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1、第二节第二节 染色质和染色体染色质和染色体(Chromatin & chromosome) 染染色色质质是是细细胞胞间间期期核核内内伸伸展展开的开的DNADNA蛋白纤维。蛋白纤维。 染染色色体体是是高高度度螺螺旋旋化化的的DNADNA蛋蛋白白纤纤维维，是是在在细细胞胞分分裂裂期期看看得得见见的可用染料染色的条状结构。的可用染料染色的条状结构。 一、染色质与染色体的组成成分一、染色质与染色体的组成成分核核 酸酸蛋白质蛋白质成成 分分DNARNA组蛋白组蛋白 非组蛋白非组蛋白所占比例所占比例10.05-0.110.5-1.5( (一一) ) DNADNA 染色质中的染色质中的DNADNA是遗传信息
2、的载体。是遗传信息的载体。 真核细胞每条未复制的染色体均由真核细胞每条未复制的染色体均由 一条线性一条线性DNADNA分子构成。分子构成。 一个真核细胞单倍染色体组中所含一个真核细胞单倍染色体组中所含 的全部遗传信息，叫做基因组。的全部遗传信息，叫做基因组。 1. 1. 单一序列和重复序列单一序列和重复序列 真核细胞中染色质真核细胞中染色质DNADNA序列可序列可分为单一序列和重复序列两大类型，分为单一序列和重复序列两大类型，重复序列又分为中度重复序列和高重复序列又分为中度重复序列和高度重复序列。度重复序列。1 1）单一序列（）单一序列（unique unique sequence)seque
3、nce) 在基因组中仅有一个或几个拷贝，负责蛋白质氨基酸组成的信息。 大多数编码蛋白质(酶)的结构基因属这种结构形式 。2 2）中度重复序列）中度重复序列（middle repetitive sequence)middle repetitive sequence) 重复次数在10105之间。多数是不编码的序列，构成基因的间隔，在基因调控中起作用，涉及DNA复制、RNA转录及转录后加工等方面。 中度重复序列中度重复序列有一些是有编码功能的基因，如rRNA基因，tRNA基因，组蛋白的基因、核糖体蛋白的基因等。 3 3）高度重复序列）高度重复序列（highly repetitive highly r
4、epetitive sequence)sequence) 由一些短的DNA序列呈串联重复排列，一般为几个、十几个或几十个bp，但重复拷贝数超过105，存在于染色体的端粒、着丝粒，构成结构基因的间隔，维系染色体结构，与减数分裂中同源染色体联会配对有关。2.DNA2.DNA稳定遗传的三类功能序列稳定遗传的三类功能序列 ）复制源序列复制源序列 组成组成 ：一段保守序列：一段保守序列： -A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-,-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-, 功能：功能： 细胞进行DNADNA复制的起点。复制的起点。 维持染色体在世代传递中的 连续性。 2 2）着丝粒序
5、列）着丝粒序列 组成：组成：串联重复序列，含有串联重复序列，含有1111个保个保 守的碱基序列：守的碱基序列：GATTTCCGAA-GATTTCCGAA-。 功能功能: : 两姐妹染色单体的连接部位。两姐妹染色单体的连接部位。 分裂期，与纺锤丝相连，使染色体分裂期，与纺锤丝相连，使染色体 平均分配到两个子细胞中。平均分配到两个子细胞中。 3）端粒序列）端粒序列 组成：组成：富含富含G G的简单重复序列。的简单重复序列。 草履虫的草履虫的TTGGGG 拟南芥的拟南芥的TTTAGGG 人的人的TTAGGG功能功能: : 维持维持DNADNA分子末端复制的完整性。分子末端复制的完整性。 维持染色体的
