾保護DNA不受細胞骨架運動所產(chǎn)生的機械力的損傷 核質(zhì)之間的物質(zhì)交換與信息交流染色體的定位和酶分子的支架核被膜在真核細胞有絲分裂中有規(guī)律地解體與重建新核膜來自舊核膜（很多人支持）核被膜的去組裝是非隨機的，

5、具有區(qū)域特異性。如孔膜區(qū)膜（核孔周圍的核膜）和內(nèi)核膜分別形成獨立的小囊泡。組裝時內(nèi)核膜形成的小泡先結(jié)合染色體，孔膜區(qū)膜形成的小囊泡后結(jié)合，再組裝核孔復合體。以非洲爪蟾卵提取物為基礎(chǔ)的非細胞核被膜的解體與重建的動態(tài)變化受細胞周期調(diào)控因子的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用可能與核纖層蛋白、核孔復合體蛋白的磷酸化與去磷酸化修飾有關(guān)。核裝配體系提供了實驗模型間期存在，分裂期解體核被膜的動態(tài)特點：在細胞周期中，核被膜有規(guī)律的解體與重建。分裂期：雙層膜蹦解成單層泡膜，核孔復合體解體，核纖 層去裝配；分裂末期：核被膜開始圍繞染色體重新形成。核纖層由核纖肽（lamin）構(gòu)成，核纖肽一類中間纖維，分為A、B兩型。作用：1保持核的

6、形態(tài)：2參與染色質(zhì)和核的組裝：核纖層在細胞分裂時呈現(xiàn)出周期性的變化，在間期核中，核纖層提供了染色質(zhì)（異染色質(zhì)）在核周邊錨定的位點。在前期結(jié)束時，核纖層被磷酸化，核膜解體。其中B型核纖肽與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)中。在分裂末期，核纖肽去磷酸化重新組裝，介導了核膜的重建。 核纖層在細胞周期中的變化核孔是物質(zhì)運輸?shù)耐ǖ?核孔是細胞核與細胞質(zhì)之間物質(zhì)交換的通道，一方面核的蛋白都是在細胞質(zhì)中合成的，通過核孔定向輸入細胞核，另一方面細胞核中合成的各類RNA、核糖體亞單位需要通過核孔運到細胞質(zhì)。此外注射實驗證明，小分子物質(zhì)能夠以自由擴散的方式通過核孔進入細胞核。核孔由至少50種不同的蛋白質(zhì)（nucle

7、oporin）構(gòu)成，稱為核孔復合體（nuclear pore complex，NPC）。一般哺乳動物細胞平均有3000個核孔。細胞核活動旺盛的細胞中核孔數(shù)目較多，反之較少。如蛙卵細胞每個核可有37.7X106個核孔，但其成熟后細胞核僅150300個核孔。在電鏡下觀察，核孔是呈圓形或八角形，現(xiàn)在一般認為其結(jié)構(gòu)如fish-trap。 電鏡觀察的核孔核孔復合體(nuclear pore complex,NPC） 核孔由至少50種不同的蛋白質(zhì)（nucleoporin）構(gòu)成，稱為核孔復合體（nuclear pore complex，NPC）。定義：是一組蛋白質(zhì)顆粒以特定的方式排布形成的輪形結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)8面

8、對稱，是核質(zhì)交換的雙向選擇性親水通道。核孔復合體的結(jié)構(gòu):魚籠模型主要包括以下幾個部分：胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmic ring），位于核孔復合體胞質(zhì)一側(cè)，環(huán)上有8條纖維伸向胞質(zhì)；核質(zhì)環(huán)（nuclear ring），位于核孔復合體核質(zhì)一側(cè)，上面伸出8條纖維，纖維端部與端環(huán)相連，構(gòu)成籠子狀的結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)運器（transporter）或栓（中央栓），核孔中央的一個栓狀的中央顆粒；輻（Spoke）：核孔邊緣伸向核孔中央的突出物。 Model of the nuclear pore complex1) 柱狀亞單位：位于核孔邊緣，連接內(nèi)外環(huán)，支撐核孔。2）腔內(nèi)亞單位：分布在柱狀亞單位外側(cè)，穿膜進入核周間隙。3

9、）環(huán)帶亞單位：分布在柱狀亞單位內(nèi)側(cè)，核質(zhì)交換通道核孔復合體成份的研究 核孔復合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其總相對分子質(zhì)量約為1.25108，推測可能含有30余種不同的多肽，共1 000多個蛋白質(zhì)分子。 gp210：結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白，第一個被鑒定出來的 介導核孔復合體與核被膜的連接，將核孔復合體錨定在“孔膜區(qū)”，從而為核孔復合體裝配提供一個起始位點在內(nèi)、外核膜融合形成核孔中起重要作用，其疏水區(qū)暴露，使 其能與核膜融合 在核孔復合體的核質(zhì)交換功能活動中起一定作用 p62：功能性的核孔復合體蛋白， 脊椎動物的p62分子具有兩個功能結(jié)構(gòu)域 疏水性N端區(qū)：具F(苯丙氨酸)XFG（甘氨酸）重復序列?？赡茉诤丝讖秃?/p>

10、體功能活動中直接參與核質(zhì)交換 C端區(qū)：具疏水性的7肽重復序列?？赡芡ㄟ^與其它核孔復合體蛋白相互作用，從而將p62分子穩(wěn)定到核孔復合體上，為其N端進行核質(zhì)交換活動提供支持。核孔復合體的功能 核孔是細胞核與細胞質(zhì)之間物質(zhì)交換的通道，一方面核的蛋白都是在細胞質(zhì)中合成的，通過核孔定向輸入細胞核，另一方面細胞核中合成的各類RNA、核糖體亞單位需要通過核孔運到細胞質(zhì)。 核孔運輸特點 被動運輸簡單擴散 運輸離子、小分子及 直徑 在10nm 以下的 物質(zhì) 主動運輸 信號引導 雙向性被動運輸作為被動擴散的親水通道，其有效直徑為910nm，有的可達12.5nm，即離子、小分子以及直徑在10nm以下的物質(zhì)原則上可以

