細(xì)胞遺傳學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、細(xì)胞遺傳學(xué)復(fù)習(xí)資料第二章 染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)Chromosome:A molecular of DNA, and associated protein bound together.Each chromosome contains:Centromere, Kinetochore, Telomere, Euchromatin and Heterochromatin.染色質(zhì)(Chromatin):在尚未分裂的細(xì)胞核中，顯微鏡下可見的可被堿性染料染色較 深的、纖細(xì)的網(wǎng)狀物。染色體(Chromosome):細(xì)胞分裂時，由染色質(zhì)卷縮(螺旋化)而形成的呈現(xiàn)為一定數(shù)目 和形態(tài)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，是遺傳物質(zhì)的最主要的載

2、體。研究染色體形態(tài)最適合的時期：有絲分裂中期減數(shù)分裂第一次分裂前期I的粗線期第一節(jié)有絲分裂中期染色體大小：不同物種間染色體的大小差異很大，長度的變幅為 (0.20-50 pm)，寬度的變幅為 (0.20-2.00 pm)。(顯微鏡的最小分辨率 6=0.61入/ NA，入=0.55 pm NA=1.4，6 約為 0.25 pm。 NA為物鏡的數(shù)值孔徑).:.同一物種不同染色體寬度大致相同，其染色體大小主要對長度而言。:小麥：染色體平均長度11.2 |im,總長235.4 |im。:在細(xì)胞周期中，染色體處于動態(tài)的收縮過程中。:絕對長度：實際測量值。:相對長度：特定染色體的長度在單倍染色體組總長度中

3、所占的比例。染色體大、數(shù)目少的物種是細(xì)胞遺傳學(xué)研究的優(yōu)良實驗材料，如果蠅(2n=8)、玉米、蠶豆、 洋蔥、麥類。著絲粒(Centromere)： A specialized chromosome region to which spindle fibers attach during cell division.:著絲粒是細(xì)胞分裂時，紡錘絲附著(attachment)的區(qū)域，又稱為著絲點。:著絲粒不會被染料染色，所以在光學(xué)顯微鏡下表現(xiàn)為染色體上一縊縮部位(無色間隔 點)，所以又稱為主縊痕(primary constriction)。:著絲粒所連接的兩部分稱為染色體臂(arm)。:著絲點：具有聚

4、合微管蛋白的作用，是微管組織中心(microtubule organized center, MTOC)，因而與細(xì)胞分裂過程中牽引染色體移動的驅(qū)動力有關(guān)系。按著絲粒位置將染色體分為幾種類型： 1)中著絲粒染色體 2)近中著絲粒染色體: 3)亞中著絲粒染色體: 4)亞端著絲粒染色體: 5)近端著絲粒染色體: 6)端著絲粒染色體臂比(arm ratio,A)=長臂/短臂(q/p 或 L/S)著絲粒指數(shù)(Centromeric Index,C)=臂長度(p)/染色體長度(p+q)X 100%動粒(Kinetochore):為著絲粒的外層結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞分裂時紡錘體微管附著部位。 動粒的類型：,固定位置動

5、粒(l ocalized kinetochore)新動粒(neokinetochore):著絲粒區(qū)域的功能為一個次級移動中心所代替，這時該次 級移動中心成為一個新著絲點。新著絲點作用的部位往往是含異染色質(zhì)的端?；蛉?色體癤。Rhoades(1952)觀察到玉米的10號異常染色體，其長臂末端有一個異染色質(zhì)癤，表現(xiàn)新著絲 粒的活性，,無固定位置動粒(non-localized kinetochore): 又可分為多動粒(polykinetochore)和全身性動粒(holokinetochore)。,多動粒染色體上具有許多位點可以與紡錘絲相連接，它們都具有著絲粒的功能，但是在著絲粒與著絲粒之間有不

6、具著絲粒功能的短片段相間隔。如某些蛔蟲、線蟲 就具有這一類型的著絲粒。-全身性動粒是沿染色體的每一點都表現(xiàn)有著絲粒的活性，是彌散性的動粒(diffuse kinetochore) (Hughs-schrader, 1948)。這樣的著絲粒曾在半翅目、同翅目昆蟲、 線蟲類的馬蛔蟲以及高等植物的地楊梅屬(Luzuia中觀察到過。核仁組織區(qū)(Nucleolus Organizer Region, NOR):某些染色體的一個或兩個臂上往往還具有另一個染色較淡的縊縮部位，稱為次縊痕， 通常在染色體短臂上。次縊痕末端所帶有的圓形或略呈長形的突出體稱為隨體。次縊痕、隨體的位置、大小也相對恒定，可以作為染色體

