1第10章細(xì)胞核與染色體2

細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器，是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心；細(xì)胞核主要由核被膜與核孔復(fù)合物、核纖層、染色質(zhì)（染色體）、核仁和核基質(zhì)構(gòu)成。34第一節(jié)核被膜(nuclearenvelope)

與核孔復(fù)合體(NPC）第二節(jié)染色質(zhì)

(chromatin)第三節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化第四節(jié)染色體

(chromosome)第五節(jié)核仁

(nucleolus)第六節(jié)核基質(zhì)

(nuclearmatrix)5第一節(jié)核被膜與核孔復(fù)合體一、核被膜

1.結(jié)構(gòu)組成

2.核被膜的崩解與組裝

3.核被膜的功能二、核孔復(fù)合體

1.結(jié)構(gòu)模型

2.核孔復(fù)合體的成分

3.核孔復(fù)合體的功能61.核被膜的結(jié)構(gòu)組成

◆

外核膜

(outernuclearmembrane)：單位膜厚7.5nm，附有核糖體顆粒，常與rER相連；

內(nèi)核膜

(innernuclearmembrane)：表面光滑無核糖體顆粒，但與染色質(zhì)緊密接觸；有特有的蛋白成份（如核纖層蛋白B受體，LBR），將核纖層固定在核膜上。◆核周腔

(perinuclearspace)：核內(nèi)膜與核外膜間寬20~40nm的間隙，，與ER腔相通；也稱核周間隙。

核孔

(nuclearpore)：內(nèi)外膜局部融合之處形成的環(huán)狀開口，80～120nm，是核質(zhì)與胞質(zhì)物質(zhì)相互交換的渠道；

◆核纖層

(nuclearlamina)：核內(nèi)膜上附著的纖維蛋白片層或纖維網(wǎng)絡(luò)，由1～3種核纖層蛋白多肽組成。782.核被膜的崩解與組裝9

從Hela細(xì)胞中分離出兩種膜泡組分：一種富含LBR(laminBreceptor)，另一種富含gp210。在有絲分裂后期核被膜重新組裝時，富含LBR的膜泡首先與染色質(zhì)結(jié)合，而富含gp210的膜泡與染色質(zhì)結(jié)合較晚。近來發(fā)現(xiàn)RanGTP酶及其結(jié)合蛋白參與了核被膜的組裝調(diào)節(jié)。103.核被膜的功能：◆核被膜構(gòu)成核、質(zhì)間的天然選擇性屏障，使核處于一微環(huán)境；保證了DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄與加工在核內(nèi)進行，而蛋白質(zhì)翻譯在質(zhì)內(nèi)進行；◆核與質(zhì)之間的物質(zhì)交換、信息交流；染色體的定位和酶分子的支架。111.核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)模型

胞質(zhì)環(huán)

(cytoplasmicring)：又稱外環(huán)，核孔邊緣胞質(zhì)面一側(cè)環(huán)上有8個細(xì)胞質(zhì)顆粒和8條纖維伸向胞質(zhì)；

核質(zhì)環(huán)

(nuclearring)：又稱內(nèi)環(huán)，核孔邊緣核質(zhì)面上8條纖維伸向核內(nèi)，且在纖維末端形成一個小環(huán)，使核質(zhì)環(huán)形成類似“捕魚籠”的核籃結(jié)構(gòu)。

輻

(spoke)：由核孔邊緣伸向核孔中央，呈輻射狀八對稱，連接內(nèi)外環(huán)。由以下三部分組成：

?

柱狀亞單位

(columnsubunit)：連接胞質(zhì)環(huán)與核質(zhì)環(huán)

?

腔內(nèi)亞單位

(luminalsubunit)：伸向核周腔

?

環(huán)帶亞單位

(annularsubunit)：伸向中央栓

中央栓

(centralplug)：位于核孔中央，在核質(zhì)交換中起作用，也稱為中央顆粒或轉(zhuǎn)運器

(transporter)。12核孔復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模型13核孔復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模型柱狀亞單位腔內(nèi)亞單位環(huán)帶亞單位142.核孔復(fù)合體的成分核孔復(fù)合體主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，已鑒定出30多種蛋白核孔復(fù)合體相關(guān)的蛋白成分。其中g(shù)p210與p62是最具有代表性的兩個成分。gp210是一類結(jié)構(gòu)性跨膜蛋白，位于核膜的“孔膜區(qū)”，在錨定核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)上起重要作用。主要功能有：①介導(dǎo)核孔復(fù)合體與核被膜的連接，將核孔復(fù)合體錨定在“孔膜區(qū)”，從而為核孔復(fù)合體提供一個起始位點。②在內(nèi)外核膜融合形成核孔中起作用。③在核孔復(fù)合體的核質(zhì)交換功能活動中起一定作用。15p62代表一類功能性的核孔復(fù)合體蛋白。脊椎動物p62分子主要有兩個結(jié)構(gòu)域：①疏水性N端區(qū)：具有Phe-X-Phe-Gly形式的重復(fù)序列，可能在核孔復(fù)合體功能活動中直接參與核質(zhì)交換。②C端區(qū)：具有疏水性的7肽重復(fù)序列，適合形成螺旋；該區(qū)域可能通過卷曲螺旋與其他核孔復(fù)合體蛋白成分相互作用，從而將p62分子穩(wěn)定到核孔復(fù)合體上，為其N端進行核質(zhì)交換活動提供支持。P62對核孔復(fù)合體行駛正常功能非常重要。163.核孔復(fù)合體的功能

核孔復(fù)合體是核質(zhì)與胞質(zhì)間分子及顆粒物質(zhì)的雙向性、雙功能性物質(zhì)交換通道。雙向性體現(xiàn)在既可以入核，也可介導(dǎo)物質(zhì)出核；雙功能性體現(xiàn)在既可進行被動擴散，也可進行主動運輸。17通過核孔復(fù)合體物質(zhì)運輸?shù)墓δ苁疽鈭D18通過核孔復(fù)合體的被動擴散核孔復(fù)合體作為被動擴散的親水通道，其有效直徑為9~10nm，有的可達12.5nm，即離子、小分子以及直徑小于10nm的物質(zhì)原則上可通過核孔自由擴散。通過核孔復(fù)合體的擴散速度與分子大小成反比；核孔復(fù)合體的被動擴散通道并不意味所有10nm以下的大分子都可進行自由擴散，一些分子與其他分子結(jié)合而被限制在細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)。19物質(zhì)通過核孔運輸方式

