細(xì)胞生物學(xué)第十章節(jié)合并

第十章細(xì)胞核與染色體§2染色質(zhì)當(dāng)前1頁，總共48頁。一、染色質(zhì)的概念及化學(xué)組成（一）定義染色質(zhì)(chromatin)-W.Flemming,1879染色體(chromosome)-Waldeyer,1888 染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期中的不同形式染色質(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2頁，總共48頁。當(dāng)前3頁，總共48頁。

（二）化學(xué)組成DNA、組蛋白、非組蛋白、少量RNA

DNA與組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分非組蛋白與RNA的含量則隨細(xì)胞生理狀態(tài)不同而變化當(dāng)前4頁，總共48頁。1.染色質(zhì)DNA1）基因組（genome）某一生物的細(xì)胞中儲存于單倍染色體組中的總遺傳信息。Ifeachnucleotidepairis1mm,thenthehumangenomewouldextend3200km,farenoughtostretchacrossthecenterofAfrica,thesiteofourhumanorigins.當(dāng)前5頁，總共48頁。SpeciesGenomesize

SV405×103bpE.coli4.6×106bpYeast2×107bpFruitfly2×108bpHuman3×109bp

Someamphibianandplantshavelargergenomesizethanhuman.基因組大小當(dāng)前6頁，總共48頁。2）基因組DNA的類型蛋白編碼序列單一DNA序列編碼rRNA、tRNA、snRNA、組蛋白的串聯(lián)重復(fù)序列含重復(fù)序列的DNA（簡單序列DNA，散在重復(fù)）未分類的間隔DNA衛(wèi)星DNA高度重復(fù)DNA小衛(wèi)星DNA微衛(wèi)星DNA當(dāng)前7頁，總共48頁。3）DNA的構(gòu)型（二級結(jié)構(gòu)）B型DNAA型DNAZ型DNAA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。當(dāng)前8頁，總共48頁。染色質(zhì)DNAWatson和Crick提出的右手雙螺旋當(dāng)前9頁，總共48頁。2.染色質(zhì)蛋白質(zhì)1）組蛋白①組蛋白的類型6種即為:H1、H2A、H2B、H3、H4和H5，

H1:富含賴氨酸，具有一定物種特異性與組織特異性H2A、H2B:含賴氨酸，保守H3:含精氨酸，極保守H4:含精氨酸，最保守當(dāng)前10頁，總共48頁。②組蛋白(histone)的特點屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合（非特異性結(jié)合）。沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守。當(dāng)前11頁，總共48頁。③組蛋白的修飾A.

乙?；疊.

磷酸化C.

甲基化D.

ADP核糖基化當(dāng)前12頁，總共48頁。2）非組蛋白（序列特異性DNA結(jié)合蛋白）（1）非組蛋白的特性

a.具有多樣性與異質(zhì)性b.對DNA具有識別特異性c.具有多種功能參與染色體的構(gòu)建參與DNA復(fù)制調(diào)控基因的表達(dá)非組蛋白參與染色體構(gòu)建當(dāng)前13頁，總共48頁。(2)非組蛋白的不同結(jié)構(gòu)模式①

α-螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式②

鋅指模式③

亮氨酸拉鏈模式④

螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式HMG蛋白都形成二聚體和DNA分子結(jié)合當(dāng)前14頁，總共48頁。

二、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位當(dāng)前15頁，總共48頁。（一）染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位——核小體核小體組蛋白(nucleosomalhistone)：H2B、H2A、H3和H4,幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，構(gòu)成核小體的核心。H1組蛋白在構(gòu)成核小體時H1起連接作用,