11、自由通過。 擴散速度與分子大小成反比這種有效直徑相當于允許相對分子質(zhì)量在4010360103以下的蛋白質(zhì)分子自由穿過核孔。實際上并不是所有符合此條件的蛋白質(zhì)都可隨意出入細胞核。 有許多小分子量的蛋白質(zhì)，如組蛋白H1，是通過主動運輸進入細胞核的。 （其相對分子質(zhì)量雖只有21103，它本身帶有具信號功能的氨基酸序列） 有的小分子量蛋白質(zhì)本身雖然沒有信號序列，但可以與其它有信號序列的成份結(jié)合，一起被主動運輸?shù)胶藘?nèi)。 通過核孔復合體的主動運輸 生物大分子的核質(zhì)分配主要是通過核孔復合體的主動運輸完成的，具有高度的選擇性，并且是雙向的。選擇性表現(xiàn)在以下三個方面對運輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被調(diào)節(jié)約1

12、020nm，甚至可達26nm，主動運輸是一個信號識別與載體介導的過程，需要消耗ATP能量，并表現(xiàn)出飽和動力學特征主動運輸具有雙向性，即核輸入與核輸出 核輸入： 把復制、轉(zhuǎn)錄、染色體構(gòu)建和核糖體亞單位組裝等所需要的各種因子如DNA聚合酶、 RNA聚合酶、組蛋白、核糖體蛋白等運輸?shù)胶藘?nèi)； 核輸出：能將翻譯所需的RNA、組裝好的核糖體亞單位從核內(nèi)運送到細胞質(zhì)。通過核孔復合體進行物質(zhì)運輸?shù)墓δ苁疽鈭D通過核孔的物質(zhì)運輸與信號序列有關(guān) 1982年R. Laskey發(fā)現(xiàn)核內(nèi)含量豐富的核質(zhì)蛋白（nucleoplasmin）的C端有一個信號序列，可引導蛋白質(zhì)進入細胞核，稱作核定位信號（nuclear local

13、ization signal，NLS）。第一個被確定的NLS是病毒SV40的T抗原，它在胞質(zhì)中合成后很快積累在核中。其NLS為：pro（脯氨酸）-pro-lys（賴氨酸）-lys-lys-Arg（精氨酸）-Lys-val（纈氨酸），即使單個氨基酸被替換，亦失去作用。親核蛋白（karyophilic protein） 在細胞質(zhì)內(nèi)合成后，需要或能夠進入細胞核內(nèi)發(fā)揮功能的一類蛋白質(zhì) NLS是存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段，富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg，此外還常含有Pro。 NLS的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列（T抗原），也可以分成兩段，兩段之間間隔約10個氨基酸殘基（核質(zhì)蛋白

14、）。 NLS序列可存在于親核蛋白的不同部位，在指導完成核輸入后并不被切除。 NLS只是親核蛋白入核的一個必要條件而非充分條件 親核蛋白入核轉(zhuǎn)運的步驟 Karyopherin是一類與核孔選擇性運輸有關(guān)的蛋白家族，相當于受體蛋白。其中imporin負責將蛋白從細胞質(zhì)運進細胞核，exportin負責相反方向的運輸。 通過核孔復合體的轉(zhuǎn)運還涉及Ran蛋白，Ran是一種G蛋白，調(diào)節(jié)貨物受體復合體的組裝和解體，在細胞核內(nèi)Ran-GTP的含量遠高于細胞質(zhì)。蛋白與NLS受體，即imporin /二聚體結(jié)合；貨物與受體的復合物與NPC胞質(zhì)環(huán)上的纖維結(jié)合；纖維向核彎曲，轉(zhuǎn)運器構(gòu)象發(fā)生改變，形成親水通道，貨物通過；

15、貨物受體復合體與Ran-GTP結(jié)合，復合體解散，釋放出貨物；與Ran-GTP結(jié)合的imporin ，輸出細胞核，在細胞質(zhì)中Ran結(jié)合的GTP水解，Ran-GDP返回細胞核重新轉(zhuǎn)換為Ran-GTP；imporin 在核內(nèi)exportin的幫助下運回細胞質(zhì) 核質(zhì)素輸入細胞核的過程 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的核輸出 核輸出信號 (Nuclear Export Signal，NES)：RNA分子的出核轉(zhuǎn)運需要蛋白分子的幫助，即以各種RNP形式存在，實際是RNA-蛋白質(zhì)復合體的轉(zhuǎn)運，這些蛋白因子本身含有出核信號。 轉(zhuǎn)錄后的RNA通常需加工、修飾成為成熟的RNA分子后才能被轉(zhuǎn)運出核。 RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分

16、子：以RNP的形式離開細胞核，需要能量；RNP的蛋白質(zhì)上具有核輸出信號（nuclear export signal, NES），可與細胞內(nèi)的受體exportin結(jié)合，形成RNP-exportin-Ran-GTP復合體，輸出細胞核后，Ran-GTP水解，釋放出結(jié)合的RNA，Ran-GDP、exportin和RNP蛋白返回細胞核。 RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5s rRNA與 tRNA的核輸出由蛋白質(zhì)介導 RNA 聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hn RNA，在核內(nèi)進行5端加帽和3端附加多聚A序列以及剪接等加工過程，然后形成成熟的mRNA出核，5端的m7GpppG“帽子”結(jié)構(gòu)對mRNA的出核轉(zhuǎn)運是必要的； mRNA的

17、出核轉(zhuǎn)運過程是有極性的，其5端在前，3端在后。 第二節(jié) 染色質(zhì)染色質(zhì)(Chromatin):指間期細胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復合結(jié)構(gòu), 是間期細胞遺傳物質(zhì)存在的形式。染色體(chromosome):指細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中, 由染色質(zhì)緊密包裹而成的棒狀結(jié)構(gòu)。染色體與染色質(zhì)比較：在化學本質(zhì)上沒有差異在構(gòu)型上不同是遺傳物質(zhì)在細胞周期不同階段的不同表現(xiàn)形式。1848年，Hofmeister從鴨跖草的小孢子母細胞中發(fā)現(xiàn)染色體。 1879年，W. Flemming提出了染色質(zhì)（chromatin）這一術(shù)語， 用以描述染色后細胞核中強烈著色的細絲狀物質(zhì)。 1888年，

