章原核和真核染色体结构演示文稿

章原核和真核染色体结构演示文稿第一页，共六十九页。（优选）章原核和真核染色体结构第二页，共六十九页。Nucleoid(类核,拟核)–Bacterialchromosome细菌染色体一、原核生物染色体结构第三页，共六十九页。第四页，共六十九页。

（一）、类核的特点：由DNA（单一闭环，4.6Mb）与DNA结合蛋白组成。HighconcentrationofDNA(singleclosed-circular,4.6×106bp)andtheproteinsassociatedwithDNA.

DNA浓度高达30-50mg/ml.（DNAconcentrationcanbeupto30-50mg/ml）持续复制（Continuousreplication

，morethanonecopyofgenome/cell)。附着在细胞膜上（Attachmenttocellmembrane）。第五页，共六十九页。（二）、大肠杆菌染色体结构（StructureofE.colichromosome）:1.负超螺旋(Negativelysupercoiledasawhole)第六页，共六十九页。3.DNA结合蛋白：DNA结构域被非特异性的DNA结合蛋白如HU和H-NS(类组蛋白，histone-likeprotein)缠绕，这些蛋白质束缚着约一半的DNA超螺旋，其它超螺旋与宿主整合因子(integrationhostfactor)、RNA聚合酶及mRNA结合。2.DNA分子由大小为50-100kb的环或结构域组成:

Theendsconstrainedbyprotein-membranescaffold(骨架)Mayspoolonpolymerasesorotherenzymesandproteins第七页，共六十九页。LoopBasicproteinSupercoiledDNA第八页，共六十九页。Organellegenomes:circular,multiplecopiesctDNA:chloroplast(叶绿体)DNA,140kbinplants,and<200kbinlowereukaryotes.Similartocyanobacteria(兰细菌)mtDNA:mitochondrial(线粒体)DNA,ca.16.5kbinmammals,ca.80kbinyeast,>100kbinplant(similarto-purplebacteria,Rickettsia)mtDNASupplementary:第九页，共六十九页。二、染色质结构ChromatinStructure(eukaryoticcells（一）、染色质

染色质：纤维状，高度有序的DNA-蛋白质复合物，由核小体（nucleosome）组成。包括常染色质（大部分；压缩程度较小，着色浅，euchromatin），DNA的包装比为1000～2000，典型的染色体的包装比为10000。异染色质（着丝点等，折叠紧密，与染色体类似）。异染色质组成型异染色质：DNA序列从来不转录，如卫星DNA机动型异染色质：常染色质异染色质哺乳动物两个X染色体随机失活一个，不转录，叫异染色质化第十页，共六十九页。Chromatin染色质第十一页，共六十九页。CellcycleInterphase间期:G1+S+G2(G0)Mphase(mi`tosis有丝分裂):Prophase前期metaphase中期

anaphase后期telophase末期第十二页，共六十九页。CellcycleEasytoseechromosome染色体第十三页，共六十九页。（二）、组蛋白

(Histones):碱性蛋白质，等电点＞pH11，有5种H1，H2A，H2B，H3，H4

核心组蛋白

(H2A,H2B,H3，H4):10-20kDalocatedinthenucleosome(核小体)core[octamer八聚体core(H2A)2(H2B)2

(H3)2(H4)2

highlyconservedintheirsequencesH1在不同物种或同种不同小种之间有较多的差异第十四页，共六十九页。（三）、核小体构成染色质的基本单位，组成：200bp的DNA、一个组蛋白八聚体（即核心组蛋白）、一份组蛋白H1。核心组蛋白表面缠绕的DNA称核心DNA两个核心组蛋白之间的DNA称为连接DNA第十五页，共六十九页。Histoneoctamer组蛋白八聚体TopviewSideviewNucleosome(核小体)core(核心)第十六页，共六十九页。Nucleosomecore146bp,1.8superhelicalturnChromatosome166bp,2superhelicalturnDNAHistoneoctamerHistoneH1第十七页，共六十九页。第十八页，共六十九页。第十九页，共六十九页。第二十页，共六十九页。第二十一页，共六十九页。Nucleosomesandmicrococcalnucleasetreatment第二十二页，共六十九页。（四）、组蛋白H123kDaLocatedoutsideofnucleosomecore,bindtoDNAmorelooselyLessconservedinitssequenceH1的功能:连接进出核小体的DNA的两端.H1的C末端有稳定核小体的功能第二十三页，共六十九页。（五）、连接DNA

