细胞生物学课件

教学内容：一、细胞的结构与功能

细胞的统一性和多样性；真核细胞的结构（主要细胞器、细胞骨架）二、细胞的生活和调控

细胞的增殖、分化、衰老和死亡；细胞信号转导三、基因组的维持真核基因组的结构、染色质结构及其调控；DNA的复制、修复和转座四、基因组的表达和调控转录、翻译的机制；原核和真核生物的基因调控；调控RNA五、分子及细胞生物学研究技术

本文档共137页；当前第1页；编辑于星期二\5点32分基因组的维持真核基因组的结构染色质结构及其调控DNA的复制、修复和转座本文档共137页；当前第2页；编辑于星期二\5点32分真核基因组的结构4135DNA的结构与功能核小体基因与基因组本文档共137页；当前第3页；编辑于星期二\5点32分

核酸（nucleicacid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子。天然存在的核酸有两类，一类为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA)，另一类为核糖核酸（ribonuleicacid,RNA)。

DNA存在细胞核和线粒体内，携带和传递遗传信息，决定细胞和个体的基因型（genetype)。

RNA存在于细胞质和细胞核内，参入细胞内DNA遗传信息的表达。

病毒中，RNA也可作为遗传信息的载体。本文档共137页；当前第4页；编辑于星期二\5点32分Section1DNA的结构与功能一、DNA的一级结构4种核苷酸的连接及排列顺序四种脱氧核糖核苷酸分别表示为：

dAMP、dGMP、dTMP、dCMP本文档共137页；当前第5页；编辑于星期二\5点32分glycosidicbondphosphoesterbondNucleoside本文档共137页；当前第6页；编辑于星期二\5点32分DNA是双螺旋的生物大分子。生物信息绝大部分都贮存在DNA分子中。

这些信息以核苷酸不同的排列顺序编码在DNA分子上，核苷酸排列顺序变了，它的生物学含义也就不同了。

DNA的一级结构就是指核苷酸在DNA分子中的排列顺序。因此测定DNA的碱基排列顺序是分子生物学的基本课题之一。1.DNA一级结构中贮存的生物遗传信息本文档共137页；当前第7页；编辑于星期二\5点32分DNA分子的多样性•碱基的排列顺序，而构成了DNA分子的多样性•100bpDNA分子可能排列方式就是4100•DNA中的碱基排列顺序是DNA分子的重要属性本文档共137页；当前第8页；编辑于星期二\5点32分4种dNTP以3’、5’磷酸二酯键相连构成一个没有分枝的线性大分子。（与蛋白质比触觉不灵）。它们的两个末端分别称5’末端（游离磷酸基）和3’末端（游离羟基）。2、DNA一级结构的基本特点本文档共137页；当前第9页；编辑于星期二\5点32分二、DNA的二级结构1）主链脱氧核糖和磷酸基相互连接构成DNA的主链。从化学键的方向来看，双螺旋中两条多核苷酸链是反向平行的。二条主链处于螺旋的外侧，碱基处于螺旋的内部，由于糖和磷酸根的化学性质，主链是亲水的。两条链形成右手螺旋，有共同的螺旋轴，螺旋的直径是20A。1.双螺旋的基本特征本文档共137页；当前第10页；编辑于星期二\5点32分SchematicmodelSpace-fillingmodel本文档共137页；当前第11页；编辑于星期二\5点32分•右手双螺旋构象是DNA最为常见的结构-B型DNA。•DNA二级结构可分为两大类：一类是右手螺旋，如：B-DNA、CDNA、D-DNA、E-DNA、A-DNA；另一类是局部的左手螺旋，即Z-DNA。Watson和Crick于1953年根据DNA纤维X射线晶体衍射图，提出了DNA为右手双螺旋结构的科学假设本文档共137页；当前第12页；编辑于星期二\5点32分ABZ本文档共137页；当前第13页；编辑于星期二\5点32分在A-T丰富的区段，DNA常呈现B-DNA。在转录状态，DNA与RNA的杂合链呈现A-DNA。虽然B-DNA是最常见的构象，但是A-DNA和Z-DNA似乎具有不同的生物活性。本文档共137页；当前第14页；编辑于星期二\5点32分PropellerTwistBuckleTextbookRealLife本文档共137页；当前第15页；编辑于星期二\5点32分2）碱基对