18、Waldeyer正式提出染色體（Chromosome)的名稱。一、染色質(zhì)的化學組成染色質(zhì)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成，比例為1：1：（1-1.5）：0.05。DNA與組蛋白的含量比較恒定，非組蛋白的含量變化較大，RNA含量最少。DNA DNA是遺傳信息的攜帶者（少數(shù)病毒為RNA）. 染色質(zhì) DNA基因組（genome）：一個生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組?；蚪M大小通常隨物種的復雜性而增加 基因組中兩類遺傳信息 編碼序列 調(diào)控序列物種 基因組大小 平均基因長（bp） 基因數(shù)目 大腸桿菌 4.2106bp， 1.2Kb 約2 350酵母 1.3107bp

19、1.4Kb 約6 100 果蠅 1.4108bp 11.3Kb 約8 750 人 3109bp 16.3Kb 約3-4萬幾種生物基因組比較 染色質(zhì)DNA的類型非重復序列DNA(單一序列或1-5個拷貝):編碼序列中度重復DNA序列 （拷貝數(shù)在10個以上的序列稱為重復序列，重復次數(shù)在102-105為中度重復序列）短散在重復元件（short interspersed elements，SINEs）長散在重復元件（long interspersed elements，LINEs）高度重復DNA序列 （重復次數(shù)在105以上）生物基因組中遺傳信息大體可分兩類：一類是負責蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息，以三聯(lián)體密碼

20、方式進行編碼。 另外一類是中度重復序列DNA，起調(diào)控作用的DNA序列，它們是關(guān)于基因選擇性表達的信息。負責蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息 細胞中編碼DNA序列在基因組中只占很小的比例，在高等哺乳類，這一比例大約只有5左右。 這類編碼序列主要是非重復的單一DNA序列，一般在基因組中只有一個或幾個拷貝；中度重復序列DNA這類起調(diào)控作用的DNA序列在整個基因組中占有很高的比例，并且能與調(diào)控蛋白相互作用而修飾自已的雙螺旋空間結(jié)構(gòu)，以便更好地為調(diào)控蛋白所識別。有些中度重復序列DNA具有編碼功能，如編碼rRNA和 tRNA以及組蛋白的基因，但大部分中度重復序列不編碼任何產(chǎn)物 此外，真核細胞基因組中，還含有高度重復

21、DNA序列，每個基因組中至少含105拷貝，約占脊椎動物總DNA的10。 由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復排列，分為： 衛(wèi)星DNA： 重復單位長5100bp， 小衛(wèi)星DNA：重復單位長12100bp，重復3 000 次之多。 微衛(wèi)星DNA：重復單位序列最短，只有15bp， 串聯(lián)成簇長度50100bp的微衛(wèi)星序列。高度重復DNA序列 衛(wèi)星DNA（satellite DNA）：重復單位長5100bp，不同物種重復單位堿基組成不同；一個物種也可能含有不同的衛(wèi)星DNA序列；主要分布在染色體著絲粒部位，如人類染色體著絲粒區(qū)的-衛(wèi)星DNA家族，其功能不明。小衛(wèi)星DNA（minisatellite DNA）重復

22、單位長12100bp，重復3 000次之多，又稱數(shù)量可變的的串聯(lián)重復序列；每個小衛(wèi)星區(qū)重復序列的拷貝數(shù)是高度可變的，因此常用DNA指紋技術(shù)（DNA finger-printing）作個體鑒定；另外發(fā)現(xiàn)小衛(wèi)星序列的改變可以影響鄰近基因的表達，基因的異常表達又導致一系列不良后效應。微衛(wèi)星DNA （microsatellite DNA）重復單位序列最短，只有15bp，串聯(lián)成簇長度50100bp的微衛(wèi)星序列。人類基因組中至少有30 000個不同的微衛(wèi)星位點，具高度微衛(wèi)星多態(tài)性（microsatellite polymorphism），不同個體間有明顯差別，但在遺傳上卻是高度保守的，因此可作為重要的遺傳

23、標志，用于構(gòu)建遺傳圖譜（genetic map）。DNA二級結(jié)構(gòu)：兩條核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)Watson和Crick提出的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)， B型DNA的三種構(gòu)型A型是另一種右手雙螺旋DNA，與B型的差別在于DNA的 大小溝有所不同，A型的更緊密。 Z (zig-zag)型是左手螺旋DNA，在結(jié)構(gòu)上與B型很不同。 發(fā)生在高鹽濃度下的CGCGCG短鏈中，生物功能不詳。 體現(xiàn) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的可塑性。DNA的三種構(gòu)型 三種DNA構(gòu)型中,溝的特征在遺傳信息表達過程中起關(guān)鍵作用,調(diào)控蛋白都是通過其分子上氨基酸側(cè)鏈與溝中堿基對兩側(cè)潛在的氫原子供體(=NH)或受體(O和N)形成氫鍵而識別D

24、NA遺傳信息的。 另外, Z型DNA同細胞癌變有一定的關(guān)系。DNA二級結(jié)構(gòu)具有多形性(polymorphism)三種構(gòu)型DNA： B型DNA（右手雙螺旋DNA）；活性最高的DNA構(gòu)象； A型DNA，B型DNA的重要變構(gòu)形式，仍有活性； Z型DNA，Z型DNA是左手螺旋，B型DNA的另一種 變構(gòu)形式，活性明顯降低 三種構(gòu)型DNA的主要特征 主 要 特 征 螺 旋 類 型 A B Z 螺旋直徑 螺旋方向 螺旋值bp bp每圈螺旋 垂直升距bp 螺旋軸位置 大溝 小溝 23 A 右手 +34.7o 11.0 2.56A 位于大溝，不穿過堿基對 窄而深 寬而淺 19 A 右手 +34.6o 10.4

