細(xì)胞生物學(xué)課件

教學(xué)內(nèi)容：一、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能

細(xì)胞的統(tǒng)一性和多樣性；真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)（主要細(xì)胞器、細(xì)胞骨架）二、細(xì)胞的生活和調(diào)控

細(xì)胞的增殖、分化、衰老和死亡；細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)三、基因組的維持真核基因組的結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控；DNA的復(fù)制、修復(fù)和轉(zhuǎn)座四、基因組的表達(dá)和調(diào)控轉(zhuǎn)錄、翻譯的機(jī)制；原核和真核生物的基因調(diào)控；調(diào)控RNA五、分子及細(xì)胞生物學(xué)研究技術(shù)

當(dāng)前1頁(yè)，總共137頁(yè)。基因組的維持真核基因組的結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控DNA的復(fù)制、修復(fù)和轉(zhuǎn)座當(dāng)前2頁(yè)，總共137頁(yè)。真核基因組的結(jié)構(gòu)4135DNA的結(jié)構(gòu)與功能核小體基因與基因組當(dāng)前3頁(yè)，總共137頁(yè)。

核酸（nucleicacid)是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子。天然存在的核酸有兩類，一類為脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA)，另一類為核糖核酸（ribonuleicacid,RNA)。

DNA存在細(xì)胞核和線粒體內(nèi)，攜帶和傳遞遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型（genetype)。

RNA存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)，參入細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。

病毒中，RNA也可作為遺傳信息的載體。當(dāng)前4頁(yè)，總共137頁(yè)。Section1DNA的結(jié)構(gòu)與功能一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)4種核苷酸的連接及排列順序四種脫氧核糖核苷酸分別表示為：

dAMP、dGMP、dTMP、dCMP當(dāng)前5頁(yè)，總共137頁(yè)。glycosidicbondphosphoesterbondNucleoside當(dāng)前6頁(yè)，總共137頁(yè)。DNA是雙螺旋的生物大分子。生物信息絕大部分都貯存在DNA分子中。

這些信息以核苷酸不同的排列順序編碼在DNA分子上，核苷酸排列順序變了，它的生物學(xué)含義也就不同了。

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)就是指核苷酸在DNA分子中的排列順序。因此測(cè)定DNA的堿基排列順序是分子生物學(xué)的基本課題之一。1.DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)中貯存的生物遺傳信息當(dāng)前7頁(yè)，總共137頁(yè)。DNA分子的多樣性?堿基的排列順序，而構(gòu)成了DNA分子的多樣性?100bpDNA分子可能排列方式就是4100?DNA中的堿基排列順序是DNA分子的重要屬性當(dāng)前8頁(yè)，總共137頁(yè)。4種dNTP以3’、5’磷酸二酯鍵相連構(gòu)成一個(gè)沒有分枝的線性大分子。（與蛋白質(zhì)比觸覺不靈）。它們的兩個(gè)末端分別稱5’末端（游離磷酸基）和3’末端（游離羥基）。2、DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)當(dāng)前9頁(yè)，總共137頁(yè)。二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1）主鏈脫氧核糖和磷酸基相互連接構(gòu)成DNA的主鏈。從化學(xué)鍵的方向來看，雙螺旋中兩條多核苷酸鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械摹６l主鏈處于螺旋的外側(cè)，堿基處于螺旋的內(nèi)部，由于糖和磷酸根的化學(xué)性質(zhì)，主鏈?zhǔn)怯H水的。兩條鏈形成右手螺旋，有共同的螺旋軸，螺旋的直徑是20A。1.雙螺旋的基本特征當(dāng)前10頁(yè)，總共137頁(yè)。SchematicmodelSpace-fillingmodel當(dāng)前11頁(yè)，總共137頁(yè)。?右手雙螺旋構(gòu)象是DNA最為常見的結(jié)構(gòu)-B型DNA。?DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是右手螺旋，如：B-DNA、CDNA、D-DNA、E-DNA、A-DNA；另一類是局部的左手螺旋，即Z-DNA。Watson和Crick于1953年根據(jù)DNA纖維X射線晶體衍射圖，提出了DNA為右手雙螺旋結(jié)構(gòu)的科學(xué)假設(shè)當(dāng)前12頁(yè)，總共137頁(yè)。ABZ當(dāng)前13頁(yè)，總共137頁(yè)。在A-T豐富的區(qū)段，DNA常呈現(xiàn)B-DNA。在轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，DNA與RNA的雜合鏈呈現(xiàn)A-DNA。雖然B-DNA是最常見的構(gòu)象，但是A-DNA和Z-DNA似乎具有不同的生物活性。當(dāng)前14頁(yè)，總共137頁(yè)。PropellerTwistBuckleTextbookRealLife當(dāng)前15頁(yè)，總共137頁(yè)。2）堿基對(duì)