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这两种碱基对（A/T,G/C）有一个重要的特征，就是它们具有二次旋转对称性，即一对碱基对旋转180O,并不影响双螺旋的对称性，因此双螺旋结构只限定了配对的方式，并不限定碱基的顺序。碱基环是一个共轭环，本身构成一个平面分子。在双螺旋中这个平面垂直于螺旋轴，相邻的两个碱基上下间隔3.4A,每十对碱基组成一节螺旋，因此双螺旋的螺距是34A。一条链中每个相邻的碱基方向相差360。碱基之间的疏水作用可导致碱基堆集，这个引力同碱基对之间氢键一起稳定了双螺旋结构。本文档共137页；当前第16页；编辑于星期二\5点32分沿螺旋轴方向观察，配对的碱基并不充满双螺旋的空间。由于碱基对的方向性，使得碱基对占据的空间是不对称的，因此在双螺旋的表面形成二个凹下去的槽，一个槽大些，一个槽小些分别称为大沟和小沟。双螺旋表面的沟对DNA和蛋白质的相互识别是很重要的，因为在沟内才能觉察到碱基的顺序，而在双螺旋的表面，是脱氧核糖和磷酸重复结构，没有信息可言。3）大沟和小沟本文档共137页；当前第17页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第18页；编辑于星期二\5点32分•决定DNA双螺旋结构状态的因素主要有以下几点：氢键碱基堆积力带负电荷的磷酸基的静电斥力碱基分子内能本文档共137页；当前第19页；编辑于星期二\5点32分•DNA三股螺旋构型称为H-DNA，是在DNA双螺旋结构基碱上形成的。•它是双螺旋DNA分子中一条链的某一节段，通过链的折叠与同一分子中DNA结合而形成。•三条链均为同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的碱基均为嘌呤或嘧啶，其中两条链为正常双螺旋，第三条链位于双螺旋的大沟中。•H-DNA可在转录水平上阻止基因的转录，这就是反基因策略，或称反基因技术。2.三股螺旋DNA（H-DNA）本文档共137页；当前第20页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第21页；编辑于星期二\5点32分当DNA双链中含有H—回文序列时，即某区段DNA两条链分别为HPu和HPy，并且各自为回文结构时，任一条回文结构的5’和3’部分都可以形成分了子内三股螺旋结构及剩余的半条回文结构游离单链。真核生物基因组中存在大量可形成H-DNA的多聚嘌呤核苷酸和多聚嘧啶核苷序列。它们位于：