7、識別的標(biāo)志。次縊痕在細(xì)胞分裂時，緊密地與核仁相聯(lián)系。可能與核仁的形成有關(guān)，因此也稱為核仁組織中心(nucleolus organizer).核仁-間期細(xì)胞核內(nèi)呈圓球形的結(jié)構(gòu)，一般12個。功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體單位。,蛋白合成旺盛和分裂增殖較快的細(xì)胞有較大和較多的核仁，反之核仁很小或缺如。,核仁在分裂前期消失，末期又重新出現(xiàn)。核仁形態(tài),纖維中心(FC):是致密纖維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。致密纖維組分：呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密纖維構(gòu)成，是新合成的RNP。顆粒組分：由直徑15-20nm的顆粒構(gòu)成，是不同加工階段的RNP。,rDNA為重復(fù)基因，人體

8、細(xì)胞中約有200個拷貝，rDNA沒有組蛋白核心，是裸露的DNA節(jié)段，相鄰基因之間為非轉(zhuǎn)錄的間隔DNA。次級縊痕(secondary constriction): NOR 位置,NOR是核糖體RNA合成的場所，植物中18S-5.8S- 28SRNA在該區(qū)域轉(zhuǎn)錄，5SrRNA在染色體組其他區(qū)域轉(zhuǎn)錄。,每個物種至少有一對同源染色體具有NOR,玉米的NOR為一異固縮的癤。人類的體細(xì)胞內(nèi)共含有10個具隨體的染色體，而形成的核仁一般只有6個。核仁競爭(amphiplast)：雜種特別是遠(yuǎn)緣雜種中，一物種的NOR活性受到抑制、不能表達(dá)的 現(xiàn)象。三級縊痕(Tertiary constriction)染色體上還

9、有一種與著絲粒和核仁組織區(qū)都沒有關(guān)系的縊痕。 它可能是螺旋程度和核酸含量有差別的區(qū)域或活性低的區(qū)域。隨體(Satellite, SAT)：隨體一般由異染色質(zhì)組成，隨體上很少有基因。隨體常常位于具NOR 的染色體短臂上，由一纖細(xì)的染色質(zhì)絲(隨體柄)連接于染色體臂上。隨體有大有小，一般分 為：小隨體(microsatellite)大隨體(macrosatellite)串聯(lián)隨體或銜接隨體(tandem satellite) 中間隨體(intercalary satellite)第二節(jié)減數(shù)分裂粗線期染色體常染色質(zhì)和異染色質(zhì)1.異固縮(heteropycnosis):在細(xì)胞周期中，一些染色體的部分片斷在

10、固縮程度和染色 性質(zhì)上與其他染色體或染色體其他部分不同步的現(xiàn)象。正異固縮(positive heteropycnosis):復(fù)制較晚，在間期、前期凝縮化過程較其他染色質(zhì)早， 并且染色深。負(fù)異固縮(negative heteropycnosis):在中、后期固縮化較其他染色質(zhì)遲、且染色淺，稱 為負(fù)異固縮。異染色質(zhì)(heterochromatin)：具有這兩種異固縮特性的染色質(zhì)。異染色質(zhì)的行為及結(jié)構(gòu)與常 染色質(zhì)不同。異染色質(zhì)富含高度重復(fù)的DNA序列，有的拷貝數(shù)達(dá)108 一般無轉(zhuǎn)錄活性。其 DNA合成比常染色質(zhì)遲，在S期末復(fù)制完成。常染色質(zhì)(euchromatin):具有與此相反的常固縮(isopy

11、cnosis)特性的染色質(zhì)。常染色質(zhì)的固縮 化過程與細(xì)胞周期相吻合。常染色質(zhì)含有細(xì)胞中主要的遺傳成份， 一般由單拷貝或寡拷貝DNA組成，具有轉(zhuǎn)錄活性，在分裂間期， 常染色質(zhì)呈高度分散狀態(tài)，其DNA的合成在S期的早、中期。:結(jié)構(gòu)或組成性(constitutive)異染色質(zhì)：-構(gòu)成染色體的特殊區(qū)域，如著絲點、核仁組織區(qū)和端粒附近等；-在所有組織、細(xì)胞中均表現(xiàn)異固縮現(xiàn)象；-只與染色體結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般無功能表達(dá)；兼性(facultative)或功能型異染色質(zhì)：是一些異染色質(zhì)化的常染色質(zhì)，具有常染色質(zhì) 的組成，但在特定組織細(xì)胞中表現(xiàn)異染色質(zhì)的固縮性和染色特性，一般在某一特定 的發(fā)育時期出現(xiàn)。-可存在于染色

