第二章染色质和染色体

2.
启动基因的复制
3.
基因表达调节、基因产物转运、核内信息传递，细胞周期中核亚微结构的变化
4.
p39，表2-1
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（四）RNA和酶
含量极少，与同源DNA高度杂交 调节基因表达 染色质是多种酶的底物
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三、染色质和染色体的功能
是遗传信息贮存、传递及表达（蛋白质） 的物质基础 （一）染色质在遗传中的作用 1、有丝分裂 2、减数分裂
组蛋白的一般特性
1.
4种核心组蛋白高度保守，尤其是H3、H4。无种属、组织特异性。
肽链上氨基酸分布的不对称性。碱性氨基酸集中分布在N端，大部分疏水基团都分布在C端。 H1反之
所有的组蛋白都是修饰的（ N端）。甲基化、磷酸化、乙酰化等。
组蛋白修饰是一个重要事件。
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（三）非组蛋白（non-histone）
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细胞周期 连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止。
末期 后期 中期
前期
子细胞
分
裂
期
分分
裂
期间
阶段
细胞分裂间期 细胞分裂期
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间期
①变化：完成DNA的复制和 有关蛋白质的合成
②结果：每个染色体都形成 两个姐妹染色单体，呈染色 质形态，细胞中DNA数目加 倍，染色体数目不变
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2．轻度重复序列（slightly repetitive sequence）
这种重复序列在基因组中只有2～10个拷贝，如组蛋白、酵母tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因。 轻度重复序列包括两种情况：一是重复序列中的基因都是有功能的，例如血红蛋白β链的基因有胚胎型 和胎儿型，只是基因产物在氨基酸组成上是各有差异；二是重复序列中的基因有的有功能，有的没有功 能，如假基因等。轻度重复序列很难用点突变方法进行鉴定，因为任何一个拷贝的失活都不能影响其它 拷贝的活性。
50
纺锤体有三种微管结构
3.核仁组织区（NOR）：位于染色体次缢痕部位，是rRNA基因活跃转录形成（5srRNA除外），核仁形成有 关。
4.随体：从次缢痕到短臂末端有一种圆形或略呈长形的染色体节段。可作为鉴定标志之一。
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5.端粒（telomere）：末端特化的着色较深部位。由端粒DNA和端粒结合蛋白(TBP)组成。富含G的高度重复 的短序列组成，末端形成t环。
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重复序列(repeated sequances)
指在基因组中多次出现的DNA序列。由特定长度的重复单位，特定的拷贝数目在空间上以特定的 方式组成。
根据C0t曲线分为高度重复序列，中度重复序列和单拷贝序列等。
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补充： C0t曲线与复性动力学
基因组序列复杂性的研究是通过测量变性DNA的复性速率来进行的。 复性曲线：剩余单链DNA比例对Cot1/2作图 高度重复序列复性速度快
管上。
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着 丝 粒 卫 星
DNA
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根据着丝粒的位置和染色体两臂的长度比（臂比），将染色体分成4类：
染色体类型 近中着丝粒染色体
符号 臂比
M
1-1.7
着丝粒指数 0.5-0.375
分裂后形态 V
亚中着丝粒染色体
SM
1.7-3
0.374-0.25
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1978年Blackburn E.B.在研究四膜虫的rDNA时发现染色体末端有6nt的串联重复：5`—G4T2—3`，重复几 十次，
总长度为：370-520bp, Cn(A/T)m, n>1,m1~4 单链长14-16nt
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端粒的3`单链末端取代了端粒上游中的 一个相同序列形成t环,
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2 染色质的分类
存在形态不同：常染色质和异染色质 常染色质(euchromatin)
间期纤丝，包装密度度比分裂期染色体的要小很多，一般位于细胞核的中央 (30nm) 常染色质是具有转录活性的染色质，结构疏松，电子密度低
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异染色质(heterochromatin)
间期为高度卷曲紧缩块状，可与有丝分裂期染色体相比，存在于细胞核周边(100-250nm) 特点：
序列特异性DNA结合蛋白。特性： • 带负电，富含天冬氨酸、谷氨酸，属酸性蛋白。 种类多达数百种，含量少 主要为结构蛋白和酶类 具有种属和组织特异性 • 整个细胞周期都合成，组蛋白只在S期合成。
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（三）非组蛋白（non-histone）
功能：
1.
