第五章 真核细胞染色体结构与基因表达
真核生物的基因表达与调控ppt课件
（1）启动子(promoter): 3种类型； （2）增强子(enhancer)： （3）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。 （4）绝缘子(insulator,boundary element):在真核基因 及其调控区的一段DNA序列 。
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增强子Enhancer
（4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中 其基因表达在时间和空间上具有特异性，即细胞特异性 或组织特异性表达。
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2
•真核基因组结构特点
▪ 真核基因组结构庞大：3×109bp、染色质、染色体、核膜 ▪ 单顺反子(monocistron) ▪ 含有大量重复序列 ▪ 基因不连续性：断裂基因（interrupted gene）、内含
而这个序列分析表明，几乎每个内含子5末端起始 的两个碱基都是GT,而3末端最后两个碱基总是AG.
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4
多 层 次 调 控
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u染色体水平的调控
染色质的结构： Ø基本结构是核小体。 Ø在细胞中的状态： （1）紧密压缩 （2）被阻遏状态 （3）有活性状态 （4）被激活状态 Ø异染色质化
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u真核基因转录后水平的调控
5′端加帽(cap)和3′端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义
使mRNA稳定，在转录过程中不被降解 mRNA的选择剪接(alternative splicing)对基因表达
的调控 外显子选择(optional exon)、内含子选择
(optional intron)、互斥外显子、内部剪接位点 mRNA 运输的控制
真核生物的基因表达调控
真核细胞染色体结构与基因表达
端粒
三、染色质的基本类型
1. 固缩状态，着丝粒 结构域、端粒、次益痕等区域。高度重复序列DNA。 兼性异染色体：巴氏小体，哺乳动物X染色体。
2. 常染色体（euchromatin）：单一序列、中度重复序 列DNA
三、真核生物基因结构 1. 真核细胞基因的基本：
基因转录激活需要局部结构的改变 染色体结构改变因素： ➢ 组蛋白结构改变 ➢ 非组蛋白 ➢ DNA甲基化和去甲基化
第一节 真核细胞染色质的组成与结构
一、真核细胞染色体的组成
1.染色质的基本成分 组蛋白：每个核小体H2A、H2B、H3、H4各2个；1个
H1。进化上保守，无组织特异性。两栖类、鱼类、鸟 类红细胞H5取代H1 非组蛋白：种类较多，与DNA折叠、复制、转录有关。 高迁移蛋白（HMG）与DNA超螺旋结构有关。 DNA
没有固定位置；双向性；没有基因和物种特异性；应激 性（部分增强子）；顺式作用；远距离。
沉默子（silencer）或衰减子（dehancer）：抑制基因表 达的DNA序列。位置、作用距离、方向性与增强子相 似。
转录因子：反式作用因子。
RNA pol III 启动子：分基因外启动子，基因内启动子
3. 真好基因的基本类型 C值：生物单倍体基因组DNA的总量 C值矛盾（C-value paradox）： 非重复序列：编码各种蛋白质 中度重复序列：10次~万次；占10% ~40%；有种间
第二节 染色体水平上的基因活化调节
一、染色体结构的动态变化 染色质的动态变化：核小体及以上染色体高级结构， 基因关闭状态；染色质结构变化、蛋白因子的参与、 局部染色质去阻遏，基因活化，启动转录。
二、异染色质化 常染色体异化后，失去转录活性。 哺乳动物雌性一条X染色体失活变成巴尔小体。
真核原核细胞基因结构示意图
基因结构
真核细胞的基因结构通常包括编码区和非编码区，其中编 码区被内含子和外显子分隔；而原核细胞的基因结构相对 简单，没有内含子和外显子的区分。
染色体结构
真核细胞的染色体由DNA和蛋白质组成，呈现高度折叠的 结构；原核细胞的染色体则是由环状DNA分子组成，结构 相对简单。
复制方式
真核细胞的基因复制需要多种蛋白质的参与，复制过程复 杂；而原核细胞的基因复制则相对简单，不需要太多蛋白 质的参与。