·

這兩種堿基對(duì)（A/T,G/C）有一個(gè)重要的特征，就是它們具有二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，即一對(duì)堿基對(duì)旋轉(zhuǎn)180O,并不影響雙螺旋的對(duì)稱性，因此雙螺旋結(jié)構(gòu)只限定了配對(duì)的方式，并不限定堿基的順序。堿基環(huán)是一個(gè)共軛環(huán)，本身構(gòu)成一個(gè)平面分子。在雙螺旋中這個(gè)平面垂直于螺旋軸，相鄰的兩個(gè)堿基上下間隔3.4A,每十對(duì)堿基組成一節(jié)螺旋，因此雙螺旋的螺距是34A。一條鏈中每個(gè)相鄰的堿基方向相差360。堿基之間的疏水作用可導(dǎo)致堿基堆集，這個(gè)引力同堿基對(duì)之間氫鍵一起穩(wěn)定了雙螺旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)前16頁(yè)，總共137頁(yè)。沿螺旋軸方向觀察，配對(duì)的堿基并不充滿雙螺旋的空間。由于堿基對(duì)的方向性，使得堿基對(duì)占據(jù)的空間是不對(duì)稱的，因此在雙螺旋的表面形成二個(gè)凹下去的槽，一個(gè)槽大些，一個(gè)槽小些分別稱為大溝和小溝。雙螺旋表面的溝對(duì)DNA和蛋白質(zhì)的相互識(shí)別是很重要的，因?yàn)樵跍蟽?nèi)才能覺察到堿基的順序，而在雙螺旋的表面，是脫氧核糖和磷酸重復(fù)結(jié)構(gòu)，沒有信息可言。3）大溝和小溝當(dāng)前17頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前18頁(yè)，總共137頁(yè)。?決定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的因素主要有以下幾點(diǎn)：氫鍵堿基堆積力帶負(fù)電荷的磷酸基的靜電斥力堿基分子內(nèi)能當(dāng)前19頁(yè)，總共137頁(yè)。?DNA三股螺旋構(gòu)型稱為H-DNA，是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)基堿上形成的。?它是雙螺旋DNA分子中一條鏈的某一節(jié)段，通過鏈的折疊與同一分子中DNA結(jié)合而形成。?三條鏈均為同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的堿基均為嘌呤或嘧啶，其中兩條鏈為正常雙螺旋，第三條鏈位于雙螺旋的大溝中。?H-DNA可在轉(zhuǎn)錄水平上阻止基因的轉(zhuǎn)錄，這就是反基因策略，或稱反基因技術(shù)。2.三股螺旋DNA（H-DNA）當(dāng)前20頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前21頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)DNA雙鏈中含有H—回文序列時(shí)，即某區(qū)段DNA兩條鏈分別為HPu和HPy，并且各自為回文結(jié)構(gòu)時(shí)，任一條回文結(jié)構(gòu)的5’和3’部分都可以形成分了子內(nèi)三股螺旋結(jié)構(gòu)及剩余的半條回文結(jié)構(gòu)游離單鏈。真核生物基因組中存在大量可形成H-DNA的多聚嘌呤核苷酸和多聚嘧啶核苷序列。它們位于：

