細(xì)胞生物學(xué)課件：06-2染色體

第二節(jié)染色質(zhì)和染色體(Chromatin&chromosome)

概念：

染色質(zhì)與染色體是由DNA、組蛋白、非組蛋白及RNA等組成的核酸和蛋白質(zhì)的復(fù)合體，是遺傳信息的載體。是同一種物質(zhì)在細(xì)胞周期的不同時(shí)期中所表現(xiàn)的兩種不同的存在形式。

※

染色質(zhì)是細(xì)胞間期核內(nèi)伸展開的DNA蛋白纖維。

※

染色體是高度螺旋化的DNA蛋白纖維，是在細(xì)胞分裂期看得見的可用染料染色的條狀結(jié)構(gòu)。第二節(jié)染色質(zhì)與染色體一、染色質(zhì)與染色體的組成成分二、常染色質(zhì)與異染色質(zhì)三、染色質(zhì)經(jīng)組裝形成染色體四、染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)五、核型與帶型一、染色質(zhì)與染色體的組成成分核酸蛋白質(zhì)成分DNARNA組蛋白非組蛋白所占比例10.05-0.110.5-1.5(一)

DNA染色質(zhì)中的DNA是遺傳信息的載體。真核細(xì)胞每條未復(fù)制的染色體均由一條線性DNA分子構(gòu)成。一個(gè)真核細(xì)胞單倍染色體組中所含的全部遺傳信息，叫做基因組。

1.單一序列和重復(fù)序列

真核細(xì)胞中染色質(zhì)DNA序列可分為單一序列和重復(fù)序列兩大類型，重復(fù)序列又分為中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序列。1）單一序列（uniquesequence)

在基因組中僅有一個(gè)或幾個(gè)拷貝，負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息。大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)(酶)的結(jié)構(gòu)基因?qū)龠@種結(jié)構(gòu)形式。2）中度重復(fù)序列（middlerepetitivesequence)

重復(fù)次數(shù)在10~105之間。多數(shù)是不編碼的序列，構(gòu)成基因的間隔，在基因調(diào)控中起作用，涉及DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后加工等方面。

中度重復(fù)序列有一些是有編碼功能的基因，如rRNA基因，tRNA基因，組蛋白的基因、核糖體蛋白的基因等。3）高度重復(fù)序列（highlyrepetitivesequence)

由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復(fù)排列，一般為幾個(gè)、十幾個(gè)或幾十個(gè)bp，但重復(fù)拷貝數(shù)超過105，存在于染色體的端粒、著絲粒，構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因的間隔，維系染色體結(jié)構(gòu)，與減數(shù)分裂中同源染色體聯(lián)會配對有關(guān)。2.DNA穩(wěn)定遺傳的三類功能序列

１）復(fù)制源序列

組成：一段保守序列：

-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-,

功能：

※細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制的起點(diǎn)。

※維持染色體在世代傳遞中的

連續(xù)性。

2）著絲粒序列組成：串聯(lián)重復(fù)序列，含有11個(gè)保

守的堿基序列：GATTTCCGAA-。

功能:

※兩姐妹染色單體的連接部位。

※分裂期，與紡錘絲相連，使染色體平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。3）端粒序列組成：富含G的簡單重復(fù)序列。

草履蟲的TTGGGG

擬南芥的TTTAGGG

人的TTAGGG功能:※維持DNA分子末端復(fù)制的完整性。

※維持染色體的穩(wěn)定性。(二)組蛋白（histone）組蛋白的特點(diǎn)真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白。富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)?？膳c酸性DNA緊密結(jié)合。2.組蛋白的分類

⑴核小體組蛋白

（nucleosomalhistone）包括H2A、H2B、H3和H4無種屬及組織特異性，進(jìn)化上高度保守⑵H1組蛋白與核小體的進(jìn)一步包裝有關(guān)

組蛋白的分類及特性

種類賴氨酸/精氨酸殘基數(shù)分子量

(kD)保守性存在部位及結(jié)構(gòu)作用H1存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體存在于核心顆粒，形成核小體29.0021523.0低高高極高極高H2AH2BH3H41.2212914.02.6612513.60.7713515.30.7910211.3存在于連接線上核小體蛋白，幫助DNA卷曲形成核小體核小體結(jié)構(gòu)圖解3.組蛋白的化學(xué)修飾乙酰化：可改變賴氨酸所帶的電荷，降低組蛋白與DNA的結(jié)合，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。