遗传信息的储存和复制
遗传信息的储存
基因是遗传信息的载体，通过DNA双螺旋结构，将遗传信息稳定 地储存于细胞核或细胞质中。
复制机制
原核细胞通过半保留复制方式，真核细胞通过半不连续复制方式 ，确保遗传信息的准确传递。
基因表达与调控
转录过程
在RNA聚合酶的作用下，DNA的 遗传信息被转录为mRNA，为蛋
染色体数目与形态
80%
染色体数目
原核细胞通常只有一条染色体， 但在某些情况下可能存在多条染 色体。
100%
染色体形态
原核细胞的染色体呈环状或线性 ，没有真核细胞的染色体结构复 杂。
80%
复制与分离
原核细胞的染色体复制和分离机 制相对简单，通常只有一个复制 起点。
03
真核原核细胞基因结构的比较
结构差异
真核原核细胞基因结构示意图
目
CONTENCT
录
• 真核细胞基因结构 • 原核细胞基因结构 • 真核原核细胞基因结构的比较 • 真核原核细胞基因结构的功能 • 真核原核细胞基因结构的研究意义
01
真核细胞基因结构
结构特点
真核细胞基因结构包括 编码区和非编码区，其 中编码区又分为内含子 和外显子。
分子生物学：第5章原核生物基因表达调控习题
第五章原核生物基因表达调控一、名词解释：1. 操纵子2. 基因表达3. 看家基因4. 正调控和负调控5. 安慰诱导物6. 衰减子（弱化子）7. 魔斑8. 结构基因和调节基因9. 本底水平表达二、填空1. 操纵子的基因表达调节系统属于水平的调节,乳糖操纵子模型由和1961年提出的。
色氨酸操纵子包括和两方面的调控。
2. 能够诱导操纵子但不是代谢底物的化合物称为诱导物。
能够诱导乳糖操纵子的化合物就是其中一例。
这种化合物同蛋白质结合，并使之与分离。
乳糖操纵子的体内功能性诱导物是。
3. 色氨酸是一种调节分子，被视为。
它与一种蛋白质结合形成。
通过控制起作用。
色氨酸操纵子受另一种系统------ 的调控，它涉及到第一个结构基因被转录前的转录。
4. 大肠杆菌乳糖操纵子调节基因编码的与结合，对Lac结合，对Lac表达实施负调控；与复合物结合于上游部分，对Lac表达实施正调控。
5. 操纵子中没有基因产物的是和三、选择题1. 下面哪些真正是乳糖操纵子的诱导物？（BDE）A. 乳糖B. 蜜二糖C. O- 硝基苯酚-β-半乳糖苷（ONPG）D. 异丙基-β-巯基-半乳糖苷E. 异乳糖2. 色氨酸操纵子的调控作用是受两个相互独立的系统控制的，其中一个需要前导肽的翻译，下面哪一种调控这个系统？（B）A. 色氨酸B. 色氨酰-tRNA TrpC. 色氨酰-tRNAD. cAMPE. 以上都不正确3. 阻遏蛋白(阻抑蛋白)识别操纵子中的（ C ）A. 启动基因B. 结构基因C. 操纵基因D. 内含子E. 外显子4. 乳糖、阿拉伯糖、色氨酸等小分子物质在基因表达调控中作用的共同特点是A. 与启动子结合B. 与DNA结合影响模板活性C. 与RNA聚合酶结合影响其活性D. 与蛋白质结合影响该蛋白质结合DNAE. 与操纵基因结合5. 下面那项不属于原核生物操纵元的结构A. 启动子B. 终止子C. 操纵子D. 内含子6. 下列有关操纵子的论述哪个是错误的（）A. 操纵子是由启动基因、操纵基因与其所控制的一组功能上相关的结构基因组成的基因表达调控单位B. 操纵子不包括调节基因C. 代谢底物往往是该途径的可诱导酶的诱导物，代谢终产物往往是可阻遏酶的辅阻遏物D. 真核细胞的酶合成也存在诱导和阻遏现象，因此也是由操纵子进行调控的7. 操纵子调节系统属于哪一种水平的调节？A 复制水平的调控B 转录水平调控C 转录后加工的调控D 翻译水平的调控8. 对调节基因下述哪些论述哪些是对的（）A 是编码阻遏蛋白的结构基因B 各种操纵子的调节基因都与启动基因相毗邻C 调节基因是操纵子的组成部分D 调节基因的表达另有转移的调控区9. 以下有关阻遏蛋白的哪些是对的（）A 阻遏蛋白是调节基因表的的产物B 可诱导操纵子的阻遏蛋白具有直接与操纵子基因结合的活性，与诱导物相互作用后丧失活性C 可阻遏操纵子的阻遏蛋白没有直接与操纵子基因结合的活性，与辅阻遏物结合后才有此活性D 阻遏蛋白可与RNA聚合酶竞争同一结合部位10. 关于启动基因的下述论点哪些是错误的（）A 启动基因是RNA聚合酶识别并最县结合的一段DNA序列B 启动基因是最先被RNA聚合酶转录的DNA 序列C 启动基因是DNA上富含A-T碱基对的部分D 启动基因是引发DNA复制的特殊序列11. 下列有关降解物基因活化蛋白（CAP）的哪些论点是正确的（）A CAP-cAMP可专一地与启动基因结合，促进结构基因的转录B CAP可单独与启动子相互作用，促进转录C CAP-cAMP可与调节基因结合，控制阻遏蛋白的合成D CAP-cAMP可与RNA聚合酶竞争地结合于启动基因，从而阻碍结构基因的转录12. 