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染色体的结构
偃师高中 刘红霞
染色体名称的由来
染色体(chromosome)之所以称为染色体，是因为 它能被碱性染料染色，而细胞的其他组成分都不 能被碱性染料染色的缘故。
前面我们介绍过，染色体是遗传物质的载体，我 们也已经知道，DNA（或RNA）是生物共同的遗 传物质。那么DNA（或RNA）又是如何组成染色 体的呢？下面我们对染色体的结构作一介绍。
染色体在细胞分裂的间期表现为染色质（chromatin）的状态，呈纤细的丝状 结构，故亦成为染色质线（chromatin fiber）。在真核生物中，它是脱氧核糖 核酸（DNA）和蛋白质及少量核糖核酸（RNA）组成的复合物，其中DNA 的 含量约占染色质重量的30%。
染色质的基本结构
蛋白质包括组蛋白和非组蛋白二类。组蛋白是与DNA结合的碱性蛋白，有H1、 H2A、H2B、H3和H4五种，其在细胞中的比例大致是1：2：2：2：2。它们 是除精子等少数细胞外，为所有生物和细胞所共有。它与DNA的含量比率大 致相等，是很稳定的，在染色质结构上具有决定性作用。而非组蛋白在不同 细胞间变化很大，在决定染色体结构中的作用可能不是很大，它们可能与基 因的调控有关。
在细胞分裂过程中染色质线到底是怎样卷缩成具有一定形态结构的染色体的 呢？现在认为至少存在三个层次的卷缩，一般称为染色体的四级结构（图314)。
染色体的结构模型
在细胞有丝分裂的中期，利用光学显微镜可以观察到： 染色体的结构是由两条染色单体(chrmatid)组成的。每 条染色单体包括一条染色线(chromonema)，以及位于 线上的许多染色很深的颗粒状染色粒（chromomere）。 染色粒的大小不同，在染色线上有一定的排列顺序，一 般认为它们是由于染色线反复盘绕卷缩形成的。现已证 实每个染色体所含的染色线是单线的，即一个染色体所 包含的两条染色单体都分别是单线的，换言之，每条染 色单体是一个DNA分子与蛋白质结合形成的染色线。当 完全伸展时，其直径不过10nm，而其长度可达几毫米， 甚至几厘米。当它盘绕卷曲时，可以收缩得很短，于是 表现出染色体所特有的形态特征。如人的最长的一条染 色体，在分裂间期其分子伸展时长达85mm，但在中期， 却卷曲成为直径为0.5μm、长度只有10μm的染色体，其 长度只有完全伸展时的1/10000还不到。
原核生物的染色体
与真核生物相比，原核生物的染色体要简单的多，其染色体通常只有一个核 酸分子（DNA或RNA），其遗传信息的含量也比真核生物少得多。 病毒染色体只含一条DNA或者RNA分子，可以是单链也可以是双链；大多 呈环状，少数呈线性分子。
细菌染色体均为环状双链DNA分子。虽然病毒和细菌的染色体比真核生物小的 多，但其伸展长度仍然远远大于自身细胞的最大长度。例如；λ噬菌体DNA伸 展长度为17μm，而染色体存在的噬菌体头部直径只有0.1μm。大肠杆菌 （Escherichia coli）的DNA分子伸展长度有1200μm，而细菌直径只有1～ 2μm（图3-11）这样长的DNA是如何装载到病毒或者细菌里去的呢 ？
近来研究发现，染色质的基本结构单位是核小体 （nucleosome）。在核小体与核小体之间由连接 DNA（linker DNA）和一个小分子的组蛋白H1相 连。每个核小体的核心是由H2A、H2B、H3和H4 四种组蛋白各以两个分子组成的八聚体，其形状 近似于扁球体（图3-13）(nucleosoms)。DNA双 螺旋就盘绕在这八个组蛋白分子的表面。连接丝 是两个核小体之间的双链DNA,由它把两个相邻的 核小体串联起来。组蛋白H1结合于连接丝和核小 体的接合部位。如果H1被除去，核小体的基本结 构并不会因此而改变。 据测定，在大部分细胞中， 一个核小体及其连接丝约含有180-200个碱基对 (base pair，bp)的DNA，其中约146bp盘绕在核小 体表面1.75圈，其余碱基则为连接丝，其长度变 化较大，从8bp到114bp不等。