25、3.38A 穿過堿基對 寬而深 窄而淺 12 A 左手 -30 o 12.0 5.71A 位于小溝，不穿過堿基對 平坦 窄而深 DNA構(gòu)型的生物學意義溝（特別是大溝）的特征在遺傳信息表達過程中起關(guān)鍵作用溝的寬窄及深淺影響調(diào)控蛋白對DNA信息的識別三種構(gòu)型的DNA處于動態(tài)轉(zhuǎn)變之中DNA二級結(jié)構(gòu)的變化與高級結(jié)構(gòu)的變化是相互關(guān)聯(lián)的，這種變化在DNA復制與轉(zhuǎn)錄中具有重要的生物學意義。負責DNA分子遺傳信息的組織、復制和閱讀。分成兩類：組蛋白與非組蛋白 染色質(zhì)蛋白 組蛋白 (histone)定義：是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白, 是一類小分子堿性蛋白質(zhì)，有5種類型, 即H1、H2A、H2B、H3、H4，

26、它們富含帶正電荷的堿性氨基酸，能夠同DNA中帶負電荷的磷酸基團相互作用。一類是高度保守的核心組蛋白（core histone）包括H2A、H2B、H3、H4四種,幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu) ；另一類是可變的連接組蛋白（linker histone）即H1。在構(gòu)成核小體時H1起連接作用, 賦予染色質(zhì)以極性。 核心組蛋白的結(jié)構(gòu)是非常保守，特別是H4，核心組蛋白高度保守的原因可能有兩個：其一是核心組蛋白中絕大多數(shù)氨基酸都與DNA或其它組蛋白相互作用，可置換而不引起致命變異的氨基酸殘基很少；其二是在所有的生物中與組蛋白相互作用的DNA磷酸二脂骨架都是一樣的 特點： 真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白

27、，富含帶正電荷的Arg（精氨酸）和Lys（賴氨酸）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）； H1不僅具有屬特異性，而且還有組織特異性，所以H1是多樣性的。 組蛋白(histone)：帶正電荷，含精氨酸，賴氨酸，屬堿性蛋白，其含量恒定，與DNA結(jié)合但沒有序列特異性核小體組蛋白(nucleosomal histone), 包括H2A、H2B、H3和H4，作用是與 DNA組裝成核小體 H1不參加核小體的組建，在構(gòu)成核小體時起 連接作用，并賦予染色質(zhì)以極性。組蛋白的功能非組蛋白與組蛋白不同，非組蛋白是染色體上與特異DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì)，所以又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白

28、，非組蛋白的特點是：含有較多的天門冬氨酸、谷氨酸，帶負電荷，屬酸性蛋白質(zhì)；整個細胞周期都進行合成，不象組蛋白只在S期合成，并與DNA復制同步進行；能識別特異的DNA序列，識別信息存在于DNA本身，位點在大溝部分，識別與結(jié)合氫鍵和離子鍵。非組蛋白的功能是：幫助DNA分子折疊，以形成不同的結(jié)構(gòu)域，從而有利于DNA的復制和基因的轉(zhuǎn)錄；協(xié)助啟動DNA復制；控制基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)基因表達。 非組蛋白的特性：非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性對DNA具有識別特異性具有多種功能 1）非組蛋白的特性： 非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性多樣性：占染色體蛋白的6070，不同組織 細胞中種類和數(shù)量不同，代謝周轉(zhuǎn)快。異質(zhì)性：包括多種參與核

29、酸代謝與修飾的酶類如： DNA和RNA聚合酶、 基因表達調(diào)控蛋白 核質(zhì)蛋白、 染色體骨架蛋白、 肌動蛋白 HMG蛋白（high mobility group proteins） 對DNA具有識別特異性 能識別特異的DNA序列，這類序列特異性DNA結(jié)合蛋白具有一個共同特征： 形成與DNA結(jié)合的螺旋區(qū) 并具有蛋白二聚化的能力。 識別信息來源于DNA核苷酸序列本身， 識別位點存在于DNA雙螺旋的大溝部分， 識別與結(jié)合靠氫鍵和離子鍵。 具有多種功能 序列特異性DNA結(jié)合蛋白在每個真核細胞約 占細胞總蛋白的1/5萬，但具多方面重要功能： 包括基因表達的調(diào)控和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形 成。如： 幫助DNA分子折

30、疊，以形成不同的結(jié)構(gòu)域， 協(xié)助啟動DNA復制， 控制基因轉(zhuǎn)錄， 調(diào)節(jié)基因表達。非組蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式 螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模式(helix-turn-helix motif) ：最簡單、最普遍 鋅指模式(Zinc finger motif) 亮氨酸拉鏈模式(Leucine zipper motif，ZIP) 螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helix motif，HLH) HMG-盒結(jié)構(gòu)模式（HMG-box motif）： 螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模式（helix-turn-helix motif） 這種蛋白與DNA結(jié)合時，形成對稱的同型二聚體結(jié)構(gòu)模式。構(gòu)成同型二聚體的每個單體由20個氨基酸

31、的小肽組成螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)，兩個螺旋相互連接構(gòu)成轉(zhuǎn)角，其中羧基端的螺旋為識別螺旋負責識別DNA大溝的特異堿基信息，另一個螺旋沒有堿基特異性，與DNA磷酸戊糖鏈骨架接觸。羧基端在與DNA特異結(jié)合時，以二聚體形式發(fā)揮作用，結(jié)合靠蛋白質(zhì)的氨基酸側(cè)鏈與特異堿基對之間形成氫鍵。鋅指結(jié)構(gòu)基序(模體）(zinc finger motif) 負責5SRNA,tRNA和部分snRNA基因轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶3所必需的轉(zhuǎn)錄因子含有這種結(jié)構(gòu) 每個鋅指單位是一個DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，由30個左右氨基酸殘基組成，其中一對半胱氨酸和一對組氨酸與Zn2+形成配位鍵，鋅指的C端形成a螺旋負責與DNA結(jié)合。有兩種主要的鋅指結(jié)構(gòu)C