12、體的任何部位；-攜帶組織特異性表達(dá)的遺傳信息。-X染色體是一個特例。染色粒(chromomere)、端粒(telomere)、和癤(knob)染色粒(chromomere)部分染色質(zhì)在細(xì)胞分裂前期，尤其是粗線期聚集而成的大大小小的顆粒，呈念珠狀，直線排 列于染色體上。是DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合，在核小體組裝染色體過程中的一種局部螺旋化結(jié)構(gòu)。 這種組裝并不是隨機的，而是隨物種、細(xì)胞類型及細(xì)胞分裂階段不同而異的。因此染色?？?被認(rèn)為是染色質(zhì)在細(xì)胞分裂前期出現(xiàn)的固縮化過程中的一種形式，可作為識別染色體的一種 形態(tài)學(xué)標(biāo)志。一般說來，異染色質(zhì)的染色粒比常染色質(zhì)的染色粒大(分別稱為大染色粒和小染色粒)并且著 色

13、深。在間期DNA轉(zhuǎn)錄時小染色粒要解螺旋成套環(huán)(loop)。當(dāng)小染色粒緊密螺旋化，呈高度 濃縮狀態(tài)時，這段DNA就不具轉(zhuǎn)錄活性。端粒(telomere):-對染色體DNA分子末端起封閉、保護(hù)作用；-防止DNA酶酶切；-防止發(fā)生DNA分子間融合；保持DNA復(fù)制過程中的完整性。-*端粒長度可能與細(xì)胞壽命有關(guān)。端粒酶(性母細(xì)胞)。癤(knob)有些物種(如玉米、水稻、苜蓿等)的粗線期染色體還有另一種稱為癤的形態(tài)標(biāo)志，它們是一 種染色特別深的大染色粒，在特定染色體的識別中可發(fā)揮作用。核型(Karyotype):亦稱染色體組型，指的是個體或一群有親緣關(guān)系的個體所特有的染色體組 成(chromosome c

14、omplement)。核型一般以核型模式圖(karyotype idiogram)的形式來表達(dá)。Karyotype: A photomicrograph of an individual chromosomes arranged in a standard format showing the number, size, and shape of each chromosome type; used in low-resolution physical mapping to correlate gross chromosome abnormalities with the characteri

15、stics of specific diseases or other traits.染色體分帶和帶型分析：指借助于某些物理、化學(xué)處理，使中期染色體顯現(xiàn)出深淺、大小、位置不同的帶紋。對于某 一物種特定的染色體，其帶紋數(shù)目、位置、寬度及深淺程度都有相對的恒定性，可以作為識 別特定染色體的重要依據(jù)。這種技術(shù)已成為鑒別基因組中的各個染色體或較大的染色體片段， 追蹤外源染色體的有效手段。染色體分帶(chromosome banding)類型：Q 帶：1968，Carspersson 用 Quinacrine mustard 或Quinacrine (A=T rich region)處理染色體顯出熒光帶

16、紋。G帶:Giemsa band. G帶顯示的一般認(rèn)為是常染色質(zhì)構(gòu)成的染色粒，它所反映的很可能是蛋白質(zhì)尤其是組蛋白在染色體 上的不均一分布。G帶是動物細(xì)胞遺傳學(xué)研究中常用技術(shù)。R 帶:G 帶的反帶(Reverse band)。C 帶：1970, Pardue, Centromere Heterochromatin band。顯示的是結(jié)構(gòu)型異染色質(zhì)(Constitutive hetero-chromatin)在染色體上的位置。C帶可出現(xiàn)在著絲粒及其附近區(qū)域、端粒區(qū)、次縊痕 區(qū)及中間部位。C帶已廣泛應(yīng)用于植物材料的研究，如Endo(1986)利用C帶能識別小麥21 對染色體。N帶:1973, Ma

17、tsui,顯示NOR。N帶并非專一地顯示核仁組織區(qū)，在次縊痕、隨體、著絲粒、 端粒及臂間的異染色質(zhì)區(qū)域均能顯帶。T 帶：端帶(Telomere band).染色體核型分析和帶型分析的應(yīng)用：.物種起源與進(jìn)化.染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異. 染色體與遺傳的關(guān)系.染色體標(biāo)圖.染色體工程育種第三章染色體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)第一節(jié)原核生物染色體的結(jié)構(gòu)類核體(nucleoid):較簡單，只有一個核酸分子(DNA或RNA)，大多呈環(huán)狀染色體原核生物染色體物質(zhì)組成:DNA : 環(huán)狀DNA, 質(zhì)粒DNARNA :RNA病毒，初生轉(zhuǎn)錄體蛋白質(zhì)：Hu蛋白大腸桿菌 DNA： 1360|im 4.6x106bp 4000 基因 原核生物

