第十章 染色质与染色体

第二节 染色质
一、 染色质的概念及化学组成
染色质是指间期细胞内由DNA、 组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式，染色体是指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。
(一) 染色质DNA
DNA是遗传信息的携带者。在真核细胞中，每个DNA分子都被包装到一个染色体中。一个生物贮存在单倍染色体组中的总遗传信息叫该生物的基因组，在原核生物中则是一个连锁群中所含全部遗传信息。
基因组中的遗传信息有两类：①结构基因；②基因选择性表达的信息；
1、染色体DNA的单一序列、重复序列和卫星序列
DNA存在重复序列，由此把DNA分为3种类型：
①单一序列又称非重复序列 ：
负责蛋白质氨基酸组成的信息，以三联体密码方式进行编码。不重复序列(如绝大多数结构基因)一般都是编码各种酶和一些具有特殊功能的蛋白质。如免疫球蛋白、血红蛋白等。
②中度重复序列：
重复频率 在10—105之间。有些序列在基因调控中起作用(不编码任何产物)，有些是有编码功能的基因。rRNA、tRNA和组蛋白的基因属中度重复序列。
③高度重复序列：
重复频率 在105 以上，主要 分布在着丝粒区，由一些短的DNA序列呈串联重复排列，可分为不同类型：
卫星DNA：常有一些AT含量很高的简单高度重复序列，在进行CsCl密度梯度离心时，常会在DNA主带附近有一个次要的DNA带，叫卫星DNA。
小卫星DNA：常用DNA指纹技术作个体鉴定。
微卫星DNA：重复单位序列最短。
2、DNA二级结构构型分三种：
B型DNA：生物体内天然状态的DNA几乎都是以B- DNA存在，二级结构相对稳定。是右手双螺旋DNA。
A-DNA：一般是B-DNA的重复变构形式，是右手双螺旋DNA。
Z-DNA：也是B-DNA的变构形式，是左手螺旋DNA。
三种构型DNA中，特别是大沟的特征在遗传信息表达过程中起关键作用。此外沟的深浅及宽窄也直接影响调控蛋白对DNA信息的识别。
B-DNA是活性最高的DNA构象；变构后的A-DNA仍有活性；变构后的Z-DNA活性明显降低。
DNA双螺旋能进一步扭曲盘绕形成特定的高级结构，正、负超螺旋是DNA高级结构的主要形式。
二、染色质蛋白质
染色质DNA结合蛋白有两类，即组蛋白和非组蛋白。
1、组蛋白
组蛋白呈碱性。真核生物染色体的组蛋白有5种，即H1、H2A、H2B、H3和H4。它们和DNA特异性结合，是构成染色质的基本结构蛋白。
5种组蛋白在功能上分为两组：
①核小体组蛋白：
包括H2A、H2B、H3和H4，这4种组蛋白形成聚合体，DNA卷曲在复合体上形成稳定的核小体结

构。这4种组蛋白没有种属组织的特异性，在进化上十分保守。
② H1组蛋白：
与核小体的核心颗粒相当靠近，在进化上不如核小体组蛋白那么保守。有一定的种属和组织特异性。在成熟的鱼类和鸟类红细胞中H1被H5取代。
2、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，又称序列特异性结合蛋白。
呈酸性。具有种属和组织特异性，能识别特异的DNA序列。
(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：帮助DNA分子折叠、形成染色质高级结构；协助启动DNA复制；控制基因转录，调节基因表达。
(2)序列特异性DNA结合蛋白的不同结构模式
二、染色质的基本结构单位------ 核小体
(一)主要实验证据
(二)核小体结构要点
(1)每个核小体单位包括200bp左右的DNA和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白 H1。
(2) 组蛋白八聚体构核小体的核心结构，，由H2A、H2B、H3和H4各两个分子所组成。
(3)DNA分子在八聚体上缠绕1.75圈，约146个碱基对。H1与组蛋白结合，稳定了核小体的结构。
(4)相邻小体之间 以连接DNA相连。
(5)组蛋白与DNA的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列。
(三)关于核小体的定位问题
（1）非组蛋白与DNA特异性位点的结合，可影响邻近核小体的相位。
（2）由DNA双螺旋本身固有的可弯曲性所决定。因为弯曲会引起DNA双螺旋大沟和小沟的变化。
三﹑染色体包装的结构模型
（一）多级螺旋模型
根据多级螺旋模型,从DNA到染色体经过四级包装：
DNA(2nm)--压缩7倍-- 核小体(10nm)--压缩6倍--螺线管（30nm）--压缩40倍--超螺线管(0.4 μm)--压缩5倍--染色单体(2~10 μm)
(二)染色体的骨架----放射环结构模型
直径2nm的双螺旋DNA与组蛋白八聚体构建成的核小体串珠结构,其直径10nm.然后盘绕成30nm的螺线管。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。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。
DNA--核小体--螺线管--环--微带--染色体
染色体包装的骨架—放射环结构模型示意图:
上述两种关于染色体高级结构的组织模型,前者强调螺旋化,后者强调环化与折叠 。以（图8－14）作为融两种机制在内的染色体包装模型。
四﹑常染色质的异染色质
染色质可分为常染色质的异染色质。
1﹑ 常染色质
是指间期核中,染色质丝折叠压缩程度低,处于伸展状态,碱性染料染色时着色浅的那些染色质。
2﹑异染色质
是指间期核中,染色质丝折叠压缩程度高,处于凝集状态,碱性染料染色时着色深