调控区DNA复制起点或终点染色体重组位点，提示它们可能与基因表达调控DNA复制及染色体的重组有关。本文档共137页；当前第22页；编辑于星期二\5点32分DNA的三级结构指双螺旋链的扭曲。超螺旋是DNA三级结构的一种形式，DNA在核小体中的扭曲方式也是一种超螺旋结构。超螺旋的生物学意义可能是：1.使DNA分子体积变小，对其在细胞的包装过程有利。2.影响双螺旋的解链过程,从而影响DNA分子与其它分子(如酶、蛋白质、核酸)之间的相互作用。三、DNA的三级结构本文档共137页；当前第23页；编辑于星期二\5点32分线状DNA形成的超螺旋本文档共137页；当前第24页；编辑于星期二\5点32分环状DNA形成的超螺旋本文档共137页；当前第25页；编辑于星期二\5点32分拓扑异构酶or溴化乙锭拓扑异构酶or溴化乙锭DNA扭曲与双螺旋相同（拧紧）DNA扭曲与双螺旋相反（松开）负超螺旋松弛DNA正超螺旋在不同类型的拓扑异构酶作用下，DNA的可以在超螺旋和松弛DNA形式之间转变。本文档共137页；当前第26页；编辑于星期二\5点32分拓扑异构酶可以催化DNA产生瞬时单链或双链的断裂，从而改变连环数（使环状DNA两条链完全分开时，一条链必须穿过另一条链的次数），使超螺旋DNA解旋。在原核和真核生物中都存在去除超螺旋的拓扑异构酶I和II。拓扑异构酶（Topoisomerases）本文档共137页；当前第27页；编辑于星期二\5点32分拓扑异构酶I:通过一步改变DNA的连环数，不需要ATP。使DNA暂时产生单链缺口，让未被切割的一条单链在切口结合之前穿过这一切口。本文档共137页；当前第28页；编辑于星期二\5点32分拓扑异构酶II：通过两步改变DNA的连环数，需要ATP提供能量。在DNA上产生瞬时的双链缺口，并在缺口闭合以前使一小段未被切割的双链DNA穿越这一缺口。本文档共137页；当前第29页；编辑于星期二\5点32分DNA的拓扑异构体可以通过电泳分离长度相同而连环数不同的共价闭合环状DNA分子叫做DNA的拓扑异构体。通过琼脂糖凝胶电泳可以将它们彼此分开。松弛或有缺口的环状线状超螺旋溴乙锭（EB）可以嵌入核酸分子的碱基对平面之间，在紫外光照射下发出橙黄色的荧光，常作为染料检测核酸的存在。本文档共137页；当前第30页；编辑于星期二\5点32分1.信息量大，可以缩微；2.表面互补，电荷互补，双螺旋结构说明了精确复制机理；3.核糖的2’脱氧，在水溶液中稳定性好；4.可以突变，以求进化（突变对个体是不幸的，进化对群体是有利的）；5.有T无U，基因组得以增大，而无C脱氨基成U带来的潜在危险。（尿嘧啶DNA糖苷酶可以灵敏识别DNA中的U而随时将其剔除）。四、DNA作为遗传物质的主要优点本文档共137页；当前第31页；编辑于星期二\5点32分五、DNA的变性、复性和分子杂交1、DNA的变性（denaturation）DNA溶液温度在高于生理温度或者pH较高时，互补的两条链就可以分开，这一过程叫做Denaturation(变性)。DNA变性：紫外吸收增加；DNA的热变性称为DNA的“融解”，50%DNA分子解链的温度称为融点Tm表示；不同种类DNA有不同的Tm值；Tm随（G+C）%含量呈线性增加。本文档共137页；当前第32页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第33页；编辑于星期二\5点32分2、DNA的复性•DNA回复成双链结构，称为复性（renaturation）•热变性经冷却后即可复性，称为退火(annealing)本文档共137页；当前第34页；编辑于星期二\5点32分来源不同的两条DNA链经变性后，通过缓慢降温形成的人工杂交的DNA分子的过程。互补的DNA和RNA链也可以形成杂交分子。杂交是分子杂交技术的基础，包括Southern杂交、Northern杂交、DNA芯片等。3、DNA分子杂交(Hybridization)本文档共137页；当前第35页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第36页；编辑于星期二\5点32分Section2核小体核小体是染色质包装的基本结构单位一、主要实验证据本文档共137页；当前第37页；编辑于星期二\5点32分Isolated

frominterphasenucleus:30nmthickChromatinunpacked,showthenuclesome（１）铺展染色质的电镜观察本文档共137页；当前第38页；编辑于星期二\5点32分(2)用非特异性微球菌核酸酶消化染色质,部分酶解片段检测结果本文档共137页；当前第39页；编辑于星期二\5点32分由X-射线晶体衍射(2.8A)所揭示的核小体三维结构（引自K.Luger等，1997）（３）应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研究染色质结晶颗粒