与乳糖操纵子操纵基因结合的物质是（）A RNA聚合酶B DNA聚合酶C 阻遏蛋白D 反密码子四、是非题1. 葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用乳糖并启动乳糖操纵子（）2. 小分子物质如ITPG诱导乳糖操纵子表达时起负调控作用与操纵基因相结合阻抑结构基因的表达（）3. 色氨酸操纵子中含有衰减子区，其调控作用主要受Trp浓度高低影响（）4. 色氨酸操纵子（trpoperon）中含有衰减子序列（）5. cAMP在laz操纵子中起正调控作用，其浓度受环境中的葡萄糖影响，与其浓度成正比（）6. 大肠杆菌乳糖操纵子真正的诱导物不是乳糖，而是它的异构体别乳糖（）7. 操纵基因又称操纵子，如同启动基因又称启动子一样（）8. 可诱导操纵子是负责调节糖分解代谢的，可阻遏操纵子是负责调节氨基酸代谢的（）五、问答题：1. 试述乳糖操纵子的结构及负控诱导的调控机理2. 如何区别可诱导和可阻遏的基因调控。
染色质结构和基因表达
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2、基质附着区（matrix attachment region， MAR） 无论是在原核细胞还是在真核细胞中，基因组DNA形 成巨大的环状结构，环的基部附着在染色体骨架上。 在细菌中环的长度大概是40 kb，而真核生物的DNA环 要长一些，大约60 kb。
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在间期，核基质是由丝状蛋白构成的网络结构，附 着于核膜的内表面。DNA借着于基质附着区（matrix attachment region，MAR）与基质蛋白结合。因为MAR 也被用于附着染色体支架，因此也称为支架附着区 （scaffold attachment region, SAR）。这些 MAR/SAR位点长度为200－1000 bp，富含AT（占70％）， 但是没有明显的一致序列。
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不表达w＋基因的细胞分裂后产生的子代细胞仍不表达w＋基因， 产生白眼细胞克隆；而表达w＋基因的细胞分裂后产生的子代细 胞都表达w＋基因，产生红眼细胞克隆。所以，该品系的果蝇的 复眼表现为红白相嵌，又称为位置效应花斑（position effect variegation）。
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二核苷酸的水平比平均值高10～20倍，这些CpG富集
区被定义为GpC岛。脊椎动物基因许多基因的上游都
有CpG岛，尤其是在各种组织中都有表达的管家基因
的启动子。
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DNA甲基化可以引起基因沉默。基因沉默是指以相对非 特异性的方式关闭基因的表达，它可以影响一个基因、 一个基因簇、染色体的一个区段甚至整条染色体。把 甲基化的或未甲基化的基因引入细胞，检测它们的表 达水平，结果显示甲基化的DNA不表达。在检测染色体 DNA的甲基化模式时，发现DNA甲基化水平与相邻基因 的表达水平呈负相关。例如，脊椎动物管家基因启动 子中的CpG在各种组织都保持非甲基化状态，而组织特 异性的基因仅在其表达的组织中才是去甲基化的。
染色体结构与基因表达调控
染色体结构与基因表达调控染色体是细胞中重要的遗传物质载体，负责传递父母给子女的遗传信息。
它在细胞的生物学过程中发挥着重要的调控作用。
本文将介绍染色体的结构组成以及基因表达调控的机制。
染色体是由DNA和蛋白质组成的复合物。
在真核生物细胞中，染色体通常呈现出一条线状的结构，其中DNA是以复杂的方式包裹在蛋白质组成的染色质上。
染色质是一种纤维状的结构，由核小体和DNA组成的核染色质组成。
每个核小体由蛋白质组成的组蛋白核心与DNA环绕缠绕而成。
这些组蛋白核心与DNA形成亲密的联系，使得染色体能够紧密地包裹成一个整体。
染色体的结构对基因表达调控起着至关重要的作用。
基因表达调控是指在具体的细胞类型和环境条件下，选择性地激活或抑制某些基因的表达。
这种调控是通过染色体结构的改变来实现的。
染色体具有一种非常高效的三维结构，被组织成一系列的区域和区块。
这种结构可以使得基因的调控序列更容易与转录因子等调控蛋白质相互作用，从而控制基因的表达。