几bp到lOObp以上不等，平均55bp。第二十四页，共六十九页。

核小体是染色质的结构单位，由约200bp和组蛋白形成的八聚体组成。Nucleosomeisthebasicstructuralsubunitofchromatin,consistingof~200bpofDNAandanoctamerofhistoneproteins.DNA+Histoneoctamer(组蛋白八聚体)Nucleosomecore(核小体核心146bp)+H1>Chromatosome(染色小体166bp)+linkerDNA（55bp)=Nucleosome(核小体)(~200bpofDNA)StepstomakeaNucleosome(核小体)第二十五页，共六十九页。LinkerDNA<10to>100bpaverage55bp“Beadsonastring”structureNucleosomeHistoneH1Nucleosomerepeat:Core+linkerDNACa.200bp第二十六页，共六十九页。（六）、30微米纤丝（The30nmfiber）HigherorderedLeft-handedhelixSixnucloesomesperturn30nmfiber(30nmindiameter)Solenoid-likeNucleosomerepeatCore+linkerDNAca200bp核小体聚合成有序的螺线管结构，直径30nm.第二十七页，共六十九页。Nuclearmatrix(核基质),proteincomplex30nmfiber300nm（七）、高级结构：环状结构域（loopeddomainstructure）100kb第二十八页，共六十九页。StepsfromDNAtochromosome第二十九页，共六十九页。三、真核染色体结构

EukaryoticChromosomalStructureCellcycle(细胞周期)Mitotic(有丝分裂的)chromosomeInterphase(间期)chromosomes第三十页，共六十九页。（一）、CellcycleInterphase间期:G1+S+G2(G0)Mphase(mitosis有丝分裂):Prophase前期metaphase中期anaphase后期telophase末期第三十一页，共六十九页。Cellcycle第三十二页，共六十九页。（二）、有丝分裂的染色体Mitoticchromosome第三十三页，共六十九页。有丝分裂时，一条染色体复制产生两个姐妹染色单体(sisterchromatid)，在着丝粒处相连，染色体末端为端粒，线性DNA沿着一个方向从染色体一端复制到另一端，以30nm纤丝构成100kb的环，锚定在核基质上。着丝粒：是中期两条姐妹染色单体相连的区域，也是通过动粒与纺锤体连接的部位。在分裂后期纺锤体将姐妹染色单体向细胞两极拉开。酵母的着丝粒序列特别短，仅88bp，富AT；哺乳动物的着丝粒较长，侧翼是卫星DNA。第三十四页，共六十九页。Centromere中心粒TelomereMitoticchromosomeatmetaphaseNuclearmatrix核基质Loopsof30nmfiberSisterchromatid姊妹染色单体Chromatid染色单体Kinetochore动粒第三十五页，共六十九页。MitoticchromosomeMitoticspindle第三十六页，共六十九页。MitoticchromosomeatmetaphaseMitoticspindleKinetochore动粒centromere着丝粒第三十七页，共六十九页。Thepolytenechromosomes(多线染色体)ofD.melanogasterformanalternatingseriesofbandsandinterbandsAmphibianlampbrushchromosome灯刷染色体loopsurroundedbyamatrixofribonucleo-protein

SpecialformsofchromosomesSupplementary第三十八页，共六十九页。Mitoticchromosome-centromereYeastcentromereMammaliancells:muchlonger,flankedbysatelliteDNA(卫星DNA)第三十九页，共六十九页。（三）端粒：Telomere真核生物染色体线性DNA分子末端的特殊序列，由短而多的重复序列构成，由端粒酶合成。功能：保护染色体末端免受降解第四十页，共六十九页。AloopformsattheendofchromosomalDNATelomere:endofchromosome第四十一页，共六十九页。Telomere&TelomeraseRepeatsequence:tetrahymena-TTGGGG;human-TTAGGG四膜虫第四十二页，共六十九页。

（四）、间期染色体

InterphasechromosomesInterphase(分裂间期)-morediffuse(loopsmayremainattached)Metaphase(中期)-highlycondensedChromatin染色质=Euchromatin常染色质+Heterochromatin异染色质第四十三页，共六十九页。Euchromatin常染色质第四十四页，共六十九页。Interphasechromosomes1、Heterochromatin异染色质:

高度浓缩Stillhighlycondensed(visibleunderLM)

无转录活性Transcriptionallyinactive RepeatedsatelliteDNAclosetothecentromeres Wholechromosomee.g.oneXchromosomeinmammals第四十五页，共六十九页。Interphasechromosomes2、Euchromatin常染色质:Morediffuse弥散.Consistingof30nmfiber(inactive)30nm纤丝,beads-on-a-string,andactivetranscrptionregiondepletedofnucleosome.Onlyaportion(~10%)ofeuchromatinistranscriptionallyactive.第四十六页，共六十九页。3、DNaseI超敏感性（DNaseIhypersensitivity）：染色质活性区，如进行转录时30nm纤丝的区域松散，暴露出DNA双链，对DNA酶I(DNasel)高度敏感。