本文档共137页；当前第40页；编辑于星期二\5点32分（４）SV40微小染色体分析与电镜观察

本文档共137页；当前第41页；编辑于星期二\5点32分二、核小体结构要点(1)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。(2)组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构。本文档共137页；当前第42页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第43页；编辑于星期二\5点32分(3)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。(4)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。本文档共137页；当前第44页；编辑于星期二\5点32分(5)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，核小体具有自组装（self-assemble）的性质。(6)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137页；当前第45页；编辑于星期二\5点32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137页；当前第46页；编辑于星期二\5点32分ChromatinPacking本文档共137页；当前第47页；编辑于星期二\5点32分ChromatinPacking本文档共137页；当前第48页；编辑于星期二\5点32分Section3基因与基因组•基因：表达一种蛋白质或功能RNA的基本单位。•基因组：是指某种生物所包含的全套基因。人类基因组的C值在3＊109bp；病毒含103~105bp；细菌含105~107bp；本文档共137页；当前第49页；编辑于星期二\5点32分基因与蛋白质1000bp(1kb)编码一个蛋白质；病毒含4~5个基因；大肠杆菌含3000~4000个基因；人类应有200~300万个基因（3＊109bp)，实际只有10万个左右；病毒的基因数要比计算所得的大，因为有基因重叠现象。本文档共137页；当前第50页；编辑于星期二\5点32分结构简练，DNA分子的绝大部分用来编码蛋白质，不转录部分所占比例较小。存在转录单元，功能相关的RNA和蛋白质基因往往形成功能单位或转录单元，一起转录成多顺反子的mRNA。在一些细菌和病毒中有重叠基因，同一段的DNA能携带两种不同蛋白质的编码信息。原核生物基因组本文档共137页；当前第51页；编辑于星期二\5点32分最大的特点是含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA隔开。真核生物基因组本文档共137页；当前第52页；编辑于星期二\5点32分基因组庞大存在大量重复序列基因组序列90%以上的部分是非编码序列转录产物是单顺反子真核基因一般都含有内含子存在大量的顺式元件存在大量的DNA多态性具有端粒结构真核生物基因组的结构特点：本文档共137页；当前第53页；编辑于星期二\5点32分染色质结构及其调控染色质DNA与蛋白质染色质组装的模型常染色质和异染色质染色质结构与基因活化染色体本文档共137页；当前第54页；编辑于星期二\5点32分◆染色质（chromatin）:在核内可以被碱性染料强烈着色的物质。指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构,是间期细胞遗传物质存在的形式。

DNA、组蛋白是染色质的稳定成分。本文档共137页；当前第55页；编辑于星期二\5点32分◆染色体(chromosome):

指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构。 染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构 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137页；当前第56页；编辑于星期二\5点32分Section1染色质DNA与蛋白质一、染色质DNA

在真核细胞中，每条未复制的染色体包含一条DNA分子，一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组（genome）。

基因组大小通常随物种的复杂性而增加。

本文档共137页；当前第57页；编辑于星期二\5点32分SpeciesGenomesize

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

Someamphibianandplantshavelargergenomesizethanhuman.本文档共137页；当前第58页；编辑于星期二\5点32分C值与C值矛盾本文档共137页；当前第59页；编辑于星期二\5点32分

染色质DNA的类型：按序列在基因组中的拷贝数划分：

非重复序列（单拷贝序列）：拷贝数1－5

中度重复序列：拷贝数102－105

高度重复序列：拷贝数105以上

本文档共137页；当前第60页；编辑于星期二\5点32分按照序列的功能分：

蛋白质编码序列可编码的中度重复序列重复序列DNA：不编码的中度重复序列高度重复序列间隔DNA本文档共137页；当前第61页；编辑于星期二\5点32分（1）蛋白质编码序列：所占比例随生物复杂程度的不同而异。主要是非重复的单一DNA序列；也有多个拷贝的情况。本文档共137页；当前第62页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第63页；编辑于星期二\5点32分（2）串联重复序列