與核孔大小間的關(guān)系20核孔復(fù)合體的主動運輸

生物大分子物質(zhì)通過核孔復(fù)合體的主動運輸完成的，具有高度的選擇性，并且是雙向的。

選擇性表現(xiàn)在以下三個方面：?對運輸顆粒大小的限制：有效功能直徑可被調(diào)節(jié)到約10～20nm，甚至可達26nm；?主動運輸是一個信號識別與載體介導(dǎo)的過程，需要消耗能量，并表現(xiàn)出飽和動力學(xué)特征；?主動運輸具有雙向性，即核輸入與核輸出。21核孔運輸?shù)碾p向性22核蛋白運輸機制◆核定位信號(nuclearlocalizationsignals,NLS)◆核輸出信號(nuclearexportsignals,NES)◆輸入蛋白(importin)：與NLS結(jié)合◆輸出蛋白(exportin)：與NES結(jié)合基本概念23◆

核定位信號

(nuclearlocalizationsignal，NLS）?

存在于親核蛋白內(nèi)的一些短的氨基酸序列片段，富含堿性氨基酸殘基，如Lys、Arg及Pro；?

NLS的氨基酸殘基片段可以是一段連續(xù)的序列，也可以分成兩段，兩段之間間隔約10個氨基酸殘基；不同的NLS之間尚未發(fā)現(xiàn)共有的特征性序列。?

NLS序列可存在于核蛋白的不同部位，與輸入其他細(xì)胞器的信號肽或?qū)щ牟煌?，NLS序列在指導(dǎo)完成核輸入后并不被切除；?

NLS只是親核蛋白入核的必要條件而非充分條件。24Nuclearlocalizationsignals25核定位信號及其作用26結(jié)合轉(zhuǎn)運解離

親核蛋白入核轉(zhuǎn)運的步驟27

帶有NLS序列的親核蛋白進入細(xì)胞核分為幾個不同階段：◆結(jié)合：親核蛋白通過NLS序列與細(xì)胞質(zhì)中NLS受體——輸入蛋白(importin)和亞基結(jié)合形成復(fù)合物，該復(fù)合物與核孔復(fù)合物的胞質(zhì)纖維結(jié)合；◆轉(zhuǎn)運：親核蛋白與輸入蛋白形成的復(fù)合物移位到核孔復(fù)合物中央，輸入蛋白的亞基使中心栓構(gòu)象變化，中央轉(zhuǎn)運蛋白通道打開，復(fù)合物進入核質(zhì)；◆解離：復(fù)合物在核質(zhì)內(nèi)與Ran-GTP相互作用，引起復(fù)合物解離。親核蛋白被轉(zhuǎn)運入核質(zhì)中，而輸入蛋白亞基和Ran-GTP返回細(xì)胞質(zhì)中，Ran-GTP水解形成Ran-GDP，并與輸入蛋白亞基解離，輸入蛋白亞基被重新利用。28核內(nèi)RNA與蛋白質(zhì)輸出◆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的輸出◆核內(nèi)核糖核蛋白顆粒的輸出◆snRNA的輸出29◆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的核輸出

轉(zhuǎn)錄后的RNA通常需加工、修飾成為成熟的RNA分子后才能被轉(zhuǎn)運出核。RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的rRNA分子，形成核糖體大小亞基，以RNP形式離開細(xì)胞核，需要能量；RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的5srRNA與tRNA的核輸出由蛋白質(zhì)介導(dǎo)；RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的hnRNA，在核內(nèi)進行5’端加m7GpppG的帽子和3’端附加多聚A序列以及剪接等加工過程，然后形成成熟的mRNA出核；30mRNA通過核孔復(fù)合物輸出核mRNA5’端的m7GpppG“帽子”結(jié)構(gòu)對mRNA的出核轉(zhuǎn)運是必要的；

mRNA的出核轉(zhuǎn)運過程具有極性，5’端在前3’端在后。31核輸出信號

(NuclearExportSignal，NES)：RNA分子的出核轉(zhuǎn)運需要蛋白分子的幫助，這些蛋白因子本身含有核輸出信號。入核轉(zhuǎn)運與出核轉(zhuǎn)運之間有某種聯(lián)系，可能需要某些共同的因子。32◆核內(nèi)核糖核蛋白顆粒的輸出RCC1：Ran核苷交換因子33◆snRNA通過輸出與輸入細(xì)胞核34第二節(jié)

染

色

質(zhì)

一、染色質(zhì)DNA二、染色質(zhì)蛋白三、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位—核小體四、染色質(zhì)組裝的模型五、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)35一、染色質(zhì)DNA

染色質(zhì)和染色體是細(xì)胞周期的不同階段存在的不同形態(tài)，可以說染色質(zhì)是間期核存在的染色體。在細(xì)胞內(nèi)一套形態(tài)大小各不相同、協(xié)調(diào)工作的染色體（即單倍染色體組）及其上的全部基因稱為染色體組或基因組

(genome)。

36染色質(zhì)和染色體的概念

◆染色質(zhì)

(chromatin):

指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA

組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式。

◆染色體(chromosome):

指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中,由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。

染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的功能階段 可以相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu)；

染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學(xué)組成，但包裝程度不同，構(gòu)象不同。371.染色質(zhì)DNA的類型◆蛋白質(zhì)編碼序列(非重復(fù)序列)：

在基因組中只有一個或幾個拷貝，真核細(xì)胞編碼蛋白的基因和原核細(xì)胞的基因為非重復(fù)序列

(或稱單一序列)?！糁卸戎貜?fù)DNA序列：

編碼rRNA、tRNA、snRNA和組蛋白的串聯(lián)重復(fù)序列，除組蛋白基因外，其他基因都不翻譯。在基因組中一般有20～300個拷貝，重復(fù)次數(shù)在102~105之間。38◆含重復(fù)序列的DNA：這類DNA在基因組中占很大一部分，分為簡單序列DNA(simplesequenceDNA)和散在重復(fù)序列(interspersedrepeats)。散在重復(fù)序列又可分為DNA轉(zhuǎn)座子、LTR反轉(zhuǎn)座子、非LTR反轉(zhuǎn)座子和假基因。非LTR反轉(zhuǎn)座子包括短散在元件(shortintrspersedelement,SINE)和長散在元件(longinterspersedelement,LINE)。典型的SINE長度小于500bp，如人的Alu家族；LINE長度6~8kb，如人的L1家族?！粑捶诸惖拈g隔：長度可變，約占人類基因組的25％。39◆高度重復(fù)DNA序列

重復(fù)次數(shù)在105以上，通常由簡單的核苷酸序列組成，分布在染色體的著絲粒和端粒區(qū)?？煞譃槿悾?

衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)：5-100bp，分布在染色體著絲粒部位；?

小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)：12-100bp，重復(fù)3000次之多，又稱數(shù)量可變的串聯(lián)重復(fù)序列，每個小衛(wèi)星區(qū)重復(fù)序列的拷貝數(shù)是高度可變的，常用于DNA指紋技術(shù)(DNAfinger-printing)作個體鑒定。?

微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)：重復(fù)單位序列最短，僅1-5bp,串聯(lián)成簇50~100bp。人類基因組中至少有30000個不同的微衛(wèi)星DNA。微衛(wèi)星DNA具高度多態(tài)性，不同個體間有明顯差異，但遺傳上保守，用于構(gòu)建遺傳圖譜及個體鑒定。402.DNA的構(gòu)象◆DNA分子具有多種構(gòu)象，包括：B-DNA、A-DNA、Z-DNA等；◆

三種構(gòu)型DNA：

?B-DNA：右手雙螺旋DNA，活性最高；

?A-DNA：右手雙螺旋DNA，仍有活性；?Z-DNA：左手雙螺旋，活性明顯降低?！?/p>

三種構(gòu)型DNA的主要特征

41A、B和Z型DNA主要特征比較主要特征螺旋類型A-DNAB-DNAZ-DNA螺旋直徑23A19A12A螺旋方向右手右手左手螺旋值／bp+34.7o+34.6o-30obp／每圈螺旋11.010.412.0垂直升距／bp2.56A3.38A5.71A螺旋軸位置位于大溝，不穿過堿基對穿過堿基對位于小溝，不穿過堿基對大溝窄而深寬而深平坦小溝寬而淺窄而淺窄而深42小溝大溝大溝小溝大溝43二、染色質(zhì)蛋白

構(gòu)成DNA分子蛋白有組蛋白和非組蛋白兩類，負(fù)責(zé)遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀。

(一)組蛋白(histone) (二)非組蛋白(nonhistone)

44(一)組蛋白(histone)1.

核小體組蛋白(nucleosomalhistone)：H2A、H2B、H3和H4，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。2.

H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時H1起連接作用,它賦予染色質(zhì)以極性。◆

組蛋白的特點：

?真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，在基因表達調(diào)控中起重要作用。富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA非特異性 結(jié)合；

?進化上較保守，核小體組蛋白沒有種屬及組織特異性，H1組蛋白有一定的種屬和組織特異性。45(二)非組蛋白(non-histone)●非組蛋白主要指與特異DNA序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)，又稱為序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)；具多樣性和異質(zhì)性。包括以DNA作為底物的酶、作用于組蛋白的一些酶、DNA結(jié)合蛋白、組蛋白結(jié)合蛋白和調(diào)控蛋白等；●非組蛋白所含酸性氨基酸超過堿性氨基酸，呈酸性，也稱為“酸性蛋白”。461.非組蛋白的特性：?

種類多樣性：不同組織細(xì)胞中其種類和數(shù)量都不相同，代謝周轉(zhuǎn)快。?

識別的特異性：能識別進化上非常保守的特異的DNA序列，識別的信息來自DNA的核苷酸序列，識別位點一般是在DNA雙螺旋的大溝部分，識別和結(jié)合是通過氫鍵和離子鍵。?

功能多樣性：包括DNA分子折疊、染色質(zhì)包裝、DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、基因表達調(diào)控以及與DNA修復(fù)有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)。472.非組蛋白與DNA的不同結(jié)構(gòu)模式◆

螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋模式

(helix-turn-helixmotif)◆

鋅指模式

(Zincfingermotif)◆

亮氨酸拉鏈模式

(Leucinezippermotif，ZIP)◆

螺旋－環(huán)－螺旋結(jié)構(gòu)模式

(helix-loop-helixmotif，HLH)◆

HMG-框結(jié)構(gòu)模式

(HMG-boxmotif)48非組蛋白與DNA的結(jié)合模式

49●以同型二聚體形式與DNA結(jié)合；●每個單體由20個AA的小肽組成，兩個螺旋之間被一段轉(zhuǎn)動的肽隔開；●羧基端螺旋為識別螺旋，負(fù)責(zé)識別DNA大溝的特異堿基序列；另一個螺旋沒有堿基特異性，與DNA磷酸戊糖鏈骨架接觸；●以二聚體形式發(fā)揮作用，結(jié)合靠蛋白質(zhì)的氨基酸側(cè)鏈與特異堿基對之間形成氫鍵?！?/p>

螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋模式

(helix-turn-helixmotif)50螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋

51◆鋅指結(jié)構(gòu)模式(zincfingermotif)●負(fù)責(zé)5SRNA、tRNA和部分snRNA基因轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶III所必需的轉(zhuǎn)錄因子?！皲\指結(jié)構(gòu)中每個鋅離子與2個Cys和2個His(Cys)形成配位鍵，形成環(huán)。●每個鋅指的C末端形成螺旋負(fù)責(zé)與DNA結(jié)合?！裼袃煞N主要的鋅指結(jié)構(gòu)：Cys2/His2鋅指和Cys2/Cys2鋅指結(jié)構(gòu)。52鋅指結(jié)構(gòu)基序5354●亮氨酸拉鏈模式含4個或5個Leu殘基，彼此間隔7個氨基酸殘基，使得螺旋的一個側(cè)面上亮氨酸排成一排；

●兩個蛋白質(zhì)分子的螺旋間靠Leu殘基之間的疏水作用形成一條拉鏈；●蛋白質(zhì)與DNA的特異性結(jié)合都是以二聚體形式起作用，但與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域不在拉鏈內(nèi)?！?/p>