調(diào)控區(qū)DNA復(fù)制起點(diǎn)或終點(diǎn)染色體重組位點(diǎn)，提示它們可能與基因表達(dá)調(diào)控DNA復(fù)制及染色體的重組有關(guān)。當(dāng)前22頁(yè)，總共137頁(yè)。DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指雙螺旋鏈的扭曲。超螺旋是DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的一種形式，DNA在核小體中的扭曲方式也是一種超螺旋結(jié)構(gòu)。超螺旋的生物學(xué)意義可能是：1.使DNA分子體積變小，對(duì)其在細(xì)胞的包裝過程有利。2.影響雙螺旋的解鏈過程,從而影響DNA分子與其它分子(如酶、蛋白質(zhì)、核酸)之間的相互作用。三、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前23頁(yè)，總共137頁(yè)。線狀DNA形成的超螺旋當(dāng)前24頁(yè)，總共137頁(yè)。環(huán)狀DNA形成的超螺旋當(dāng)前25頁(yè)，總共137頁(yè)。拓?fù)洚悩?gòu)酶or溴化乙錠拓?fù)洚悩?gòu)酶or溴化乙錠DNA扭曲與雙螺旋相同（擰緊）DNA扭曲與雙螺旋相反（松開）負(fù)超螺旋松弛DNA正超螺旋在不同類型的拓?fù)洚悩?gòu)酶作用下，DNA的可以在超螺旋和松弛DNA形式之間轉(zhuǎn)變。當(dāng)前26頁(yè)，總共137頁(yè)。拓?fù)洚悩?gòu)酶可以催化DNA產(chǎn)生瞬時(shí)單鏈或雙鏈的斷裂，從而改變連環(huán)數(shù)（使環(huán)狀DNA兩條鏈完全分開時(shí)，一條鏈必須穿過另一條鏈的次數(shù)），使超螺旋DNA解旋。在原核和真核生物中都存在去除超螺旋的拓?fù)洚悩?gòu)酶I和II。拓?fù)洚悩?gòu)酶（Topoisomerases）當(dāng)前27頁(yè)，總共137頁(yè)。拓?fù)洚悩?gòu)酶I:通過一步改變DNA的連環(huán)數(shù)，不需要ATP。使DNA暫時(shí)產(chǎn)生單鏈缺口，讓未被切割的一條單鏈在切口結(jié)合之前穿過這一切口。當(dāng)前28頁(yè)，總共137頁(yè)。拓?fù)洚悩?gòu)酶II：通過兩步改變DNA的連環(huán)數(shù)，需要ATP提供能量。在DNA上產(chǎn)生瞬時(shí)的雙鏈缺口，并在缺口閉合以前使一小段未被切割的雙鏈DNA穿越這一缺口。當(dāng)前29頁(yè)，總共137頁(yè)。DNA的拓?fù)洚悩?gòu)體可以通過電泳分離長(zhǎng)度相同而連環(huán)數(shù)不同的共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子叫做DNA的拓?fù)洚悩?gòu)體。通過瓊脂糖凝膠電泳可以將它們彼此分開。松弛或有缺口的環(huán)狀線狀超螺旋溴乙錠（EB）可以嵌入核酸分子的堿基對(duì)平面之間，在紫外光照射下發(fā)出橙黃色的熒光，常作為染料檢測(cè)核酸的存在。當(dāng)前30頁(yè)，總共137頁(yè)。1.信息量大，可以縮微；2.表面互補(bǔ)，電荷互補(bǔ)，雙螺旋結(jié)構(gòu)說明了精確復(fù)制機(jī)理；3.核糖的2’脫氧，在水溶液中穩(wěn)定性好；4.可以突變，以求進(jìn)化（突變對(duì)個(gè)體是不幸的，進(jìn)化對(duì)群體是有利的）；5.有T無U，基因組得以增大，而無C脫氨基成U帶來的潛在危險(xiǎn)。（尿嘧啶DNA糖苷酶可以靈敏識(shí)別DNA中的U而隨時(shí)將其剔除）。四、DNA作為遺傳物質(zhì)的主要優(yōu)點(diǎn)當(dāng)前31頁(yè)，總共137頁(yè)。五、DNA的變性、復(fù)性和分子雜交1、DNA的變性（denaturation）DNA溶液溫度在高于生理溫度或者pH較高時(shí)，互補(bǔ)的兩條鏈就可以分開，這一過程叫做Denaturation(變性)。DNA變性：紫外吸收增加；DNA的熱變性稱為DNA的“融解”，50%DNA分子解鏈的溫度稱為融點(diǎn)Tm表示；不同種類DNA有不同的Tm值；Tm隨（G+C）%含量呈線性增加。當(dāng)前32頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前33頁(yè)，總共137頁(yè)。2、DNA的復(fù)性?DNA回復(fù)成雙鏈結(jié)構(gòu)，稱為復(fù)性（renaturation）?熱變性經(jīng)冷卻后即可復(fù)性，稱為退火(annealing)當(dāng)前34頁(yè)，總共137頁(yè)。來源不同的兩條DNA鏈經(jīng)變性后，通過緩慢降溫形成的人工雜交的DNA分子的過程。互補(bǔ)的DNA和RNA鏈也可以形成雜交分子。雜交是分子雜交技術(shù)的基礎(chǔ)，包括Southern雜交、Northern雜交、DNA芯片等。3、DNA分子雜交(Hybridization)當(dāng)前35頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前36頁(yè)，總共137頁(yè)。Section2核小體核小體是染色質(zhì)包裝的基本結(jié)構(gòu)單位一、主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)當(dāng)前37頁(yè)，總共137頁(yè)。Isolated