H1連接在DNA的進(jìn)出口端，封閉核小體的核心。它賦予染色質(zhì)以極性。H1當(dāng)前16頁，總共48頁。（二）核小體結(jié)構(gòu)要點◆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及一個分子H1◆組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)◆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?！魞蓚€相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長度60bp，不同物種變化值為0～80bp◆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，實驗表明，核小體具有自我裝配（self-assemble）的性質(zhì)◆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17頁，總共48頁。核小體的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)要點示意圖（引自B.Alberts等）在用微球菌核酸酶降解染色質(zhì)時，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18頁，總共48頁。（一）染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型1.一級結(jié)構(gòu)：核小體串珠結(jié)構(gòu)2.二級結(jié)構(gòu)：螺線管3.三級結(jié)構(gòu)：超螺線管4.四級結(jié)構(gòu)：染色單體壓縮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———→染色單體核小體10nm纖維30nm纖維螺線管三、染色體包裝的結(jié)構(gòu)模型當(dāng)前19頁，總共48頁。（二）染色體的骨架—放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架和由骨架伸出的無數(shù)的DNA側(cè)環(huán)由螺線管形成DNA復(fù)制環(huán),每18個復(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。大約106個微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。當(dāng)前20頁，總共48頁。骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型當(dāng)前21頁，總共48頁。常染色質(zhì)(euchromatin)概念：DNA包裝比約為1/1000-1/2000單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性四、常染色質(zhì)與異染色質(zhì)當(dāng)前22頁，總共48頁。異染色質(zhì)(heterochromatin)概念類型結(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23頁，總共48頁。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)或組成型異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特征：①在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕②由相對簡單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成,如衛(wèi)星DNA。③具有顯著的遺傳惰性,不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)④表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮⑤在功能上參與染色質(zhì)高級結(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24頁，總共48頁。兼性異染色質(zhì)概念異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑甲基化有利于異染色質(zhì)的形成組蛋白密碼當(dāng)前25頁，總共48頁。第八章細(xì)胞核與染色體

§3染色體當(dāng)前26頁，總共48頁。一、中期染色體的形態(tài)特征（一）中期染色體的類型當(dāng)前27頁，總共48頁。中期染色體分類圖示中著絲粒染色體近中著絲粒染色體近端著絲粒染色體端著絲粒染色體當(dāng)前28頁，總共48頁。（二）染色體的主要結(jié)構(gòu)短臂著絲粒長臂DNA染色單體當(dāng)前29頁，總共48頁。(一)染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

中期染色體的結(jié)構(gòu):主縊痕(著絲粒)

臂次縊痕(核仁組織區(qū))

隨體端粒當(dāng)前30頁，總共48頁。1.著絲粒(centromere)概念：結(jié)構(gòu)：動粒結(jié)構(gòu)域（著絲點）中央結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域當(dāng)前31頁，總共48頁。著絲點（動粒）的結(jié)構(gòu)當(dāng)前32頁，總共48頁。（1）動粒結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain)①內(nèi)板(innerplate)②中間間隙(middlespace)③外板(outerplate)④纖維冠(fibrouscorona)當(dāng)前33頁，總共48頁。（2）中央結(jié)構(gòu)域(centraldomain)

是著絲粒的主體，由串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星DNA組成（3）配對結(jié)構(gòu)域(pairingdomain)中期姐妹染色單體相互作用的位點。內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP染色單體連接蛋白clips當(dāng)前34頁，總共48頁。著絲點（動粒）在細(xì)胞分裂時受微管的牽引兩種假說:動粒通過動力蛋白在微管上滑動微管去組裝,動粒保持與微管的作用而向前移動,牽引染色體移動當(dāng)前35頁，總共48頁。2.次縊痕(secondaryconstriction)概念數(shù)目、位置和大小是染色體所特有每種生物染色體組中至少有一條或一對染色體上有次縊痕。當(dāng)前36頁，總共48頁。3.核仁組織區(qū)(nucleolarorganizingregion，NOR)位于染色體的次縊痕部位rRNA基因所在部位核仁染色體當(dāng)前37頁，總共48頁。4.隨體(satellite)概念是識別染色體的重要形態(tài)特征之一。sat染色體。當(dāng)前38頁，總共48頁。5.端粒(telomere)概念：1)端粒的結(jié)構(gòu)：由端粒DNA和端粒蛋白構(gòu)成富含G短的串聯(lián)重復(fù)序列：TTAGGG3’-懸掛鏈T環(huán)、D環(huán)在進(jìn)化上高度保守T環(huán)D環(huán)5’3’3’5’端粒端粒當(dāng)前39頁，總共48頁。2）端粒的生物學(xué)功能維持染色體的完整性和獨立性保證了染色體末端的穩(wěn)定復(fù)制與減數(shù)分裂時同源染色體配對有關(guān)端粒與核膜有一定的關(guān)系,參與染色體在核內(nèi)定位。5’3’3’5’RNA引物當(dāng)前40頁，總共48頁。3)端粒酶及端粒的合成A、端粒酶性質(zhì)

端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，自帶RNA為模板B、端粒酶功能以自帶RNA為模板，使端粒DNA3’端（懸掛端）延長。消除染色體端粒長度的進(jìn)行性縮短，且與壽命有關(guān)。端粒酶能使斷裂的染色體愈合。當(dāng)前41頁，總共48頁。C、端粒DNA的合成爬行模型與端粒酶RNA模板結(jié)合延長端粒3’DNA(懸掛鏈)端粒酶RNA轉(zhuǎn)位DNA聚合酶a合成