此外，染色体三维结构的改变还可以通过调控染色质的可及性，从而选择性地激活或抑制基因的转录。
这也解释了为什么人类细胞中只有大约2%的基因编码蛋白质，而其余的基因则在特定的细胞类型和环境条件下被调控起来。
在基因表达调控过程中，DNA中某些特定的区域起着重要的作用，被称为启动子区域。
启动子区域位于基因的上游区域，包含着可以与转录因子结合的序列元件。
转录因子是一类特殊的蛋白质，它们与染色体的特定区域相互作用，从而启动或停止基因的转录。
这种相互作用是通过染色体三维结构的改变来实现的。
特定的转录因子可以与染色质特定的区域相结合，从而使得该区域上的基因被转录。
这种转录因子与染色体结构变化之间的联系是复杂且多样的。
一方面，转录因子可以直接与染色体上的DNA序列特异性地结合，形成转录复合物，从而实现对基因的调控。
另一方面，其他蛋白质介导的染色体结构变化也可以影响具体的转录因子与染色体上的特定区域之间的相互作用。
真核生物基因表达调控ppt课件
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的 空间特异性(spatial specificity)。
基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分 布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
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1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger
bZIP
Homeodomain
bHLH
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(1) 锌指(zinc finger)
如果与转录激活因子有协同作用——共激活因子； 与转录阻遏因子有协同作用——共阻遏因子。
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常见转录因子的结构域 (domain)
DNA结合域 （DNA binding domain) TF
Basic AA (K/R) rich, positively charged
转录激活域
(trans-activation domain)
按功能需要，某一特定基因的表达严格按 特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶 段特异性(stage specificity)。
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人体发育过程中不同类型β-珠蛋白的含量变化
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（二）空间特异性
TFⅡA TBP
TFⅡBΒιβλιοθήκη TATATBP: TATA-box binding protein
医学分子生物学第五章 真核基因表达调控
DNA ① 转录调控
hnRNA
② 加工调控
mRNA
细胞核
③ 转运调控 mRNA
细胞质
翻译调控 ④
⑤ mபைடு நூலகம்NA降解调控
蛋白质 失活mRNA
甲基化的重建决定了细胞分化的命运，形 成的印记，在体细胞分裂中稳定遗传。
胰岛素样生长因子2( IGF2) 存在基因组印记 的现象， IGF2能促进细胞的增殖、分化以及 个体的生长发育并抑制细胞凋亡 。IGF2基因 组印记与多种肿瘤的发生、发展相关 。 来源于父方的基因Igf2对胚胎的贡献是促进胎 儿生长，加速其发育，促进胎盘发育为胎儿提 供更多营养。父系表达基因tgf2的缺失导致胎 儿在宫内生长迟缓。
四、染色质结构与基因表达调控： 真核细胞中基因转录的模板是染色质
而不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松 或紧密结构，即是否处于活化状态是决 定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的 关键。
00:28
四、染色质结构与基因表达调控：
活性染色质(常染色质) 按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非 活性染色质，所谓活性染色质是指具有转录活性的 染色质；非活性染色质是指没有转录活性的染色质。
00:28
