細胞生物學第10章2細胞核與染色體課件

三、染色質(zhì)蛋白質(zhì)

負責DNA分子遺傳信息的組織、復制和閱讀◆組蛋白(histone)：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，它們富含帶

的堿性氨基酸，能夠同DNA中帶負電荷的磷酸基團相互作用。

染色質(zhì)中的組蛋白與DNA的含量之比為：1∶1。

組蛋白的功能:◆核小體組蛋白(nucleosomalhistone),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?！舴墙M蛋白(nonhistone)概念:

是指細胞核中組蛋白以外的蛋白質(zhì)。特性:

非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性對DNA具有識別特異性，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)

具有多種功能，包括基因表達的調(diào)控和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成。

呈酸性、帶負電荷。四、核小體（nucleosome）核小體的結(jié)構(gòu)要點

Nucleosomeisbasicstructuralunitofchromatin?！粲?00個左右堿基對的DNA和四種組蛋白結(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繞在小圓盤外外面1.75圈。每一分子的H1與DNA結(jié)合,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(linkerDNA)相連,長度為0～80bp不等。Theorganizationofchromatininnucleosomes

30nm纖維染色體的四級結(jié)構(gòu)六、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin)

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),用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。特征:◆DNA包裝比約為1000～2000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)◆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

結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)

除復制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形成多個染色中心

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 及染色體臂的某些節(jié)段,呈現(xiàn)C帶染色；②由相對簡單、高度重復的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在復制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復制早聚縮；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)

在某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)，如X染色體隨機失活

異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑

活性染色質(zhì)：具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)非活性染色質(zhì)：無轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)一.中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)中期染色體的典型形態(tài)類型染色體的主要結(jié)構(gòu)

染色體的電鏡照片類型

中著絲粒染色體(metacentricchromosome)

近（亞）中著絲粒染色體(submetacentricchromosome)

近（亞）端著絲粒染色體(subtelocentricchromosome)

端著絲粒染色體(telocentricchromosome)。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①著絲粒指數(shù)②中著絲粒中著亞中著絲粒近端著絲粒端著絲粒msmstt1.00～1.671.68～3.003.01～7.007.01～00～7.007.01～000.500～0.3750.374～0.2500.294～0.1250.124～0.000①長臂長度／短臂長度;②短臂長度／染色體總長度 (根據(jù)Levan等,1964;Green等,1980)

染色體的主要結(jié)構(gòu)◆著絲粒(centromere)與動粒(kinetochore)●主縊痕(Primaryconstriction)

◆次縊痕(secondaryconstriction)◆核仁組織區(qū)(nucleolarorganizingregion,NOR)◆隨體(satellite)◆端粒(telomere)著絲粒與著絲點(動粒)著絲點結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain) 內(nèi)板(innerplate)

中間間隙(middlespace),innerzone

外板(outerplate)

纖維冠(fibrouscorona)中央結(jié)構(gòu)域(centraldomain)配對結(jié)構(gòu)域(pairingdomain)：

內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP(innercentromereprotein)

染色單體連接蛋白clips(chromatidlinkingproteins)roteins)染色體主要結(jié)構(gòu)二.染色體DNA的三種功能元件

（functionalelements）

自主復制DNA序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)：具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的區(qū)域是維持ARS功能所必需的。著絲粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)：兩個相鄰的核心區(qū)：80-90bp的AT區(qū)；11bp的保守區(qū)。端粒DNA序列(telomereDNAsequence,TEL)：

◆端粒序列的復制

◆端粒酶，在生殖細胞和部分干細胞中有端粒酶活性， 端粒重復序列的長度與細胞分裂次數(shù)和細胞衰老有關(guān)。Polytenechromosome燈刷染色體（lampbrushchromosome）

燈刷染色體是卵母細胞進行減數(shù)第一次分裂時停留在雙線期的染色體?！魺羲⑷旧w的超微結(jié)構(gòu)◆燈刷染色體的轉(zhuǎn)錄功能燈刷染色體第四節(jié)