染色质对DNaseI

的敏感性可用来定位细胞中具有转录活性的染色质。

A.ShortregionsofDNaseIhypersensitivity:30nmfiberisinterruptedbythebindingofasequence-specificregulatoryproteinB.LongerregionsofDNaseIhypersensitivity:wheretranscriptionistakingplace.第四十七页，共六十九页。4、CpGmethylation(甲基化):CGisland(CG岛)真核生物DNA双螺旋中，胞嘧啶核苷的嘧啶环5位甲基化，并与其3’端的鸟嘌呤形成mCpG，是DNA甲基化的唯一形式。一般哺乳动物中，5％的胞嘧啶甲基化成为mCpG的形式，且在两条DNA双链对称出现。CpG的甲基化与染色质中的非转录区相连，而在整个基因组中未被甲基化的CpG，称为CG岛。CG岛常位于持家基因的启动子区域和第一个外显子区。Responsibleforimprinting(epigenetic)andmayalsotoRNAsilencing(沉默)第四十八页，共六十九页。UnmethylatedCpGislandsinpromoterregionofhousekeepinggenes第四十九页，共六十九页。gi|1302603|emb|Z71685.1|SCYNR070WS.cerevisiaechromosomeXIVreadingframeORFYNR070wLength=7847

CDS2783..67841621gctcataaccgtaattttattcgagacatttttggttacttcaaaatattgttattatat1681aaagatcatataaagttcttggacacgattggatacatttagttttatttttgaaaatca1741caaagatgaaacaaaataaaaaatgtcagc

gtgccgcattgaaaggtaaaaactaaaatt第五十页，共六十九页。Sex-specificmodeofinheritancedeterminedbythepatternofmethylationduringeachgametogenesis

e.g.mouseIgf2geneSupplementary第五十一页，共六十九页。脐疝-巨舌-小脑综合症，母源IGF2甲基化丢失所致。小脑性共济失调，儿童期即多发肿瘤第五十二页，共六十九页。5、组蛋白变异体和修饰Histonevariantsandmodification:

染色质的浓缩程度受到组蛋白修饰和变异体控制，一是对组蛋白的化学修饰，以改变其细胞周期中它们所带的电荷数；二是在特定的细胞类型中，或在不同的发育阶段通过组蛋白变异体调节基因的表达。如核心组蛋白的N端赖氨酸残基的乙酰化时与转录十分活跃；组蛋白H1的磷酸化与有丝分裂中染色体的浓缩关联。第五十三页，共六十九页。

四、基因组的复杂度GenomeComplexity第五十四页，共六十九页。Genome(基因组):allDNAsequencesinacellGene(基因):astretchofcontinuousDNAsequenceencodingaproteinorRNA第五十五页，共六十九页。（一）、C-值矛盾

真核生物中，每种生物的单倍体基因组的DNA总量是恒定的，称为C-值（C-value），是生物的个性。设想：一个生物的形态复杂性应该与其C－值的应成正比。低等生物符合此设想，较为进化的高等生物中其形态学复杂度与基因组DNA的总量不一致，称C－值矛盾（C-valueparadox）持家基因（组成型基因）：奢侈基因：第五十六页，共六十九页。Rangeofgenomesizeindifferentphyla

显花植物鸟类哺乳动物爬行动物两栖动物真骨鱼软骨鱼棘皮动物甲壳动物昆虫软体动物蠕虫霉菌藻类真菌革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌支原体bp第五十七页，共六十九页。Drosophilagenome第五十八页，共六十九页。Genomesizes第五十九页，共六十九页。Genome:Codingregion(编码区)Noncoding(非编码)DNA:introns(内含子),tandemlyrepeated(串连重复)sequences(e.g.satelliteDNA)orinterspersedrepeats分散重复(e.g.Aluelement).第六十页，共六十九页。Uninterruptedgenesingenomes:E.coli 100%Yeast 96%Drosophila 17%Human 6%第六十一页，共六十九页。Humangenome:3.3billionbpwithca.30000genesUniquesequence:2.5%Retrovirus-likeretrotransposon(反转座子)(repetitive)

:11%第六十二页，共六十九页。denaturationRe-associationMeasuringandplotting（二）、复性动力学指示DNA的复杂性ReassociationkineticsHighlyrepetitiveDNAGenomicDNAextractionShearingorsonicationmoderatelyrepetitiveDNAuniqueDNASpectroscopy,hydroxyapatitechromotography第六十三页，共六十九页。串联基因簇Tandem(串连)geneclusters:rDNA:45Sprecursor(18,5.8&28S)–10-10000copies(human:ca.5x40);histonegenes:>100.中度重复序列(10-100/1000level)分散重复DNA(Dispersed(分散)repetitiveDN