细胞生物学PPT课件 染色体染色质

着丝粒-动粒复合体
Spindle filaments
kinetochore
Primary constriction
(centromere)
Kinetochore domain 动粒结构域
Central domain 中心结构域
Pairing domain 配对结构域
动粒结构域：位于着丝粒的外表面，是微管蛋白的聚合中心 之一，由外板、中间间隙和内板组成。外板的电子密度中等， 与纺锤丝微管相连。中间区电子密度低。内板呈颗粒状，电 子密度高，与中间结构域的着丝粒异染色质结合。
•中度重复顺序
多为非编码区，单串联排列，如调控基因，拷贝数 为104 ～ 105，占人类基因组中的20%～30%。
•高度重复顺序
由6～200bp简单序列组成，重复频率很高，拷贝数为 105以上，其重复单位一般由6-200bp组成，占人类基 因组中的10%。多分布在染色体的着丝粒及端粒区。
（二） 组蛋白 Histone
五、核型与带型
核型：指一个物种 Leabharlann Baidu全套染色体在有丝 分裂中期的表型，包 括染色体的数目及染 色体的大小、长度、 着丝粒的位置、随体 的有无、次缢痕的数 目等形态特征的总和。
G band
C band
Q band
T band
C band
小结
掌握染色体的化学组成以及组蛋白与非 组蛋白的特点与区别。 掌握染色体的亚微结构。 掌握常染色质与异染色质的区别。 掌握中期染色体的结构。
1/2~5/8 q
5/8~7/8 q
7/8
satellite
近
端
端 部
部
Metacentric Chromosome Submetacentric chromosome Subtelocentric chromosome
（二）端 粒 Telomere
端粒：由端粒DNA和端粒 结构蛋白组成的染色体 末端的特化部位。
Multiple coiling model Scaffold-radial loop structure model
structure of chromatin
1.一级结构：nucleosome是染色质的基本组成单位，为染色质的一级结构，
10nm。
将DNA分子长度压缩1/7。
nucleosome
四、染色体的结构
Sister chromatids Satellite 随体
Short arm（p）
Long arm（q）
Nucleolar organizing region, NOR 核仁组织区
Primary constriction 主缢痕
Centromere 着丝粒 Kinetochore 动粒
甲基化-- 发生在H3、H4的Lys 和 Asp残基上，与基因抑制及 基因的激活相关，取决于被修 饰的位置和程度。
磷酸化-- 发生与 Ser残基，一 般与基因活化相关。
泛素化-- 一般是C端Lys修饰， 启动基因表达。
（三）非组蛋白Non-histone
非组蛋白是染色体中除组蛋白 以外的所有蛋白质的统称，富 含酸性氨基酸带负电荷，可与 特异的DNA序列结合。
1.可维持染色体的稳定性。 2.保证染色体DNA的完全复 制。 3.参与染色体在核内的空间 分布。
粘性末端
端粒的复制
端粒核苷酸复制和基因 DNA不同，每复制一次减少 50-100bp，其复制要靠具 有反转录酶性质的端粒酶 （telomerase）来完成， 正常体细胞缺乏此酶，故 随细胞分裂而变短，细胞 随之衰老。
染色体支架 （非组蛋白）
一条染色单体约有106个微带。
染色单体 着丝点 着丝点丝
染色体的骨架-放射环结构模型
◆非组蛋白构成的染色体骨架(chromsomal scaffold) 和由骨架伸出的无数的DNA侧环）
◆30nm的染色线折叠成环, 沿染色体纵轴, 由中央向四 周伸出,构成放射环。
◆由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平 面排列, 结合在核基质上形成微带(miniband)。微带 是染色体高级结构的单位,大约106个微带沿纵轴构建 成子染色体。
nucleos ome
H1
连接DNA （50-60bp）
H1
H3
H2A
H2B
H4
10nm
H2A
H4 H2B
H3
H3
H2A
H4
H2B H2B
H4
H2A
H3
Core of histone
DNA double helix (140-160bp、1.75圈）
core
组 蛋 白：2（H2A、H2B、H3、H4） 八聚体
Chromatin Chromosome
Chromatin and chromosome
Chromatin and chromosome is the same substance essentially, but manifest in different way during cell division. Chromatin appears interphase, it is long, reticulate structure. Chromosome appears in division stage, it is fold, strip rod structure.