6、稳定性。维持染色体的稳定性。( (二二) )组蛋白（组蛋白（histonehistone）1.1.组蛋白的特点组蛋白的特点真核生物染色体的基本结构蛋白。富含带正电荷的精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸，属碱性蛋白质。可与酸性DNA紧密结合。2.2.组蛋白的分类组蛋白的分类 核小体组蛋白 （nucleosomal histone）包括H2A 、 H2B、 H3和H4无种属及组织特异性，进化上高度保守 H H1 1组蛋白组蛋白与核小体的进一步包装有关核小体结构图解 非组蛋白是染色体上与特异非组蛋白是染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质，能识别特序列结合的蛋白质，能识别特异的异的DNA序列，识别信息存在于序
7、列，识别信息存在于DNA本身。本身。（三）非组蛋白（三）非组蛋白 酸性蛋白质，带负电荷酸性蛋白质，带负电荷, ,富含富含 天门冬天门冬AAAA，谷，谷AAAA等酸性等酸性AAAA 种类多种类多 具有种属和组织特异性具有种属和组织特异性 整个周期都能合成整个周期都能合成 1.特特 性：性：2.2.非组蛋白的功能非组蛋白的功能 参与构建染色体参与构建染色体 启动启动DNADNA的复制的复制 调控基因的转录调控基因的转录 组蛋白与非组蛋白的比较 非组蛋白 组蛋白 有种属和细胞特异性 无特异性 活动的染色质中含量高 含量一定 整个细胞周期中都能合成 在S期合成 与DNA结合对基因 与DNA结合对基因
8、表达起正调控作用 表达起负调控作用 二、染色质的类型二、染色质的类型异染色质异染色质常染色质常染色质1.1.伸展状态，螺旋化程度低，染色浅而均匀。伸展状态，螺旋化程度低，染色浅而均匀。 2.2.单单一一序序列列DNADNA和和中中度度重重复复序序列列DNADNA，有有转转录录活性。活性。3.3.大大部部分分位位于于间间期期核核的的中中央央，一一部部分分介介于于异异染色质之间。染色质之间。4.4.在细胞分裂期，常位于染色体的臂。在细胞分裂期，常位于染色体的臂。 ( (一一) )常染色质（常染色质（euchromatin)euchromatin) （二）异染色质（二）异染色质（heterochro
9、matin)heterochromatin) 1.1.螺旋化程度高，处于凝集状态，染螺旋化程度高，处于凝集状态，染 色较深。色较深。2.2.一般位于核的边缘或围绕在核仁的一般位于核的边缘或围绕在核仁的 周围。周围。3.3.转录不活跃或无转录活性。转录不活跃或无转录活性。组成性组成性异染色质异染色质（constitutive heterochromatin)constitutive heterochromatin) 1. 1.在细胞周期中（除复制期外）都呈浓在细胞周期中（除复制期外）都呈浓 缩状态，由高度重复的缩状态，由高度重复的DNADNA序列构成。序列构成。 2.2.常位于染色体的着丝粒区，
10、端粒区、常位于染色体的着丝粒区，端粒区、 次缢痕等部位。次缢痕等部位。 3.3.具有遗传惰性。具有遗传惰性。 4.4.在复制行为上，较常染色质晚复制。在复制行为上，较常染色质晚复制。 兼性异染色质兼性异染色质（facultative facultative heterochromatin)heterochromatin) 在某些细胞类型或在一定发育阶段，在某些细胞类型或在一定发育阶段，原来的常染色质聚缩，丧失转录活性，变原来的常染色质聚缩，丧失转录活性，变为异染色质。为异染色质。X X染色质染色质常、异染色质的区别常、异染色质的区别 常染色质常染色质 异染色质异染色质螺旋化程度螺旋化程度低低高
11、高染色程度染色程度 较浅较浅较深较深间期细胞间期细胞核中央核中央核边缘核边缘分裂期细胞分裂期细胞染色体臂染色体臂着丝粒区和端粒区着丝粒区和端粒区转录转录活性活性常转录常转录很少转录很少转录复制时间复制时间S 早、中期早、中期S 晚期晚期核小体是染色质的基本结构单位，为染色核小体是染色质的基本结构单位，为染色质的一级结构，质的一级结构， 10nm10nm。三、染色质组装成染色体三、染色质组装成染色体 ( (一一) )核小体核小体染色质的一级结构染色质的一级结构球状组蛋白核心球状组蛋白核心H4DNA双螺旋双螺旋(146bp、1.75圈）圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2A