18、的染色體結(jié)構(gòu)(1)大腸桿菌：類核區(qū)直徑1 Rm,DNA分子全長1360|im大腸桿菌基因組為雙鏈環(huán)狀的DNA分子，大腸桿菌DNA分子長度是其菌體長度的1000倍左右。壘RNA核心模型壘 類核小體模型:4個蛋白分子(Tha, Hu)DNA鏈壘 大腸桿菌DNA由50100個環(huán)或結(jié)構(gòu)域組成，環(huán)的大小50100kb。各個結(jié)構(gòu)域可保 持不同水平的超螺旋，整個染色體為負(fù)超螺旋。壘 結(jié)構(gòu)域被非特異結(jié)合蛋白如HU和H-NS等類組蛋白纏繞，使一半超螺旋被束縛。壘這些環(huán)或結(jié)構(gòu)域的末端被與細(xì)胞膜相連的蛋白固定。壘RNA聚合酶及mRNA等有助于類核的結(jié)構(gòu)。類組蛋白 HU (Histone-like protein)-

19、在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，HU起類似組蛋白的作用HU由兩個相似的亞基構(gòu)成，分別稱為HU-a 和HU書。兩個亞基各形成一個類似受臂的結(jié)構(gòu)，將雙螺旋的DNA分子抱住。(2),質(zhì)粒 DNA:Ti 質(zhì)粒:200kbnANB:895bp第二節(jié)真核生物染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)1.真核染色質(zhì)的組成成分DNA:雙鏈DNA,雙螺旋結(jié)構(gòu)RNA:rRNA蛋白質(zhì)：組蛋白(HP, histone protein)非組蛋白(NHCPs, non-histone chromosomal protein)無機離子：K+ , Cl-, Na+ , Mg2+, Ca2+組蛋白(HP, histone protein):染色質(zhì)中主要的結(jié)合蛋白，分5類：H

20、2A、H2B、H3、H4，以及H1。所有組蛋白帶 有大量正電荷，序列中20%30%由精氨酸和賴氨酸組成，這樣組蛋白與帶負(fù)電的DNA緊密 結(jié)合。組蛋白在進(jìn)化上很保守，親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的生物差異很小。如H4 :在牛、豌豆中均含102個 氨基酸，其中只有2個氨基酸不一樣。與其他四種組蛋白不同，H1分子由一個球形核心伸出一個NH2臂和一個COOH臂而呈現(xiàn) 強烈極性，在氨基酸序列上保守性也不是很強。非組蛋白：結(jié)構(gòu)蛋白，酶蛋白，調(diào)控蛋白，激素受體，高遷移族(HMG)蛋白 DNA特異結(jié)合蛋白：鋅指結(jié)構(gòu)亮氨酸拉鏈螺旋一環(huán)一螺旋螺旋一轉(zhuǎn)角一螺旋環(huán)一轉(zhuǎn)折一環(huán)高遷移族(high-mobility group, HMG)

21、蛋白：染色質(zhì)對DNAase I的敏感性與2種非組蛋白有關(guān)，那就是高泳動蛋白HMG14(high-mobility group)和HMG17，這是兩種高豐富度小分子量(30KDa)的蛋白，活 化染色質(zhì)中每10個核小體就結(jié)合一個HMG分子，當(dāng)從紅細(xì)胞中提出這兩種蛋白時， 珠蛋白基因不再對DNAase I出現(xiàn)敏感，當(dāng)將這兩種蛋白重新加入到此系統(tǒng)中，敏感 性又可得到恢復(fù)。DNAase I (限制性內(nèi)切酶)可切割裸露DNA，較長的敏感區(qū)域代表著那里正在進(jìn)行 轉(zhuǎn)錄，因此染色質(zhì)對DNAase I的敏感性可被用來定位細(xì)胞中具轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。 HMG蛋白的C端含酸性氨基酸，可與核小體核心組蛋白的堿性區(qū)域相結(jié)合