参与染色体的构建：帮助染色质纤维的进一步折叠、盘曲
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端粒酶：含有RNA模板到逆转录酶 端粒酶在大多数正常体细胞中无活性，在永生化细胞和恶性肿瘤细胞中有活性，因此可作为恶性肿瘤
标记物。 端粒酶抑制剂可抑制恶性肿瘤细胞的增殖： 核酶/反义核酸 逆转录酶抑制剂 核苷酸类似物
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二、染色质和染色体的化学组成
–①持久压缩，无转录活性、是遗传惰性区。 –②在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩。 –③分为两类：组成型异染色质、兼性异染色质
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两种染色质的区别
常染色质
异染色质
间期染色程度
染色浅
染色深
分布
核中央
核仁和核膜附近
螺旋化程度
低
高
呈疏松状态
呈凝集状态
DNA序列 单一序列和部分重复序列 高度重复序列
染色体(chromosome)：是指在细胞分裂期出现的一种能被碱性染料强烈染色，并具有一定形态、结构特征的 物体。 只有在细胞分裂中才可见的形态单位。
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染色质和染色体的化学组成相同，是同一物质在细胞不同时期的不同形态； 染色质和染色体是真核细胞内遗传物质的存在形式；
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CC0 1.0
0.5 U:A
Phage λ
0.0 10-7 10-5
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10-3 10-1 10 103 105
基本为单一序列 E.coli
human C0t1/2
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1．单拷贝序列（single copy sequence）或单一序列（unique sequence）；非重复序列 真核生物基因组的30％～70％，大多数基因在单倍体中都是单拷贝。 单拷贝序列最重要的作用是具有编码功能。 编码蛋白质和酶的结构基因以及基因的间隔序列。 但编码序列只占单拷贝序列的一小部分，所以单拷贝序列除了编码以外还应有其它功能。
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核膜 核仁 染色质
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1、有丝分裂（cell mitosis）
特点是有纺锤体形成及染色体的变化，子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于高 等动植物。
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2、有丝分裂过程
有丝分裂过程是一个连续的过程，为了便于描述人为地划分为五个时期： 前期(prophase) 前中期(premetaphase) 中期(metaphase) 后期(anaphase) 末期(telophase)
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1.前期
前期的主要事件是： ①线性染色质经螺旋化、折叠和包装，变短变粗，形成染色体。每条染色体包含2个染色单体
(姐妹染色体)。 ②动粒装配、星体形成与分裂极确立。
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1、两现：染色体出现、 纺锤体出现 2、两失： 核膜消失、核仁消失
前期
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L
近端着丝粒染色体
ST
3-7
0.249-0.125
I
顶端着丝粒染色体
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T
﹥7
0.124-0
I
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近中着丝粒(M); V 亚中着丝粒(SM); L 近端着丝粒(ST);I 顶端着丝粒(T);I
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2.次缢痕（副缢痕；核仁形成区）：主缢痕外着色较浅的染色体缢缩区，不能弯曲，与核仁形成有关。常在短 臂出现。位置相对稳定。可作为鉴定标志之一。
功能状态 活跃的DNA分子部分 不活跃的DNA分子部分
进行转录和翻译
不能转录和翻译
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核小体
核小体是构成染色质的基本结构单位 核小体（nucleosome）：串珠状的染色质，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成，通过酶消化实验
建立。 核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白八聚体和一个组蛋白H1。
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核小体→螺线体→超螺线体→染色体
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（二）染色体 细胞分裂中期高度凝缩
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染色体的一般形态特征
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染色体的形态结构
1.染色单体 1.主缢痕（初级缢痕；着丝粒区）：两个染色单体相连处，染色较浅、向内凹陷成狭小区段的部位。 ①着丝粒：着丝粒区连结两个染色单体的特殊区段。 ②动粒（着丝点；着丝盘）：是主缢痕处，两染色单体外侧表层部位与纺锤丝接触的。将染色体附着在微
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3．中度重复序列（moderately repetitive sequence） 中度重复序列一般都是不编码的序列，有10至几千个拷贝，例如rRNA基因、tRNA基因。目前认为，大部分
中度重复序列与基因表达的调控有关。
tRNA基因一般分布于基因组中， rRNA基因常集中分布于核仁形成区。 中度重复序列的共同特征是两端有类似于转座子两端的重复序列，这种现象十分类似于逆转录病毒的结构。 人Alu序列家族
卫星DNA
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（二）组蛋白（histone）
含量最高的一种染色体蛋白 带正电荷，含大量Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为：
– 核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4； – 连接组蛋白（linker histone）：H1。
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反应由端粒结合蛋白TRF2催化
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• 端粒（telomere）作用： 1. 维持染色体的稳定性。防止染色体DNA降解、末端融合和缺失 2. 与细胞寿命有关，起细胞分裂计时器的作用。端粒的复制要靠具有反转录酶性质的端粒酶来完成。 3. 保证遗传信息的完整复制 4. 指导染色体与核膜相连
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4．高度重复序列（highly repetitive sequence） 大多数高等真核生物的DNA都含有20％以上的高度重复序列，由非常短的序列重复多次，可达几百万
个拷贝，串联成长长的一大簇集中在异染色质区，特别是在着丝粒和端粒附近。因为序列简单，缺乏转录 必要的启动子而不具转录能力。
第一节、 染色质与染色体
1、染色质和染色体的形态 2、染色质和染色体的化学成分/组成 3、染色质和染色体的功能(自学) 4、染色体畸变
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一、染色质和染色体的概念
染色质(chromatin)：是指细胞周期间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的复合结构，因 其易被碱性染料染色而得名。
由相同的化学物质组成 主要成分：DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA 比例：1:1:(1-1.5):0.05
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（一）DNA
4种序列：①单一序列； ②轻度重复序列； ③中度重复序列（101~5）；④高度重复序列（>105）。 3种主要构像：①B-DNA、②Z-DNA、③A-DNA。 3种基本元素：①自主复制序列(ARS)；②着丝粒序列(CEN) ；③端粒序列(TEL)。 酵母人工染色体(YAC )：含上述3种成分，用于转基因。
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① 由组蛋白2个H2A-H2B、 2个H3、 2个H4形成八聚体，构成核心颗粒； ② DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；
③ 相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接 线DNA。
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在低盐亲水介质中展开的染色质，示串珠状的核小体（JA，Gall 1981）
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核小体→螺线体（核丝）
通过形成核小体，长度压缩7倍，11nm的纤维。 但是在电镜下观察用温和方法分离的染色质是直径30nm的纤维，由核小体螺旋化形成，每6个核小体绕一
圈，长度压缩6倍。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu10
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solenoid
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30nm的核丝以侧环模型结合在核骨架上（或称染色体骨架），结合点是富含AT的区域 。形成超螺线体。 多级螺旋—染色体