核小体课件

一
1976 年 Burrell B. G., Air G. M. 和 Hutchison C. A.首先报告ФX174噬菌体含 有重叠基因。 1977年Sanger证实了重叠基因
对单链环状的噬菌体ΦX174进行了测序。 5386 nt, 11 基因， 3个转录单位，由3个启动 子（pA，pB，pD）启动。 ΦX174含有的5386nt最多能编码1795个氨基 酸，若每个氨基酸的平均分子量为110Da， 则总的蛋白质分子量为197,000Da，但实际 蛋白质总分子量却为262,000D。 将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行 比较，发现了重叠基因。
第四节 基因组和染色体
基因组( genome )：指一个细胞中遗传 物质的总量
原核基因组含有大量单一顺序（uniquesequences），仅有少量的重复顺序; 真核基 因组含少量单一顺序和大量重复顺序。 原核生物的细胞中除了主染色体以外，还含 有各种质粒和转座因子。 真核生物除了核染色体以外，还存在细胞器 DNA。
Olins 夫 妇 （ 1974 ） 和 Pierre Chambon 等 （1975）在电镜下观察到染色质的“绳珠”状 结构，小球的直径为100埃。“ν小体”“钮体”
1974年Kornberg和Thomas 用微球菌核酸酶 部分消化染色质，切断一部分200bp单位之间 的DNA，使其中含有单体、二聚体、三聚体 和四聚体等。然后经梯度离心将它们分开。 每一组再通过凝胶电泳证明其分子大小及纯 度。然后分别用电镜来观察各组的材料，结 果单体均为一个100埃的小体，二聚体则是两 个相联的小体，同样三聚体和四聚体分别由 三个小体和四个小体组成。 表明200 bp的核苷酸长度正好是一个“绳珠” 单位
Histones are small, positively charged (basic) proteins
Five abundant histones are H1 (linker histone, 20 kd), H2A, H2B, H3 and H4 (core histones, 11-15 kd). The core histones share a common structural fold, called histone-fold domain The core histones each have an Nterminal “tail”, the sites of extensive modifications
一、原核生物的基因组
1、 原核生物基因组的结构特点 染色体分子质量小
E. coli：2.4×109 Da， 4639 Kb（1300
微米），闭合环状，约编码 4,288 个基因。
类核（nucleoid）
类核的结构
由支架 (scafford）和 100个DNA环组成，每 个环长40 Kb，13 μm。 每 200bp有一个负超螺 旋
Histones have an unusual amino acid composition in that they are extremely rich in the positively charged amino acids lysine and arginine Types of Histrones Type
多种方法研究组蛋白多聚体的结构、排列以 及和DNA的结合方式 1984年，Klug和Butler修正核小体模型。
Nucleosome is the basic structural subunit of chromatin, consisting of ~200 bp of DNA and an octamer of histone proteins. The nucleosome is composed of a core of eight histone proteins and the DNA (core DNA, 146 bp) wrapped around them. The DNA between each nucleosome is called a linker DNA. Each eukaryote has a characteristic average linker DNA length (20-60 bp)
H1 H2A H2B H3 H4
Lys/Arg Ratio
20.0 1.25 2.5 0.72 0.79
Location
Linker Core Core Core Core
The core histones share a common structural fold
Organization of the histone octamer
E.Coli 含有的各种DNA结合蛋白
蛋白 结构 α和β亚 基，每个 9KD 两个相同 亚基，各 28KD α ： 10.5KD； β：9.5KD 15KD亚基 功能 使DNA压缩、类核 凝聚，刺激复制， 和1HF有关 促使双链的互补、 复性 有助于att位点配对 重组 和 DNA 结 合 ， 与 DNA拓扑结构有关 ？ ？ 含量/每细 胞 4万个二聚 体 3万个二聚 体 ？ 相当于其核 蛋白 H2B 基因
Overlapping Genes
3．质粒(plasmid)
－独立于核基因组外的环状或线性的较小DNA分子 抗性质粒（Resistance （R）plasmids） 致育因子（Fertility （F）plasmids） Col质粒：编码大肠杆菌素（colicins）基因 降解质粒(degradative plasmids): 编码一种特 殊蛋白，可使宿主菌代谢特殊的分子，如甲 苯或水杨酸。 侵入性质粒(virulence plasmids): 如根癌农杆 菌(Agrobacterium tumefaciens)中发现的Ti质 粒
HU
hup A.B ？
H
H2A ？ ？
IHF
him A.D. osZ bglY pilG firA ？
H1(H -NS) HLP1 P
1万
17KD单体 3KD亚基
2万 ？
？ 鱼精蛋白 (DNA 结 合 蛋白)
2、重叠基因(overlapping gene)
莲人在绿杨津 采 玉漱声歌新阙
采莲人在绿杨津，在绿杨津一阙新, 一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人。
物种
MS2噬菌体 Qβ噬菌体 SV40 ΦX174 TMV HIV 腺病毒2 λ噬菌体 T4噬菌体 大肠杆菌 酿酒酵母
基因组 基因数目
3.6 kb 4.2 kb 5.2 kb 5.4 kb 6.4 kb 9.3 kb 35.9 kb 48.5 kb 169 kb 4.64 Mb 12.1 Mb 4 3 8 11 4 10 11 50 300 4288 6333
The importance of packing of DNA into chromosomes:
Chromosome is a compact form of the DNA that readily fits inside the cell To protect DNA from damage DNA in a chromosome can be transmitted efficiently to both daughter cells during cell division
relaxed plasmid（松弛型质粒）
A plasmid that replicates independently of the main bacterial chromosome and is present in 10-500 copies per cell.