22、。HMG 蛋白的N端1/3的區(qū)域氨基酸序列與H1的N端十分相似。HMG在核小體上可以競 爭性取代H1，核小體缺乏H1將使染色質(zhì)變得松散，成為具有轉(zhuǎn)錄活性的狀態(tài)。DNA序列特異性結(jié)合蛋白特性：整個細(xì)胞周期都合成，而組蛋白只在S期合成。能識別特異DNA序列，結(jié)合籍氫鍵和離子鍵。功能：幫助DNA折疊、復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達(dá)。激活子(transcription activator)是一種與強化子結(jié)合的蛋白質(zhì)，屬于一種轉(zhuǎn)錄因子。能促進(jìn)轉(zhuǎn) 錄的是正激活子。正激活子中又包括真激活子和抗阻遏物激活子，前者是與啟動子區(qū)域的轉(zhuǎn) 錄復(fù)合體直接接觸來激活轉(zhuǎn)錄。其DNA結(jié)合區(qū)域具有特定的三維構(gòu)型(motif)，包括：鋅指(

23、zinc finger)堿性亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper， bZIP)a-螺旋-轉(zhuǎn)角-a -螺旋(helix-turn-helix，HTH)螺旋-環(huán)-螺旋基序(Helix-Loop-Helix motif， HLH)鋅指蛋白(Zinc finger proteins )具有鋅指構(gòu)型的蛋白是一種參與許多真核生物基因調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子，最早在爪蟾轉(zhuǎn) 錄因子TFIIIA中發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在知道，這種構(gòu)型存在于致癌基因、果蠅中控制發(fā)育的基 因，以及受生長因子和分化信號誘導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)序列中。 一個鋅指區(qū)域包括二個半胱氨酸(Cys)及二個組氨酸(His)族，其保守重復(fù)序列為 Cys-N2-4

24、-Cys-N12-14-His-N3-His。其中的Cys和His殘基與鋅離子(Zn+)形成的配位鍵， 使氨基酸折疊成環(huán)，形成類似手指的構(gòu)型。鋅指蛋白可形成的手指數(shù)目在2-13之間。 每個手指包括約23個氨基酸殘基，各手指由7-8個氨基酸連接。鋅指與DNA大溝結(jié)合并環(huán)繞DNA分子，在大溝內(nèi)，鋅指與特異DNA堿基互作，并 可能與堿基尤其是GC富含區(qū)形成氫鍵。堿性亮氨酸拉鏈基序蛋白(basic leucine zipper Motif，bZIP)堿性亮氨酸拉鏈蛋白(bZIP)是一種DNA結(jié)合蛋白，通過亮氨酸拉鏈區(qū)(leucine zipper， LP)形成蛋白質(zhì)二聚體。LP最早是在老鼠肝臟中的一種

25、核蛋白中發(fā)現(xiàn)的，具有35個氨基酸殘基，其中有 四個亮氨酸，每兩個之間正好相距7個其它氨基酸(形成兩個a -螺旋)，兩端是 堿性氨基酸。這種區(qū)域形成的a-螺旋的側(cè)面，每兩圈有一個伸出的亮氨酸，當(dāng) 兩個這樣的蛋白質(zhì)分子形成二聚體時，兩個a -螺旋之間由亮氨酸殘基間的疏水 作用力形成一條拉鏈，堿性a -螺旋與DNA中的磷酸殘基和堿基結(jié)合，使二聚體 形成一種剪刀結(jié)構(gòu)。Transcription factors: GCN4,C-Jun,C-Fos,Myc .螺旋一環(huán)一螺旋基序(Helix-Loop-Helix motif， HLH):在HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱 為堿性 HLH(bHLH)。bHLH又分

26、為兩類：A類是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括哺乳動物的E12/E47(可和免疫球蛋白基因 增強子中的元件結(jié)合)和果蠅da(daughterless,性別控制的總開關(guān)基因)的產(chǎn)物；B類是組織特異性表達(dá)的蛋白，包括哺乳動物的MyoD (myogen，肌漿蛋白)因 的轉(zhuǎn)錄因子和果蠅的AC-S(achaete-scute無剛毛基因的產(chǎn)物)a -螺旋-轉(zhuǎn)角-a -螺旋基序(helix-turn-helix， HTH)HTH是最早發(fā)現(xiàn)的DNA結(jié)合區(qū)域，在HTH的三維構(gòu)型中由轉(zhuǎn)角分隔的兩個a - 螺旋與DNA結(jié)合。Most Bacterial and Eukaryotic regulatory proteins

27、use the helix-turn-helix motif to bind DNA target.如久噬菌體的cro阻遏蛋白、LacO和trp阻遏蛋白、涉及酵母交配型的a1和a2 蛋白、真核生物中的Oct-1和Oct-2等均具有HTH構(gòu)型。5.同源異位結(jié)構(gòu)域(Homeodomains, HD)是一種編碼60aa(amino acid)的序列，長180bp,它存在于很多控制果蠅早期發(fā)育基因中， 在高等生物中也發(fā)現(xiàn)了相關(guān)基序。The homeodomain is a class of helix-turn-helix DNA-binding domain and recognizes DNA i