很ห้องสมุดไป่ตู้时间以来，人们一直认为原核生物的染色体就
是裸露的DNA或RNA分子。但是，近年来的研究发 现，实际情况并非如此。原核生物的染色体并不是
像过去人们认为的那样是“露裸”的DNA分子，其 DNA分子同样与蛋白质和RNA等其他分子结合在一 起。例如：大肠杆菌DNA与几种DNA结合蛋白(DNAbinding protein)相结合。这些DNA结合蛋白很小， 但在细胞内数量很多，他们含有较高比例带正电荷
根据染色反应，间期细胞核中的染色质可以分为两种：异染色质 （heterochromatin）和常染色质(euchromatin)。异染色质是染色质中染色较 深的区段，常染色质是染色较浅的区段。
异染色质和常染色质在化学组成上并没有什么区别，而只是螺旋化程度不同。 在细胞分裂间期，异染色质区的染色质仍然是高度螺旋化而紧密卷缩的，相 对而言，在单位空间内DNA的浓度很高，故染色很深。而常染色质区的染色 质因为脱螺旋化而呈松散状态，相对而言，在单位体积内DNA的浓度很低， 故染色很浅。
异染色质又可分为组成型异染色质（constitutive heterochromatin）和兼性异染色质(facultative heterochromatin)。
组成型异染色质主要是高度重复的DNA序列， 大多分布在染色体的特殊区域，如着丝点、端粒 部位等，一般来说这些区域只与染色体结构有关， 而不含有结构基因。兼性异染色质可以存在于任 何部位，它可以在某类细胞内表达，而在另一细 胞内完全不表达。哺乳动物的X染色体就是兼性异 染色质。对某个雌性动物来说，其中一条X染色体 表现为异染色质而完全不表达其功能，而另一条 则表现为功能活跃的常染色质。
的氨基酸，可以与DNA分子上带负电荷的磷酸基团 相结合，其特性与真核生物染色体中的组蛋白
（histone）相类似。大肠杆菌的染色体DNA除与蛋 白质结合外，还结合有RNA。它的染色体是由50100个独立的负超螺旋组成的环状结构（图3-12）， RNA和蛋白质结合在上面，以保持其结构的稳定性。
染色质的基本结构
偃师高中 刘红霞
染色体名称的由来
染色体(chromosome)之所以称为染色体，是因为 它能被碱性染料染色，而细胞的其他组成分都不 能被碱性染料染色的缘故。
前面我们介绍过，染色体是遗传物质的载体，我 们也已经知道，DNA（或RNA）是生物共同的遗 传物质。那么DNA（或RNA）又是如何组成染色 体的呢？下面我们对染色体的结构作一介绍。
染色体在细胞分裂的间期表现为染色质（chromatin）的状态，呈纤细的丝状 结构，故亦成为染色质线（chromatin fiber）。在真核生物中，它是脱氧核糖 核酸（DNA）和蛋白质及少量核糖核酸（RNA）组成的复合物，其中DNA 的 含量约占染色质重量的30%。
染色质的基本结构
蛋白质包括组蛋白和非组蛋白二类。组蛋白是与DNA结合的碱性蛋白，有H1、 H2A、H2B、H3和H4五种，其在细胞中的比例大致是1：2：2：2：2。它们 是除精子等少数细胞外，为所有生物和细胞所共有。它与DNA的含量比率大 致相等，是很稳定的，在染色质结构上具有决定性作用。而非组蛋白在不同 细胞间变化很大，在决定染色体结构中的作用可能不是很大，它们可能与基 因的调控有关。
在细胞分裂过程中染色质线到底是怎样卷缩成具有一定形态结构的染色体的 呢？现在认为至少存在三个层次的卷缩，一般称为染色体的四级结构（图314)。
染色体的结构模型
在细胞有丝分裂的中期，利用光学显微镜可以观察到： 染色体的结构是由两条染色单体(chrmatid)组成的。每 条染色单体包括一条染色线(chromonema)，以及位于 线上的许多染色很深的颗粒状染色粒（chromomere）。 染色粒的大小不同，在染色线上有一定的排列顺序，一 般认为它们是由于染色线反复盘绕卷缩形成的。现已证 实每个染色体所含的染色线是单线的，即一个染色体所 包含的两条染色单体都分别是单线的，换言之，每条染 色单体是一个DNA分子与蛋白质结合形成的染色线。当 完全伸展时，其直径不过10nm，而其长度可达几毫米， 甚至几厘米。当它盘绕卷曲时，可以收缩得很短，于是 表现出染色体所特有的形态特征。如人的最长的一条染 色体，在分裂间期其分子伸展时长达85mm，但在中期， 却卷曲成为直径为0.5μm、长度只有10μm的染色体，其 长度只有完全伸展时的1/10000还不到。
