備課素材：組蛋白的修飾-高一下學期生物人教版必修2

組蛋白的修飾在學習遺傳學的時候，我們知道基因結(jié)構(gòu)的改變會引起生物體表現(xiàn)型的改變，而這種改變可以從上代傳到下代。然而，近年來的研究表明，現(xiàn)代生物包括人類在內(nèi)從祖先基因組中所獲得的生長、發(fā)育和進化信息并不僅僅是基因序列。在基因的序列不發(fā)生變化的條件下，基因表達發(fā)生的改變也可以是遺傳的，導致可遺傳的表現(xiàn)型變化。這種表現(xiàn)型變化因沒有直接涉及基因的序列信息，因而是“表觀”的，稱為表觀遺傳變異，又叫表觀遺傳修飾。表觀遺傳學是研究基因型不發(fā)生變更的情況下產(chǎn)生的基因表達的可遺傳改變的學科。這種改變是細胞內(nèi)遺傳信息以外的其他可遺傳物質(zhì)發(fā)生的改變，且這種改變在發(fā)育和細胞增殖過程中能穩(wěn)定傳遞。表觀遺傳學研究內(nèi)容包括DNA甲基化表觀遺傳、染色質(zhì)表現(xiàn)遺傳、表觀遺傳基因表達調(diào)控、表觀遺傳基因沉默、細菌的限制性基因修飾等。廣義上，DNA甲基化、基因沉默、基因組印記、染色質(zhì)重塑、RNA剪接、RNA編輯、RNA干擾、X染色體失活、組蛋白乙?；榷伎梢詺w入表觀遺傳學范疇。組蛋白是真核生物染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，是一類小分子堿性蛋白質(zhì)，分為H2A、H2B、H3及H4四種類型（如圖所示），它們富含帶正電荷的堿性氨基酸（如賴氨酸），能夠同DNA中帶負電荷的磷基酸基團相互作用。只有改變組蛋白的修飾狀態(tài)，使DNA和組蛋白的結(jié)合變松，才能使相關(guān)基因表達，因此組蛋白是重要的染色體結(jié)構(gòu)維持單位和基因表達的負控制因子。組蛋白修飾示意圖圖注解：“核小體”是染色體的基本結(jié)構(gòu)單位。4種組蛋白，各2個組成一個8聚體，DNA鏈再纏繞上去，就形成核小體了。每個組蛋白肽鏈都有氨基端和羧基端兩個“尾巴”，這些“尾巴”上的氨基酸可以被加上一些化學基團，即“修飾”。其中，“A”表示乙?；?，“M”表示甲基化，“P”表示磷酸化，“U”表示泛素化。組蛋白修飾主要以共價鍵形式發(fā)生,包括乙?；⒓谆?、磷酸化和泛素化。

1.甲基化組蛋白被甲基化的位點是賴氨酸和精氨酸。H3和H4的賴氨酸甲基化可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄激活和抑制，而精氨酸甲基化則促進轉(zhuǎn)錄激活。賴氨酸或精氨酸不同程度的甲基化極大地增加了組蛋白修飾和調(diào)節(jié)基因表達的復雜性，進而實現(xiàn)功能上的多樣性。2.

乙?；M蛋白乙酰化主要發(fā)生在H3、H4的N端比較保守的賴氨酸位置上。通常與開放染色質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)，主要出現(xiàn)在啟動子區(qū)域。因此，染色質(zhì)可與轉(zhuǎn)錄因子接觸，并且能夠顯著提高基因表達的水平。3.