28、n essentially the same way as those bacterial proteins.HD的C-端區(qū)域和原核阻遏蛋白的HTH同源，但也有幾點不同：HD的C端由3個a-螺旋構(gòu)成，螺旋3結(jié)合于大溝，長17aa；而阻遏蛋白由5個a-螺 旋構(gòu)成，螺旋3長僅9個aa ；原核的HTH以二聚體形式與DNA結(jié)合，靶序列是回文結(jié)構(gòu)，而HD是以單體形式與 DNA結(jié)合，靶序列不是回文結(jié)構(gòu)；HD N-端的臂位于小溝，而HTH螺旋1的末端與DNA的背面接觸。核小體(Nucleosome)模型：通過電鏡觀察間期細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，提出染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的串珠模型 (染色體二級結(jié)構(gòu)-核小體)。間期細(xì)胞核(小球菌核

29、酸酶短時間處理)核小體顆粒(高濃度鹽溶液)140bpDNA+4 種 HP染色質(zhì)：核小體：110A，由H2A、H2B、H3和H44種組蛋白構(gòu)成；連接絲:DNA雙鏈：組蛋白H1組成。1個核小體(上有1.75圈DNA，140bp);連接絲長約50-60bp; 約200個堿基對的DNAThe protein octamer is divided into four histone-fold dimers defined by H3-H4 and H2A-H2B histone pairs. The two H3 -H4 pairs interact through a 4-helix bundle f

30、ormed only from H3 and H3 histone folds to define the H3-H4 tetramer. Each H2A-H2B pair interacts with the tetramer through a second, homologous 4-helix bundle between H2B and H4 histone folds. The histone-fold regions of the H3 -H4 tetramer bind to the centre of the DNA covering SHL-3 to +3, wherea

31、s those of the H2A -H2B dimers bind from -6 to -3 and +3 to +6. (SHL, superhelix axis location)核心組蛋白八聚體連接的順序是：H2A-H2B-H4-H3-H3-H4-H2B-H2A。3.螺線管(Solenoids)染色體三級結(jié)構(gòu)由核小體組成的直徑10nm的纖維(長度壓縮6倍)螺旋化，每圈6個核小體，形成外徑 30nm、內(nèi)徑10nm纖維，H1組蛋白位于螺線管的內(nèi)側(cè)(長度又壓縮6倍)。H1組蛋白對核小體的聚集作用:每個組蛋白H1分子通過其球形核心結(jié)合到核小體的一個 獨特位點，而其N末端和C末端被認(rèn)為是伸展

32、開以接觸相鄰核小體的組蛋白H1核心的其它 位點，起交聯(lián)核小體的作用。第三節(jié)染色體的高級組裝一、側(cè)環(huán)(Loop)染色體的四級結(jié)構(gòu)由螺線管中特定區(qū)域與細(xì)胞核基質(zhì)結(jié)合后收縮形成。側(cè)環(huán)長度約63000bp,相當(dāng)于一個復(fù)制 單位。染色體聯(lián)會及重組可能發(fā)生于該級結(jié)構(gòu)水平上。（50圈/環(huán)）二、 染色單體纖維（chromatid fiber）染色體的五級結(jié)構(gòu)以細(xì)胞核基質(zhì)為支撐基礎(chǔ)的側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步螺旋化，形成18個側(cè)環(huán)組成的圓盤。許多圓盤 上下重疊形成粗度約為200300nm、中空的管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)為染色體骨架，稱染色單體纖 維。三、中期染色體染色單體纖維進(jìn)一步螺旋化。主縊痕和次縊痕處未發(fā)生這種螺旋化。第四節(jié)高等

33、生物染色體的端粒和端粒酶TEL，端粒序列，telomere DNA sequenceCEN，著絲粒序列，centromere DNA sequenceARS，自主復(fù)制 DNA 序列，autonomously replicating DNA sequence，1983年，A. W. Murray等人成功構(gòu)建了包括ARS、CEN、TEL和外源DNA，總長度為 55kb的酵母人工染色體（yeast artificial chromosome, YAC）。YAC可用于轉(zhuǎn)基因和構(gòu)建基因文庫， 容納插入片段的能力遠(yuǎn)高于質(zhì)粒。端粒（telomere）是指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常膨大成

