细胞生物学第十章节合并

第十章细胞核与染色体§2染色质本文档共48页；当前第1页；编辑于星期二\5点29分一、染色质的概念及化学组成（一）定义染色质(chromatin)-W.Flemming,1879染色体(chromosome)-Waldeyer,1888 染色质与染色体是在细胞周期中的不同形式染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包装程度不同,构象不同。本文档共48页；当前第2页；编辑于星期二\5点29分本文档共48页；当前第3页；编辑于星期二\5点29分

（二）化学组成DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA

DNA与组蛋白是染色质的稳定成分非组蛋白与RNA的含量则随细胞生理状态不同而变化本文档共48页；当前第4页；编辑于星期二\5点29分1.染色质DNA1）基因组（genome）某一生物的细胞中储存于单倍染色体组中的总遗传信息。Ifeachnucleotidepairis1mm,thenthehumangenomewouldextend3200km,farenoughtostretchacrossthecenterofAfrica,thesiteofourhumanorigins.本文档共48页；当前第5页；编辑于星期二\5点29分SpeciesGenomesize

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

Someamphibianandplantshavelargergenomesizethanhuman.基因组大小本文档共48页；当前第6页；编辑于星期二\5点29分2）基因组DNA的类型蛋白编码序列单一DNA序列编码rRNA、tRNA、snRNA、组蛋白的串联重复序列含重复序列的DNA（简单序列DNA，散在重复）未分类的间隔DNA卫星DNA高度重复DNA小卫星DNA微卫星DNA本文档共48页；当前第7页；编辑于星期二\5点29分3）DNA的构型（二级结构）B型DNAA型DNAZ型DNAA型是另一种右手双螺旋DNA，与B型的差别在于DNA的大小沟有所不同，A型的更紧密。Z(zig-zag)型是左手螺旋DNA，在结构上与B型很不同。发生在高盐浓度下的CGCGCG短链中，生物功能不详。体现DNA双螺旋结构的可塑性。本文档共48页；当前第8页；编辑于星期二\5点29分染色质DNAWatson和Crick提出的右手双螺旋本文档共48页；当前第9页；编辑于星期二\5点29分2.染色质蛋白质1）组蛋白①组蛋白的类型6种即为:H1、H2A、H2B、H3、H4和H5，

H1:富含赖氨酸，具有一定物种特异性与组织特异性H2A、H2B:含赖氨酸，保守H3:含精氨酸，极保守H4:含精氨酸，最保守本文档共48页；当前第10页；编辑于星期二\5点29分②组蛋白(histone)的特点属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）。没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。本文档共48页；当前第11页；编辑于星期二\5点29分③组蛋白的修饰A.

乙酰化B.

磷酸化C.

甲基化D.

ADP核糖基化本文档共48页；当前第12页；编辑于星期二\5点29分2）非组蛋白（序列特异性DNA结合蛋白）（1）非组蛋白的特性

a.具有多样性与异质性b.对DNA具有识别特异性c.具有多种功能参与染色体的构建参与DNA复制调控基因的表达非组蛋白参与染色体构建本文档共48页；当前第13页；编辑于星期二\5点29分(2)非组蛋白的不同结构模式①

α-螺旋-转角-α螺旋模式②

锌指模式③

亮氨酸拉链模式④

螺旋-环-螺旋结构模式HMG蛋白都形成二聚体和DNA分子结合本文档共48页；当前第14页；编辑于星期二\5点29分

二、染色质的基本结构单位本文档共48页；当前第15页；编辑于星期二\5点29分（一）染色质的基本结构单位——核小体核小体组蛋白(nucleosomalhistone)：H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构，构成核小体的核心。H1组蛋白在构成核小体时H1起连接作用,