③大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某 些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序 列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），该序列是 产生增强效应时所必需的；
④ 增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明增 强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作用 才能发挥其功能；
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染色体结构与基因表达调控
染色体结构与基因表达调控染色体是细胞核内DNA的有序组织，它们起着基因储存和转录的重要作用。
染色体结构的特点和基因表达调控的机制是生命科学研究的重点，对于深入了解遗传学和细胞生物学具有重要意义。
染色体的结构人类细胞核内的染色体主要由DNA和蛋白质组成，它们共同构成了染色体的结构。
DNA是遗传信息的储存介质，而蛋白质则起着支撑和组织DNA的作用。
染色体的基本结构单位是染色体轴粒。
染色体轴粒是由一段DNA和一系列与之相互作用的蛋白质组成。
DNA通过蛋白质的包裹形成了染色体颗粒，这些颗粒通过染色体轴粒相互连接形成染色体。
染色体颗粒中的DNA含有基因，基因是生物体传递遗传信息的基本单位。
染色体的结构在细胞周期中会发生变化。
在细胞分裂的干扰期，染色体呈现出紧密卷曲的形态，形成了典型的染色体形状。
而在细胞分裂的间期，染色体则处于非常活跃的状态，DNA和蛋白质相互作用松弛，呈现出非常复杂且均匀的结构。
基因表达调控基因表达调控是指细胞对基因转录和翻译的调控机制，以控制蛋白质的合成和功能发挥。
基因表达调控是生命体内各种生理活动的基础。
在基因表达调控过程中，细胞通过转录因子和其他调控因子对特定基因的启动子区域进行调控，以控制基因的转录过程。
基因表达调控主要分为转录水平调控和转录后水平调控两个层面。
在转录水平调控中，细胞通过转录因子与基因启动子的结合，促使或抑制基因的转录。
转录因子是一类与DNA特定序列结合的蛋白质，它们能够识别特定的基因启动子序列，并与核酸链结合，启动或停止转录过程。
转录水平调控可通过改变转录因子的数量或活性来实现。
而在转录后水平调控中，细胞通过剪接、RNA修饰和核小体重构等机制调控已经合成的mRNA的运转和翻译过程。
剪接是指在mRNA的转录后修饰中去除某些外显子区域的过程，进而影响mRNA的翻译产物。
RNA修饰是指通过添加化学修饰基团或修剪RNA链来改变mRNA的稳定性和翻译效率。
核小体重构则是指通过改变核小体的构象和组成，调节DNA和RNA的亲和性，从而影响基因的转录和翻译。
真核细胞基因表达的调控
MCB课程真核细胞的基因表达和调控一，生物体内遗传物质的基本结构和功能单位是基因上个世纪70年代在细胞生物学，细胞遗传学和生物化学的基础上，经过一系列重大发现而奠定基础，逐步发展形成了分子生物学(molecular biology)这一现代生命学科。
分子生物学认为生物体内存在着决定生物体性状的遗传物质，其基本的结构和功能单位是基因(gene)。
基因的本质是一段携带着能合成功能蛋白质所需的全部信息的DNA，其中包括着蛋白质的编码序列，也包括非编码的调控序列。
基因主要具有两大功能。
一是指导合成蛋白质，通过蛋白质发挥的功能将遗传信息转换成具体的细胞性状和功能；二是通过细胞有丝分裂过程中的DNA复制(replication)，将遗传信息传递给子代细胞，从而保持子代细胞与母代细胞性状的一致性。
基因在双螺旋结构的DNA长链组成的染色体上呈线性排列。
在哺乳动物的真核细胞中线性排列的基因以核小体 (nucleosome) 的形式被紧密包绕存在于细胞核中，组成核染质(chromatin)。
核小体的核心是由H2a,H2b,H3和H4四组组蛋白形成的八聚体，核心外包绕着1又3/4圈的DNA长链。
因此在电镜下核染质呈“串珠样“结构。
由于基因的本质是呈双螺旋结构的方向相反的两条脱氧核糖核酸（DNA）分子，因此基因的排列具有方向性，其DNA分子的5’端为基因的上游，3’端为基因的下游。
构成基因DNA分子序列的有腺嘌呤（A）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）4种碱基。
在双链DNA分子中一条DNA分子上的A总是以两条氢键与另一条DNA分子上的T相结合，而C总是以三条氢键与G相结合。