frominterphasenucleus:30nmthickChromatinunpacked,showthenuclesome（１）鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察當(dāng)前38頁(yè)，總共137頁(yè)。(2)用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì),部分酶解片段檢測(cè)結(jié)果當(dāng)前39頁(yè)，總共137頁(yè)。由X-射線晶體衍射(2.8A)所揭示的核小體三維結(jié)構(gòu)（引自K.Luger等，1997）（３）應(yīng)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究染色質(zhì)結(jié)晶顆粒

當(dāng)前40頁(yè)，總共137頁(yè)。（４）SV40微小染色體分析與電鏡觀察

當(dāng)前41頁(yè)，總共137頁(yè)。二、核小體結(jié)構(gòu)要點(diǎn)(1)每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體及一個(gè)分子H1。(2)組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)。當(dāng)前42頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前43頁(yè)，總共137頁(yè)。(3)146bp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20bpDNA，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作用。包括組蛋白H1和166bpDNA的核小體結(jié)構(gòu)又稱染色質(zhì)小體。(4)兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長(zhǎng)度60bp，不同物種變化值為0～80bp。當(dāng)前44頁(yè)，總共137頁(yè)。(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，實(shí)驗(yàn)表明，核小體具有自組裝（self-assemble）的性質(zhì)。(6)核小體沿DNA的定位受不同因素的影響，進(jìn)而通過核小體相位改變影響基因表達(dá)。當(dāng)前45頁(yè)，總共137頁(yè)。核小體的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)要點(diǎn)示意圖（引自B.Alberts等）在用微球菌核酸酶降解染色質(zhì)時(shí)，反應(yīng)早期可得到166bp的片段，但不穩(wěn)定；進(jìn)一步降解則得到146bp片段，比較穩(wěn)定。推測(cè)可能原因是失去H1后，DNA兩端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。當(dāng)前46頁(yè)，總共137頁(yè)。ChromatinPacking當(dāng)前47頁(yè)，總共137頁(yè)。ChromatinPacking當(dāng)前48頁(yè)，總共137頁(yè)。Section3基因與基因組?基因：表達(dá)一種蛋白質(zhì)或功能RNA的基本單位。?基因組：是指某種生物所包含的全套基因。人類基因組的C值在3＊109bp；病毒含103~105bp；細(xì)菌含105~107bp；當(dāng)前49頁(yè)，總共137頁(yè)。基因與蛋白質(zhì)1000bp(1kb)編碼一個(gè)蛋白質(zhì)；病毒含4~5個(gè)基因；大腸桿菌含3000~4000個(gè)基因；人類應(yīng)有200~300萬(wàn)個(gè)基因（3＊109bp)，實(shí)際只有10萬(wàn)個(gè)左右；病毒的基因數(shù)要比計(jì)算所得的大，因?yàn)橛谢蛑丿B現(xiàn)象。當(dāng)前50頁(yè)，總共137頁(yè)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練，DNA分子的絕大部分用來編碼蛋白質(zhì)，不轉(zhuǎn)錄部分所占比例較小。存在轉(zhuǎn)錄單元，功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因往往形成功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，一起轉(zhuǎn)錄成多順反子的mRNA。在一些細(xì)菌和病毒中有重疊基因，同一段的DNA能攜帶兩種不同蛋白質(zhì)的編碼信息。原核生物基因組當(dāng)前51頁(yè)，總共137頁(yè)。最大的特點(diǎn)是含有大量的重復(fù)序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA隔開。真核生物基因組當(dāng)前52頁(yè)，總共137頁(yè)?；蚪M龐大存在大量重復(fù)序列基因組序列90%以上的部分是非編碼序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是單順反子真核基因一般都含有內(nèi)含子存在大量的順式元件存在大量的DNA多態(tài)性具有端粒結(jié)構(gòu)真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：當(dāng)前53頁(yè)，總共137頁(yè)。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控染色質(zhì)DNA與蛋白質(zhì)染色質(zhì)組裝的模型常染色質(zhì)和異染色質(zhì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化染色體當(dāng)前54頁(yè)，總共137頁(yè)?！羧旧|(zhì)（chromatin）:在核內(nèi)可以被堿性染料強(qiáng)烈著色的物質(zhì)。指間期細(xì)胞核內(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。