核

仁(nucleolus)

●核仁的超微結(jié)構(gòu)

●核仁的功能

●核仁周期一、核仁的超微結(jié)構(gòu)纖維中心(fibrillarcenters,FC)致密纖維組分(densefibrillarcomponent,DFC)顆粒組分(granularcomponent,GC)核仁相隨染色質(zhì)(nucleolarassociatedchromatin)與核仁基質(zhì)（(nucleolarmatrix)Structureofthenucleolus二、核仁的功能核仁是細胞制造核糖體的裝置?！魊RNA的合成◆rRNA前體的加工◆參與核糖體大小亞基的裝配◆控制蛋白質(zhì)合成的速度rRNA基因轉(zhuǎn)錄的形態(tài)及組織特征組織特征位于NORs的rDNA是rRNA的信息來源。形態(tài)特征:“圣誕樹”樣結(jié)構(gòu)。rRNA基因的轉(zhuǎn)錄采取受控的級聯(lián)放大機制。

rRNA前體的加工加工過程修飾與加工小分子核仁RNA(snoRNAs)、小分子核仁核糖核蛋白（snoRNPs）引導RNA（guideRNA）

核糖體亞單位的組裝加工下來的蛋白質(zhì)和小的RNA存留在核仁中,可能起著催化核糖體構(gòu)建的作用；核糖體的成熟作用只發(fā)生在轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)以后,從而阻止有功能的核糖體與核內(nèi)加工不完全的hnRNA分子接近；核仁的另一個功能涉及mRNA的輸出與降解輸出與降解。Ribosome組裝過程核仁中進行的核糖體裝配三、核仁周期核仁的動態(tài)變化核仁結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化依賴于rDNA轉(zhuǎn)錄活性和細胞周期的運行四、核體間期核內(nèi)除染色質(zhì)與核仁結(jié)構(gòu)外，在染色質(zhì)之間的空間還含許多形態(tài)上不同的亞核結(jié)構(gòu)域（subnucleardomain），統(tǒng)稱為核體。如螺旋體和早幼粒細胞白血病蛋白體。在細胞的各種事件中，核體可能與不同核組分的合成、組裝和儲存有關(guān)。第五節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)及其主要特征染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄一、活性染色質(zhì)及其主要特征活性染色質(zhì)(activechromatin)與非活性染色質(zhì)(inactivechromatin)

活性染色質(zhì)主要特征（一）活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)

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)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)（二）活性染色質(zhì)主要特征活性染色質(zhì)具有DNaseI超敏感位點（DNaseIhypersensitivesite）染色質(zhì)活性基因DNaseI敏感性的檢測活性染色質(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； HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中。

二、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因轉(zhuǎn)錄

疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成

染色質(zhì)的區(qū)間性

染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄

（一）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

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 組蛋白賴氨酸殘基乙?；╝cetylation），影響轉(zhuǎn)錄

HMG結(jié)構(gòu)域蛋白的影響 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)（二）染色質(zhì)的區(qū)間性基因座控制區(qū)（locuscontrolregion,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。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) 域之間的結(jié)構(gòu)特點向兩側(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)定向形成的起始位點； 提供拓撲隔離區(qū)（三）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”（nucleosomeplow）假說

第六節(jié)核基質(zhì)與核體

核基質(zhì)(nuclearmatrix)（見第十章）

核體（nuclearbodies，NBs）核體概念間期核內(nèi)除染色質(zhì)與核仁結(jié)構(gòu)外，在染色質(zhì)之間的空間還含許多形態(tài)上不同的亞核結(jié)構(gòu)域（subnucleardomain），統(tǒng)稱為核體。如螺旋體和早幼粒細胞白血病蛋白體。在細胞的各種事件中，核體可能代表不同核組分的儲存或查封位點或稱之為分子貨倉（molecularwarehouse）。