A与T，C与G之间称为互补关系(complementary)。
双链DNA分子中A,T,C,G的不同组合排列形成了三联密码，每一个三联密码都代表着一种相应的氨基酸。
然而，基因中的编码序列往往并不连续，其中间隔着非编码的序列。
这些编码的序列称为基因结构中的外显子，而非编码序列称为内含子。
真核细胞基因表达
真核细胞基因表达班级：08中药学(1)班，学号：041208107，姓名：陈冲摘要：关键词：一、基因的表达与调控概述 (Gene expression and regulation)基因表达 ( gene expression )：基因编码的遗传信息从DNA转移到mRNA，再到蛋白质的过程。
基因调控 ( gene regulation )：又称基因表达的调控，是指基因表达过程在生物体内受到的精密调控，从而保证功能的有序性。
真核基因表达的基本步骤（程序)1）转录水平的调控: 控制一个基因转录的时间和频率。
DNA RNA的有效转录, 包括激活和抑止, 即与基因上顺式元件有关, 又与DNA结合蛋白质反式因子有关.2）转录后水平调控(加工水平):控制初级RNA转录物如何剪接和加工hnRNA mRNA的选择性剪接, 最终产生蛋白质的多样性.3) mRNA核输出与胞质定位调控：控制翻译的蛋白质的过程区域化4）翻译水平调控:选择哪个mRNA被核糖体翻译。
mRNA Protein 的有效转译和转译后修饰. mRNA的翻译调控5）mRNA的负翻译调控：mRNA稳定性和寿命调控6）蛋白质活性调控：蛋白质合成后选择性的激活和失活，包括可逆的磷酸化与不可逆的蛋白质泛素化降解途径真核细胞和原核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较真核基因中相关结构的概念调节基因(regulator gene)：从广义上讲，任何一种能够调节或限制其它基因活性的一类基因，都可叫做调节基因。
一般情况下则是指基因产物参与调节别的基因活性的基因，如阻遏基因等。
结构基因(structural gene)：除了调节基因以外的编码任何RNA或蛋白质产物的基因。
启动子(promoter)：结合RNA聚合酶并因此启动转录的DNA短区段。
增强子 (enhancer) ：真核基因组中一种具有增强邻近基因转录过程的调控序列。
其作用与增强子所在的位置和方向无关，即增强子位于所调控基因的上游或下游均可发挥作用。
第五章第一节染色体和染色质
• ③在细胞的寿命、衰老和死亡中起作用。
染色体端粒
端粒酶
特点：
1. 由RNA和蛋白质构成的复合物 2. 为特殊的逆转录酶，能以自身的RNA为 模板逆转录合成端粒DNA
• 功能：
合成端粒DNA，维持端粒的长度
端粒及端粒酶的意义：
• 在中期染色体上常位于染色体的着丝 粒区，端粒区、次缢痕等部位；
功能：
• 1、具有遗传惰性，不转录也不编 码蛋白质；
• 2、在复制行为上，较常染色质早 聚缩晚复制
• 2）兼性异染色性：
• 作用：
• 染色质的压缩折叠可能是关闭基因 活性的一种途径。
常、异染色质的区别
常染色质 异染色质
螺旋化程度 低
7、染色体的三个关键元素
• 染色体要确保在细胞世代中保持稳定，必须具有 自主复制、保证复制的完整性、遗传物质能够平 均分配到2个子细胞中的能力，与这些能力相关 的结构序列是：
• (1)自主复制DNA序列：
• (2)着丝粒DNA序列：
• (3) 端粒DNA序列：
• 为一段短的正向重复序列，在人类TTAGGG 的高度重复序列。
染色质的二级结构：
• 螺线管 螺线管是染色质的二级结构，6个 核小体缠绕一圈形成的中空性管. 外 30nm; 内10nm,组蛋白H1位于螺旋管内 侧。
内10nm
组蛋白H1
一、二级结构与四级结构模型一致：核小体 （10nm），螺线管（30nm）
30nm螺线管 形成袢环
袢环模型（loop model）
2）着丝粒：
• 着丝粒：由高度重复的异染色质组成，是中期 染色单体相互联系在一起的特殊位；在很多高 等真核生物中，着丝粒看起来像是在染色体一 个点上的浓缩区域，这个区域包含着丝点又称 主缢痕也就是在两个染色单体相连处，染色体 上出现向内凹陷的縊痕，被称为主縊痕。此是 细胞分裂时纺锤丝附着之处。在大部分真核生 物中每个纺锤丝附着在不同的着丝粒上。如啤 酒酵母)附着在每个着丝粒上仅一条纺锤丝。广 义上说着丝粒也常指着丝点﹐然而狭义上的着 丝点是将染色体和纺锤丝微管相结合的蛋白质 复合体。
第五章基因表达和调控-动物遗传学习题
第五章基因表达与调控(一) 名词解释：1.重组子(recon)：是在发生性状的重组时，可交换的最小的单位。
一个交换子可只包含一对核苷酸。