32、ys2/His2指和Cys2/Cys2的鋅指結(jié)構(gòu)。亮氨酸拉鏈模式（Leucine zipper motif，ZIP）包括： 酵母的轉(zhuǎn)錄激活因子（GCN4）， 癌蛋白Jun、Fos、yc 增強子結(jié)合蛋白等。亮氨酸拉鏈是富含Leu殘基的一段氨基酸序列所組成的二聚化結(jié)構(gòu)。蛋白的肽鏈羧基端約35個氨基酸殘基有形成-螺旋的特點，每兩圈（7個氨基酸殘基）有一個亮氨酸殘基。在-螺旋一側(cè)的Leu排成一排， 兩個蛋白質(zhì)分子的-螺旋之間靠Leu殘基之間的疏水作用力形成一條拉鏈狀結(jié)構(gòu)。與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域：拉鏈區(qū)相鄰的肽鏈N-端帶正電荷的氨基酸堿性區(qū)。 螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式（helix-loop-helix mo

33、tif，HLH） 具此結(jié)構(gòu)的蛋白家族成員之間形成同源或異源二聚體是這類蛋白與DNA結(jié)合的必要條件。 兩個螺旋中間被一個或幾個-轉(zhuǎn)角組成的環(huán)區(qū)所分開。 每個螺旋由1516個氨基酸殘基組成。 具有疏水面和親水面的兩性螺旋有助于二聚體的形成。 具此結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子如 哺乳類的MyoD、昆蟲的AC-S等。螺旋鄰近的肽鏈N-端有帶正電荷的氨基酸堿性區(qū)與靶DNA大溝結(jié)合 HMG-盒結(jié)構(gòu)模式（HMG-box motif） 在發(fā)現(xiàn)一組高遷移率蛋白（high mobility group proteins）后，首先發(fā)現(xiàn)并命名HMG-盒結(jié)構(gòu)模式。該結(jié)構(gòu)有3個螺旋組成boomerang-shaped結(jié)構(gòu)模式，具有彎曲

34、DNA的能力。 因此，具有HMG-盒結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子又稱“構(gòu)件因子”（architectural factors），它們通過彎曲DNA、促進與鄰近位點相結(jié)合的其他轉(zhuǎn)錄因子的相互作用而激活轉(zhuǎn)錄。HMG蛋白SRY SRY是一種HMG蛋白，在人類男性性別分化中具有關(guān)鍵作用。 SRY蛋白由Y染色體上一個基因編碼。在誘導睪丸分化途徑中，一些相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性被HMG蛋白（ SRY）所激活。突變的SRY基因所編碼的蛋白不能與DNA結(jié)合，導致產(chǎn)生性反轉(zhuǎn)， 具有這種表型的個體雖然具有XY性染色體對，但卻發(fā)育成雌性。HMG蛋白UBF 能激活RNA聚合酶對rRNA基因的轉(zhuǎn)錄。 UBF以二聚體形式結(jié)合DNA，UBF通

35、過與DNA相互作用，使DNA圍繞蛋白質(zhì)形成環(huán)化結(jié)構(gòu)， 通常情況下，這段DNA所具有的兩個調(diào)控序列被120bp DNA所分開。 環(huán)化后使之（兩個調(diào)控序列）靠近，與一個或多個轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。1974年Kornberg等人提出染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的串珠模型（一）主要實驗證據(jù)1，溫和的方法裂解細胞核，鋪展電鏡觀察，30nm纖維，10nm的串珠結(jié)構(gòu)，用低離子濃度的溶液處理染色質(zhì)，可選擇性地除去組蛋白H1。在電子顯微鏡下觀察用鹽處理的染色質(zhì)時，可見到核小體核心顆粒和連接DNA是分開的，為串珠狀結(jié)構(gòu)。2，非特異性的微球菌酶消化染色質(zhì)，離心和電泳后，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)DNA片斷200bp左右，不完全消化則大多200、400、60

36、0bp等，用非特異性的核酸酶處理染色質(zhì), 大多數(shù)DNA都會形成長度為200bp的片段。如果用同樣的核酸酶處理裸露的DNA, 產(chǎn)生隨機大小的DNA片段。據(jù)此推測染色體DNA中除了某些位點外, 受到了保護, 使核酸酶不能隨機切割, 并推測這種保護作用與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)有關(guān)。3，X射線衍射、中子散射和電鏡三維重組技術(shù)，研究染色質(zhì)結(jié)晶顆粒，發(fā)現(xiàn)核小體顆粒是直徑11nm、高6nm的扁圓柱體，具有二分對稱性。4，SV40微小染色體分析，環(huán)狀DNA，約5kb，可形成25個核小體，實際觀察到23個。去除組蛋白后伸展的DNA長度是5kb.二、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位核小體(nucleosome) 核小體 (nuc

37、leosome) 定義：是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。由200個(160-240)左右堿基對的DNA和五種組蛋白結(jié)合而成。其中四種組蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各2 分子組成八聚體的小圓盤，是核小體的核心結(jié)構(gòu)。146個堿基對的DNA包繞在小圓盤外面繞1 1.75圈。每一分子的H1與DNA結(jié)合, 鎖住核小體DNA的進出口, 起穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)的作用。兩相鄰核小體之間以連接DNA相連, 連接DNA的長度變化不等, 因不同的種屬和組織而異, 但通常是60個堿基對。 核小體結(jié)構(gòu)要點1每個核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個組蛋白八聚體以及一個分子的組蛋白H1。2組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核

38、心結(jié)構(gòu)，由4個異二聚體組成，包括兩個H2A-H2B和兩個H3-H4。 兩個H3-H4形成4聚體位于核心顆粒中央，兩個H2A-H2B二聚體分別位于4聚體兩側(cè)。每個異二聚體通過離子鍵和氫鍵結(jié)合約30bp DNA。3146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈。組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bp DNA，鎖住核小體DNA的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用。 4兩個相鄰核小體之間以連接DNA（linker DNA）相連，典型長度60bp，不同物種變化值為080bp不等。5組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列。即組蛋白與DNA是非特異性結(jié)合，核小體具有自主裝性

