染色质的分子结构

染色质的分子结构第1页/共63页一.原核细胞（一）支原体（二）细菌细胞膜RNA核糖体DNA核糖体中间体细菌壁DNA第2页/共63页二.真核细胞光镜下结构细胞膜细胞质细胞核电镜下结构膜相结构非膜相结构细胞膜内质网高尔基复合体线粒体溶酶体过氧化氢体核膜核糖体中心粒微管微丝中等纤维细胞质基质核仁染色质核基质真核细胞的基本结构第3页/共63页原核细胞与真核细胞的比较第4页/共63页比较项目原核细胞真核细胞细胞大小较小(1-10μm)较大(10-100μm)细胞核无核膜和核仁，为拟核有核膜和核仁，为真核DNA呈环状，位于细胞质中，不与蛋白质结合位于细胞核内，很长，与蛋白质结合构成染色体细胞壁由肽聚糖构成由纤维素构成（植物细胞）细胞器有核糖体，为70S有内质网、高尔基复合体、溶酶体、线粒体等，核糖体为80S细胞质无细胞骨架，无胞质流动、胞吞作用和胞吐作用，无中心粒有细胞骨架，有胞质流动、胞吞作用和胞吐作用，有中心粒运动简单原纤维及鞭毛纤毛和鞭毛转录、翻译“同时同地”，连续进行“异时异地”，转录在核内，翻译在细胞质内细胞分裂无丝分裂有丝分裂和减数分裂（具有丝分裂器）第5页/共63页第二章染色质的分子结构一、DNA的分子结构和特征二、染色质的分子组成和结构三、染色质的结构与基因表达第6页/共63页核苷酸(nucleotide)单核苷酸戊糖核糖脱氧核糖磷酸含氮有机碱嘧啶：ＴＣＵ嘌呤：ＡＧ（碱基）核酸的基本单位一、DNA的分子结构和特征第7页/共63页嘧啶嘌呤胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿嘧啶U鸟嘌呤G腺嘌呤A核糖脱氧磷酸碱基第8页/共63页糖苷键核苷酯键单核苷酸3’5’磷酸二酯键5´3´第9页/共63页核酸核酸生物遗传的物质基础。(一)核酸的种类核酸脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）第10页/共63页DNARNA第11页/共63页DNARNA戊糖脱氧核糖

核糖碱基AGCTAGCU磷酸磷酸磷酸核苷酸种类脱氧腺苷酸（dAMP)腺苷酸（AMP）脱氧鸟苷酸（dGMP)鸟苷酸（GMP）脱氧胞苷酸（dCMP)胞苷酸（CMP）脱氧胸苷酸（dTMP)尿苷酸（UMP）结构双链单链存在部位主要存在细胞核中主要存在细胞质中功能储存，复制和传递遗传信息与遗传信息表达有关DNA和RNA的区别第12页/共63页(二)DNA的结构与功能DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。Watson和

Crick提出的DNA双螺旋结构模型二级结构：一级结构：第13页/共63页3.4nm含10个碱基对DNA双螺旋结构模型DNA的双链形成360°第14页/共63页第15页/共63页1.DNA分子是由两条相互平行方向相反的多核苷酸链围绕着同一中心轴形成的双螺旋结构。2.两条长链的碱基在双螺旋内侧按碱基配对原则（A=T，G三C）以氢键相连。★★DNA双螺旋结构模型3.4nm含10个碱基对DNA双螺旋结构模型360°3.相邻碱基对旋转36°，间距0.34nm，一个螺旋包含10个碱基旋转360°，螺距为3.4nm。第16页/共63页第17页/共63页----半保留复制DNA的复制母链子链母链

第18页/共63页携带遗传信息；复制并传递遗传信息。DNA的功能第19页/共63页（一）染色质的化学组成染色质DNA1少量RNA0.1组蛋白1非组蛋白0.61、DNADNA是染色质中重要的化学成分，是遗传信息的携带者。真核细胞中每一条染色体都由一长的DNA分子组成。染色体DNA要完成复制，必须包含3个特殊序列：①复制源顺序②着丝粒顺序③端粒顺序二、染色质的分子组成和结构第20页/共63页

第21页/共63页2、组蛋白是真核细胞中特有的成分，属碱性蛋白，分子内富含碱性氨基酸，大量的正电荷使其与带负电荷的DNA分子紧密结合。

核小体组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）H1组蛋白进化上高度保守，作用是将DNA盘绕形成核小体。进化上不保守，与染色质高级结构的构建有关。※组蛋白合成于细胞周期的S期，与DNA的合成同时进行。根据在组装形成染色质中的作用不同，可分为两大类：第22页/共63页功能：参与染色质的构建；维持染色质的结构。抑制DNA的复制和转录。第23页/共63页3、非组蛋白酸性蛋白，富含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。功能：1.参与染色体的构建2.启动基因复制3.调控基因转录4、RNA