DNA、組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分。當(dāng)前55頁(yè)，總共137頁(yè)。◆染色體(chromosome):

指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中,由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。 染色質(zhì)與染色體是在細(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)與染色體具有基本相同的化學(xué)組成，但包裝程度不同,

構(gòu)象不同。當(dāng)前56頁(yè)，總共137頁(yè)。Section1染色質(zhì)DNA與蛋白質(zhì)一、染色質(zhì)DNA

在真核細(xì)胞中，每條未復(fù)制的染色體包含一條DNA分子，一個(gè)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（genome）。

基因組大小通常隨物種的復(fù)雜性而增加。

當(dāng)前57頁(yè)，總共137頁(yè)。SpeciesGenomesizeSV405×103bpE.coli4.6×106bpYeast2×107bpFruitfly2×108bpHuman3×109bp

Someamphibianandplantshavelargergenomesizethanhuman.當(dāng)前58頁(yè)，總共137頁(yè)。C值與C值矛盾當(dāng)前59頁(yè)，總共137頁(yè)。

染色質(zhì)DNA的類型：按序列在基因組中的拷貝數(shù)劃分：

非重復(fù)序列（單拷貝序列）：拷貝數(shù)1－5

中度重復(fù)序列：拷貝數(shù)102－105

高度重復(fù)序列：拷貝數(shù)105以上

當(dāng)前60頁(yè)，總共137頁(yè)。按照序列的功能分：

蛋白質(zhì)編碼序列可編碼的中度重復(fù)序列重復(fù)序列DNA：不編碼的中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列間隔DNA當(dāng)前61頁(yè)，總共137頁(yè)。（1）蛋白質(zhì)編碼序列：所占比例隨生物復(fù)雜程度的不同而異。主要是非重復(fù)的單一DNA序列；也有多個(gè)拷貝的情況。當(dāng)前62頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前63頁(yè)，總共137頁(yè)。（2）串聯(lián)重復(fù)序列

（可編碼的中度重復(fù)序列）一般的拷貝數(shù)是20－300個(gè)。編碼產(chǎn)物包括tRNA，rRNA，snRNA和組蛋白。TandemlyrepeatedgenesencodeidenticalornearlyidenticalproteinsorfunctionalRNAs.Thesegenesareneededtomeetthegreatcellulardemandfortheirtranscripts.當(dāng)前64頁(yè)，總共137頁(yè)。（3）不編碼的中度重復(fù)序列DNA：散在重復(fù)序列(interspersedrepeats)DNA轉(zhuǎn)座子假基因

LTR反轉(zhuǎn)座子非LTR反轉(zhuǎn)座子短散在元件長(zhǎng)散在元件當(dāng)前65頁(yè)，總共137頁(yè)。（4）高度重復(fù)序列DNA

簡(jiǎn)單序列DNA（simplesequenceDNA）衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）：

重復(fù)單位5－100bp,主要分布在著絲粒部位

小衛(wèi)星DNA（minisatelliteDNA）：

重復(fù)單位12－100bp,常用于DNA指紋分析

微衛(wèi)星DNA（microsatelliteDNA）：

重復(fù)單位1－5bp,用于遺傳圖譜構(gòu)建和個(gè)體鑒定當(dāng)前66頁(yè)，總共137頁(yè)。二、染色質(zhì)蛋白負(fù)責(zé)DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀分類：組蛋白(histone)：與DNA非特異性結(jié)合非組蛋白(nonhistone)：與特定的DNA序列或組蛋白結(jié)合