2.突变子(muton)：是性状突变时，产生突变的最小单位。
一个突变子可以小到只是一个核苷酸。
3.顺反子(作用子)(cistron)，表示一个起作用的单位，一个作用子所包括的一段DNA与一个多肽链的合成相对应。
是基因的基本功能和转录单位，一个基因可有几个顺反子，一个顺反子产生一条mRNA。
4.重叠基因{overlapping gene}：同一段DNA的编码顺序，由于阅读框架的不同或终止早晚的不同，同时编码两个或两个以上多肽链的基因。
5.隔裂基因(split gene)：一个结构基因内部为一个或更多的不翻译的编码顺序，如内含子(intron)所隔裂的现象。
6.跳跃基因(jumping gene)：可作为插入因子和转座因子移动的DNA序列，也称转座因子。
7.调控基因(regulator gene)：其产物参与调控其他结构基因表达的基因。
8.结构基因(structural gene)：可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列。
9.repressor：阻抑物。
与操作子结合的调控蛋白质。
对于可诱导操纵子来说，阻抑物本身就是与操作子结合的活性形式，而对于可阻抑的操纵子来说，阻抑物需要与辅阻抑物（corepressor）结合后才能与操纵子结合。
10.operon：操纵子。
是原核生物基因表达和调控的一个完整单元，其中包括结构基因、调节基因、操作子和启动子。
乳糖操纵元模型11.组成型突变型（constitutive mutant）：酶的产生从必须诱导变为不需诱导的突变型。
一般同一突变使代谢作用上直接有关的几种酶都由诱导型变为组成型。
12.顺反效应：同一基因内部的不同突变遗传效果不同，顺反排列（a1a2 / ++）产生野生型。
反式排列（a1 + / + a2）产生突变型。
这种顺式与反式排列产生不同遗传效应的现象叫做顺反效应。
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第五章 真核细胞染色体结构与 基因表达
真核细胞染色质的组成与结构 染色质水平上的基因活化调节 核基质与基因活化 DNA甲基化与真核基因的表达
基因转录激活需要局部结构的改变
染色体结构改变因素：
组蛋白结构改变 非组蛋白
DNA甲基化和去甲基化
第一节 真核细胞染色质的组成与结构
2. 常染色体（euchromatin）：单一序列、中度重复序 列DNA
三、真核生物基因结构 1. 真核细胞基因的基本：
断裂基因
2.真核基因启动子结构
RNA pol I 启动子: 存在于核糖体RNA基因中。核心元件
（GC含量丰富＋20~－45）和上游控制元件组成。
RNA pol II 启动子：核心元件、上游控制元件、远端调
控区。存在TATA、GC、CATT等box。
增强子（enhancer）：在启动子远端控制区增强基因表 达的DNA序列。 没有固定位置；双向性；没有基因和物种特异性；应激 性（部分增强子）；顺式作用；远距离。
沉默子（silencer）或衰减子（dehancer）：抑制基因表 达的DNA序列。位置、作用距离、方向性与增强子相 似。
横向压缩 700nm 1:40
染色体 1400nm 1:5
3.染色体的基本结构
富含AT 碱基和 高度重 复序列
端粒与随体： 都在染色体末端, 端粒是染色体末端 的DNA重复序列。 随体却是染色体片段
端粒
三、染色质的基本类型
1. 异染色体（heterochromatin）
结构异染色体：细胞周期一直处于固缩状态，着丝粒 结构域、端粒、次益痕等区域。高度重复序列DNA。 兼性异染色体：巴氏小体，哺乳动物X染色体。
短分散片段：300-500bp，分散在1000bp非重复序列中。 Alu、Hinf家族。 长分散片段：3500-7000bp，分散在13000bp单一序列 中。绝大部分序列不转录。如Kpn I家族。
高度重复序列：重复次数106，10%_60%;个体间有特 异性；
功能：调控复制；调控基因表达；转座作用；参与减 数分裂染色体的同源配对。 分类：反向重复序列；卫星DNA；复制重复序列。
一、DNA甲基化与去甲基化
1. DNA甲基化
在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸的 胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5－甲基胞嘧啶。
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－甲基鸟嘌呤（7mG） 引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与 蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。