含量很低。特点：1、组织的特异性；

2、对转录作用的专一性；

3、与DNA结合的专一性。第24页/共63页★★染色质的四级结构（多级螺旋模型）球状组蛋白核心H4DNA双螺旋H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B连接DNA（50~60bp）H1H1核小体组蛋白核心：DNA双螺旋：2(H2A、H2B、H3、H4)八聚体

140-160bp、绕组蛋白核心1.75圈，核小体DNA分子绕在组蛋白核心外，其长度压缩了7倍。1.一级结构：核小体(nucleosome)是染色质的基本结构单位，为染色质的一级结构，11nm。（二）染色质的结构：是指染色质的化学组成间彼此之间的关系。第25页/共63页第26页/共63页2

.二级结构螺线管是染色质的二级结构。每6个核小体缠绕一圈形成的中空性管.外30nm;内10nm,组蛋白H1位于螺旋管内侧。内10nm外30nm组蛋白从核小体串到螺线管，DNA分子长度被压缩了6倍。第27页/共63页3.三级结构4.四级结构从螺线管到超螺线管，DNA分子长度被压缩了40倍左右。从超螺线管到染色单体，DNA分子长度被压缩了至少5倍。

超螺线管为染色质的三级结构，它是由螺线管进一步盘曲而形成。400nm11~60µm的超螺线管进一步盘绕折叠至2~10µm，就形成了分裂中期的染色单体第28页/共63页★经过染色体的四级结构，DNA分子长度压缩了近10000倍。第29页/共63页（三）染色质的种类染色质

异染色质

常染色质高度螺旋和盘曲、染色深、功能上不很活跃。解螺旋的细纤维丝、染色浅、功能上活跃。第30页/共63页常染色质异染色质细胞核内的位置细胞核中央间期细胞核被膜的内表面附近螺旋化程度解旋的细纤维丝，电镜下呈浅亮区螺旋缠绕紧密，电镜下呈粗大颗粒含DNA序列和功能含单一和中度重复序列的DNA，可复制和转录，功能活跃与组蛋白结合紧密，很少转录，功能静止复制时间S期早期、中期S期晚期分裂期位置染色体的两臂染色体的着丝粒、端粒或在染色体臂的常染色质之间★★第31页/共63页

染色质与染色体是同一物质在不同时期的表现形式。四、染色体细网状，不规则形态高度凝缩（间期）染色质(chromatin)螺旋化染色体(chromosome)（分裂期）去螺旋第32页/共63页染色单体主缢痕（初级缢痕）次缢痕着丝粒短臂（p）长臂（q）含高度重复DNA随体常染色质区异染色质区端粒★1、中期染色体的形态结构次缢痕：在某些染色体上除主缢痕外的另一个染色较浅的缢痕部位称为次缢痕，常存在于近端着丝粒染色体的短臂上，与核仁的形成有关。随体：与次缢痕相连的球形或棒状小体。端粒：染色体末端的特化部位。第33页/共63页外层中层内层动粒动粒：是两条染色单体外表面在主缢痕处的特殊附加结构，为染色体的运动中心，是纺锤丝着力的部位。主缢痕（初级缢痕）纺锤体动粒微管第34页/共63页端粒（telomere）：由高度重复的短序列组成，高度保守。作用：维持染色体的稳定性。起细胞分裂计时器的作用。端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100bp，其复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。端粒-----封闭染色体的末端第35页/共63页★

2.染色体的类型中着丝粒染色体近中着丝粒染色体近端着丝粒染色体中部亚中部近端部端部随体着丝粒pqpq次缢痕（根据着丝粒在染色体中的位置）端着丝粒染色体★人类正常体细胞染色体中只包含前三种类型的染色体。第36页/共63页★核型：根据染色体的相对大小，着丝粒的位置，臂的长短，随体的有无等特征，把某种生物体细胞中的全套染色体按一定顺序分组排列起来，就构成了这一物种的核型(karyotype)。人类体细胞的正常核型组别染色体号主要特征A组B组C组★D组★E组F组G组★

