真核細(xì)胞染色體結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)

關(guān)于真核細(xì)胞染色體結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)基因轉(zhuǎn)錄激活需要局部結(jié)構(gòu)的改變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)改變因素：組蛋白結(jié)構(gòu)改變非組蛋白DNA甲基化和去甲基化第2頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)

真核細(xì)胞染色質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)一、真核細(xì)胞染色體的組成1.染色質(zhì)的基本成分組蛋白：每個(gè)核小體H2A、H2B、H3、H4各2個(gè)；1個(gè)H1。進(jìn)化上保守，無組織特異性。兩棲類、魚類、鳥類紅細(xì)胞H5取代H1非組蛋白：種類較多，與DNA折疊、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄有關(guān)。高遷移蛋白（HMG）與DNA超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。DNA第3頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2.真核細(xì)胞染色體的基本結(jié)構(gòu)DNA核小體10nm1:6螺線管30nm1:6超螺線管300nm橫向壓縮700nm1:40染色體1400nm1:5第5頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共31頁，2024年2月25日，星期天3.染色體的基本結(jié)構(gòu)富含AT堿基和高度重復(fù)序列端粒端粒與隨體：都在染色體末端,

端粒是染色體末端的DNA重復(fù)序列。

隨體卻是染色體片段

第7頁,共31頁，2024年2月25日，星期天三、染色質(zhì)的基本類型異染色體（heterochromatin）結(jié)構(gòu)異染色體：細(xì)胞周期一直處于固縮狀態(tài)，著絲粒結(jié)構(gòu)域、端粒、次益痕等區(qū)域。高度重復(fù)序列DNA。兼性異染色體：巴氏小體，哺乳動(dòng)物X染色體。

2.常染色體（euchromatin）：單一序列、中度重復(fù)序列DNA第8頁,共31頁，2024年2月25日，星期天三、真核生物基因結(jié)構(gòu)1.真核細(xì)胞基因的基本：斷裂基因第9頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2.真核基因啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)RNApolI啟動(dòng)子:存在于核糖體RNA基因中。核心元件（GC含量豐富＋20~－45）和上游控制元件組成。RNApolII啟動(dòng)子：核心元件、上游控制元件、遠(yuǎn)端調(diào)控區(qū)。存在TATA、GC、CATT等box。第10頁,共31頁，2024年2月25日，星期天增強(qiáng)子（enhancer）：在啟動(dòng)子遠(yuǎn)端控制區(qū)增強(qiáng)基因表達(dá)的DNA序列。沒有固定位置；雙向性；沒有基因和物種特異性；應(yīng)激性（部分增強(qiáng)子）；順式作用；遠(yuǎn)距離。沉默子（silencer）或衰減子（dehancer）：抑制基因表達(dá)的DNA序列。位置、作用距離、方向性與增強(qiáng)子相似。轉(zhuǎn)錄因子：反式作用因子。RNApolIII啟動(dòng)子：分基因外啟動(dòng)子，基因內(nèi)啟動(dòng)子第11頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共31頁，2024年2月25日，星期天3.真好基因的基本類型C值：生物單倍體基因組DNA的總量C值矛盾（C-valueparadox）：非重復(fù)序列：編碼各種蛋白質(zhì)中度重復(fù)序列：10次~萬次；占10%~40%；有種間特異性；可能參與mRNA的剪接與二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成。短分散片段：300-500bp，分散在1000bp非重復(fù)序列中。Alu、Hinf家族。長分散片段：3500-7000bp，分散在13000bp單一序列中。絕大部分序列不轉(zhuǎn)錄。如KpnI家族。第14頁,共31頁，2024年2月25日，星期天高度重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)106，10%_60%;個(gè)體間有特異性；功能：調(diào)控復(fù)制；調(diào)控基因表達(dá)；轉(zhuǎn)座作用；參與減數(shù)分裂染色體的同源配對(duì)。分類：反向重復(fù)序列；衛(wèi)星DNA；復(fù)制重復(fù)序列。多基因家族：同一個(gè)體來源相同的基因群。假基因（pseudogene）：不能正常編碼蛋白質(zhì)的基因。自私基因（selfishgene）只能復(fù)制，不能表達(dá)的DNA序列。第15頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)

