4第四章遗传物质基因和染色体

（四）巨大染色体
1．多线染色体
（polytene chromosome）
果 蝇
的
多
多线染色体是
腺
由于核内有丝分裂
染
的结果，即染色体
色 体
多次复制而不分离
的结果。
2 ． 灯 刷 染 色 体 （ ）
lamp-brush chromosome
灯刷染色体结构模型
三 核仁
真核细胞间期核中最显著的结构。为非膜性结构。
染色质和染色体是同一种物质在间期和 分裂期的不同存在形式 。
间期 细 胞 周 期 分裂期
染色质
螺 旋 化
去 螺 旋 化
染色体
（二）化学组成
主要成分：DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA。
1 DNA：主要成分 2 组蛋白：碱性蛋白。分为H1、H2A、H2B、 H3、H4，其中H1与染色质高级结构形成有关；其 余四种参与核小体的构成，维持染色体结构。组蛋 白对DNA复制、转录活性有抑制作用。 3 非组蛋白：酸性蛋白。非组蛋白能解除组蛋白 对DNA活性的抑止作用，促进DNA复制和转录。 4 RNA：量少。
–NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指 导完成核输入后并不被切除。
–第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原，其 NLS为： Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val
核输出信号（NES），引导RNP输 出细胞核，受体为exportin。
Colloidal gold labeled Nucleoplasmin were transported into nucleus.
包括基因表达的调控和染色质高级结构 的形成
（2）序列特异DNA结合蛋白的不同结 构模型
①α 螺旋-转角-α 螺旋模式 ②锌指模式 ③亮氨酸拉链模式 ④螺旋-环-螺旋结构模式 ⑤HMG框结构模式
(三) 染色质的超微结构与组装
1 核小体 (nucleosome) ：
构成染色质的基本结构单位 。
组成：五种组蛋白和200bp左右 的DNA组装形成。
(1)基因组genome
概念: 在真核细胞中，每条未复制的染色体包装一
条DNA分子，一个生物贮存在单倍染色体组 中的总遗传信息 生物基因组中的遗传信息 : 编码序列:以三联体密码（triplet）方式进行编码，
非重复DNA序列
调控序列:中度重复序列DNA
(2)DNA一级结构的多样性
非重复DNA序列 中度重复DNA序列 高度重复DNA序列
核孔复合体：在核孔周围，
由蛋白质颗粒组成的一个环状 结构。是复杂的跨膜运输蛋白 复合体；
组成：胞质环、核质环、辐 和中央栓
作用：核质交换的双向选择 性亲水通道。
核孔复合体结构模型
核孔 复合 体胞 质面 结构
核孔 复合 体核 质面 结构
核孔复合体成份的研究
核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相 对分子质量约为125×106，推测可能含有100 余种不同的多肽，共1000多个蛋白质分子。
中度重复DNA序列
• 短散在重复元件（short interspersed elements，SINEs）
• 长散在重复元件（long interspersed elements，LINEs）
高度重复DNA序列
• 卫星DNA（satellite DNA），重复单位长5～ 100bp ,主要分布在染色体着丝粒部位
二 染色体
（一）中期染色体的形态结构
染色体的各部分名称
根据着丝粒位置进行的染色体分类图示
1、着丝粒与动粒 （也称着丝点,kenetoche）
动粒结构域位于着丝粒的表面，由外板（outer plate）、内板（inner plate）、中间区（interzone） 和围绕外层的纤维冠(fibrous corona)。
通过核孔复合体的主动运输
亲核蛋白与核定位信号
通过核孔复合体的主动运输
具有高度的选择性，并且是双向的。 选择性表现在以下三个方面： 对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被
调节约10～20nm，甚至可达26nm， 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，
需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征 主动运输具有双向性，即核输入与核输出