原核生物的染色体
与真核生物相比，原核生物的染色体要简单的多，其染色体通常只有一个核 酸分子（DNA或RNA），其遗传信息的含量也比真核生物少得多。 病毒染色体只含一条DNA或者RNA分子，可以是单链也可以是双链；大多 呈环状，少数呈线性分子。
细菌染色体均为环状双链DNA分子。虽然病毒和细菌的染色体比真核生物小的 多，但其伸展长度仍然远远大于自身细胞的最大长度。例如；λ噬菌体DNA伸 展长度为17μm，而染色体存在的噬菌体头部直径只有0.1μm。大肠杆菌 （Escherichia coli）的DNA分子伸展长度有1200μm，而细菌直径只有1～ 2μm（图3-11）这样长的DNA是如何装载到病毒或者细菌里去的呢 ？
近来研究发现，染色质的基本结构单位是核小体 （nucleosome）。在核小体与核小体之间由连接 DNA（linker DNA）和一个小分子的组蛋白H1相 连。每个核小体的核心是由H2A、H2B、H3和H4 四种组蛋白各以两个分子组成的八聚体，其形状 近似于扁球体（图3-13）(nucleosoms)。DNA双 螺旋就盘绕在这八个组蛋白分子的表面。连接丝 是两个核小体之间的双链DNA,由它把两个相邻的 核小体串联起来。组蛋白H1结合于连接丝和核小 体的接合部位。如果H1被除去，核小体的基本结 构并不会因此而改变。 据测定，在大部分细胞中， 一个核小体及其连接丝约含有180-200个碱基对 (base pair，bp)的DNA，其中约146bp盘绕在核小 体表面1.75圈，其余碱基则为连接丝，其长度变 化较大，从8bp到114bp不等。
很ห้องสมุดไป่ตู้时间以来，人们一直认为原核生物的染色体就
是裸露的DNA或RNA分子。但是，近年来的研究发 现，实际情况并非如此。原核生物的染色体并不是
像过去人们认为的那样是“露裸”的DNA分子，其 DNA分子同样与蛋白质和RNA等其他分子结合在一 起。例如：大肠杆菌DNA与几种DNA结合蛋白(DNAbinding protein)相结合。这些DNA结合蛋白很小， 但在细胞内数量很多，他们含有较高比例带正电荷
根据染色反应，间期细胞核中的染色质可以分为两种：异染色质 （heterochromatin）和常染色质(euchromatin)。异染色质是染色质中染色较 深的区段，常染色质是染色较浅的区段。
异染色质和常染色质在化学组成上并没有什么区别，而只是螺旋化程度不同。 在细胞分裂间期，异染色质区的染色质仍然是高度螺旋化而紧密卷缩的，相 对而言，在单位空间内DNA的浓度很高，故染色很深。而常染色质区的染色 质因为脱螺旋化而呈松散状态，相对而言，在单位体积内DNA的浓度很低， 故染色很浅。
异染色质又可分为组成型异染色质（constitutive heterochromatin）和兼性异染色质(facultative heterochromatin)。
组成型异染色质主要是高度重复的DNA序列， 大多分布在染色体的特殊区域，如着丝点、端粒 部位等，一般来说这些区域只与染色体结构有关， 而不含有结构基因。兼性异染色质可以存在于任 何部位，它可以在某类细胞内表达，而在另一细 胞内完全不表达。哺乳动物的X染色体就是兼性异 染色质。对某个雌性动物来说，其中一条X染色体 表现为异染色质而完全不表达其功能，而另一条 则表现为功能活跃的常染色质。
的氨基酸，可以与DNA分子上带负电荷的磷酸基团 相结合，其特性与真核生物染色体中的组蛋白
（histone）相类似。大肠杆菌的染色体DNA除与蛋 白质结合外，还结合有RNA。它的染色体是由50100个独立的负超螺旋组成的环状结构（图3-12）， RNA和蛋白质结合在上面，以保持其结构的稳定性。
染色质的基本结构