H1连接在DNA的进出口端，封闭核小体的核心。它赋予染色质以极性。H1本文档共48页；当前第16页；编辑于星期二\5点29分（二）核小体结构要点◆每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1◆组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构◆146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈,组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。包括组蛋白H1和166bpDNA的核小体结构又称染色质小体。◆两个相邻核小体之间以连接DNA相连，典型长度60bp，不同物种变化值为0～80bp◆组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自我装配（self-assemble）的性质◆核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达本文档共48页；当前第17页；编辑于星期二\5点29分核小体的性质及结构要点示意图（引自B.Alberts等）在用微球菌核酸酶降解染色质时，反应早期可得到166bp的片段，但不稳定；进一步降解则得到146bp片段，比较稳定。推测可能原因是失去H1后，DNA两端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。本文档共48页；当前第18页；编辑于星期二\5点29分（一）染色质包装的多级螺旋模型1.一级结构：核小体串珠结构2.二级结构：螺线管3.三级结构：超螺线管4.四级结构：染色单体压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍DNA———→核小体———→螺线管———→超螺线管———→染色单体核小体10nm纤维30nm纤维螺线管三、染色体包装的结构模型本文档共48页；当前第19页；编辑于星期二\5点29分（二）染色体的骨架—放射环结构模型非组蛋白构成的染色体骨架和由骨架伸出的无数的DNA侧环由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平面排列,结合在核基质上形成微带。大约106个微带沿纵轴构建成子染色体。本文档共48页；当前第20页；编辑于星期二\5点29分骨架-放射环结构模型本文档共48页；当前第21页；编辑于星期二\5点29分常染色质(euchromatin)概念：DNA包装比约为1/1000-1/2000单一序列DNA和中度重复序列DNA并非所有基因都具有转录活性四、常染色质与异染色质本文档共48页；当前第22页；编辑于星期二\5点29分异染色质(heterochromatin)概念类型结构异染色质（或组成型异染色质）(constitutiveheterochromatin)兼性异染色质(facultativeheterochromatin)本文档共48页；当前第23页；编辑于星期二\5点29分结构异染色质或组成型异染色质结构异染色质的特征：①在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕②由相对简单、高度重复的DNA序列构成,如卫星DNA。③具有显著的遗传惰性,不转录也不编码蛋白质④表现为晚复制早聚缩⑤在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区间性，作为核DNA的转座元件，引起遗传变异。本文档共48页；当前第24页；编辑于星期二\5点29分兼性异染色质概念异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径甲基化有利于异染色质的形成组蛋白密码本文档共48页；当前第25页；编辑于星期二\5点29分第八章细胞核与染色体

§3染色体本文档共48页；当前第26页；编辑于星期二\5点29分一、中期染色体的形态特征（一）中期染色体的类型本文档共48页；当前第27页；编辑于星期二\5点29分中期染色体分类图示中着丝粒染色体近中着丝粒染色体近端着丝粒染色体端着丝粒染色体本文档共48页；当前第28页；编辑于星期二\5点29分（二）染色体的主要结构短臂着丝粒长臂DNA染色单体本文档共48页；当前第29页；编辑于星期二\5点29分(一)染色体的形态结构

中期染色体的结构:主缢痕(着丝粒)

臂次缢痕(核仁组织区)

随体端粒本文档共48页；当前第30页；编辑于星期二\5点29分1.着丝粒(centromere)概念：结构：动粒结构域（着丝点）中央结构域配对结构域本文档共48页；当前第31页；编辑于星期二\5点29分着丝点（动粒）的结构本文档共48页；当前第32页；编辑于星期二\5点29分（1）动粒结构域(kinetochoredomain)①内板(innerplate)②中间间隙(middlespace)③外板(outerplate)④纤维冠(fibrouscorona)本文档共48页；当前第33页；编辑于星期二\5点29分（2）中央结构域(centraldomain)

是着丝粒的主体，由串联重复的卫星DNA组成（3）配对结构域(pairingdomain)中期姐妹染色单体相互作用的位点。内部着丝粒蛋白INCENP染色单体连接蛋白clips本文档共48页；当前第34页；编辑于星期二\5点29分着丝点（动粒）在细胞分裂时受微管的牵引两种假说:动粒通过动力蛋白在微管上滑动微管去组装,动粒保持与微管的作用而向前移动,牵引染色体移动本文档共48页；当前第35页；编辑于星期二\5点29分2.次缢痕(secondaryconstriction)概念数目、位置和大小是染色体所特有每种生物染色体组中至少有一条或一对染色体上有次缢痕。本文档共48页；当前第36页；编辑于星期二\5点29分3.核仁组织区(nucleolarorganizingregion，NOR)位于染色体的次缢痕部位rRNA基因所在部位核仁染色体本文档共48页；当前第37页；编辑于星期二\5点29分4.随体(satellite)概念是识别染色体的重要形态特征之一。sat染色体。本文档共48页；当前第38页；编辑于星期二\5点29分5.端粒(telomere)概念：1)端粒的结构：由端粒DNA和端粒蛋白构成富含G短的串联重复序列：TTAGGG3’-悬挂链T环、D环在进化上高度保守T环D环5’3’3’5’端粒端粒本文档共48页；当前第39页；编辑于星期二\5点29分2）端粒的生物学功能维持染色体的完整性和独立性保证了染色体末端的稳定复制与减数分裂时同源染色体配对有关端粒与核膜有一定的关系,参与染色体在核内定位。5’3’3’5’RNA引物本文档共48页；当前第40页；编辑于星期二\5点29分3)端粒酶及端粒的合成A、端粒酶性质

端粒酶是一种逆转录酶，自带RNA为模板B、端粒酶功能以自带RNA为模板，使端粒DNA3’端（悬挂端）延长。消除染色体端粒长度的进行性缩短，且与寿命有关。端粒酶能使断裂的染色体愈合。本文档共48页；当前第41页；编辑于星期二\5点29分C、端粒DNA的合成爬行模型与端粒酶RNA模板结合延长端粒3’DNA(悬挂链)端粒酶RNA转位DNA聚合酶a合成配对链本文档共48页；当前第42页；编辑于星期二\5点29分端粒酶及其作用端粒酶是一个蛋白质和RNA的复合体,它使用RNA为模板沿悬