（可编码的中度重复序列）一般的拷贝数是20－300个。编码产物包括tRNA，rRNA，snRNA和组蛋白。TandemlyrepeatedgenesencodeidenticalornearlyidenticalproteinsorfunctionalRNAs.Thesegenesareneededtomeetthegreatcellulardemandfortheirtranscripts.本文档共137页；当前第64页；编辑于星期二\5点32分（3）不编码的中度重复序列DNA：散在重复序列(interspersedrepeats)DNA转座子假基因

LTR反转座子非LTR反转座子短散在元件长散在元件本文档共137页；当前第65页；编辑于星期二\5点32分（4）高度重复序列DNA

简单序列DNA（simplesequenceDNA）卫星DNA（satelliteDNA）：

重复单位5－100bp,主要分布在着丝粒部位

小卫星DNA（minisatelliteDNA）：

重复单位12－100bp,常用于DNA指纹分析

微卫星DNA（microsatelliteDNA）：

重复单位1－5bp,用于遗传图谱构建和个体鉴定本文档共137页；当前第66页；编辑于星期二\5点32分二、染色质蛋白负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读分类：组蛋白(histone)：与DNA非特异性结合非组蛋白(nonhistone)：与特定的DNA序列或组蛋白结合

本文档共137页；当前第67页；编辑于星期二\5点32分（一）组蛋白(histone)

真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）。聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）可以区分出5种不同的组蛋白：H1，H2A，H2B，H3，H4。本文档共137页；当前第68页；编辑于星期二\5点32分（1）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。

没有种属及组织特异性，在进化上十分保守；组蛋白在功能上分成两组本文档共137页；当前第69页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第70页；编辑于星期二\5点32分（2）H1组蛋白：在构成核小体时，起连接作用,它赋予染色质以极性。有一定的种属及组织特异性，保守性低于核小体组蛋白。本文档共137页；当前第71页；编辑于星期二\5点32分（二）非组蛋白

主要指和特异DNA序列结合的蛋白，又称序列特异性DNA结合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)，可以通过凝胶阻滞实验检测。

本文档共137页；当前第72页；编辑于星期二\5点32分A非组蛋白的特性非组蛋白具有多样性，不同组织细胞中其种类和数量都不同，代谢周转快。包括核酸代谢和修饰的酶类，骨架蛋白，基因表达的调控蛋白等。识别DNA具有特异性识别信息来自于DNA序列自身，识别位点在DNA双螺旋的大沟部分。具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。本文档共137页；当前第73页；编辑于星期二\5点32分B非组蛋白的结构模式α螺旋-转角-α螺旋模式(helix-turn-helixmotif)锌指模式(Zincfingermotif)亮氨酸拉链模式(Leucinezippermotif，ZIP)螺旋-环-螺旋结构模式(helix-loop-helixmotif，HLH)HMG-盒结构模式（HMG-boxmotif）

本文档共137页；当前第74页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第75页；编辑于星期二\5点32分Section2、染色质组装的模型本文档共137页；当前第76页；编辑于星期二\5点32分1染色质组装的前期过程组装过程（图5－19）解决高度压缩结构与转录要求的矛盾：通过染色质修饰酶的作用，使染色质更接近转录机器。包括对组蛋白尾部共价修饰，以及破坏组蛋白－DNA接触。本文档共137页；当前第77页；编辑于星期二\5点32分2.染色质包装的多级螺旋模型

(multiplecoilingmodel)

一级结构：核小体(nucleosome)

二级结构：螺线管(solenoid)

三级结构：超螺线管(supersolenoid)

四级结构：染色单体（chromatid）

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

本文档共137页；当前第78页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第79页；编辑于星期二\5点32分◆非组蛋白构成的染色体骨架(chromsomalscaffold)和由骨架伸出的无数的DNA侧环◆30nm的染色线折叠成环,沿染色体纵轴,由中央向四周伸出,构成放射环。

3.染色体的骨架－放射环结构模型(scaffoldradialloopstructuremodel)

本文档共137页；当前第80页；编辑于星期二\5点32分EvidenceforScaffoldRadialLoopModel本文档共137页；当前第81页；编辑于星期二\5点32分由螺线管形成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(miniband)。微带是染色体高级结构的单位,大约106个微带沿纵轴构建成子染色体。本文档共137页；当前第82页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第83页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第84页；编辑于星期二\5点32分Section3、常染色质和异染色质常染色质(euchromatin)异染色质(heterochromatin)