34、粒狀。-端粒是線性DNA分子末端的特殊結(jié)構(gòu)，由規(guī)則或不規(guī)則的雙鏈重復(fù)序列和最末端的 一條單鏈重復(fù)序列以及端粒蛋白質(zhì)構(gòu)成。:端粒結(jié)合蛋白分為兩類：端粒單鏈結(jié)合蛋白和端粒雙鏈結(jié)合蛋白。前者在端粒末端提供帽狀結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定端粒；后者可能直接參與端粒長度平衡的維持，是端粒延伸的負(fù)調(diào)節(jié)因子。Double-strand （雙鏈）telomere-binding proteins （端粒結(jié)合蛋白）Budding yeast 出芽酵母 Rap1p is a major component of telomeric 調(diào)聚 chromatin that binds the telomeric repeats with

35、 high affinity 親和力 through a Myb-like DNA binding domain. Rap1p negatively affects telomere length.It recruits, through a C-terminal domain, two proteins, Rif1p and Rif2p, which mediate the telomere length control.Deletion of either RIF1 or RIF2 leads to substantial elongation of telomeres establish

36、ing their function as negative regulators of telomere length.Telomere elongation analysis of single-chromosome end molecules in rif1 and rif2-mutant cells reveals that these proteins downregulate the frequency of telomerase-mediated telomere elongation.Single-strand telomere-binding proteinsSingle-s

37、trand telomere-binding proteins regulate telomerase access to the telomeric 3end.In S. cerevisiae, Cdc13p is the major single-strand DNA-binding protein. Cdc13ps functions include telomerase recruitment, telomerase repression, coordination of G- and C-strand synthesis, and protection of telomere end

38、s from nucleolytic degradation.Loss of CDC13 leads to degradation of the telomeric C-rich strand, causing a Rad9-mediated cell-cycle arrest.Cdc13p is present at telomeres throughout the cell cycle, but the levels of Cdc13p at telomeres peak in late S phase, consistent with the idea that Cdc13p assem

39、bles along the extended telomeric 3 overhang present at that time.四股螺旋 DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA )Poly (G), 4 (dG)染色體端粒高度重復(fù)的DNA序列：5-TTAGGGTTAGGGTTAGGG3 3，-AATCCCAATCCC5著絲點附近的高度重復(fù)序列均有形成四股螺旋DNA的可能G quadraplex 端粒G-quartets can be stabilized by sodium and potassium ions by chelation, and t

40、his stabilization can inhibit telomerase activity.端粒的功能：-對染色體DNA分子末端起封閉、保護(hù)作用：防止DNA酶酶切降解；防止發(fā)生DNA分子間融合；保持DNA復(fù)制過程中的完整性；作為細(xì)胞凋亡的信號。-*端粒長度可能與細(xì)胞壽命有關(guān)。端粒酶(性母細(xì)胞)。-由于所謂的咪端復(fù)制問題”,端粒隨著細(xì)胞分裂而逐漸縮短。在大多數(shù)正常體細(xì)胞， 染色體端粒DNA每復(fù)制一次減少50-100bp。大約50-100次分裂后，端?？s短到 臨界長度時，即會造成細(xì)胞靜止或凋亡，稱之為細(xì)胞衰老。端粒缺損會導(dǎo)致DNA變 得脆弱、容易發(fā)生變異，可能導(dǎo)致一些與衰老有關(guān)的疾病，如動

41、脈硬化。但在生殖細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等永生化細(xì)胞中，一般通過一種細(xì)胞內(nèi)反轉(zhuǎn)錄酶 端粒酶的作用，維持端粒的長度穩(wěn)定，從而使細(xì)胞無限分裂下去。端粒酶(telomerase)：爵端粒酶是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它可以其RNA (150b，富含CxAy)為模板，通 過反轉(zhuǎn)錄過程對末端DNA鏈進(jìn)行延長。人端粒酶的組成：端粒酶 RNA (human telomerase RNA, hTR)端粒酶協(xié)同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT)_端粒酶的活性

42、變化：端粒酶的活性與許多因素有關(guān)，不同的細(xì)胞，同一細(xì)胞的不同狀態(tài)及某 些物質(zhì)的協(xié)同作用都可影響到端粒酶的活性。細(xì)胞的分化可降低端粒酶的活性。細(xì)胞分裂能力較強，分裂較快的組織端粒酶活性較高。胎兒時期的端粒酶有較 高的活性，但在出生后不久，除干細(xì)胞和其它少數(shù)增生活躍的組織(如性母細(xì)胞)外都無端 粒酶活性。目前證實，在正常的人體細(xì)胞中，除生殖細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、造血 干細(xì)胞外，絕大多數(shù)細(xì)胞中的端粒酶均處于失活狀態(tài)。在正常人體細(xì)胞中端粒酶不表達(dá)或者低表達(dá)，但在永生化細(xì)胞和85%的腫瘤組織中，都 可以檢測到端粒酶的陽性表達(dá)。第五節(jié)高等生物染色體的著絲粒著絲粒(centromere)指中期染色單