12、H2AH2BH2B 10nm连接连接DNA（60bp） H1 H1核核小小体体核心部核心部连接部连接部DNA分子：分子：146bp、1.75圈圈组组 蛋蛋 白：白：2（H2A、H2B、H3、H4）八）八聚体聚体组组 蛋蛋 白：白：H1DNA分子：分子：60bp核核小小体体 6 6个核小体缠绕一圈形成个核小体缠绕一圈形成螺线螺线管管，组蛋白组蛋白H1H1位于螺旋管内侧。位于螺旋管内侧。( (二二) )螺线管螺线管染色质的二级结构染色质的二级结构 ( (三三) )螺线管的进一步包装螺线管的进一步包装 关于螺线管如何进一步包装关于螺线管如何进一步包装成染色体，目前有两种模型：成染色体，目前有两种模型
13、：多级螺旋模型多级螺旋模型 骨架骨架- -放射环模型放射环模型三级结构：超螺线管三级结构：超螺线管四级结构：染色单体四级结构：染色单体 1. 多级螺旋多级螺旋模型模型？染色体支架（非组蛋白）染色体支架（非组蛋白）袢环（袢环（ 30nm螺线管螺线管）1234567891011121314151617182.2. 骨架骨架- -放射环模型放射环模型袢环结构袢环结构染色单体染色单体高级结构高级结构染色体袢环模型染色体袢环模型染色体组装袢环模型染色体组装袢环模型（一）染色体的形态结构（一）染色体的形态结构染色单体次缢痕短臂（p）长臂（q）随体常染色质区异染色质区主缢痕（初级缢痕）四、染色体四、染色体中
14、期染色体中期染色体: :由着丝粒相连的两条由着丝粒相连的两条 姐妹染色单体构成。姐妹染色单体构成。包括以下几部分：包括以下几部分：1.1.主缢痕主缢痕: :两条两条姐妹染色单体的连接姐妹染色单体的连接 处处，一向内凹陷、着色较，一向内凹陷、着色较 浅的缢痕。浅的缢痕。1 1）着丝粒：）着丝粒：主缢痕的染色质部分，由主缢痕的染色质部分，由 高度重复的异染色质高度重复的异染色质组成组成依据着丝粒在染色体的位置，将中期依据着丝粒在染色体的位置，将中期染色体分为染色体分为4 4类：类： 中着丝粒染色体中着丝粒染色体 亚中着丝粒染色体亚中着丝粒染色体 端着丝粒染色体端着丝粒染色体 近端着丝粒染色体近端着
15、丝粒染色体中期染色体按着丝粒的位置分为： 1/25/8中央着丝粒染色体5/87/8亚中着丝粒染色体7/8 近端着丝粒染色体中部亚中部近端部端部 末端处染色体的类型2 2）动粒（）动粒（kinetochore kinetochore ）：）：位于主缢位于主缢痕两侧的特化的痕两侧的特化的圆盘状结构圆盘状结构，由，由蛋白蛋白质构成质构成，是纺锤丝微管的附着部位，是纺锤丝微管的附着部位，参与分裂后期染色体向两极的迁移。参与分裂后期染色体向两极的迁移。3 3）着丝粒）着丝粒- -动粒复合体：动粒复合体：是位于着丝是位于着丝粒粒- -动粒区域的高度有序的整合结构，动粒区域的高度有序的整合结构，有有三个结构
16、与功能结构域：三个结构与功能结构域：主缢痕模式图动粒结构域（动粒结构域（kinetochore domainkinetochore domain）：）：位于位于着着丝粒表面丝粒表面，支配染色体的运动和分离。，支配染色体的运动和分离。中央结构域（中央结构域（central domaincentral domain）：）：是是着丝粒区着丝粒区的主体的主体，富含高度重复序列，富含高度重复序列DNADNA，对复合体结，对复合体结构的形成和功能活性的维持有重要作用。构的形成和功能活性的维持有重要作用。配对结构域（配对结构域（pairing domainpairing domain）：）：位于位于着丝粒着