非组蛋白的功能是： ①帮助DNA分子折叠，以形成不同的 结构域，从而有利于DNA的复制和基 因的转录； ②协助启动DNA复制； ③控制基因转录，调节基因表达。
（四）组蛋白与非组蛋白的比较
组蛋白
碱性蛋白质
带正电荷
有H1、H2A、H2B H3、H4五种类型 在细胞周期的S期 合成
抑制DNA的转录 不与DNA特异结合
了解染色体的分类与核型。
一、染色质和染色体的化学组成
染色质
DNA 组蛋白 非组蛋白 RNA
1
1 0.5～1.5 0.05
（一）染色质的DNA
DNA具有高度的稳定性和复杂性，一般来说，同 一物种不同间期体细胞中DNA分子结构及含量基 本一致，不同物种之间的DNA含量有较大差异。
染色体DNA序列的类型
•单一序列
又称非重复序列、单拷贝循序，占人类基因组中的 60%～65%。
15.3
富含精氨酸
高度保守
H4
11.8
富含精氨酸
高度保守
功能 1. 组蛋白在S期与DNA同时合成后，立即转移到细
特点： 胞核内，参与染色体的构建，维持染色体结构。 2. 通过甲基化、乙酰化等化学修饰调节DNA的复
制和转录。
组蛋白修饰种类
乙酰化-- 一般与活化的染色质 构型相关联，乙酰化修饰大多 发生在H3、H4的 Lys 残基上。
中心结构域：位于动粒结构域 的内表面,含有高度重复的α 卫星DNA构成的异染色质。
配对结构域：位于中心结构域 的内层，中期两条染色单体在此 处相互连结。该结构域含有2种 重要的蛋白：内着丝粒蛋白和染 色单体连接蛋白。
p
着
中
丝 粒
部
染色体的四种类型
p
亚 中 部
Secondary constriction
DNA分子：140-160bp、1.75圈
组 蛋 白：H1
linker
DNA分子：50—60bp
10nm
2 .二级结构：solenoid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。将串珠状小体长度压缩5/6；DNA分子 长度压缩1/42，螺旋管即为30nm的染色质纤维。
组蛋白是真核细胞特有的染色体基本结构蛋白， 富含带正电荷的氨基酸，属于碱性蛋白质。与 DNA结合不要求特殊的核苷酸序列。
组蛋白的种类与特征
组蛋白 分子量（KD) 氨基酸组成
种类的变异
H1
21.5
特富含赖氨酸
广泛
H2A
14.5
精、赖氨酸含量中等 相当保守
H2B
13.7
精、赖氨酸含量中等 相当保守
H3
质
常染色质（伸展染色质 、功能性染色质）
无明显螺旋和盘曲、染色浅、功能上活跃。
异 染 色 质 的 分 类 组成性异染色质 兼性异染色质
组成性异染色质的特征
①在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢 痕及染色体臂的某些节段； ②由相对简单、高度重复的DNA序列构成, 如卫星 DNA； ③具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质； ④在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚 缩；
雌性哺乳类动物的X染色体就是一类特殊的兼性异染色质。在哺 乳动物细胞内如有两个X染色体（通常为雌性），则其中的一个 染色体常表现为异染色质，称巴氏小体（barr body）。
常染色质与异染色质的比较
常染色质
异染色质
多位于细胞核中央
常贴于核纤层内面
染色浅
染色深
折叠疏松
高度螺旋缠绕折叠
代表具有转录活性DNA 代表无或少转录活性DNA
复制多在S期早期
复制多在S期晚期
多分布快速增殖的细胞 多分布分化程度高的细胞
按照功能状态的不同，染色质可分为活性染色质（active chromatin) 和 非活性染色质 （inactive chromatin)。
三、染色质的结构与组装
Histone play a crucial part in packing this very long DNA molecule in an orderly way into a nucleus only a few micrometers in diameter. A major advance in our understanding of chromatin structure came in 1974 with the discovery of the fundamental packing known as the nucleosome. About the chromosome structure, there are two popular models:
非组蛋白
酸性蛋白质 带负电荷 种类有500多种
在整个细胞周期中均 能合成 促进DNA复制和转录 与DNA特异结合
二、染色质的种类
Chromatin consists of euchromatin and heterochromatin.
异染色质（浓缩染色质、非功能性染色质）
染 色
高度螺旋和盘曲、染色深、功能上不很活跃。
超螺线管
Compacting 40 times
螺线管
Compacting 6 times
核小体
Compacting 7 times
DNA 双螺旋
袢环模型（loop model）
11 10 9
12
8
13
7
微
14
6
带
15
5
16
4
17
3
18
2
袢环（ 30nm螺旋管）
1
总长520nm 30 000~100 000万个bp
Secondary constriction 次缢痕
telomere 端粒
（一）着丝粒与动粒
着丝粒（centromere）和动 粒（着丝点）（kinetochore） 是两个不同的概念：
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部位；
动粒（着丝点）：指主缢痕 处两个染色单体外侧表层部位 的特殊结构，它与仿锤丝微管 相接触。
内10nm histone
外30nm
3 .三级结构：超螺旋管为染色质的三级结构，它是由螺 旋管进一步盘曲而形成。
4 .四级结构：超螺旋管进一步折叠又被压缩4/5~5/6成为 四级结构—染色单体。（DNA分子长度压缩至 1/800~1/10 000）。
染色单体
着丝点
着丝点丝
多级螺旋模型
染色单体
Compacting 5 times