39、質(zhì)6核小體沿DNA的定位受不同因素的影響。三、染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型 人體的一個細胞核中有23對染色體，每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開，平均長為5cm，核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來約1.7-2.0m，而細胞核直徑不足10um。DNA是以螺旋和折疊的方式壓縮起來的，壓縮比例高達上萬倍。對于更高級染色質(zhì)包裝方式，至今尚不明確。染色質(zhì)包裝的基本結(jié)構(gòu)模型 1、染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型 2. 染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型1、染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型由DNA與組蛋白包裝成核小體，在組蛋白H1的介導下核小體彼此連接形成直徑約10nm的核小體串珠結(jié)構(gòu)，這是染色質(zhì)包裝的一級結(jié)構(gòu)。在有組蛋白H1存在的情況下，由直徑10

40、nm的核小體串珠結(jié)構(gòu)螺旋盤繞，每圈6個核小體，形成外徑30nm，內(nèi)徑10nm，螺距11nm的螺線管（solenoid）。螺線管進一步螺旋化形成直徑為0.4m的圓筒狀結(jié)構(gòu)，稱為超螺線管（supersolenoid），這是染色體包裝的三級結(jié)構(gòu)。這種超螺線管進一步螺旋折疊，形成長210m的染色單體，即染色質(zhì)包裝的四級結(jié)構(gòu)。 根據(jù)多級螺旋模型從DNA到染色體經(jīng)過四級 包裝：DNA核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型2. 染色體的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型微帶是染色體高級結(jié)構(gòu)的單位，大約106個微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。由螺線管形成DNA復制環(huán)，每18個復制環(huán)

41、呈放射狀平面排列，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶（miniband）。然后按每圈6個核小體為單位盤繞成直徑30nm的螺線管。首先是直徑2nm的雙螺旋DNA 與組蛋白八聚體構(gòu)建成連續(xù)重復的核小體串珠結(jié)構(gòu)，其直徑10nm。常染色質(zhì)和異染色質(zhì) 間期核中染色質(zhì)按其形態(tài)特征、活性狀態(tài)和染色性能可分為異染色質(zhì)（heterochromatin）和常染色質(zhì)（euchromatin）。 概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低, 處于伸展狀態(tài)（典型包裝率750倍）, 用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。 DNA包裝比約為1 0002 000分之一 單一序列 DNA 和中度重復序列DNA(如組蛋白基因和tRNA基因) 常

42、染色質(zhì)是進行活躍轉(zhuǎn)錄的部位，呈疏松的環(huán)狀，并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性,常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件 易被核酸酶在一些敏感的位點（hypersensitive sites）降解 常染色質(zhì)(euchromatin) 異染色質(zhì)（heterochromatin異染色質(zhì)是指間期核中，染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時著色深的那些染色質(zhì)。 異染色質(zhì)分為：結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)（constitutive heterochromatin）兼性異染色質(zhì)（facultative heterochromatin）。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（constitutive heteroch

43、romatin） 指的是各種類型的細胞，除復制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，DNA包裝比在整個細胞周期中基本沒有較大變化的異染色質(zhì)。 在間期核中，形成多個染色中心 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)特征：在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕 及染色體臂的某些節(jié)段；由相對簡單、高度重復的DNA序列構(gòu)成，如衛(wèi)星 DNA；具有顯著的遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；在復制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復制早聚縮；占有較大部分核DNA，在功能上參與染色質(zhì)高級結(jié) 構(gòu)的形成，導致染色質(zhì)區(qū)間性，作為核DNA的轉(zhuǎn)座 元件，引起遺傳變異。 兼性異染色質(zhì)（facultative heterochromatin）。 是指在某

44、些細胞類型或一定的發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)聚縮，并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。 因此，染色質(zhì)通過緊密折疊壓縮可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑， 雌性哺乳類動物的X染色體就是一類特殊的兼性異染色質(zhì)。在哺乳動物細胞內(nèi)如有兩個X染色體（通常為雌性），則其中的一個染色體常表現(xiàn)為異染色質(zhì)，稱巴氏小體（barr body）。又稱X小體，通常位于間期核膜邊緣。1949年，美國學者巴爾（M.L.Barr）等發(fā)現(xiàn)雌貓的神經(jīng)細胞間期核中有一個深染的小體而雄貓卻沒有。在人類，男性細胞核中很少或根本沒有巴氏小體，而女性則有1個。以后研究表明，巴氏小體就是性染色體異固縮的結(jié)果。人的胚胎發(fā)育到16天以后，一條X染色體轉(zhuǎn)變

45、為巴氏小體，呈塊狀緊靠核膜，染色反應表現(xiàn)為深染。因此通過檢查羊水中胚胎細胞的巴氏小體可預測胎兒的性別。 白細胞中的巴氏小體（鼓槌狀結(jié)構(gòu)） 第三節(jié) 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因活化 活性染色質(zhì)及其主要特征 活性染色質(zhì)是具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì) 活性染色質(zhì)(active chromatin)與非活性染色質(zhì)(inactive chromatin) 活性染色質(zhì)的核小體發(fā)生構(gòu)象改變，具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合和RNA 聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動。 非活性染色質(zhì)是沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì) 活性染色質(zhì)具有DNase I超敏感位點 染色質(zhì)上無核小體的DNA片段，通常位于5-啟動子區(qū)，長度幾百bp。

46、活性染色質(zhì)在生化上具有特殊性 很少有組蛋白H1與其結(jié)合；組蛋白乙?；潭雀撸缓诵◇w組蛋白H2B很少被磷酸化；核小體組蛋白H2A在許多物種很少有變異形式；HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中。 染色質(zhì)活化與基因激活 疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成 疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成DNA局部結(jié)構(gòu)的改變與核小體相位的影響 當調(diào)控蛋白與染色質(zhì)DNA的特定位點結(jié)合時， 染色質(zhì)易被引發(fā)二級結(jié)構(gòu)的改變；進而引起其 它的一些結(jié)合位點與調(diào)控蛋白的結(jié)合。 核小體通常定位在DNA特殊位點而利于轉(zhuǎn)錄 DNA甲基化：A/C甲基化/去甲基化（特別是5-mC） 組蛋白的修飾 組蛋白的修飾改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，直接或間接 影響轉(zhuǎn)錄活性（磷酸化、