本文档共137页；当前第85页；编辑于星期二\5点32分常染色质(euchromatin)

概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态（典型包装率750倍）,用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。主要是单一序列DNA和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因)

常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件。本文档共137页；当前第86页；编辑于星期二\5点32分异染色质(heterochromatin)概念：指间期细胞核中,折叠压缩程度高,处于聚缩状态的染色质组分。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137页；当前第87页；编辑于星期二\5点32分结构异染色质的特点

除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，形成多个染色中心。①多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕等处；②由相对简单、高度重复的DNA序列构成；③具有显著的遗传惰性,不转录也不编码蛋白质；本文档共137页；当前第88页；编辑于星期二\5点32分④与常染色质相比，复制上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137页；当前第89页；编辑于星期二\5点32分兼性异染色质

在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色质聚缩,并丧失基因转录活性,变为异染色质，如X染色体随机失活.

异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径。本文档共137页；当前第90页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第91页；编辑于星期二\5点32分常染色质与异染色质之间的转变常染色质与异染色质之间的转变常常伴随着一些组蛋白和DNA的修饰。本文档共137页；当前第92页；编辑于星期二\5点32分对不同Lys位点甲基化产生不同的染色质状态A:代表转录激活R:代表转录抑制本文档共137页；当前第93页；编辑于星期二\5点32分四种核心组蛋白的修饰发生在N端。组蛋白修饰的位点:

甲基化:Lys和Arg

乙酰化:Lys磷酸化:Ser本文档共137页；当前第94页；编辑于星期二\5点32分不同组蛋白或同一个组蛋白在不同氨基酸残基上的修饰决定了染色质所处的状态。例如：

H3K4、H3K36:该位点甲基化激活基因转录,是活性染色质的标志。

H3K9、H3K27、H4K20:该位点甲基化调节染色质结构，是异染色质的标志。本文档共137页；当前第95页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第96页；编辑于星期二\5点32分Section4染色质结构与基因活化根据功能状态的不同，染色质可以分为：

活性染色质（activechromatin）

非活性染色质（inactivechromatin）本文档共137页；当前第97页；编辑于星期二\5点32分活性染色质是具有转录活性的染色质，这是由于核小体的构型发生构象的变化，往往具有疏松的染色质结构，从而便于转录因子与顺式作用元件的结合、RNA聚合酶在转录模板上的滑动。大多数情况下，转录中染色质的DNA基本保持着同组蛋白的结合，只是随着转录的进行相应的核小体结构出现一系列的变化。本文档共137页；当前第98页；编辑于星期二\5点32分（1）活性染色质的结构特点①活性染色质具有DNaseI超敏感位点（DNaseⅠhypersensitivesite）

活化染色质对DNaseⅠ的优先敏感性是可转录染色质的一个基本特征。本文档共137页；当前第99页；编辑于星期二\5点32分DNaseI超敏感位点是染色质上无核小体的DNA区段，通常位于5‘-启动子区，长度几百bp。

超敏感位点与启动子功能有关，可能为RNA聚合酶、转录因子、蛋白调控因子提供结合位点。本文档共137页；当前第100页；编辑于星期二\5点32分②活性染色质在生化上具有特殊性活性染色质很少有组蛋白H1与其结合；活性染色质的组蛋白乙酰化程度高；活性染色质的核小体组蛋白H2B很少被磷酸化；活性染色质中核小体组蛋白H2A在许多物种很少有变异形式；组蛋白H3的变种H3.3只在活跃转录的染色质中出现；HMG14和HMG17只存在于活性染色质中。本文档共137页；当前第101页；编辑于星期二\5点32分③活性染色质在组蛋白修饰上的特异性组蛋白的修饰，包括甲基化、乙酰化和磷酸化直接影响染色质的活性。乙酰化一般是活性染色质的标志，而甲基化和磷酸化则在两类染色质中都存在。本文档共137页；当前第102页；编辑于星期二\5点32分（2）染色质活化与基因激活疏松染色质结构的形成是基因活化的前提。本文档共137页；当前第103页；编辑于星期二\5点32分①核小体相位的影响当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时，染色质易被引发二级结构的改变，进而影响其它的一些结合位点与调控蛋白的结合。拓扑异构酶可以调整DNA双螺旋的局部构象和高级结构的变化，使其超螺旋化或松弛。本文档共137页；当前第104页；编辑于星期二\5点32分

