备课素材：组蛋白的修饰-高一下学期生物人教版必修2

组蛋白的修饰在学习遗传学的时候，我们知道基因结构的改变会引起生物体表现型的改变，而这种改变可以从上代传到下代。然而，近年来的研究表明，现代生物包括人类在内从祖先基因组中所获得的生长、发育和进化信息并不仅仅是基因序列。在基因的序列不发生变化的条件下，基因表达发生的改变也可以是遗传的，导致可遗传的表现型变化。这种表现型变化因没有直接涉及基因的序列信息，因而是“表观”的，称为表观遗传变异，又叫表观遗传修饰。表观遗传学是研究基因型不发生变更的情况下产生的基因表达的可遗传改变的学科。这种改变是细胞内遗传信息以外的其他可遗传物质发生的改变，且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。表观遗传学研究内容包括DNA甲基化表观遗传、染色质表现遗传、表观遗传基因表达调控、表观遗传基因沉默、细菌的限制性基因修饰等。广义上，DNA甲基化、基因沉默、基因组印记、染色质重塑、RNA剪接、RNA编辑、RNA干扰、X染色体失活、组蛋白乙酰化等都可以归入表观遗传学范畴。组蛋白是真核生物染色体的结构蛋白，是一类小分子碱性蛋白质，分为H2A、H2B、H3及H4四种类型（如图所示），它们富含带正电荷的碱性氨基酸（如赖氨酸），能够同DNA中带负电荷的磷基酸基团相互作用。只有改变组蛋白的修饰状态，使DNA和组蛋白的结合变松，才能使相关基因表达，因此组蛋白是重要的染色体结构维持单位和基因表达的负控制因子。组蛋白修饰示意图图注解：“核小体”是染色体的基本结构单位。4种组蛋白，各2个组成一个8聚体，DNA链再缠绕上去，就形成核小体了。每个组蛋白肽链都有氨基端和羧基端两个“尾巴”，这些“尾巴”上的氨基酸可以被加上一些化学基团，即“修饰”。其中，“A”表示乙酰化，“M”表示甲基化，“P”表示磷酸化，“U”表示泛素化。组蛋白修饰主要以共价键形式发生,包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化。

1.甲基化组蛋白被甲基化的位点是赖氨酸和精氨酸。H3和H4的赖氨酸甲基化可调节转录激活和抑制，而精氨酸甲基化则促进转录激活。赖氨酸或精氨酸不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性，进而实现功能上的多样性。2.

乙酰化组蛋白乙酰化主要发生在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上。通常与开放染色质结构相关，主要出现在启动子区域。因此，染色质可与转录因子接触，并且能够显著提高基因表达的水平。3.

磷酸化组蛋白磷酸化是细胞分裂中染色体凝缩、转录调控和DNA损伤修复的关键中间步骤。组蛋白磷酸化需要通过与其他组蛋白修饰的相互作用才可发挥其功能，引发下游级联事件。4.泛素化H2A和H2B是细胞核中泛素化程度最高的两种蛋白，组蛋白泛素化在DNA损伤响应中具有核心意义。相对而言，组蛋白的甲基化修饰方式是最稳定的，所以最适合作为稳定的表观遗传信息。乙酰化修饰具有较高的动态，另外其他的修饰方式，如磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等也都是不稳定的。因此，这些修饰更为灵活的影响染色质的结构与功能，通过多种修饰方式的组合发挥其调控功能。人们的生活经验，无论是精神上还是身体上的，都能改变组蛋白的修饰（如乙酰化的程度），从而对人们精神生活和身体状况产生影响，这样的性状有时能遗传给后代，这就是表观遗传。例1.研究发现，某些特定的行为和生活经历能够被遗传。如小鼠在闻到以前给予它们父辈电击而产生恐惧感的气味时，会表现出恐惧。下列叙述正确的是（）A.小鼠被喂以高脂肪的食物而出现肥胖症的原因与题中小鼠表现恐惧的原因相同B.父辈小鼠因电击导致DNA序列改变，遗传给子代，子代小鼠才会因为闻到气味而恐惧C.题中小鼠表现出恐惧可能与DNA的甲基化或组蛋白的乙酰化有关D.若有一对双胞胎的小鼠遗传信息相同，则他们患病的可能性也相同解析：小鼠被喂高脂肪的食物而出现肥胖症与遗传无关，题中小鼠表现恐惧与遗传有关，A错误；父辈小鼠因电击导致闻到气味而恐惧，但其DNA序列并未发生改变，B错误；题目中给出的例子是小鼠闻到以前给予父辈电击而产生恐惧感的气味时会恐惧，科学的解释是：恐惧记忆之所以能被遗传，是因为后天因素改变了基因的表达，并通过储存在父代DNA中的遗传信息遗传给了子代，因此题中小鼠表现出恐惧可能与DNA的甲基化或组蛋白的乙酰化有关，C正确；双胞胎的遗传信息基本相同，患病的可能性也相似，这与子代之间的遗传信息的相似性有关，与题干实例无关，D错误。故答案为C。例2．蜂群中的蜂王与工蜂均由基因型相同的雌蜂幼虫发育而来，但是两者在体型、寿命、功能等方面存在着巨大差异。据研究，蜂王的分化发育是一种表观遗传现象。两者出现差异的原因是（

）A.雌蜂幼虫的生活环境发生变化

B.蜂王的生活习惯发生了变化C.蜂王的活动使得性状改变，并影响到后代相应的性状D.DNA甲基化影响其中的遗传信息表达解析：表观遗传是指DNA序列不发生变化，但基因的表达却发生了可遗传的改变，即基因型未发生变化而表现型却发生了改变，如DNA的甲基化不能与RNA聚合酶结合，故无法进行转录产生mRNA，也就无法进行翻译最终合成相关的蛋白，从而抑制了基因的表达。蜂群中的蜂王与工蜂均由基因型相同的雌蜂幼虫发育而来，从理论上说，它们在体积、寿命、功能等方面也是相同的，但之所以出现差异，是因为它们的DNA甲基化程度不同。故答案为D。例3．表观遗传现象普遍存在于生物体生命活动过程中，下列有关表观遗传的叙述，错误的是(

)A.柳穿鱼Leyc基因的部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达B.表观遗传由于碱基序列不变，故不能将性状遗传给后代C.同卵双胞胎之间具有的微小差异与表观遗传有关D.构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达解析：即使亲代传递给后代的DNA序列没有改变,亲代在生活中由于生活环境或生活习惯的改变而引起的身体状况变化,也会通过某种途径遗传给下—代,即父母的生活经历可以通过DNA序列以外的方式遗传给后代。生物学家将这种遗传现象称为表观遗传现象。柳穿鱼Leyc基因的部分碱