43、體相互聯(lián)系在一起的特殊結(jié)構(gòu)。著絲?？煞譃橐韵聨追N 類型：1.點著絲粒，如芽殖酵母2.散漫著絲粒(holocentromere),如秀麗桿線蟲3.區(qū)域性著絲粒，如鼠、果蠅、裂殖酵母等生物著絲粒包含3個結(jié)構(gòu)域：1、動粒結(jié)構(gòu)域(kinetochore domain)2、中央結(jié)構(gòu)域(Central domain)3、配對結(jié)構(gòu)域(Pairing domain)1、動粒結(jié)構(gòu)域(kinetochore domain)著絲粒(centromere)和動粒(kinetochore)是兩個不同的概念。動粒指主縊痕處 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。動粒結(jié)構(gòu)域包括三層板狀結(jié)構(gòu)，外板(out

44、er plate)、內(nèi)板(inner plate)、中間區(qū) (interzone)和圍繞外層的纖維冠狀層(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(dá)蛋白。內(nèi)層緊貼著絲粒DNA序列，含有CENP-C和CENP-G；中層含有多個磷酸化的蛋白，為3F3/2抗原，通過感受張力的變化來調(diào)控中期/后 期的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)紡錘體檢驗點的調(diào)控。此外也可能含MCAK。外層含有CENP-F(又名mitosin)、CENP-E和ZW10，可能含有胞質(zhì)動力蛋白(dynein) 及其相關(guān)的動力蛋白激活蛋白(dynact

45、in)復(fù)合物。纖維冠狀層為紡錘體微管結(jié)合點，含有CENP-E、ZW10和胞質(zhì)動力蛋白。對于尚 未與微管穩(wěn)定結(jié)合的動粒，還含有 Mad(mitotic arrest deficient)家族蛋白和Bub(budding uninhibited by benzimidazole)家族蛋白，這些蛋白在紡錘體檢驗點中發(fā)揮重要作用。2、中央結(jié)構(gòu)域位于動粒結(jié)構(gòu)域的下方，含 a衛(wèi)星 DNA 序列、CENP-B(centromere-associated protein B，80kD)和 INCENP(內(nèi)著絲粒蛋白)，還可能含 MCAK(mitotic centromere-associated kinesi

46、n)。3、配對結(jié)構(gòu)域位于著絲粒內(nèi)層，中期兩條染色單體在此處相互連結(jié)。含有染色單體連接蛋白CLIP (chromatid linking protein)。著絲粒的成分：1、DNA序列；芽殖酵母著絲粒僅由125bp長的富含AT的序列組成。哺乳動物的著絲粒序列很長，包含大量的重復(fù)序列，即衛(wèi)星DNA。與人類和果蠅等多細(xì)胞真核生物類似，植物的著絲粒也是包埋在若干百萬堿基對長的高 度重復(fù)DNA序列中，一般包括著絲粒衛(wèi)星DNA和著絲粒專一的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。2、著絲粒蛋白真核生物著絲粒的DNA序列變異較大。與著絲粒DNA的快速進(jìn)化相反，著絲粒包含的基本 蛋白卻是保守的，種類只有幾種，說明蛋白在著絲粒的結(jié)構(gòu)和功

47、能中發(fā)揮著更大的作用。Human centromeres :Human centromeres, called regional centromeres, encompass kilobases or megabases of DNA and include both unique and repetitive DNA sequences.Normal human centromeres are characterised by an abundance of 17l-bp asatellite DNA repeat arrays. These arrays are highly variab

48、le in size, ranging from 240 kb on some Y chromosomes to 4000 kb at other centromeres.the a satellite DNA ,The major DNA component in the centromeric region of human chromosomes, plays an important role in centromere function.a,多數(shù)植物的著絲粒衛(wèi)星DNA重復(fù)單位只對親緣關(guān)系很近的(一般是同一個屬的)物種具 有專一性，存在廣泛的序列變異。b而串聯(lián)重復(fù)單位容易發(fā)生不等交換。不等交換能夠在一個相對較短的時間清除整個陣 列中新的多態(tài)性，形成著絲粒衛(wèi)星DNA的均質(zhì)化。c著絲粒衛(wèi)星DNA的均質(zhì)化和變異性之間最終達(dá)到一種平衡，既能產(chǎn)生足夠的序列分 歧以引起物種間交配不相容，同時又具有在一個物種內(nèi)維持著絲?；钚运璧淖銐虻?保守性。CENP-A: The primary link between centromeric DNA and t