磷酸化：同乙?；?/p>

甲基化：可增強(qiáng)組蛋白和DNA的相互作用，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性

非組蛋白是染色體上與特異DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì)，能識別特異的DNA序列，識別信息存在于DNA本身。（三）非組蛋白①酸性蛋白質(zhì)，帶負(fù)電荷,富含天門冬AA，谷AA等酸性AA②種類多

③具有種屬和組織特異性

④整個(gè)周期都能合成

1.特性：2.非組蛋白的功能

①參與構(gòu)建染色體②啟動DNA的復(fù)制③調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄組蛋白與非組蛋白的比較

非組蛋白組蛋白有種屬和細(xì)胞特異性無特異性活動的染色質(zhì)中含量高含量一定整個(gè)細(xì)胞周期中都能合成在S期合成與DNA結(jié)合對基因與DNA結(jié)合對基因表達(dá)起正調(diào)控作用表達(dá)起負(fù)調(diào)控作用二、染色質(zhì)的類型

常染色質(zhì)（euchromatin)

異染色質(zhì)（heterochromatin)

組成性異染色質(zhì)

兼性異染色質(zhì)伸展?fàn)顟B(tài)，螺旋化程度低，染色淺而均勻。2.單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA，有轉(zhuǎn)錄活性。3.大部分位于間期核的中央，一部分介于異染色質(zhì)之間。4.在細(xì)胞分裂期，常位于染色體的臂。

(一)常染色質(zhì)（euchromatin)

（二）異染色質(zhì)（heterochromatin)

1.螺旋化程度高，處于凝集狀態(tài)，染色較深。2.一般位于核的邊緣或圍繞在核仁的周圍。3.轉(zhuǎn)錄不活躍或無轉(zhuǎn)錄活性。組成性異染色質(zhì)（constitutiveheterochromatin)1.在細(xì)胞周期中（除復(fù)制期外）都呈濃縮狀態(tài)，由高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成。

2.常位于染色體的著絲粒區(qū)，端粒區(qū)、次縊痕等部位。

3.具有遺傳惰性。

4.在復(fù)制行為上，較常染色質(zhì)晚復(fù)制。兼性異染色性（facultativeheterochromatin)

在某些細(xì)胞類型或在一定發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)聚縮，喪失轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。X染色質(zhì)

兼性異染色質(zhì)的總量隨細(xì)胞類型而變化；一般胚胎細(xì)胞含量少，高度分化的細(xì)胞含量較多，說明隨著細(xì)胞分化，較多的基因漸次以聚縮狀態(tài)而關(guān)閉。因此，染色質(zhì)的壓縮折疊可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。常、異染色質(zhì)的區(qū)別

常染色質(zhì)

異染色質(zhì)螺旋化程度低高染色程度

較淺較深間期細(xì)胞核中央核邊緣分裂期細(xì)胞染色體臂著絲粒區(qū)和端粒區(qū)轉(zhuǎn)錄活性常轉(zhuǎn)錄很少轉(zhuǎn)錄復(fù)制時(shí)間S早、中期S晚期核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，為染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，10nm。三、染色質(zhì)組裝成染色體(一)核小體—染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)球狀組蛋白核心H4DNA雙螺旋(146bp、1.75圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm連接DNA（60bp）H1H1核小體核心部連接部DNA分子：146bp、1.75圈組蛋白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚體組蛋白：H1DNA分子：60bp核小體6個(gè)核小體纏繞一圈形成螺線管，組蛋白H1位于螺旋管內(nèi)側(cè)。(二)螺線管———染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：螺線管(三)螺線管的進(jìn)一步包裝關(guān)于螺線管如何進(jìn)一步包裝成染色體，目前有兩種模型：多級螺旋模型骨架-放射環(huán)模型一級結(jié)構(gòu)：核小體二級結(jié)構(gòu)：螺線管三級結(jié)構(gòu)：超螺線管四級結(jié)構(gòu)：染色單體1.

