染色体结构课件

染色体结构Chromosomestructure第一节原核生物的染色体结构

ProkaryoticChromsomeStucture典型原核细胞示意图（拟核）（鞭毛）细胞结构简单：无核膜----拟核(nuleoid)；染色体外遗传因子：质粒(plasmid)一、原核生物基因组的结构特点基因组很小，DNA含量低；DNA不和蛋白质固定地结合，一般不具有核小体结构；结构简单，重复序列少；存在转录单元----操纵子（启动子+操纵基因+结构基因）；存在重叠基因操纵子（operon）：是原核生物调控基因表达的功能单位，功能上相关的基因集中于基因组的一个区段，一般包括启动子、操纵基因、结构基因。重叠基因（overlappinggene）：指同一段DNA的编码序列，由于阅读框架的不同或终止早晚的不同，同时编码两个以上基因的现象。发现：1977年，Sanger在Nature上发表了φX174DNA的全部核苷酸序列，正式发现了重叠基因。实验材料：φX174是单链DNA病毒，寄主为E.coli。感染寄主后将合成子代DNA分子及11个蛋白质（~6078个核苷酸）。但病毒DNA本身只有5375个核苷酸。结论：基因重叠

①一个基因完全在另一个基因里面；②部分重叠（最常见）；③两个基因只有1bp的重叠。BKA’CDJPGHAEφX174mRNA内基因的部分重叠序列5’GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU3’mRNA的一段5’GAAGGAGUGAUGUAA3’基因DmRNA的3’序列

GluGlyValMetStop

5’AUGUCUAAA3’基因JmRNA的5’序列

MetSerLys5’GAAGGAGUGA3’基因EmRNA的3’序列

LysGlyStop重叠基因的生物学意义

原核生物进化的经济原则；

丰富和发展了基因的概念。二、大肠杆菌（E.coli）的染色体结构

拟核：对数生长期2~4个，其余阶段1个；DNA占80%，其余为RNA和蛋白（稳定类核）；4.2×106bp约3000~4000个基因基因组由50~100个长度约50~100kb的相对独立的结构域组成，结构域与膜蛋白复合体结合而被固定；具有调控单位，如Trp操纵子和His操纵子等；细胞结构比较复杂，有细胞核结构；有细胞器（线粒体、叶绿体），代谢分区明确；第二节真核生物的染色体结构EukaryoticChromosomeStructure

典型真核细胞示意图基因组大大超过原核生物；DNA与蛋白质紧密结合形成复杂结构----染色质；存在大量不编码蛋白质的序列；存在很多重复序列；蛋白质编码基因往往以单拷贝存在。一、真核生物基因组的结构特点二、真核细胞染色体的组成

（一）蛋白质

1、组蛋白

（1）种类：H1、H2A、H2B、H3、H4

（2）特性：极端保守性：特别是H3和H4；无组织特异性；Aa分布的不对称性：碱性Aa集中分布在N端，疏水Aa多分布在C端；修饰作用的不均一性：H3和H4较普遍；染色体结构H5富含Lys（24%）、Ala（16%）、Ser（13%）、Arg（11%）；具有种属特异性；与H1并无明显的血缘关系；功能：其磷酸化可能对染色质失活过程起着重要作用2、非组蛋白（1）特性：多样性、组织专一性、种属专一性；（2）常见的非组蛋白HMG蛋白（highmobilitygroupprotein）能与DNA结合，也能与H1作用，但结合得不牢固。可能与超螺旋结构有关。

DNA结合蛋白

约占非组蛋白的20%，分子量较低，与DNA紧密结合。可能与DNA的复制或转录相关。1、C值矛盾（C-valueparadox）（二）DNA最大C值（Cvalue）：ThetotalamountofDNAinthehaploidgenome单倍体基因组总DNA的含量。最小c值（cvalue）：编码基因信息的总DNA含量。染色体结构C值矛盾的表现生物体进化程度高低与大C值无明显相关（非线性）；亲缘关系相近的生物大C值相差较大。（豌豆为14，蚕豆为2）高等真核生物具有比用于遗传多的C值。2、断裂基因（splittinggene）编码多肽链的DNA序列中有许多与编码无关的DNA序列----间隔基因、断裂基因①R—环：腺病毒外壳蛋白的基因组DNA与其cDNA杂交可以形成R—环结构。？②DNA酶切片段与cDNA探针杂交：鸡卵清蛋白的基因组DNA用EcoRI或HindIII酶切，可分别获得４或３个酶切片段，每个片段都可与卵清蛋白的cDNA杂交。而卵清蛋白的cDNA却不能被EcoRI和HindIII酶切。？断裂基因的发现与证实：

对同一基因的基因组DNA和cDNA的限制性内切酶图谱进行分析，可以确定该基因是否为断裂基因？若基因组DNA的酶切图谱与cDNA相同，说明酶切位点一致，两种DNA是相同的。若基因组DNA的长度大于cDNA片段的长度，很可能具有内含子，是断裂基因。内含子（intron）：原初转录物中通过RNA剪接反应而被去除的RNA序列或基因中与这种RNA序列相对于的DNA序列。外显子（extron）