亮氨酸拉鏈(Leucinezippermotif)55TheleucinezippermotifNC56●兩個

螺旋中間被一個或幾個轉(zhuǎn)角組成的環(huán)隔開；每個螺旋由15～16個氨基酸殘基組成，并含有幾個保守的氨基酸殘基；●螺旋鄰近的肽鏈N端帶正電荷的堿性氨基酸區(qū)與靶DNA大溝結(jié)合；●形成同型或異型二聚體與DNA結(jié)合，缺乏螺旋的二聚體不能牢固地與DNA結(jié)合?！?/p>

螺旋－環(huán)－螺旋

(Helix-loop-helixmotif,HLH)57Thehelix-loop-helixmotif

NC58◆

HMG-盒結(jié)構(gòu)模式(HMG-boxmotif)●該結(jié)構(gòu)由3個螺旋組成回飛鏢(boomerange)形結(jié)構(gòu)模式，具有彎曲DNA的能力。因此，具有HMG框結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子又稱為“構(gòu)件因子”，它們通過彎曲DNA、促進與鄰近位點相結(jié)合的其他轉(zhuǎn)錄因子的相互作用而激活轉(zhuǎn)錄。59HMG-盒結(jié)構(gòu)模式

(HMG-boxmotif)60●

UBF是一種HMG蛋白，能激活RNA聚合酶I對rRNA基因的轉(zhuǎn)錄，UBF以二聚體形式結(jié)合DNA，兩個亞基含有10個HMG框，UBF通過與DNA相互作用，使DNA圍繞蛋白質(zhì)形成環(huán)化結(jié)構(gòu)?！馭RY也是一種典型的HMG蛋白，在人類男性性別分化中具有關(guān)鍵作用。突變的SRY基因編碼的蛋白不能與DNA結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)生性逆轉(zhuǎn)。61

◆參與染色體的構(gòu)建：幫助核小體串珠折疊、盤曲等，構(gòu)成染色體的骨架蛋白；◆起始DNA復(fù)制：構(gòu)成復(fù)制起始復(fù)合物結(jié)合在特異DNA序列上，啟動DNA的復(fù)制；◆調(diào)控基因的表達：作為反式作用因子與特異DNA序列結(jié)合，調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯。3.非組蛋白的功能：62非組蛋白參與染色體構(gòu)建63三、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位—

核小體(nucleosome)1.主要實驗證據(jù)

2.核小體結(jié)構(gòu)要點641.

主要實驗證據(jù)◆鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察未經(jīng)處理的染色質(zhì)自然結(jié)構(gòu)為30nm的纖絲，經(jīng)鹽溶液處理后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)10nm串珠狀結(jié)構(gòu)。◆核酸酶水解實驗用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)，大多數(shù)DNA都會形成長度為200bp的片段。65◆應(yīng)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)核小體顆粒是直徑為11nm、高6nm的扁園柱體，具有二分對稱性(dyadsymmetry)。核心組蛋白的構(gòu)成是先形成H3-H4二聚體，然后2個H3-H4二聚體在核心顆粒中彼此結(jié)合形成四聚體，最后與2個H2A-H2B異二聚體結(jié)合形成八聚體。6667染色體核酸酶水解實驗68由X-射線晶體衍射(2.8A)所揭示的核小體三維結(jié)構(gòu)a.通過DNA超螺旋中心軸所顯示的核小體核心顆粒8個組蛋白分子的位置；b.垂直與中心軸的角度所見到的核小體核心顆粒的盤狀結(jié)構(gòu)；c．半個核小體核心顆粒的示意模型，一圈DNA超螺旋（73bp）和4種核心組蛋白分子，每種組蛋白由3個螺旋和一個伸展的N-端尾部組成。692.

核小體的結(jié)構(gòu)要點◆由200bp左右的DNA和一個組蛋白八聚體以及一個分子的組蛋白H1結(jié)合而成；◆其中兩個H3-H4二聚體相互結(jié)合在中央形成四聚體；兩個H2A-H2B二聚體位于H3-H4四聚體的外側(cè)形成八聚體的小圓盤，是核小體的核心結(jié)構(gòu)；◆146bp的DNA繞在小圓盤外面1.75圈。每一分子的H1與20bpDNA結(jié)合，起穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)的作用；◆兩相鄰核小體之間以連接DNA(linkerDNA)相連，長度為0~80bp（典型長度為約60bp）。70核小體的結(jié)構(gòu)7172四、染色質(zhì)組裝的模型

1.染色質(zhì)組裝的前期過程

2.多級螺旋模型

3.骨架－放射環(huán)模型731.染色體組裝的前期過程DNA組裝為染色質(zhì)的整個過程包括：①

兩個H3-H4異二聚體結(jié)合，在CAF-1(chromatinassemblyfactor1)介導(dǎo)下與新合成的裸露DNA結(jié)合。②然后兩個H2A-H2B二聚體由NAP-1(nucleosomeassemblyprotein1)和NAP-2介導(dǎo)加入；該過程中H4組蛋白的Lys5和Lys12被乙?；?。③核小體最后的成熟需要ATP來創(chuàng)建一個規(guī)則的間距及組蛋白的去乙酰化。ISWI和SWI/SNF家族的蛋白參與該過程的調(diào)節(jié)。連接組蛋白H1的結(jié)合伴隨著核小體的折疊。④

6個核小體螺旋化組成螺線管。⑤螺線管進一步折疊形成染色質(zhì)。74染色質(zhì)組裝步驟染色質(zhì)組裝步驟與組蛋白作用因子CAF-1NAP-1,NAP-2SWI/SNF家族NuRD組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶

(HAT)等特殊區(qū)域?qū)虻鞍?/p>

異染色質(zhì)蛋白裝配因子轉(zhuǎn)錄因子75

◆一級結(jié)構(gòu)：DNA→核小體(nucleosome)

◆二級結(jié)構(gòu)：核小體→螺線管(solenoid)

◆三級結(jié)構(gòu)：螺線管→超螺線管(supersolenoid)

◆四級結(jié)構(gòu)：超螺線管→染色單體

(chromatid)

2.染色質(zhì)組裝的多級螺旋模型767730nm螺線管78DNA核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍從DNA到染色單體壓縮約8400倍79一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)802.染色體的骨架－放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型：◆Paulson&Laemmli(1977)用硫酸葡聚糖加肝素或用2MNaCl處理Hela細(xì)胞中期染色體，去除組蛋白和非組蛋白后，發(fā)現(xiàn)由非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架

(chromsomalscaffold)和由骨架伸出的無數(shù)的DNA側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)特征；◆骨架－放射環(huán)模型認(rèn)為：30nm的螺線管折疊成環(huán)，沿染色體縱軸，由中央向四周伸出，構(gòu)成放射環(huán)。由放射環(huán)進一步折疊形成染色體。81◆1984年，Painta和Coffey對骨架－放射環(huán)模型做了較詳細(xì)的描述：由30nm螺線管形成DNA復(fù)制環(huán)，每18個復(fù)制環(huán)呈放射狀平面排列，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband)。微帶是染色體高級結(jié)構(gòu)的單位，大約106個微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。82染色體骨架放射環(huán)83一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)84五、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)1.

