真核细胞染色体结构与基因表达

关于真核细胞染色体结构与基因表达基因转录激活需要局部结构的改变染色体结构改变因素：组蛋白结构改变非组蛋白DNA甲基化和去甲基化第2页,共31页，2024年2月25日，星期天第一节

真核细胞染色质的组成与结构一、真核细胞染色体的组成1.染色质的基本成分组蛋白：每个核小体H2A、H2B、H3、H4各2个；1个H1。进化上保守，无组织特异性。两栖类、鱼类、鸟类红细胞H5取代H1非组蛋白：种类较多，与DNA折叠、复制、转录有关。高迁移蛋白（HMG）与DNA超螺旋结构有关。DNA第3页,共31页，2024年2月25日，星期天第4页,共31页，2024年2月25日，星期天2.真核细胞染色体的基本结构DNA核小体10nm1:6螺线管30nm1:6超螺线管300nm横向压缩700nm1:40染色体1400nm1:5第5页,共31页，2024年2月25日，星期天第6页,共31页，2024年2月25日，星期天3.染色体的基本结构富含AT碱基和高度重复序列端粒端粒与随体：都在染色体末端,

端粒是染色体末端的DNA重复序列。

随体却是染色体片段

第7页,共31页，2024年2月25日，星期天三、染色质的基本类型异染色体（heterochromatin）结构异染色体：细胞周期一直处于固缩状态，着丝粒结构域、端粒、次益痕等区域。高度重复序列DNA。兼性异染色体：巴氏小体，哺乳动物X染色体。

2.常染色体（euchromatin）：单一序列、中度重复序列DNA第8页,共31页，2024年2月25日，星期天三、真核生物基因结构1.真核细胞基因的基本：断裂基因第9页,共31页，2024年2月25日，星期天2.真核基因启动子结构RNApolI启动子:存在于核糖体RNA基因中。核心元件（GC含量丰富＋20~－45）和上游控制元件组成。RNApolII启动子：核心元件、上游控制元件、远端调控区。存在TATA、GC、CATT等box。第10页,共31页，2024年2月25日，星期天增强子（enhancer）：在启动子远端控制区增强基因表达的DNA序列。没有固定位置；双向性；没有基因和物种特异性；应激性（部分增强子）；顺式作用；远距离。沉默子（silencer）或衰减子（dehancer）：抑制基因表达的DNA序列。位置、作用距离、方向性与增强子相似。转录因子：反式作用因子。RNApolIII启动子：分基因外启动子，基因内启动子第11页,共31页，2024年2月25日，星期天第12页,共31页，2024年2月25日，星期天第13页,共31页，2024年2月25日，星期天3.真好基因的基本类型C值：生物单倍体基因组DNA的总量C值矛盾（C-valueparadox）：非重复序列：编码各种蛋白质中度重复序列：10次~万次；占10%~40%；有种间特异性；可能参与mRNA的剪接与二级结构的形成。短分散片段：300-500bp，分散在1000bp非重复序列中。Alu、Hinf家族。长分散片段：3500-7000bp，分散在13000bp单一序列中。绝大部分序列不转录。如KpnI家族。第14页,共31页，2024年2月25日，星期天高度重复序列：重复次数106，10%_60%;个体间有特异性；功能：调控复制；调控基因表达；转座作用；参与减数分裂染色体的同源配对。分类：反向重复序列；卫星DNA；复制重复序列。多基因家族：同一个体来源相同的基因群。假基因（pseudogene）：不能正常编码蛋白质的基因。自私基因（selfishgene）只能复制，不能表达的DNA序列。第15页,共31页，2024年2月25日，星期天第二节

染色体水平上的基因活化调节一、染色体结构的动态变化染色质的动态变化：核小体及以上染色体高级结构，基因关闭状态；染色质结构变化、蛋白因子的参与、局部染色质去阻遏，基因活化，启动转录。第16页,共31页，2024年2月25日，星期天

二、异染色质化常染色体异化后，失去转录活性。哺乳动物雌性一条X染色体失活变成巴尔小体。第17页,共31页，2024年2月25日，星期天三、组蛋白与非组蛋白的修饰作用组蛋白的修饰限制对基因活性的调控组蛋白是DNA转录的非特异性抑制剂，是染色体活化的抑制者。组蛋白的乙酰化、磷酸化、甲基化等影响其与DNA的转录。组蛋白与DNA的结合起着转录的负控作用。第18页,共31页，2024年2月25日，星期天（1）、组蛋白乙酰化和去乙酰化调控基因活性：组蛋白C端Lys残基的乙酰化，降低与DNA的亲和力，促进基因转录。受乙酰基转移酶和乙酰基酶的控制。

第19页,共31页，2024年2月25日，星期天（2）、组蛋白的磷酸化和去磷酸化与基因活化组蛋白H310Ser磷酸化在真核生物基因活化中起重要作用。（3）、组蛋白糖基化糖基化：在糖基转移酶作用下将糖转移至蛋白质，形成糖蛋白。是对蛋白的重要的修饰，有调节蛋白质功能作用。（4）、组蛋白甲基化与基因活化组蛋白被甲基化的位点主要Lys和Arg第20页,共31页，2024年2月25日，星期天2.非组蛋白修饰限制对基因活动的控制非组蛋白具有种和组织特异性，主要是参与核酸代谢和修饰的酶类、转录调控的反式作用因子。第21页,共31页，2024年2月25日，星期天四、基因重排、扩增、丢失与基因活动的调节1.基因重排第22页,共31页，2024年2月25日，星期天2.染色体丢失基因丢失（geneelimination）：染色体缺失导致相关基因不能表达的现象。3.基因扩增为满足某个阶段生长发育的需要，细胞内一些基因的拷贝数专一性地大量增加的现象。例如在爪蟾卵子发生时，编码rRNA的基因数增加约4000倍。第23页,共31页，2024年2月25日，星期天第3节核基质与基因活化一、染色体的边界元件类别1.核基质结合区MAR（核骨架附着区，SAR)（核基质：纤维蛋白构成的网架体系。）MAR：真核生物DNA序列中与核基质特异性紧密结合区域。300-1000bp，富含A/T或T/A。独立存在于非编码区，往往与启动子、增强子等转录调控序列相连。第24页,共31页，2024年2月25日，星期天2.基因座控制区（locuscontrolregion）enhancetheexpressionoflinkedgenesatectopicchromatinsites.reliesnotonlyongene-proximalelementssuchaspromoters,enhancers,andsilencers,butalsoonlong-rangeinteractionsofvariouscis-regulatoryelementsanddynamicchromatinalterations.第25页,共31页，2024年2月25日，星期天3.隔离子（insulator）是染色体上能够保护基因免受其外部增强子和非活性染色质结构影响的DNA序列。第26页,共31页，2024年2月25日，星期天二、核基质结合区的核基质蛋白1.高丰度蛋白：Matrix和Lamin含量最高，能与DNA核基质结合区结合以及染色体的包装提供支点。2.稀有蛋白：多是启动子的结合因子。第27页,共31页，2024年2月25日，星期天第五节

DNA甲基化与真核基因表达一、DNA甲基化与去甲基化DNA甲基化在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5－甲基胞嘧啶。

第28页,共31页，2024年2月25日，星期天DNA甲基化主要形成5－甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基嘌呤（N6-mA）及7－甲基鸟嘌呤（7-mG）引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。第2