47、甲基化、乙?；核鼗╱H2A） / Arg，His，Lys，Ser，Thr） 組蛋白賴氨酸殘基乙?；╝cetylation），影響轉(zhuǎn)錄 HMG結(jié)構(gòu)域蛋白等染色質(zhì)變構(gòu)因子的影響 HMG結(jié)構(gòu)域可識別某些異型的DNA結(jié)構(gòu)，與DNA 彎折和DNA-蛋白質(zhì)復合體高級結(jié)構(gòu)的形成有關(guān) 核小體相位在協(xié)助轉(zhuǎn)錄中的作用 （a）基因的關(guān)鍵調(diào)控元件被留在核心顆粒外面，從而有利于結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子； （b）位于DNA上調(diào)控元件被盤繞在核心組蛋白上，因為組蛋白，使DNA上的關(guān)鍵 調(diào)控元件靠得很近，它們可以通過轉(zhuǎn)錄因子而聯(lián)系。 輔激活子通過組蛋白乙?；谵D(zhuǎn)錄調(diào)控中作用的模型 轉(zhuǎn)錄因子（如糖皮質(zhì)激素受體，GR）與DNA結(jié)

48、合并捕獲輔激活子（CBP）；CBP具有組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶活性。 表示一段阻遏狀態(tài)的染色體區(qū)域，其DNA與去乙酰基組蛋白結(jié)合； 糖皮質(zhì)激素受體（GR）和糖皮質(zhì)激素應答元件（GRE）結(jié)合，輔激活物CBP同GR結(jié)合，處于TATA盒的上游和下游 的核心組蛋白被乙酰基化； 被乙?；慕M蛋白與DNA分離； TFIID與DNA的開放區(qū)結(jié)合。TAFII250是TFIID的一個亞基，具有組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶活性。 同時，CBP和TAFII250又解離相鄰的核小體，以便容許轉(zhuǎn)錄起始；在啟動子區(qū)剩下的核小體 也被乙?；?，RNA聚合酶與啟動子結(jié)合，轉(zhuǎn)錄開始。 染色質(zhì)的區(qū)間性 基因座控制區(qū)（locus control

49、 region,LCR） 染色體DNA上一種順式作用元件，具有穩(wěn)定 染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的功能； 與多種反式因子的結(jié)合序列可保證DNA復制 時與啟動子結(jié)合的因子仍保持在原位。順式作用元件順式作用元件(cis-actingelement)存在于基因旁側(cè)序列中能影響基因表達的序列。順式作用元件包括啟動子、增強子、調(diào)控序列和可誘導元件等，它們的作用是參與基因表達的調(diào)控。順式作用元件本身不編碼任何蛋白質(zhì),僅僅提供一個作用位點，要與反式作用因子相互作用而起作用。 隔離子（insulator） 防止處于阻遏狀態(tài)與活化狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 域的結(jié)構(gòu)特征向兩側(cè)擴展的染色質(zhì)DNA 序列，稱為隔離子。 作用：作為異染色質(zhì)定

50、向形成的起始位點； 提供拓撲隔離區(qū),使結(jié)構(gòu)域外的增強子成分不能進 入；防止遠端增強子組成的復合體超越正常作用范圍。 通過核小體核心結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄的模型（引自C.C.Adams等） 第一步：RNA聚合酶使核小體不穩(wěn)定，撤掉2個（H2A-H2B）,形成H3-H4四聚體復合物； 第二步：組蛋白核心的另一半（H3-H4四聚體）被移開并轉(zhuǎn)到聚合酶后面自由DNA上； 第三步：2個H2A-H2B二聚體重新結(jié)合到DNA上，又形成一個完整的核小體核心結(jié)構(gòu)。 染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄 基因轉(zhuǎn)錄的模板不是裸露的DNA，染色質(zhì) 是否處于活化狀態(tài)是決定轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄的“核小體犁”（nucleosome plow）假說 第四節(jié)

51、染色體 1848年，Hofmeister從鴨跖草的小孢子母細胞中發(fā)現(xiàn)染色體。1888年，Waldeyer正式定名為Chromosome。1879年，W. Flemming提出了染色質(zhì)（chromatin）這一術(shù)語，用以描述染色后細胞核中強烈著色的細絲狀物質(zhì)。后來的研究證明染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在不同細胞周期中的形態(tài)表現(xiàn)。中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 間期染色質(zhì)分散于細胞核，但在分裂期，染色質(zhì)通過盤旋折疊壓縮近萬倍，包裝成大小不等、形態(tài)各異的短棒狀染色體。中期染色體由于形態(tài)比較穩(wěn)定是觀察染色體形態(tài)和計數(shù)的最佳時期。 同一物種的染色體數(shù)目是相對穩(wěn)定的，性細胞染色體為單倍體（haploid），用n表示，體

52、細胞為2倍體（diploid）以2n表示，還有一些物種的染色體成倍增加成為4n、6n、8n等，稱為多倍體。同一個體的體細胞并非都是2倍體 染色體的數(shù)目因物種而異，如人類2n=46，黑猩猩2n=48，果蠅2n=8，家蠶2n=56，小麥2n=42，水稻2n=24，洋蔥2n=16。 染色體（Chromosome）姊妹染色單體（Sister chromatid）根據(jù)著絲粒在染色體上的位置：中著絲粒染色體（Metacentric chromosome）近中著絲粒染色體（Submetacentric chromosome）近端著絲粒染色體（Arocentric chromosome）端著絲粒染色體（Tel