常染色質(zhì)

(euchromatin)2.

異染色質(zhì)

(heterochromatin) 851.常染色質(zhì)

(euchromatin)◆概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低,處于松散伸展?fàn)顟B(tài)，用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)?！艚M成：主要為單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA(如組蛋白基因和tRNA基因)，堿基富含G－C；◆結(jié)構(gòu)基因及絕大多數(shù)基因位于常染色質(zhì)上，遺傳活性大，但并非常染色體上的所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性，常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件。862.異染色質(zhì)(heterochromatin)◆概念：指間期細(xì)胞核中，折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)，堿性染料染色時著色較深的染色質(zhì)組分?！纛愋?

組成性異染色質(zhì)（或結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)）

(constitutiveheterochromatin)

兼性異染色質(zhì)

(facultativeheterochromatin)87組成性異染色質(zhì)

又稱結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)。指除復(fù)制期以外，在整個細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形成多個染色中心。

特征：

①在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕及染色體臂的某些節(jié)段；②由相對簡單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成；③具顯著的遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；④除復(fù)制期以外均處于高度凝集狀態(tài)；復(fù)制行為上表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮；

⑤參與染色體高級結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致染色質(zhì)區(qū)間性。

8889兼性異染色質(zhì)：在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)聚縮并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。兼性異染色質(zhì)不是由簡單的重復(fù)DNA序列構(gòu)成的。不同細(xì)胞類型兼性異染色質(zhì)的量不同。異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑，如X染色體隨機失活。9091第三節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化

染色質(zhì)按功能狀態(tài)不同可分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)，活性染色質(zhì)是指具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，非活性染色質(zhì)是指沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。對絕大多數(shù)細(xì)胞而言，在特定階段具有轉(zhuǎn)錄活性的基因只占基因總數(shù)的10％以下，而90％以上的基因在轉(zhuǎn)錄上是不活躍的。一、活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)二、染色質(zhì)活化與基因激活92一、活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)1.活性染色質(zhì)與DNaseI超敏感位點活性染色質(zhì)由于核小體構(gòu)型的改變，用很低濃度的DNaseI處理時，在少數(shù)特異性位點上發(fā)生切割，這些特異性位點稱為DNaseI超敏感位點。超敏感位點的存在是活性染色質(zhì)的特點?；钚曰虻某舾形稽c建立在啟動子附近，并與啟動子功能有關(guān)，很可能是為RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子或其他蛋白調(diào)控因子提供結(jié)合位點。超敏感位點的建立只是起始轉(zhuǎn)錄所必要的特征之一。932.活性染色質(zhì)在生化上具有特殊性活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1與其結(jié)合。在活性染色質(zhì)的4種核心組蛋白的乙?；潭容^高?；钚匀旧|(zhì)的核小體組蛋白H2B與非活性染色質(zhì)相比較，很少磷酸化。核小體組蛋白H2A在許多物種的活性染色質(zhì)中很少有變異存在。94組蛋白H3的變種H3.3只在活躍轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)中出現(xiàn)。HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中，與DNA結(jié)合。953.活性染色質(zhì)在組蛋白修飾上的特異性乙?；话闶腔钚匀旧|(zhì)的標(biāo)志，而甲基化和磷酸化則在活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)中都存在。不同組蛋白或同一組蛋白的不同氨基酸殘基上的修飾決定染色質(zhì)處于活性或非活性狀態(tài)?；钚匀旧|(zhì)的標(biāo)志是：H3N端第4位Lys的甲基化，第9和14位Lys的乙?；约暗?0位Ser的磷酸化；非活性染色質(zhì)的標(biāo)志是：H3N端第9位Lys的甲基化而不是乙酰化。96H3組蛋白修飾與染色質(zhì)活性的關(guān)系97二、染色質(zhì)活化與基因激活

當(dāng)前研究染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變與基因活化的關(guān)系主要集中在如下三個方面：如何形成活性染色質(zhì)中的超敏感結(jié)構(gòu)，以便RNA聚合酶能起始轉(zhuǎn)錄；具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域如何與周圍的非活性區(qū)域隔離；RNA聚合酶如何通過與組蛋白結(jié)合的DNA模板進行轉(zhuǎn)錄。98(一)疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成

染色質(zhì)的疏松狀態(tài)源于核小體的結(jié)構(gòu)改變或核小體的解聚，可能原因有：

1.DNA局部結(jié)構(gòu)的改變與核小體相位的影響

染色質(zhì)并非是一個靜止的結(jié)構(gòu)，而是一個活潑、動態(tài)、可塑的蛋白質(zhì)與核酸組成的復(fù)合體。當(dāng)一個調(diào)控蛋白結(jié)合到染色質(zhì)DNA的一個特定的位點上時，很容易引發(fā)染色質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的改變，同時引起核小體相位發(fā)生改變，這些改變使得其他的一些結(jié)合位點與調(diào)控蛋白的結(jié)合變得容易或困難。99SWI/SNF引起染色質(zhì)解聚100核小體變構(gòu)因子通過改變核小體的相位協(xié)助基因轉(zhuǎn)錄1012.組蛋白修飾組蛋白H3和H4是進行乙酰化的主要位點。乙?；蟮慕M蛋白賴氨酸側(cè)鏈不再帶有正電荷，失去了與DNA緊密結(jié)合的能力，使相鄰核小體的聚合受阻，同時影響泛素與組蛋白H2A的結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的選擇性降解。組蛋白的乙?；芗?xì)胞內(nèi)組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histoneacetyltransferase,HAT)和組蛋白去乙?；?histonedeacetylase,HDAC)的調(diào)節(jié)。①核心組蛋白的賴氨酸殘基乙?；?02乙?；腿ヒ阴；瘜θ旧|(zhì)活性的影響103