的那些染色质。
异染色质又可分为结构异染色质和兼性异染色质。
(1)结构异染色质：是指各种类型细胞除复制时外,在整个细胞周期中均处于聚缩状态的异染色质。在中期染色体上多定位于着丝粒﹑端粒﹑次缢痕等处具有显著的遗传惰性。
(2)兼性异染色质： 是指在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色质凝缩,并丧失基因转录活性变为异染色质。

第三节 染色体
一﹑ 中期染色体的形态结构
1﹑ 根据染色体的位置,可将染色体分为4种类型：
中着丝粒染色体,近中着丝粒染色体,近端着丝粒染色体,端着丝粒染色体。
2 ﹑染色体的结构：
①着丝粒与动粒(着丝点)：
着丝点是染色体上非编码DNA区段,在中期的两条染色单体这一段仍连接在一起。由于该区浅染内缢,也叫主缢痕。临近着丝粒的外表面即为着丝点。
着丝粒包括三种不同的结构域：
动粒结构域：
中央结构域,这是着丝粒的主体,由串联重复的卫星DNA组成。
配对结构域：
②次缢痕
除主缢痕外,在染色体上其他的浅染缢缩部位称为次缢痕,它在染色体上的位置是固定不变的。
③ 核仁组织区(nucleolar organizing region, NOR)
位于染色体的次缢痕部位,但并非所有次缢痕都是NOR.细胞分裂结束时,核仁总是出现在次缢痕处,它是rRNA的基因所在部位.与间期细胞核仁形成有关。
④随体
　位于染色体末端的球形染色体节段,通过次缢痕与染色体相连。　
⑤端粒
染色体端部的特化结构。
二、染色体DNA的关键序列
染色体要确保在细胞世代中的稳定起码应具备3个结构要素：
①自主重制DNA序列
②着丝粒DNA序列
③端粒DNA序列：使染色体在细胞中稳定,不易丢失。 构成染色体DNA 分子的这3个结构序列称为染色体DNA的关键序列。
三 、核型与染色体显带
核型是指染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小、形态特征的总和。
染色体显带技术是用特殊的染色方法，使染色体产生明显的暗带与明带相间的带型，形成鲜明的染色体个体性。
Q 带：技术即喹吖因荧光染色技术，显示中期染色体经氮芥因喹吖或双盐酸喹吖因染色体以后，在紫外光射下所呈现的荧光亮带和暗带。
G 带：即Giemsa带，将中期染色体制片经胰酶或碱、热、尿素、去污剂等处理后再用Giemsa染料染色后所呈现的染色体区带。一般来说，G带与Q带相符。
R 带：是指中期染色体经磷酸盐缓冲液保温处理，以吖啶橙或Giemsa染色后所显示的带型，和G带明暗相间带型正好相反，所以又称反带。
C 带：主要显示着丝粒结构异染色质及其它染色体区段的染色质部分。

T 带：又称末端带，是染色体端粒部位经吖啶噔染色后所呈现的区带。
N 带：又称Ag--As染色法，主要用于染核仁组织者区的酸性蛋白质。
染色体显带技术最重要的应用就是明确鉴别一个核型中的任何一条染色体，乃至某一个易位片段。
从人到果蝇，有丝分裂的染色体普存在特殊的带型。核型具有物种特异性。
四、巨大染色体
巨大染色体包括多线染色体及灯刷染色体。
（一）多线染色体
存在于双翅目昆虫的幼虫组织内。
1、多线染色体的来源
来源于核内有丝分裂。
2、多线染色体的带及间带
3、多线染色体与基因活性
在果蝇发育的某个阶段，多线染色体的某些带区变得疏松膨大而形成胀泡。胀泡是基因活跃转录的形态学标志。
（二）灯刷染色体
存在动物的卵母细胞中。其中两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型，在植物中也有报道。
灯刷染色体 是卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体，它是一个二价体，包括4条染色单体 。