當(dāng)前67頁(yè)，總共137頁(yè)。（一）組蛋白(histone)

真核生物染色體的基本結(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）。聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）可以區(qū)分出5種不同的組蛋白：H1，H2A，H2B，H3，H4。當(dāng)前68頁(yè)，總共137頁(yè)。（1）核小體組蛋白(nucleosomalhistone)：H2B、H2A、H3和H4,幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守；組蛋白在功能上分成兩組當(dāng)前69頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前70頁(yè)，總共137頁(yè)。（2）H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時(shí)，起連接作用,它賦予染色質(zhì)以極性。有一定的種屬及組織特異性，保守性低于核小體組蛋白。當(dāng)前71頁(yè)，總共137頁(yè)。（二）非組蛋白

主要指和特異DNA序列結(jié)合的蛋白，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)，可以通過凝膠阻滯實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。

當(dāng)前72頁(yè)，總共137頁(yè)。A非組蛋白的特性非組蛋白具有多樣性，不同組織細(xì)胞中其種類和數(shù)量都不同，代謝周轉(zhuǎn)快。包括核酸代謝和修飾的酶類，骨架蛋白，基因表達(dá)的調(diào)控蛋白等。識(shí)別DNA具有特異性識(shí)別信息來自于DNA序列自身，識(shí)別位點(diǎn)在DNA雙螺旋的大溝部分。具有多種功能，包括基因表達(dá)的調(diào)控和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成。當(dāng)前73頁(yè)，總共137頁(yè)。B非組蛋白的結(jié)構(gòu)模式α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)鋅指模式(Zincfingermotif)亮氨酸拉鏈模式(Leucinezippermotif，ZIP)螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helixmotif，HLH)HMG-盒結(jié)構(gòu)模式（HMG-boxmotif）

當(dāng)前74頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前75頁(yè)，總共137頁(yè)。Section2、染色質(zhì)組裝的模型當(dāng)前76頁(yè)，總共137頁(yè)。1染色質(zhì)組裝的前期過程組裝過程（圖5－19）解決高度壓縮結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄要求的矛盾：通過染色質(zhì)修飾酶的作用，使染色質(zhì)更接近轉(zhuǎn)錄機(jī)器。包括對(duì)組蛋白尾部共價(jià)修飾，以及破壞組蛋白－DNA接觸。當(dāng)前77頁(yè)，總共137頁(yè)。2.染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型

(multiplecoilingmodel)

一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體(nucleosome)

二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid)

三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid)

四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體（chromatid）

壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍

DNA核小體螺線管超螺線管染色單體

當(dāng)前78頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前79頁(yè)，總共137頁(yè)。◆非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架(chromsomalscaffold)和由骨架伸出的無數(shù)的DNA側(cè)環(huán)◆30nm的染色線折疊成環(huán),沿染色體縱軸,由中央向四周伸出,構(gòu)成放射環(huán)。

3.染色體的骨架－放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型(scaffoldradialloopstructuremodel)

當(dāng)前80頁(yè)，總共137頁(yè)。EvidenceforScaffoldRadialLoopModel當(dāng)前81頁(yè)，總共137頁(yè)。由螺線管形成DNA復(fù)制環(huán),每18個(gè)復(fù)制環(huán)呈放射狀平面排列,結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband)。微帶是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的單位,大約106個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。當(dāng)前82頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前83頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前84頁(yè)，總共137頁(yè)。Section3、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin)異染色質(zhì)(heterochromatin)

當(dāng)前85頁(yè)，總共137頁(yè)。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?fàn)顟B(tài)（典型包裝率750倍）,用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。主要是單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA(如組蛋白基因和tRNA基因)

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。當(dāng)前86頁(yè)，總共137頁(yè)。異染色質(zhì)(heterochromatin)概念：指間期細(xì)胞核中,折疊壓縮程度高,處于聚縮狀態(tài)的染色質(zhì)組分。類型 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（或組成型異染色質(zhì)）

(constitutiveheterochromatin) 兼性異染色質(zhì)

(facultativeheterochromatin)當(dāng)前87頁(yè)，總共137頁(yè)。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特點(diǎn)

除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形成多個(gè)染色中心。①多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕等處；②由相對(duì)簡(jiǎn)單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成；③具有顯著的遺傳惰性,不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；當(dāng)前88頁(yè)，總共137頁(yè)。④與常染色質(zhì)相比，復(fù)制上表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮；⑤在功能上參與染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)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。當(dāng)前89頁(yè)，總共137頁(yè)。兼性異染色質(zhì)

在某些細(xì)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)，如X染色體隨機(jī)失活.