2. 非组蛋白修饰限制对基因活动的控制
非组蛋白具有种和组织特异性，主要是参与核酸代谢和 修饰的酶类、转录调控的反式作用因子。
四、基因重排、扩增、丢失与基因活动的调节
1. 基因重排
2. 染色体丢失
基因丢失（gene elimination）：染色体缺失导致相关基 因不能表达的现象。
3. 基因扩增 为满足某个阶段生长发育的需要，细胞内一些基因的拷 贝数专一性地大量增加的现象。例如在爪蟾卵子发生 时，编码rRNA的基因数增加约4000倍。
二、异染色质化 常染色体异化后，失去转录活性。 哺乳动物雌性一条X染色体失活变成巴尔小体。
三、组蛋白与非组蛋白的修饰作用
1. 组蛋白的修饰限制对基因活性的调控
组蛋白是DNA转录的非特异性抑制剂，是染色体活 化的抑制者。组蛋白的乙酰化、磷酸化、甲基化等影 响其与DNA的转录。组蛋白与DNA的结合起着转录的 负控作用。
（1）、组蛋白乙酰化和去乙酰化调控基因活性：
组蛋白C端Lys残基的乙酰化，降低与DNA基酶的控制。
（2）、组蛋白的磷酸化和去磷酸化与基因活化 组蛋白H310Ser磷酸化在真核生物基因活化中起重要作 用。
（3）、组蛋白糖基化
糖基化：在糖基转移酶作用下将糖转移至蛋白质，形成 糖蛋白。是对蛋白的重要的修饰，有调节蛋白质功能 作用。 （4）、组蛋白甲基化与基因活化 组蛋白被甲基化的位点主要Lys和Arg
第3节 核基质与基因活化
一、染色体的边界元件类别 1.核基质结合区MAR（核骨架附着区，SAR) （核基质：纤维蛋白构成的网架体系。） MAR：真核生物DNA序列中与核基质特异性紧密结合 区域。300-1000bp，富含A/T或T/A。独立存在于非编 码区，往往与启动子、增强子等转录调控序列相连。
一、真核细胞染色体的组成
1.染色质的基本成分
组蛋白：每个核小体H2A、H2B、H3、H4各2个；1个 H1。进化上保守，无组织特异性。两栖类、鱼类、鸟 类红细胞H5取代H1
非组蛋白：种类较多，与DNA折叠、复制、转录有关。 高迁移蛋白（HMG）与DNA超螺旋结构有关。
DNA
2. 真核细胞染色体的基本结构 DNA 核小体 10nm 1:6 螺线管 30nm 1:6 超螺线管 300nm
2. 基因座控制区（locus control region）
enhance the expression of linked genes at ectopic chromatin sites.
relies not only on gene-proximal elements such as promoters, enhancers, and silencers, but also on long-range interactions of various cis-regulatory elements and dynamic chromatin alterations.
多基因家族：同一个体来源相同的基因群。
假基因（pseudo gene）：不能正常编码蛋白质的基 因。 自私基因（selfish gene）只能复制，不能表达的DNA 序列。
第二节 染色体水平上的基因活化调节
一、染色体结构的动态变化 染色质的动态变化：核小体及以上染色体高级结构， 基因关闭状态；染色质结构变化、蛋白因子的参与、 局部染色质去阻遏，基因活化，启动转录。
3. 隔离子（insulator）
是染色体上能够保护基因免受其外部增强子和非活性染 色质结构影响的DNA 序列。
二、核基质结合区的核基质蛋白
1.高丰度蛋白：Matrix和Lamin含量最高，能与DNA核 基质结合区结合以及染色体的包装提供支点。
2.稀有蛋白：多是启动子的结合因子。
第五节 DNA甲基化与真核基因表达
转录因子：反式作用因子。
RNA pol III 启动子：分基因外启动子，基因内启动子
3. 真好基因的基本类型
C值：生物单倍体基因组DNA的总量
C值矛盾（C-value paradox）：
非重复序列：编码各种蛋白质
中度重复序列：10次~万次；占10% ~40%；有种间 特异性；可能参与mRNA的剪接与二级结构的形成。
2. DNA去甲基化
DNA甲基化关闭某些基因的表达，去甲基化则诱导基因 活化和表达。
3. DNA甲基化与去甲基化机制 DNA甲基化转移酶！ 组织中异常的甲基化可能导致原癌基因活化。
名词解释：
端粒、异染色体、常染色体、增强子、沉默子（衰减 子）、C值、C值矛盾、巴氏小体、基因扩增、隔离 子、DNA甲基化。