3、核仁组织区（nucleolar organizing regions, NORs）
核糖体RNA基因（5SrRNA基因除外）所在的 区域。
4、随体（satellite）
指位于染色体末端的球形染色体节段，通过 次缢痕区与染色体主体部分相连。
5、端粒（telomere）
染色体端部的特化部分， 作用是维持染色体的完整性和 个体性
电镜下：为一种无 膜包被的海绵状网络 结构，由三部分组 成—纤维中心FC、致 密纤维组分DFC、颗 粒成分GC。
现代遗传学
赵寿元
新疆应用职业技术学院
●细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器， 是细胞遗传与代谢的调控信息中心
●细胞核的结构组成： 第一节：核被膜(nuclear envelope)与核孔复合体
(NPC） 第二节：染色体及其在细胞分裂中的行为 染色质 染色体 核仁 第三节：染色体的改变 第四节：基因突变和表观遗传变异
核装配体系提供了实验模型 ◆核被膜的解体与重建的动态变化受细
胞周期调控因子的调节，调节作用可 能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的 磷酸化与去磷酸化修饰有关。
核孔复合体 （nuclear pore complex,NPC）
●结构模型 ●核孔复合体成份的研究 ●核孔复合体的功能
一、核孔复合体
（一）结构模型
练习题
第一节 核被膜与核孔复合体
●核被膜
●核孔复合体 （nuclear pore complex,NPC）
核被膜
●结构组成 ●核被膜的功能 ●核被膜在细胞有丝分裂过程中有
规律地解体与重建
结构组成
◆外核膜（outer nuclear membrane）， 附有核糖体颗粒
内核膜（inner nuclear membrane）， 有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体） ◆核周间隙（perinuclear space）
功能型异染色质：仅在某些类型的细胞中或细 胞发育的某个时期,是常染色体聚缩而成。如：女 性的X染色质。
常染色质与异染色质的比较
常染色质 异染色质
螺旋化程度 小，呈分散状态 大，呈凝集状态
折光性
强
弱
染色 不易染上染料，染色浅 易染上染料，染色深
分布位置 多在核中央
多在核内膜边缘
转录活性
活跃
低转录活性
亲核蛋白与核定位信号
亲核蛋白（karyophilic protein） 在细胞质内合成后，需要或能够进入细 胞核内发挥功能的一类蛋白质
核 质 蛋 白 （ nucleoplasmin ） 的 入 核 转 运
核定位信号 (nuclear localization signal，NLS)
–NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序 列片段，富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg。
核心颗粒： 2（H2A、H2B、 H3、H4）组成的八聚体
核心颗粒+1.75圈（约146bp）
DNA+H1+60bp连接DNA
2 染色质的四级结构模型
从DNA到染色单体要经过以下包装：
DNA 压缩核7倍小体
螺压线缩管6倍
压缩超40螺倍线管
染压色缩单5倍体。
一级结构：核小体串 二级结构：螺线管 三级结构：超螺线管 四级结构：染色单体
gp210：结构性跨膜蛋白 p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个
功能结构域
gp210：结构性跨膜蛋白
介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复 合体锚定在“孔膜区”，从而为核孔复合体 装配提供一个起始位点
在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用
在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定 作用
p62：功能性的核孔复合体蛋白，
DNA
压 缩 近 万 倍
染色单体
-
3
染 色 质 的 骨 架
放 射 环 结 构 模 型
（四）分类
间期染色质按其形态表现、染色和生 化特点，可分为常染色质和异染色质。
（1）常染色质
一般位于核的中央。是间期核中处于伸展状态的 DNA分子部分，由于其 螺旋化程度低，所以 着色较浅，具有转录 活性，是经常处于功 能活跃状态的染色质。
