第二章染色质和染色体

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。
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
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
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
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，
少量RNA 比例：1:1:(1-1.5):0.05
（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
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。
（三）非组蛋白（non-histone）
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
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
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
细胞分裂间期 阶段 细胞分裂期
间期
①变化：完成DNA的复制和 有关蛋白质的合成
动粒微管不断解聚缩短 ,造成的拉力将染色体 拉向两极。
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。
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；
②DNA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
二、染色质和染色体的化学组成
由相同的化学物质组成 主要成分：DNA、组蛋白、非组蛋白、
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。
2．轻度重复序列（slightly repetitive sequence）
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
C C0
1.0
0.5
U:A
Phage λ
基本为单一序列 E.coli
human
0.0 10-7 10-5
C0t1/2
10-3 10-1 10 103 105
1．单拷贝序列（single copy sequence）或单一 序列（unique sequence）；非重复序列
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。
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。
动粒微管（着丝点微管）：由中心体发出，连接 在染色体着丝点动粒上，着丝点上具有马达蛋白。
星体微管：由在两极中心体向外放射，末端结合 有分子马达，负责两极的分离。
星体微管 中心粒 染色体
星体微管
中心粒外基质 动粒微管 极性微管 中心粒外基质 动物细胞的纺锤体
2.前中期：核膜解体标志前中期开始
• 染色体进一步浓缩，变短变粗，形成X形结构。 • 纺锤体进一步装配，形成动粒微管和极体微管。 • 染色体在各种相关因素共作用下向赤道方向运动。
（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。
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。
近中着丝粒染色体 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
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 T ﹥7
0.124-0
I
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
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。
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
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
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： –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
基因。
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。
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。
3.中期：其标志是所有染色体排列到 赤道板上
• 纺锤体呈现典型的纺锤样。 • 位于染色体两侧的动粒微管长度相等，
作用力均衡。
赤道板 中期
4.后期：其标志是姊妹染色单体分开 并移向两极
可分为后期A与后期B。后期A动粒微管 变短，染色体向两极运动。后期B极性微 管长度增加，两极距离拉长。
后期
后期A: 该阶段染色体 的分离由微管去聚合假 说解释：
• 整个细胞周期都合成，组蛋白只在S期合成。
（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 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
（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
单链长14-16nt
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,
反应由端粒结合 蛋白TRF2催化
• 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
solenoid
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
核小体→螺线体→超螺线体→染色体
（二）染色体
细胞分裂中期高度凝缩
染色体的一般形态特征
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
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。
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
纺锤体有三种微管结构
极体微管：由中心体发出，在纺锤体中部重叠， 重叠部位结合有分子马达，负责将两极推开。
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。
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；
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)
第二章 染色质、染色体、基因和基因组
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
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้部位与纺锤丝接触的。将染色体附着在 微管上。
着 丝 粒 卫 星
DNA
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
符 臂比 号
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
核膜 核仁 染色质
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。
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)
端被H1锁合；
③相邻核心颗粒之 间为一段60bp的 连接线DNA。
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）
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。
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。
卫星DNA