輔激活子通過組蛋白乙?；{(diào)控轉(zhuǎn)錄的作用模型

轉(zhuǎn)錄因子(如糖皮質(zhì)激素受體，GR)與DNA結(jié)合并捕獲輔激活子(CBP)；CBP具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性。①表示一段阻遏狀態(tài)的染色體區(qū)域，其DNA與去乙?；M蛋白結(jié)合；②糖皮質(zhì)激素受體(GR)和糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(GRE)結(jié)合，輔激活因子CBP同GR結(jié)合，導(dǎo)致TATA盒上游和下游的核心組蛋白被乙?；?；③被乙?；慕M蛋白與DNA分離；④

TFIID與DNA的開放區(qū)結(jié)合。TFIID的一個亞基TAFII250也具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性。CBP和TAFII250一起使更多相鄰的核小體解離，以便容許轉(zhuǎn)錄起始；⑤在啟動子區(qū)剩下的核小體也被乙?；琑NA聚合酶II與啟動子結(jié)合，轉(zhuǎn)錄開始。104酵母組蛋白去乙?；c乙?；刂妻D(zhuǎn)錄的作用機制組蛋白去乙?；M蛋白乙酰化105②組蛋白H3的甲基化甲基化主要發(fā)生在H3組蛋白N端4、9和27位的賴氨酸(K)殘基上。組蛋白賴氨酸殘基甲基化既可以導(dǎo)致激活，也可以導(dǎo)致抑制，取決于它所處的殘基情況。組蛋白H3賴氨酸4(H3K4)甲基化一般是“活化”標(biāo)記，而H3K9的甲基化和H4K20的三甲基化是“失活”標(biāo)記。常染色質(zhì)基因中的沉默區(qū)發(fā)現(xiàn)單和雙甲基化的H3K9，而三甲基化的H3K9則集中于中心體周圍的異染色質(zhì)中。106組蛋白H3甲基化與DNA甲基化的關(guān)系107哺乳動物X染色體失活伴隨著組蛋白H3K4的大量甲基化和H3K9的乙?；?08③組蛋白H1的磷酸化組蛋白H1絲氨酸殘基的磷酸化主要發(fā)生在有絲分裂期，分裂后其磷酸化下降。H1對核小體起組裝作用，確定核小體的方向，對30nm螺酰管起維持穩(wěn)定的作用。H1組蛋白的磷酸化導(dǎo)致對DNA親和力下降，造成染色質(zhì)疏松，直接影響染色質(zhì)的活性。109④不同組蛋白修飾之間的關(guān)系乙?；话闶腔钚匀旧|(zhì)的標(biāo)志，而甲基化和磷酸化則在活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)中都存在。組蛋白H3K9的甲基化在調(diào)節(jié)基因表達、染色質(zhì)組裝和異染色質(zhì)的形成過程中發(fā)揮重要作用。H3S10的短暫磷酸化足以使H3K9甲基化引起的染色質(zhì)濃縮變得疏松。1103.HMG結(jié)構(gòu)蛋白的影響HMG結(jié)構(gòu)域蛋白結(jié)合在DNA雙螺旋的小溝中，以40倍的優(yōu)勢選擇富含嘧啶的核苷酸元件。其功能之一是與DNA彎折和DNA－蛋白質(zhì)復(fù)合體高級結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)。HMG結(jié)構(gòu)域可識別某些異型的DNA結(jié)構(gòu)，使DNA鏈產(chǎn)生900～1300的彎折。在HMG1存在時，可改變DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)而形成66bp的DNA環(huán)。具轉(zhuǎn)錄活性的核小體常缺乏H1，但存在非組蛋白HMG14、HMG17。在爪蟾中發(fā)現(xiàn)HMG14直接參與RNA聚合酶II對染色質(zhì)中基因的轉(zhuǎn)錄，HMG17促進RNA聚合酶III的轉(zhuǎn)錄。1114.DNA甲基化哺乳動物的DNA甲基化主要位點發(fā)生在CpG島上，CpG島是位于DNA5’端啟動子區(qū)域的一段DNA序列，長度約0.5-200Kb，富含胞嘧啶和鳥嘌呤。甲基化主要發(fā)生在CpG島的胞嘧啶上，由DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶催化完成，介導(dǎo)胞嘧啶變?yōu)?-甲基胞嘧啶。少數(shù)的存在于編碼基因中的CpG位點通常是甲基化的，而CpG島在活性轉(zhuǎn)錄基因的啟動子區(qū)域是非甲基化的。DNA的甲基化往往導(dǎo)致基因沉默，其機理主要是啟動子附近CpG島發(fā)生高度甲基化，致使轉(zhuǎn)錄不能啟動。因此，活性轉(zhuǎn)錄基因的是去甲基化或低甲基化的，而非活性基因是高甲基化的。112DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄活性控制113基因座控制區(qū)(locuscontrolregion,LCR)是染色質(zhì)DNA上一種順式作用元件，其結(jié)構(gòu)域中含有多種反式作用因子結(jié)合序列，可參與蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用，使啟動子處于無組蛋白狀態(tài)，即LCR具有穩(wěn)定染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的功能。不同的基因座控制區(qū)可通過特異結(jié)合因子的導(dǎo)向結(jié)合在相關(guān)基因的啟動子上，使相關(guān)基因和基因簇在基因組中表達增強。1.基因座控制區(qū)(二)染色質(zhì)的區(qū)間性114順式作用元件與反式作用因子1152.隔離子隔離子(insulator)是染色質(zhì)DNA的特殊序列，位于活性染色質(zhì)與非活性染色質(zhì)之間，防止不同狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)特征向兩側(cè)擴展。隔離子的可能作用：①作為異染色質(zhì)定向形成的起始位點；②作為結(jié)構(gòu)域兩端的錨定位點，使結(jié)構(gòu)域外的增強子不能進入；③可阻止遠(yuǎn)端增強子處組成的復(fù)合體延染色質(zhì)進入其非工作區(qū)。116(三)染色質(zhì)模板的轉(zhuǎn)錄

即使正在轉(zhuǎn)錄的基因仍然有核小體結(jié)構(gòu)，表明轉(zhuǎn)錄并不要求整個基因都處于無核小體狀態(tài)。RNA聚合酶可以通過核小體進行轉(zhuǎn)錄。117通過核小體轉(zhuǎn)錄的“卷曲模型”118