異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。當(dāng)前90頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前91頁(yè)，總共137頁(yè)。常染色質(zhì)與異染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變常染色質(zhì)與異染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變常常伴隨著一些組蛋白和DNA的修飾。當(dāng)前92頁(yè)，總共137頁(yè)。對(duì)不同Lys位點(diǎn)甲基化產(chǎn)生不同的染色質(zhì)狀態(tài)A:代表轉(zhuǎn)錄激活R:代表轉(zhuǎn)錄抑制當(dāng)前93頁(yè)，總共137頁(yè)。四種核心組蛋白的修飾發(fā)生在N端。組蛋白修飾的位點(diǎn):

甲基化:Lys和Arg

乙?；?Lys磷酸化:Ser當(dāng)前94頁(yè)，總共137頁(yè)。不同組蛋白或同一個(gè)組蛋白在不同氨基酸殘基上的修飾決定了染色質(zhì)所處的狀態(tài)。例如：

H3K4、H3K36:該位點(diǎn)甲基化激活基因轉(zhuǎn)錄,是活性染色質(zhì)的標(biāo)志。

H3K9、H3K27、H4K20:該位點(diǎn)甲基化調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，是異染色質(zhì)的標(biāo)志。當(dāng)前95頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前96頁(yè)，總共137頁(yè)。Section4染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化根據(jù)功能狀態(tài)的不同，染色質(zhì)可以分為：

活性染色質(zhì)（activechromatin）

非活性染色質(zhì)（inactivechromatin）當(dāng)前97頁(yè)，總共137頁(yè)?；钚匀旧|(zhì)是具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，這是由于核小體的構(gòu)型發(fā)生構(gòu)象的變化，往往具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件的結(jié)合、RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上的滑動(dòng)。大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)錄中染色質(zhì)的DNA基本保持著同組蛋白的結(jié)合，只是隨著轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行相應(yīng)的核小體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一系列的變化。當(dāng)前98頁(yè)，總共137頁(yè)。（1）活性染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①活性染色質(zhì)具有DNaseI超敏感位點(diǎn)（DNaseⅠhypersensitivesite）

活化染色質(zhì)對(duì)DNaseⅠ的優(yōu)先敏感性是可轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的一個(gè)基本特征。當(dāng)前99頁(yè)，總共137頁(yè)。DNaseI超敏感位點(diǎn)是染色質(zhì)上無核小體的DNA區(qū)段，通常位于5‘-啟動(dòng)子區(qū)，長(zhǎng)度幾百bp。

超敏感位點(diǎn)與啟動(dòng)子功能有關(guān)，可能為RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、蛋白調(diào)控因子提供結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)前100頁(yè)，總共137頁(yè)。②活性染色質(zhì)在生化上具有特殊性活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1與其結(jié)合；活性染色質(zhì)的組蛋白乙?；潭雀?；活性染色質(zhì)的核小體組蛋白H2B很少被磷酸化；活性染色質(zhì)中核小體組蛋白H2A在許多物種很少有變異形式；組蛋白H3的變種H3.3只在活躍轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)中出現(xiàn)；HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中。當(dāng)前101頁(yè)，總共137頁(yè)。③活性染色質(zhì)在組蛋白修飾上的特異性組蛋白的修飾，包括甲基化、乙酰化和磷酸化直接影響染色質(zhì)的活性。乙?；话闶腔钚匀旧|(zhì)的標(biāo)志，而甲基化和磷酸化則在兩類染色質(zhì)中都存在。當(dāng)前102頁(yè)，總共137頁(yè)。（2）染色質(zhì)活化與基因激活疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成是基因活化的前提。當(dāng)前103頁(yè)，總共137頁(yè)。①核小體相位的影響當(dāng)調(diào)控蛋白與染色質(zhì)DNA的特定位點(diǎn)結(jié)合時(shí)，染色質(zhì)易被引發(fā)二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而影響其它的一些結(jié)合位點(diǎn)與調(diào)控蛋白的結(jié)合。拓?fù)洚悩?gòu)酶可以調(diào)整DNA雙螺旋的局部構(gòu)象和高級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，使其超螺旋化或松弛。當(dāng)前104頁(yè)，總共137頁(yè)。