二、真核生物的染色体和 基因组
In a symmetrical model for the nucleosome, the H32- H42 tetramer provides a kernel for the shape. One H2A-H2B dimer can be seen in the top view; the other is underneath.
1 Nucleosomes are the building blocks of chromosomes
核小体（nucleosome）
1956年，Wilkins和Vittorio Luzzati对染色质 进行了X衍射研究，发现染色质具有间隔为 100埃的重复性结构。 推测DNA和蛋白结合使DNA缠绕成周期 性的重复结构 1971年，Clark和Felsenfeld用葡萄球菌核酸 酶作用染色质，发现有些区域对核酸酶不敏 感，且不敏感的区域比较均一。 暗示染色体中存在某些亚单位
核小体（nucleosome）
1973年，Hewish和Burgoyun用内源核酸酶 消化细胞核，再从核中分离出DNA，结果发 现一系列DNA片段，它们相当于长约200bp 的一种基本单位的多聚体。 表明组蛋白有规律地结合在DNA上 1974年，M.Noll用外源核酸酶处理染色质， 然后进行电泳，测得前三个片段的长度分别 为205bp、405bp、605bp 暗示染色质可能以200 bp为一个单位
Vocabulary
Histone （组蛋白） Nucleosome（核小体） Chromosome（染色体） Chromatin（染色Βιβλιοθήκη Baidu） Chromatid（染色单体） Centromere (中心粒） Kinetochore （动粒） Telomere（端粒）
Stylized eukaryotic chromosome
物种
非洲粟酒裂 殖酵母 盘基网柄菌 秀丽隐杆线 虫 拟南芥 水稻(籼稻) 黑腹果蝇 河豚鱼 家蚕 非洲爪蟾 小鼠 人
基因组
11 Mb 47 Mb 100 Mb 120 Mb 74.8 Mb 180 Mb 400 Mb 0.45 Gb 2.9 Gb 2.5 Gb 3.3 Gb
基因数目
4824 7000 17123 26000 46022~55615 13601 30000 18510 70000 30000 ~25000
根癌农杆菌中的Ti（tumor-inducing）质粒
根癌菌附着在植物细胞表面
Ti 质 粒
T－DNA整合进植物基因组后， T－DNA上的基因负 责编码细胞分裂素的产生、吲哚乙酸的产生合成和释 放新的植物代谢产物—根癌碱和农杆碱
Copies of plasmids
stringent plasmid（严紧型质粒）
Proteins in chromosome
• Half of the molecular mass of eukaryotic chromosome is protein. • The majority of the associated proteins are small, basic proteins called histones. • Other proteins associated with the chromosome are referred to as non-histone proteins, including numerous DNA binding proteins that regulate the transcription, replication, repair and recombination of DNA.
A plasmid that only replicates along with the main bacterial chromosome and is present as a single copy, or at most several copies, per cell (1 - 3 copies)
Nucleosome
Nucleosome
H32-H42 八聚体 2×H2A-H2B 染色质小体 (～166bp) 核小体 (～200bp) DNA 连接区 (常为 32～34bp) DNA H1 166bp 20bp 146bp
核心颗粒
The nucleosome consists of approximately equal masses of DNA and histones (including H1). The predicted mass of the nucleosome is 262 kD.