染色體水平上的基因活化調(diào)節(jié)一、染色體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化染色質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化：核小體及以上染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)，基因關(guān)閉狀態(tài)；染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化、蛋白因子的參與、局部染色質(zhì)去阻遏，基因活化，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

二、異染色質(zhì)化常染色體異化后，失去轉(zhuǎn)錄活性。哺乳動(dòng)物雌性一條X染色體失活變成巴爾小體。第17頁,共31頁，2024年2月25日，星期天三、組蛋白與非組蛋白的修飾作用組蛋白的修飾限制對(duì)基因活性的調(diào)控組蛋白是DNA轉(zhuǎn)錄的非特異性抑制劑，是染色體活化的抑制者。組蛋白的乙?；⒘姿峄?、甲基化等影響其與DNA的轉(zhuǎn)錄。組蛋白與DNA的結(jié)合起著轉(zhuǎn)錄的負(fù)控作用。第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天（1）、組蛋白乙酰化和去乙?；{(diào)控基因活性：組蛋白C端Lys殘基的乙?；?，降低與DNA的親和力，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄。受乙?；D(zhuǎn)移酶和乙酰基酶的控制。

第19頁,共31頁，2024年2月25日，星期天（2）、組蛋白的磷酸化和去磷酸化與基因活化組蛋白H310Ser磷酸化在真核生物基因活化中起重要作用。（3）、組蛋白糖基化糖基化：在糖基轉(zhuǎn)移酶作用下將糖轉(zhuǎn)移至蛋白質(zhì)，形成糖蛋白。是對(duì)蛋白的重要的修飾，有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能作用。（4）、組蛋白甲基化與基因活化組蛋白被甲基化的位點(diǎn)主要Lys和Arg第20頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2.非組蛋白修飾限制對(duì)基因活動(dòng)的控制非組蛋白具有種和組織特異性，主要是參與核酸代謝和修飾的酶類、轉(zhuǎn)錄調(diào)控的反式作用因子。第21頁,共31頁，2024年2月25日，星期天四、基因重排、擴(kuò)增、丟失與基因活動(dòng)的調(diào)節(jié)1.基因重排第22頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2.染色體丟失基因丟失（geneelimination）：染色體缺失導(dǎo)致相關(guān)基因不能表達(dá)的現(xiàn)象。3.基因擴(kuò)增為滿足某個(gè)階段生長發(fā)育的需要，細(xì)胞內(nèi)一些基因的拷貝數(shù)專一性地大量增加的現(xiàn)象。例如在爪蟾卵子發(fā)生時(shí)，編碼rRNA的基因數(shù)增加約4000倍。第23頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第3節(jié)核基質(zhì)與基因活化一、染色體的邊界元件類別1.核基質(zhì)結(jié)合區(qū)MAR（核骨架附著區(qū)，SAR)（核基質(zhì)：纖維蛋白構(gòu)成的網(wǎng)架體系。）MAR：真核生物DNA序列中與核基質(zhì)特異性緊密結(jié)合區(qū)域。300-1000bp，富含A/T或T/A。獨(dú)立存在于非編碼區(qū)，往往與啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列相連。第24頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2.基因座控制區(qū)（locuscontrolregion）enhancetheexpressionoflinkedgenesatectopicchromatinsites.reliesnotonlyongene-proximalelementssuchaspromoters,enhancers,andsilencers,butalsoonlong-rangeinteractionsofvariouscis-regulatoryelementsanddynamicchromatinalterations.第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天3.隔離子（insulator）是染色體上能夠保護(hù)基因免受其外部增強(qiáng)子和非活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響的DNA序列。第26頁,共31頁，2024年2月25日，星期天二、核基質(zhì)結(jié)合區(qū)的核基質(zhì)蛋白1.高豐度蛋白：Matrix和Lamin含量最高，能與DNA核基質(zhì)結(jié)合區(qū)結(jié)合以及染色體的包裝提供支點(diǎn)。2.稀有蛋白：多是啟動(dòng)子的結(jié)合因子。第27頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)

DNA甲基化與真核基因表達(dá)一、DNA甲基化與去甲基化DNA甲基化在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，DNA的CG兩個(gè)核苷酸的胞嘧啶被選擇性地添加甲基，形成5－甲基胞嘧啶。

第28頁,共31頁，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－甲基鳥嘌呤（7-mG）引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。第2