多級螺旋模型三級結(jié)構(gòu)：由螺旋管進(jìn)一步盤曲形成超螺線管。

四級結(jié)構(gòu)：

超螺線管進(jìn)一步折疊成為四級結(jié)構(gòu)—染色單體。？2.骨架-放射環(huán)模型一級結(jié)構(gòu)——核小體二級結(jié)構(gòu)——螺線管袢環(huán)結(jié)構(gòu)染色單體高級結(jié)構(gòu)袢環(huán)模型（loopmodel）染色體支架（非組蛋白）袢環(huán)（30nm螺線管）123456789101112131415161718染色體袢環(huán)模型染色體組裝袢環(huán)模型（一）染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色單體次縊痕短臂（p）長臂（q）隨體常染色質(zhì)區(qū)異染色質(zhì)區(qū)主縊痕（初級縊痕）四、染色體中期染色體:由著絲粒相連的兩條姐妹染色單體構(gòu)成。包括以下幾部分：1.主縊痕:兩條姐妹染色單體的連接處，一向內(nèi)凹陷、著色較淺的縊痕。1）著絲粒：主縊痕的染色質(zhì)部分，由

高度重復(fù)的異染色質(zhì)組成依據(jù)著絲粒在染色體的位置，將中期染色體分為4類：中著絲粒染色體亞中著絲粒染色體端著絲粒染色體近端著絲粒染色體中期染色體按著絲粒的位置分為：

1/2~5/8中央著絲粒染色體5/8~7/8亞中著絲粒染色體7/8近端著絲粒染色體中部亞中部近端部端部—末端處染色體的類型2）動粒（kinetochore）：位于主縊痕兩側(cè)的特化的圓盤狀結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)構(gòu)成，是紡錘絲微管的附著部位，參與分裂后期染色體向兩極的遷移。3）著絲粒-動粒復(fù)合體：是位于著絲粒-動粒區(qū)域的高度有序的整合結(jié)構(gòu)，有三個(gè)結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)域：主縊痕模式圖動粒結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）：位于著絲粒表面，支配染色體的運(yùn)動和分離。中央結(jié)構(gòu)域（centraldomain）：是著絲粒區(qū)的主體，富含高度重復(fù)序列DNA，對復(fù)合體結(jié)構(gòu)的形成和功能活性的維持有重要作用。配對結(jié)構(gòu)域（pairingdomain）：位于著絲粒內(nèi)表面，參與姐妹染色單體的配對及分離。2.次縊痕（secondaryconstriction）

指染色體上除主縊痕之外的縊縮部位，數(shù)量、位置和大小可作鑒別染色體的標(biāo)記。1,9,16,D,G.隨體染色體的臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁的形成有關(guān)，稱為核仁組織區(qū)（NOR)。3.隨體:位于染色體末端的球形或棒狀結(jié)構(gòu)，主要由異染色質(zhì)構(gòu)成，它通過次縊痕區(qū)與染色體主體部分相連。4.端粒（telomere）“端粒”DNA的復(fù)制——端粒的丟失——染色體不穩(wěn)定

端粒與細(xì)胞衰老Werner綜合癥（30-40歲發(fā)?。?/p>

※

生殖細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞含有端粒酶，可以使端?；謴?fù)原長?！旧w末端的特化部位。由高度重復(fù)序列組成,進(jìn)化上保守。

※保護(hù)染色體末端不被降解，防止與其它染色體的末端融合。

※正常染色體每復(fù)制一次,端粒序列減少50-100個(gè)bp,因而端粒也被稱為細(xì)胞的生命鐘,當(dāng)端?？s短到一定程度，即是細(xì)胞衰老的標(biāo)志。端粒（telomere）ElizabethH.Blackburn伊麗莎白-布萊克本CarolW.Greider卡羅爾-格雷德JackW.Szostak杰克-紹斯塔克UniversityofCalifornia

SanFrancisco,CA,USA美國加利福尼亞舊金山大學(xué)JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,MD,USA巴爾的摩約翰-霍普金斯醫(yī)學(xué)院HarvardMedicalSchool;MassachusettsGeneralHospital

Boston,MA,USA;哈佛醫(yī)學(xué)院2009年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎?lì)C給三名科學(xué)家，他們解決了生物學(xué)的一個(gè)重大問題：在細(xì)胞分裂時(shí)染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護(hù)以免于退化。這三位諾貝爾獎獲得者向我們展示，解決辦法存在于染色體末端—端粒，以及形成端粒的酶—端粒酶。

端粒酶是一種由蛋白質(zhì)和RNA組成的核糖核蛋白酶。具有延長端粒末端重復(fù)序列的功能。端粒酶（二）人類的正常核型核型（Karyotype）

一個(gè)體細(xì)胞（somaticcell）中的全部染色體，按其大小和形態(tài)特征排列所構(gòu)成的圖像。

正常男性：46，XY正常女性：46，XX人類體細(xì)胞的正常核型（Denver體制）

組染色體號主要特征A組B組C組D組E組F組G組