通過核小體核心顆粒進行轉(zhuǎn)錄的模型圖解

①

RNA聚合酶使核小體去穩(wěn)定，丟失2個(H2A-H2B)，形成H3-H4四聚體復(fù)合物；

②組蛋白核心的另一半(H3-H4四聚體)脫離DNA并移位到聚合酶后面的DNA上；③

2個(H2A-H2B)二聚體重新結(jié)合到DNA上，形成完整的核小體核心結(jié)構(gòu)。

119酵母激活因子對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

①SWI5激活因子與基因上游的增強子結(jié)合并與SWI/SNF染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合物相互作用，基因轉(zhuǎn)錄開始被激活。②SWI/SNF復(fù)合物使染色質(zhì)解凝集，組蛋白尾部暴露。③含有GCN5的組蛋白乙酰復(fù)合體與SWI5結(jié)合使基因組蛋白乙酰化。④SWI5離開DNA，而SWI/SNF復(fù)合物和GCN5仍與基因調(diào)控區(qū)結(jié)合，它們的作用使得SBF與近基因啟動子段的位點結(jié)合。⑤SBF與轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)因子復(fù)合物結(jié)合。⑥RNA聚合酶PolII的結(jié)合及基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子共同組裝成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄開始。120第四節(jié)

染色體

一、染色體的形態(tài)和類型二、染色體DNA的3種功能元件三、核型與染色體帶型四、巨大染色體1211.中期染色體的典型形態(tài)不同物種的細(xì)胞具有數(shù)目、形態(tài)類型相對恒定的染色體。每條中期染色體是由兩條染色單體(或稱為姐妹染色單體)組成的，兩條染色單體在著絲粒處連接。著絲粒將染色單體分為兩臂：短臂

(p)和長臂

(q)。由于著絲粒所在的位置不同，中期染色體的形態(tài)有所不同。典型的中期染色體為“X”形。一、染色體的形態(tài)和類型1221232.染色體的類型

中著絲粒染色體

(metacentricchromosome)

兩臂長度相等或大致相等，以m表示。

亞中著絲粒染色體

(submetacentricchromosome)

兩臂長度不等，相差比m多，以sm表示。

亞端著絲粒染色體

(subtelocentricchromosome)

兩臂長度相差很大，短臂很短，以st表示。

端著絲粒染色體

(telocentricchromosome)

著絲粒位于染色體的端部，以t表示。124根據(jù)著絲粒位置進行的染色體分類

①長臂長度／短臂長度;②短臂長度／染色體總長度著絲粒位置染色體符號臂比①著絲粒指數(shù)②中著絲粒m1.00～1.670.500～0.375亞中著絲粒sm1.68～3.000.374～0.250亞端著絲粒st3.01～7.000.249～0.125端著絲粒t7.01～0.124～0.0001253.染色體的主要結(jié)構(gòu)

著絲粒(centromere)與動粒(kinetochore)

次縊痕

(secondaryconstriction)與核仁組織區(qū)

(nucleolarorganizingregion,NOR)

染色體上除主溢痕外的淺染溢縮部位稱次溢痕。該處有rRNA基因，合成5.8S、18S和28SRNA，與核仁形成有關(guān)，是核仁組織區(qū)所在的部位(并非所有次溢痕都是NOR)。

隨體

(satellite)

染色體末端部分的球形或圓柱性的染色體節(jié)段，常通過次溢痕與染色體主體部相連。具隨體的染色體稱為sat-染色體。

端粒

(telomere)

126著絲粒與著絲點(動粒)

著絲粒位于染色體臂的溢痕處或染色體端部，該溢縮處稱為主溢痕。著絲粒的兩側(cè)各有一由蛋白質(zhì)構(gòu)成的3層盤狀或球狀結(jié)構(gòu)，稱為動粒

(也稱為著絲點)，與紡錘體微管相連，與染色體移動有關(guān)，在分裂后期使兩姐妹染色單體分離。著絲粒包括以下結(jié)構(gòu)域：127動粒結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain)

?外層也稱外板

(outerplate)：由一些特異的蛋白質(zhì)在動粒外側(cè)裝配而成，含有與微管正端結(jié)合的蛋白質(zhì)；?中間層(middlespace)：電子密度低，呈半透明區(qū)；?內(nèi)層也稱內(nèi)板

(innerplate)：與著絲粒中央結(jié)構(gòu)域相聯(lián)系的區(qū)域。中央結(jié)構(gòu)域

(centraldomain)

?是著絲粒區(qū)的主體，由串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星DNA組成，與動粒蛋白CENP-B結(jié)合。配對結(jié)構(gòu)域

(pairingdomain)：

?中期姐妹染色單體相互作用的位點，發(fā)現(xiàn)兩類蛋白：內(nèi)著絲粒蛋白

(innercentromereprotein,INCENP)和染色單體連接蛋白(chromatidlinkingproteins,CLIP)，與配對有關(guān)。128動粒結(jié)構(gòu)域129130Centromereandkinetochore131端粒(telomere)

位于線性染色體的兩端，為染色體端部的異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要功能是維持染色體穩(wěn)定，防止末端粘連和重組，并能錨定染色體于細(xì)胞核內(nèi)。端粒主要由富含GT的重復(fù)序列構(gòu)成，在人和哺乳動物為(TTAGGG)n，四膜蟲為(TTGGGG)n；重復(fù)數(shù)目n不同物種間不同，線蟲為2～3，在高等脊椎動物可達數(shù)千。132二、染色體DNA的3種功能元件1331.自主復(fù)制DNA序列

(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)或稱為DNA復(fù)制起始序列：

具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的序列，此序列及其上下游各200bp左右的區(qū)域是維持ARS功能所必需的。真核生物具多個ARS。2.

著絲粒DNA序列

(centromereDNAsequence,

CEN)

：

兩個姐妹染色單體附著的區(qū)域，該區(qū)的功能是形成著絲粒，均等分配兩個子代染色單體。3.