17、丝粒内表面内表面，参与姐妹染色单体的配对及分离。，参与姐妹染色单体的配对及分离。2.2.次缢痕（次缢痕（secondary constrictionsecondary constriction） 指染色体上除主缢痕之外的缢缩指染色体上除主缢痕之外的缢缩部位，数量、位置和大小可作鉴别染色部位，数量、位置和大小可作鉴别染色体的标记。体的标记。 1,9,16,D,G. 1,9,16,D,G.随体随体染色体的臂上凹陷缩窄染色体的臂上凹陷缩窄形成次缢痕，与核仁的形成次缢痕，与核仁的形成有关，称为核仁组形成有关，称为核仁组织区（织区（NOR)。3.3.随体随体: :位于染色体末端的球形或棒状结构，主要由异
18、染色质构成，它通过次缢痕区与染色体主体部分相连。4.4.端粒（端粒（telomeretelomere）DNADNA的复制的复制端粒的丢失端粒的丢失染色体不稳定染色体不稳定端粒与细胞衰老端粒与细胞衰老Werner Werner 综合症（综合症（30-4030-40岁发病）岁发病）47优选内容 生殖细胞、胚胎干细胞和肿瘤细胞含有端粒生殖细胞、胚胎干细胞和肿瘤细胞含有端粒酶，可以使端粒恢复原长。酶，可以使端粒恢复原长。 染色体末端的特化部位。由高度重复序列组染色体末端的特化部位。由高度重复序列组成成, ,进化上保守。进化上保守。 保护染色体末端不被降解，防止与其它染色保护染色体末端不被降解，防止与其
19、它染色体的末端融合。体的末端融合。 正常染色体每复制一次正常染色体每复制一次, ,端粒序列减少端粒序列减少50-10050-100个个bp,bp,因而端粒也被称为细胞的生命钟因而端粒也被称为细胞的生命钟, ,当端粒缩短到当端粒缩短到一定程度，即是细胞衰老的标志。一定程度，即是细胞衰老的标志。端粒（端粒（telomeretelomere）Elizabeth H. Blackburn 伊丽莎白-布莱克本Carol W. Greider 卡罗尔-格雷德Jack W. Szostak杰克-绍斯塔克University of California San Francisco, CA, USA美国加利福尼
20、亚旧金山大学Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, MD, USA 巴尔的摩约翰-霍普金斯医学院Harvard Medical School; Massachusetts General Hospital Boston, MA, USA; 哈佛医学院 2009年的诺贝尔生理学或医学奖颁给三名科学家，他们解决了生物学的一个重大问题：在细胞分裂时染色体如何完整地自我复制以及染色体如何受到保护以免于退化。这三位诺贝尔奖获得者向我们展示，解决办法存在于染色体末端端粒，以及形成端粒的酶端粒酶。 端粒酶是一种由蛋白质和RNA组成的核糖核
21、蛋白酶。具有延长端粒末端重复序列的功能。端粒酶端粒酶（二）人类的正常核型（二）人类的正常核型 核型（核型（KaryotypeKaryotype） 一个体细胞（一个体细胞（somatic cellsomatic cell）中）中的全部染色体，按其大小和形态特征的全部染色体，按其大小和形态特征排列所构成的图像。排列所构成的图像。 正常男性：正常男性：46，XY正常女性：正常女性：46，XX人类体细胞的正常核型（人类体细胞的正常核型（Denver体制）体制） 组组 染色体号染色体号 主要特征主要特征A组组B组组 C组组D组组E组组F组组G组组 123亚中着丝粒染色体亚中着丝粒染色体中央着丝粒染色体中
22、央着丝粒染色体4 5亚中着丝粒染色体亚中着丝粒染色体6 12、X亚中着丝粒染色体亚中着丝粒染色体大大小小13 15近端着丝粒染色体、有随体近端着丝粒染色体、有随体161718亚中着丝粒染色体亚中着丝粒染色体中央着丝粒染色体中央着丝粒染色体19 20中央着丝粒染色体中央着丝粒染色体2122、Y近端着丝粒染色体、有随体近端着丝粒染色体、有随体Y染色体略大、长臂平行伸展、无随体染色体略大、长臂平行伸展、无随体 （三）染色体的显带技术（三）染色体的显带技术 用特殊的染色方法使染色体用特殊的染色方法使染色体在其长轴上显出明暗交替或染色在其长轴上显出明暗交替或染色深浅不同的横纹深浅不同的横纹带。带。 1号染色体的带型示意图号染色体的带型示意图