磷酸化組蛋白磷酸化是細胞分裂中染色體凝縮、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和DNA損傷修復的關(guān)鍵中間步驟。組蛋白磷酸化需要通過與其他組蛋白修飾的相互作用才可發(fā)揮其功能，引發(fā)下游級聯(lián)事件。4.泛素化H2A和H2B是細胞核中泛素化程度最高的兩種蛋白，組蛋白泛素化在DNA損傷響應(yīng)中具有核心意義。相對而言，組蛋白的甲基化修飾方式是最穩(wěn)定的，所以最適合作為穩(wěn)定的表觀遺傳信息。乙?；揎椌哂休^高的動態(tài)，另外其他的修飾方式，如磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等也都是不穩(wěn)定的。因此，這些修飾更為靈活的影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，通過多種修飾方式的組合發(fā)揮其調(diào)控功能。人們的生活經(jīng)驗，無論是精神上還是身體上的，都能改變組蛋白的修飾（如乙?；某潭龋?，從而對人們精神生活和身體狀況產(chǎn)生影響，這樣的性狀有時能遺傳給后代，這就是表觀遺傳。例1.研究發(fā)現(xiàn)，某些特定的行為和生活經(jīng)歷能夠被遺傳。如小鼠在聞到以前給予它們父輩電擊而產(chǎn)生恐懼感的氣味時，會表現(xiàn)出恐懼。下列敘述正確的是（）A.小鼠被喂以高脂肪的食物而出現(xiàn)肥胖癥的原因與題中小鼠表現(xiàn)恐懼的原因相同B.父輩小鼠因電擊導致DNA序列改變，遺傳給子代，子代小鼠才會因為聞到氣味而恐懼C.題中小鼠表現(xiàn)出恐懼可能與DNA的甲基化或組蛋白的乙酰化有關(guān)D.若有一對雙胞胎的小鼠遺傳信息相同，則他們患病的可能性也相同解析：小鼠被喂高脂肪的食物而出現(xiàn)肥胖癥與遺傳無關(guān)，題中小鼠表現(xiàn)恐懼與遺傳有關(guān)，A錯誤；父輩小鼠因電擊導致聞到氣味而恐懼，但其DNA序列并未發(fā)生改變，B錯誤；題目中給出的例子是小鼠聞到以前給予父輩電擊而產(chǎn)生恐懼感的氣味時會恐懼，科學的解釋是：恐懼記憶之所以能被遺傳，是因為后天因素改變了基因的表達，并通過儲存在父代DNA中的遺傳信息遺傳給了子代，因此題中小鼠表現(xiàn)出恐懼可能與DNA的甲基化或組蛋白的乙?；嘘P(guān)，C正確；雙胞胎的遺傳信息基本相同，患病的可能性也相似，這與子代之間的遺傳信息的相似性有關(guān)，與題干實例無關(guān)，D錯誤。故答案為C。例2．蜂群中的蜂王與工蜂均由基因型相同的雌蜂幼蟲發(fā)育而來，但是兩者在體型、壽命、功能等方面存在著巨大差異。據(jù)研究，蜂王的分化發(fā)育是一種表觀遺傳現(xiàn)象。兩者出現(xiàn)差異的原因是（

）A.雌蜂幼蟲的生活環(huán)境發(fā)生變化

B.蜂王的生活習慣發(fā)生了變化C.蜂王的活動使得性狀改變，并影響到后代相應(yīng)的性狀D.DNA甲基化影響其中的遺傳信息表達解析：表觀遺傳是指DNA序列不發(fā)生變化，但基因的表達卻發(fā)生了可遺傳的改變，即基因型未發(fā)生變化而表現(xiàn)型卻發(fā)生了改變，如DNA的甲基化不能與RNA聚合酶結(jié)合，故無法進行轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA，也就無法進行翻譯最終合成相關(guān)的蛋白，從而抑制了基因的表達。蜂群中的蜂王與工蜂均由基因型相同的雌蜂幼蟲發(fā)育而來，從理論上說，它們在體積、壽命、功能等方面也是相同的，但之所以出現(xiàn)差異，是因為它們的DNA甲基化程度不同。故答案為D。例3．表觀遺傳現(xiàn)象普遍存在于生物體生命活動過程中，下列有關(guān)表觀遺傳的敘述，錯誤的是(

)A.柳穿魚Leyc基因的部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達B.表觀遺傳由于堿基序列不變，故不能將性狀遺傳給后代C.同卵雙胞胎之間具有的微小差異與表觀遺傳有關(guān)D.構(gòu)成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙酰化等修飾也會影響基因的表達解析：即使親代傳遞給后代的DNA序列沒有改變,親代在生活中由于生活環(huán)境或生活習慣的改變而引起的身體狀況變化,也會通過某種途徑遺傳給下—代,即父母的生活經(jīng)歷可以通過DNA序列以外的方式遺傳給后代。生物學家將這種遺傳現(xiàn)象稱為表觀遺傳現(xiàn)象。柳穿魚Leyc基因的部分堿