核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录基因的关键调控元件（增强子和启动子）位于核小体颗粒之外，便于和转录因子的结合。基因调控元件位于盘绕核心组蛋白的DNA上，通过转录因子将增强子和启动子联系起来。本文档共137页；当前第105页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第106页；编辑于星期二\5点32分②组蛋白的修饰意义：组蛋白的修饰可以改变染色质的结构，影响转录活性。组蛋白修饰使核小体的表面发生改变，使其他的调控蛋白易于和染色质相互接触，间接影响转录活性。本文档共137页；当前第107页；编辑于星期二\5点32分染色质的乙酰基化状态是一动态过程，存在乙酰基转移酶（如：转录辅激活子）和去乙酰化酶（如：转录辅阻抑物），分别促进和抑制转录的进行。许多辅激活子（coactivator）具有组蛋白乙酰转移酶功能，自身作为接头蛋白，在基因的上游位点将转录因子和基础转录装置连接起来。本文档共137页；当前第108页；编辑于星期二\5点32分辅激活子通过乙酰化调节基因转录的模型糖皮质激素受体本文档共137页；当前第109页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第110页；编辑于星期二\5点32分转录抑制的模型本文档共137页；当前第111页；编辑于星期二\5点32分③HMG结构域蛋白的影响可识别某些异型的DNA结构，与DNA弯折和DNA-蛋白质复合体高级结构的形成有关。（染色质变构因子）本文档共137页；当前第112页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第113页；编辑于星期二\5点32分Section5染色体本文档共137页；当前第114页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第115页；编辑于星期二\5点32分一染色体的主要结构着丝粒（centromere）与着丝点（动粒，kinetochore）次缢痕(secondaryconstriction)核仁组织区(nucleolarorganizingregion,NOR)随体(satellite)端粒(telomere)本文档共137页；当前第116页；编辑于星期二\5点32分着丝粒与着丝点(动粒)着丝粒区也叫主缢痕，是一个高度有序的整合结构，在结构和组成上非均一，至少包括三个结构域。它们的整合功能，确保分裂中染色体和纺锤体整合，发生有序的染色体分离。本文档共137页；当前第117页；编辑于星期二\5点32分（１）动粒结构域(kinetochoredomain)

在着丝粒的外表面 内板(innerplate)

中间间隙(middlespace)

外板(outerplate)

纤维冠(fibrouscorona)： 微管蛋白构成本文档共137页；当前第118页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第119页；编辑于星期二\5点32分（２）中央结构域(centraldomain)

着丝粒区的主体，由串联重复的卫星DNA组成。 如：有CENP-B盒可与动粒蛋白结合本文档共137页；当前第120页；编辑于星期二\5点32分（３）配对结构域(pairingdomain)：

代表中期姐妹染色单体相互作用的位点 如：内部着丝粒蛋白INCENP(innercentromereprotein)和染色单体连接蛋白clips(chromatidlinkingproteins)和染色体配对有关。本文档共137页；当前第121页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；当前第122页；编辑于星期二\5点32分染色体的复制和稳定遗传，至少应具备以下关键序列（功能元件）:（１）确保自我复制的DNA复制起点（２）使复制后的染色体能够平均分配到子细胞中去的着丝粒（３）保持染色体独立性和稳定性的端粒

二染色体DNA的3种功能元件本文档共137页；当前第123页；编辑于星期二\5点32分本文档共137页；