1、核仁的化学组成
主要为蛋白质（80%）、RNA （10~11%）、DNA（8%）和 少量脂类 。
蛋白质主要是核糖体蛋白质、 rRNA聚合酶；RNA主要为 rRNA；DNA中主要是rRNA基 因（又称rDNA ）。
2、核仁的超微结构
光镜下：通常为单一的球形小体。其大小 随细胞类型和细胞代谢状态的不同而变化。
在培养的细胞，随着每次细 胞分裂，端粒缩短，细胞衰老， 不再增殖。
在体内一般组织的端粒，老 年人的比年轻人的短。有些学 者认为端粒缩短可能是进入开 始衰老信号的检测点，也有认 为端粒是寿命的标志。
荧光原位杂交显示端粒和端粒序列
（二）染色体DNA的三种功能元件
1、DNA复制起始序列或称自主复 制DNA序列
(3)DNA二级结构的多形性
非组蛋白
• 非组蛋白主要是指染色体上与特异DNA序列相 结合的蛋白质 ，又称序列特异性DNA结合蛋白 （sequence specific DNA binding proteins） 。
（1）非组蛋白的特性
① 非组蛋白具有多样性和异质性 ② 对DNA具有识别特异性 ③ 具有多种功能
是细胞分裂中期染色体的表型，包括染色体 的数目、大小和形态特征等方面。核型分析对于 探讨人类遗传病的机制、物种亲缘关系与进化、 远源杂种的鉴定等具有重要意义。
一种蝉的有丝分裂核型
2. 染色体显带技术
人类Q核型（显示染色体上富含
GC的序列）
人类G带核型（显示染色体上富含AT的序列）
人类带C核型（显示着丝粒异染色质）
确保染色体在细胞周期中能够自 我复制，维持染色体在细胞世代传递 中的连续性。
2、着丝粒DNA序列 使细胞分裂时，已完成复制的染色体
能平均分配到子细胞中。 3、端粒DNA序列
在染色体的两个末端必须有端粒，保 持染色体的独立性和稳定性。
染色体的三种基本序列
（三）核型与染色体显带
1. 核型（karyotype）
中央结构域位于着丝粒结构域的下方, 由高度串 联重复的α卫星DNA构成。
配对结构域中期两条染色单体在此处相互连结， 在此区域发现有两类蛋白。
着丝粒结构区域组织
荧光原位杂交显示着丝粒卫星DNA
2、次缢痕（secondary constriction）
除主缢痕外，染色体上第二个呈浅缢缩的 部分称次wenku.baidu.com痕，次缢痕的位置相对稳定，数目、 位置和大小是鉴定染色体个别性的一个显著特 征。
Mitochondrion
一 染色质
13
概念
2
化学组成
3 染色质的超微结构与组装
4
分类
(一) 概念
染色质是由DNA、组 蛋白、非组蛋白和少量 RNA组成的线性复合结 构，是遗传物质在间期 细胞的存在形式，常呈 网状不规则结构。
染色体是在细胞分裂过 程中由染色质聚缩而成 的棒状结构。
间期的染色质有利于遗传信息的复制和 表达，分裂期的染色体有利于遗传物质的 平均分配。
核被膜的功能
构成核、质之间的天然选择性屏障 避免生命活动的彼此干扰 保护DNA不受细胞骨架运动所产生的 机械力的损伤
核质之间的物质交换与信息交流
核被膜在细胞在有丝分裂中 有规律地解体与重建
新核膜来自旧核膜 核被膜的去组装是非随机的，具有
区域特异性（domain-specific）。 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞
• 小卫星DNA（minisatellite DNA）重复单位长12～ 100bp，重复3 000次之多，每个小卫星区重复序列
的拷贝数是高度可变的 (DNA指纹技术 )
• 微卫星DNA（microsatellite DNA）重复单位序列 最短，只有1～5bp，串联成簇长度50～100bp的微 卫星序列
具有两个功能结构域
疏水性N端区：可能在核孔复合体 功能活动中直接参与核质交换
C端区：可能通过与其它核孔复合体 蛋白相互作用，从而将p62分子稳定到 核孔复合体上，为其N端进行核质交换 活动提供支持。
核孔复合体的功能
核质交换的双向性亲水通道
爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验
被动扩散
核孔有效直径10nm左右，扩散速度 与分子量成反比。小于5×103的可自 由进入，大于60×103的球蛋白不能进 入。
（2）异染色质
多分布在核周缘，紧靠核内膜，少数与核仁相结合 或散在于核中。是间期核中高度螺旋化的DNA分子部 分，由于其螺旋化程度高，所以着色很深，很少转录， 功能上处于静止状态，是低活性的染色质。
组成型异染色质：指各类细胞的全部发育过程 中都处于凝集状态的染色质。是异染色质的主要 类型 。常见于染色体的着丝粒、端粒。