53、ocentric chromosome）染色體的各部分名稱類型根據(jù)著絲粒位置進行的染色體分類 著絲粒位置 染色體符號 著絲粒比 著絲粒指數(shù) 中著絲粒 亞中著絲粒 亞端著絲粒 端著絲粒 m sm st t 1.001.67 1.683.00 3.017.00 7.0100 0.5000.375 0.3740.250 0.2940.125 0.1240.000 長臂長度短臂長度; 短臂長度染色體總長度 (根據(jù)Levan等,1964; Green等,1980) 1、著絲粒與動粒（也稱著絲點,kenetoche）著絲粒（centromere）和著絲點（kinetochore）是兩個不同的概念，前者指中

54、期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位，后者指主縊痕處兩個染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與仿錘絲微管相接觸。 著絲粒含3個結(jié)構(gòu)域（圖12-20），即：著絲點結(jié)構(gòu)域（kinetochore domain）、中心結(jié)構(gòu)域（central domain）和配對結(jié)構(gòu)域（paring domain）。 著絲點結(jié)構(gòu)域（圖12-21）：位于著絲粒的表面，由外板（outer plate）、內(nèi)板（inner plate）、中間區(qū)（interzone）和圍繞外層的纖維冠(fibrous corona)。內(nèi)外板的電子密度高，中間區(qū)電子密度低。內(nèi)板與中央結(jié)構(gòu)域的著絲粒異染色質(zhì)結(jié)合，外板與微管纖維結(jié)合，纖維冠上結(jié)合有馬達

55、蛋白，如胞質(zhì)Dynein和屬于kinesin家族的CENP-E，為染色體的分離提供動力。 圖12-21 著絲點結(jié)構(gòu)域 中央結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)域的下方,是著絲粒區(qū)的主體，由高度串聯(lián)重復的衛(wèi)星DNA構(gòu)成，重復單位171bp，重復2000-3000次，表現(xiàn)為異染色質(zhì)特性。 配對結(jié)構(gòu)域位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，中期兩條染色單體在此處相互連結(jié)，在此區(qū)域發(fā)現(xiàn)有兩類蛋白，一類為內(nèi)著絲粒蛋白INCENP（inner centromere protein），另一類為染色單體連接蛋白CLIP（chromatid linking protein）. 對著絲粒蛋白主要是使用ACA來研究的。ACA是從CREST 綜合癥病

56、人血清中分離出來的抗著絲粒蛋白的抗體(anticentromere antibodies)。用ACAs發(fā)現(xiàn)鑒定出來的CENP主要有6種，即：CENP-A至F，它們都能與一個17bp的DNA模式特異結(jié)合，與細胞的分裂及調(diào)控密切相關(guān)，進化上非常保守。2、主縊痕（primary constriction） 中期染色體上一個染色較淺而縊縮的部位，主縊痕處有著絲粒，亦稱著絲粒區(qū)，由于這一區(qū)域染色線的螺旋化程序低，DNA含量少，所以染色很淺或不著色。一般動植物的染色體具有一個位置固定的著絲粒(localized contromere)，有些生物整個染色體都具有著絲?；钚?，稱為全著絲粒（holocentro

57、mere）如：如蛔蟲、線蟲、蝶、蛾、蚜蟲等。3、次縊痕（secondary constriction） 除主縊痕外，染色體上第二個呈淺縊縮的部分稱次縊痕，次縊痕的位置相對穩(wěn)定，數(shù)目、位置和大小是鑒定染色體個別性的一個顯著特征。4、核仁組織區(qū)（nucleolar organizing regions, NORs） 核糖體RNA基因（5SrRNA基因除外）所在的區(qū)域。核仁組織區(qū)位于染色體的次縊痕區(qū)，但并非所有的次縊痕都是NORs。5、隨體（satellite） 指位于染色體末端的球形染色體節(jié)段，通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。位于染色體末端的隨體稱為端隨體，位于兩個次縊痕中間的稱中間隨體。6、端

58、粒（telomere） 染色體端部的特化部分，作用是維持染色體的完整性和個體性（用X射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會與其它片段相連或兩端相連而成環(huán)狀）。端粒由高度重復的短序列串聯(lián)而成，在進化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳類的序列為GGGTTA，500-3000次重復。 二、染色體DNA的三種功能元件 為確保染色體的復制和穩(wěn)定遺傳，染色體具有3個基本元素，即：自主復制序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS)、著絲粒序列(centromere DNA sequence,CEN) 和端粒序列(telomere DNA

59、sequence,TEL) 。1、自主復制序列( ARS) 是DNA復制的起點，酵母基因組含200-400個ARS，大多數(shù)具有一個11-14 bp，富含AT的共有序列（ARS consensus sequence, ACS）。含有這一序列的質(zhì)粒能高效轉(zhuǎn)化宿主細胞，并能在細胞中獨立于宿主染色體存在。2、著絲粒序列(CEN) 不同來源的CEN的共同特點是具有兩個彼此相鄰的核心區(qū)，一個是80-90 bp的AT區(qū)，另一個是11 bp的保守區(qū)。CEN由大量串聯(lián)的重復序列組成，如衛(wèi)星DNA，其功能是參與形成著絲粒，使細胞分裂中染色體能夠準確地分離.3、端粒序列(TEL) 不同生物的端粒序列都很相似，由長5

60、-10 bp的重復單位串聯(lián)而成，人的重復序列為GGGTTA。真核細胞染色體端粒的重復序列不是染色體DNA復制時連續(xù)合成的，而是由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色體末端。端粒酶是一種核糖核蛋白復合物，具有逆轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)，以物種專一的內(nèi)在RNA為模板，把合成的DNA添加到染色體的3端。 端粒起到細胞分裂計時器的作用，端粒核苷酸復制和基因DNA不同，每復制一次減少50-100 bp，正常體細胞染色體缺乏端粒酶活性，故隨細胞分裂而變短，細胞隨之衰老。人的生殖細胞和部分干細胞染色體具有端粒酶活性，所以人的生殖細胞染色體末端比體細胞染色體末端長幾千個bp。腫瘤細胞和永生細胞系具有端粒酶的活性