核小體通常定位在DNA特殊位點(diǎn)而利于轉(zhuǎn)錄基因的關(guān)鍵調(diào)控元件（增強(qiáng)子和啟動(dòng)子）位于核小體顆粒之外，便于和轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合?；蛘{(diào)控元件位于盤繞核心組蛋白的DNA上，通過轉(zhuǎn)錄因子將增強(qiáng)子和啟動(dòng)子聯(lián)系起來。當(dāng)前105頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前106頁(yè)，總共137頁(yè)。②組蛋白的修飾意義：組蛋白的修飾可以改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，影響轉(zhuǎn)錄活性。組蛋白修飾使核小體的表面發(fā)生改變，使其他的調(diào)控蛋白易于和染色質(zhì)相互接觸，間接影響轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)前107頁(yè)，總共137頁(yè)。染色質(zhì)的乙?；癄顟B(tài)是一動(dòng)態(tài)過程，存在乙?；D(zhuǎn)移酶（如：轉(zhuǎn)錄輔激活子）和去乙?；福ㄈ纾恨D(zhuǎn)錄輔阻抑物），分別促進(jìn)和抑制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。許多輔激活子（coactivator）具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶功能，自身作為接頭蛋白，在基因的上游位點(diǎn)將轉(zhuǎn)錄因子和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置連接起來。當(dāng)前108頁(yè)，總共137頁(yè)。輔激活子通過乙酰化調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的模型糖皮質(zhì)激素受體當(dāng)前109頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前110頁(yè)，總共137頁(yè)。轉(zhuǎn)錄抑制的模型當(dāng)前111頁(yè)，總共137頁(yè)。③HMG結(jié)構(gòu)域蛋白的影響可識(shí)別某些異型的DNA結(jié)構(gòu)，與DNA彎折和DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)。（染色質(zhì)變構(gòu)因子）當(dāng)前112頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前113頁(yè)，總共137頁(yè)。Section5染色體當(dāng)前114頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前115頁(yè)，總共137頁(yè)。一染色體的主要結(jié)構(gòu)著絲粒（centromere）與著絲點(diǎn)（動(dòng)粒，kinetochore）次縊痕(secondaryconstriction)核仁組織區(qū)(nucleolarorganizingregion,NOR)隨體(satellite)端粒(telomere)當(dāng)前116頁(yè)，總共137頁(yè)。著絲粒與著絲點(diǎn)(動(dòng)粒)著絲粒區(qū)也叫主縊痕，是一個(gè)高度有序的整合結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)和組成上非均一，至少包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域。它們的整合功能，確保分裂中染色體和紡錘體整合，發(fā)生有序的染色體分離。當(dāng)前117頁(yè)，總共137頁(yè)。（１）動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain)

在著絲粒的外表面 內(nèi)板(innerplate)

中間間隙(middlespace)

外板(outerplate)

纖維冠(fibrouscorona)： 微管蛋白構(gòu)成當(dāng)前118頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前119頁(yè)，總共137頁(yè)。（２）中央結(jié)構(gòu)域(centraldomain)

著絲粒區(qū)的主體，由串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星DNA組成。 如：有CENP-B盒可與動(dòng)粒蛋白結(jié)合當(dāng)前120頁(yè)，總共137頁(yè)。（３）配對(duì)結(jié)構(gòu)域(pairingdomain)：

代表中期姐妹染色單體相互作用的位點(diǎn) 如：內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP(innercentromereprotein)和染色單體連接蛋白clips(chromatidlinkingproteins)和染色體配對(duì)有關(guān)。當(dāng)前121頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前122頁(yè)，總共137頁(yè)。染色體的復(fù)制和穩(wěn)定遺傳，至少應(yīng)具備以下關(guān)鍵序列（功能元件）:（１）確保自我復(fù)制的DNA復(fù)制起點(diǎn)（２）使復(fù)制后的染色體能夠平均分配到子細(xì)胞中去的著絲粒（３）保持染色體獨(dú)立性和穩(wěn)定性的端粒

二染色體DNA的3種功能元件當(dāng)前123頁(yè)，總共137頁(yè)。當(dāng)前1