123近中着丝粒染色体中着丝粒染色体4————5近中着丝粒染色体6————12、X近中着丝粒染色体大小13————15近端着丝粒染色体、有随体161718近中着丝粒染色体中着丝粒染色体19————20中着丝粒染色体21————22Y近端着丝粒染色体，有随体Y染色体略大、长臂平行伸展、无随体第37页/共63页正常男性：46，XY正常女性：46，XX第38页/共63页染色体病及其分类概念是指由于先天性的染色体数目异常或结构畸变而引起的具有一系列临床症状的综合征。常染色体病性染色体病其共同临床特征为先天性智力低下，生长发育迟缓，伴有五官、四肢、内脏及皮纹等方面的多发畸形。其共同临床特征为性征发育不全或多发畸形，或伴有智力较差等。包括：第39页/共63页(一)先天愚型是最重要的染色体疾病，又称为唐氏综合征、先天愚型。1846年Seguin首先描述此病。1866年英国医生Down再次报道，称为Down’sSyndrome。1959年法国细胞遗传学家Lejeune证实此病的的病因是多了一个小的G组染色体，后证实为21号染色体，称之为21-三体综合征。第40页/共63页发病率新生儿中21三体综合征的发病率约为1/600-800，但男性患儿多于女性。实际上发生率还高，因有一半以上的病例在胎儿早期即自行流产。据估计我国目前大约有60万以上的21三体综合征患儿，按目前的出生率我国平均20分钟就有一例21三体综合征患儿出生，全国每年出生的唐氏综合征患儿将达27000例左右。第41页/共63页母亲年龄（40岁）是影响发病率的重要因素，可能是卵细胞衰老，在减数分裂时易发生21号染色体的不分离，形成异常卵子受精所致。研究发现：年龄20岁25岁30岁35岁38岁40岁42岁45岁

风险1/1400

1/1100

1/1000

1/350

1/175

1/100

1/65

1/25第42页/共63页临床表现智能低下体格发育迟缓特殊面容多发畸形第43页/共63页智力发育不全是本综合征最突出、最严重的表现。智商通常在25－50之间。智力较好的患儿可学会阅读或做简单手工劳动；较差者语言和生活自理都有困难。智能低下第44页/共63页体格发育迟缓第45页/共63页特殊面容①头颅小而圆，枕部扁平；②脸圆而扁平；图注：智力低下（IQ平均为50）。眼距宽，外眼角上斜，内眦赘皮，鼻根低平，脸扁平，枕部扁平，腭弓高尖，舌大外伸，流涎。③眼距宽，睑裂细且向上外斜，内眦赘皮，常有斜视，虹膜时有白斑点，常见晶状体混浊；④鼻根扁平；⑤嘴小唇厚，舌大外伸，又称伸舌样痴呆，流涎，腭弓高狭；⑥耳小，耳位低，耳廓畸形。第46页/共63页多发畸形①颈背部：短而宽，有多余的皮肤。②胸部：约1/2以上患者有先天性心脏病。③腹部：常有消化道畸形，如十二指肠狭窄、巨结肠等。第47页/共63页⑦

神经：肌张力低下，精神运动性障碍。④尿殖：男性常有隐睾，不育。女性通常无月经，少数能妊娠和生育。⑤

四肢：较短，手宽而肥，通贯掌，指短，第五指常内弯，常伴有皮纹改变。⑥

全身：精神发育迟滞或智力低下是本病最突出最严重的表现。并发白血病机率大。第48页/共63页核型可分为三型：21三体型（游离型）即47,XX(XY),+21，占92.5%；嵌合型即46,XX(XY)/47,XX(XY),+21占2.5%；易位型即21号染色体与D组或G组染色体发生罗伯逊易位，占5%.如46,XX(XY),－14,＋t（14q21q）。第49页/共63页图注：母亲为14/21染色体平衡易位携带者所生的两个14/21易位型先天愚型患儿。第50页/共63页易位型21三体的方生，有的是新发生的结构畸变，有的是亲代是平衡易位携带者所致。如母亲是平衡易位携带者（45,XX，－14,－21，＋t（14q21q）为什么平衡易位携带者的后代会出现先天愚型患儿？第51页/共63页第52页/共63页二性染色体病(一)Turner综合征又称为45，X或45，XO综合征，先天性卵巢发育不全综合征。在新生女婴中的发病率约为0.2%-0.4%。(Turnersyndrome)第53页/共63页面呈三角形，常有睑下垂及内眦赘皮，上颌窄，下颌小且后缩，口角下旋呈鲨鱼样嘴。患者表型为女性，身材矮小，智力一般正常，但常低于其同胞。临床表现第54页/共63页颈部后发际很低，可一直伸延到肩部，约50%患者有蹼颈。第55页/共63页双肩径宽，盾状胸，乳头及乳腺发育差，两乳头距宽，肘外翻也十分典型，第四、第五掌骨短而内弯，并常有指甲发育不