：原初转录物中通过RNA剪接反应而保留于成熟RNA中的序列或基因中与成熟RNA相对于的DNA序列。RNA剪接（RNAsplitting）：从断裂基因原初转录物中精确的切去内含子，并将外显子连接成完整成熟mRNA的过程。Pre-mRNAExtronsjunctionsSplittinggeneIntronsRemoved注意：Splittinggene概念的相对性c)

并非真核生物所有的结构基因均为splittinggeneb)

Extron并非绝对“表里如一”

a)

Intron并非绝对“含而不露”

IntronIIofcyt.bgene（Yeast）codingamaturase几乎全部蛋白质基因的首尾两个外显子都只有部份序列编码氨基酸，也有完全不编码的情况，如人类尿激酶原基因ExtronI不编码氨基酸序列，在rRNA和tRNA中的外显子显然是不编码氨基酸的不是splittinggeneHistonegenefamily

Yeast中多数基因Splittinggene存在的生物学意义：

A）有利于遗传的相对稳定

mutationfrequency

inintron>inextron

（剪除）（密码）B）利用内含子进行调节

C）增加变异机率，有利于生物的进化

不对称交换形成

splittinggene

是生物体产生变异导致进化的重要途径之一

splittinggene（含有intron）

增加了基因的长度

增加了基因内的重组交换率

有利于变异和生物多样性形成

对intron的选择性剪接（alternativesplicing），将形成不同的基因产物D）扩大生物体的遗传信息储量珠蛋白豆血红蛋白亚铁血红素结合蛋白质Heme-bindingprotein亚铁血红素结合功能域（选择性剪接时asextron）通过改变读码框架，利用intron编码基因（1）种类单拷贝序列（singlecopysequence）A、多为结构基因，<5copies；B、是复性最慢的组分，40%－80%；C、大小：750~2000bpDNA复性动力学研究3、重复序列中度重复序列（middlerepetitivesequence）A、大小：0.1~1kbB、重复次数：10－104C、占总DNA的10%－40%D、串联基因簇（tandemgenecluster）如：rDNA、tDNA、Histonegenecluster、

分散重复序列（dispersedrepetativeDNA）如：AlufamilyrDNAgenefamilySeaurchin450copiesTobacco750copiesDrosophila100copiesT18sT5.8sT28s

NT

18sT5.8sT45s41s20s32s28s5.8s18s基因家族（genefamily）：真核生物基因组中来源相同，结构相似，功能相关的一组基因染色体结构H1H4H2BH3H2AHistonegenefamily基因簇（genecluster）：基因家族中各成员紧密排列成大断的串联重复单位，定位于染色体上相对集中的区域。真核生物的Alufamily300,000copies广泛分布于非重复序列间300bp300bp300bp6000bp6000bp6000bp6000bpAcopyofAlufamilyDRDRIRIRAGCTAlusiteALU序列重复：人类和哺乳动物中散布于整个基因组中的含有AluI限制性内切酶切点的中度重复序列。

高度重复序列（Highrepetitivesequence）A、非编码基因，只在真核生物中发现，占基因组的10%～60%；B、2~100bp，几千~几百万拷贝串联；C、一般出现在着丝粒附近的异染色质；D、不转录，可能与染色体的稳定性有关；E、卫星DNA（microsatelliteDNA）：在CsCl密度梯度离心中，某些高度重复序列由于碱基组成与染色体DNA不同而带来的浮力密度的差异，在主带附近出现卫星区带。直接重复镜像重复反转重复重复序列染色体结构DRdirectrepeats（直接重复）:由同一方向完全相同的两个序列组成。Tandemdirectrepeats

ATCGATCGATCGTAGCTAGCTAGCDispresseddirectrepeatsATCGNNNATCGNNNNNNATCGTAGCNNNTAGCNNNNNNTAGCATCGGCTATAGCCGATBilateralsymmetryATCGNNNNNGCTATAGCNNNNNCGATBilateralsymmetryMirrorimage镜像重复序列(mirrorrepeat)：由反方向完全相同的两个序列组成。染色体结构

WhenS.S.DNAcontainstwosequencesthatarecomplementary,andformahairpinorstem-loopstructure

InD.S.DNAsuchstructureconsistoftwocopiesofanidenticalsequencepresentintheinvertedorientation

IRInvertedrepeats（反转重复）:由反方向互补的两个DNA片段组成ATCGCGATTAGCGCTAHairpinpalindromeATCGNNNNNCGATTAGCNNNNNGCTAStem-looppalindrome1、染色体与染色质是真核基因组在细胞不同阶段的存在形式；染色质是由核小体串联形成的微丝，再进一步折叠、压缩而成的。在细胞生活周期的大部分时间，都是染色质形式。只有在细胞进行有丝分裂或减数分裂，染色质高度浓缩时，才出现染色体；

三、染色体chromosome与染色质chromatinDNA到染色体的压缩过程：2nmDNA+组蛋白→10nm核小体链（200bp/核小体）→30nm纤维（染色质丝，6个核小体/圈）→150nm突环（~75000