端粒DNA序列

(telomereDNAsequence,

TEL)

：維持線形染色體的穩(wěn)定，富含G，由短的基本序列隨機竄聯(lián)重復(fù)而成。人類為-TTAGGG-，由端粒酶合成。134端粒的長度需要端粒酶來維持。端粒酶是一種核糖核蛋白，其核心成分為模板RNA(TR)和反轉(zhuǎn)錄酶(TERT)兩部分，可以以TR為模板，進行反轉(zhuǎn)錄補齊染色體末端丟失的端粒序列。或通過形成D型環(huán)（T型環(huán)）穩(wěn)定端粒末端。端粒酶活性與端粒長度、細(xì)胞增殖能力、細(xì)胞壽命以及癌細(xì)胞具有相關(guān)性。有關(guān)端粒酶的研究獲得2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。135依賴于端粒酶的端粒延長136TRF2催化下形成的D型環(huán)穩(wěn)定端粒末端137有關(guān)端粒與端粒酶的研究獲得

2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎

格林尼治時間10月5日9點30分（北京時間10月5日17點30分），2009年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎揭曉，得主是三位美國科學(xué)家伊麗莎白－布賴克本（ElizabethH.Blackburn）、卡羅爾－格雷德（CarolW.Greider）和杰克－紹斯塔克（JackW.Szostak），他們的研究主題是“染色體如何受到端粒和端粒酶的保護”。138伊麗莎白－布賴克本(ElizabethH.Blackburn)

杰克－紹斯塔克(JackW.Szostak)卡羅爾－格雷德(CarolW.Greider)139三、核型與染色體顯帶

核型(karyotype)

將分裂中期的染色體，按染色體著絲粒的位置和相對長度分組所構(gòu)建的圖像，稱為該細(xì)胞的核型或染色體組型。它是染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。

核型模式圖(idiogram)

將一個染色體組的全部染色體逐個按其特征繪制下來,再按長短、形態(tài)等特征排列起來的圖象稱為核型模式圖，它代表一個種的核型模式。

140染色體顯帶技術(shù)與染色體帶型用熒光染料氮芥喹吖因

(quinacrinemustard)處理染色體標(biāo)本，在熒光顯微鏡下染色體出現(xiàn)寬窄和亮度不同的條紋，這種染色體帶型稱為Q帶。染色體標(biāo)本用熱、堿、各種蛋白酶、尿素、去垢劑及某些鹽溶液處理后，用吉姆薩

(Giemsa)染色，顯示出與Q帶相似的帶紋，這種帶型稱為G帶。Q帶與G帶是一致的。Q帶的亮帶正是G帶的深染帶；Q帶的暗帶是G帶的淺染帶。顯示著絲粒異染色質(zhì)的帶型為C帶。核型和染色體帶型具有種屬特異性。141Q帶的熒光條帶中一般富含AT堿基的DNA區(qū)段表現(xiàn)為亮帶，富含GC堿基的DNA區(qū)段表現(xiàn)為暗帶。142143144145146四、巨大染色體(giantchromosome)

巨大染色體是由于它比一般染色體巨大而得名。包括多線染色體和燈刷染色體。

1.

多線染色體（polytenechromosome）

2.

燈刷染色體（lampbrushchromosome）

1471.

多線染色體◆又稱為唾腺染色體，存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞、某些植物的胚株細(xì)胞中；◆多線染色體的來源：細(xì)胞進行核內(nèi)有絲分裂(endomitosis)

，通過多次細(xì)胞周期，染色質(zhì)DNA復(fù)制多次但細(xì)胞不分裂，復(fù)制后不分離并列排成一行，因而形成具有多條染色質(zhì)纖維又粗又長的巨型染色體。148◆多線染色體的帶及間帶：帶和間帶都含有基因，可能“管家”基因(housekeepinggene)位于間帶，“奢侈基因”

(luxurygene)位于帶上?！舳嗑€染色體與基因活性：多線染色體具有轉(zhuǎn)錄活性的帶區(qū)常變得疏松膨大形成膨泡

(puff)。膨泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志。149150多線染色體的形成和RNA轉(zhuǎn)錄

核內(nèi)有絲分裂151管家基因位于間帶，奢侈基因位于帶上。1521532.燈刷染色體◆普遍存在于動物界的卵母細(xì)胞，兩棲類的卵母細(xì)胞最典型；卵母細(xì)胞發(fā)育所需要的mRNA和蛋白質(zhì)等均由燈刷染色體轉(zhuǎn)錄?！魺羲⑷旧w的來源：卵母細(xì)胞進行第一次減數(shù)分裂時停留在雙線期的染色體?！魺羲⑷旧w的超微結(jié)構(gòu)：燈刷染色體由染色體軸和側(cè)環(huán)組成。在染色體軸上，染色質(zhì)纖維包裝形成染色粒

(chromomere)，染色粒之間的纖維為軸絲。一般染色粒中的DNA沒有轉(zhuǎn)錄活性，側(cè)環(huán)是DNA轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域。一個側(cè)環(huán)是一個大的轉(zhuǎn)錄單位，有的側(cè)環(huán)是幾個轉(zhuǎn)錄單位的組合。154155染色粒156第五節(jié)

核

仁(nucleolus)

光學(xué)顯微鏡下，核仁是真核細(xì)胞間期核中最明顯的結(jié)構(gòu)，通常為勻質(zhì)的球形小體，一般1～2個。核仁的大小、形狀、數(shù)目隨生物的種類、細(xì)胞形狀和生理狀態(tài)而異。核仁是rRNA合成、加工和核糖體亞基的組裝場所。一、核仁的超微結(jié)構(gòu)

二、核仁的功能三、核仁周期

四、亞核結(jié)構(gòu)（核體）157一、核仁的超微結(jié)構(gòu)◆纖維中心

(fibrillarcenters,FC)

位于核仁中央，呈淺染區(qū)；為rRNA的基因的儲存位點，該處基因不轉(zhuǎn)錄?！糁旅芾w維組分

(densefibrillarcomponent,DFC)

位于淺表，染色深，由致密纖維組成，通常見不到顆粒；是rDNA進行合成rRNA并進行加工的區(qū)域?！纛w粒組分

(granularcomponent,GC)

位于周邊，由電子密度較高的核糖核蛋白(RNP)顆粒構(gòu)成；是核蛋白體亞單位成熟和儲存位點。158

核仁周圍所圍繞的染色質(zhì)稱為核仁相隨染色質(zhì)

(nucleolarassociatedchromatin)，分為核仁周邊染色質(zhì)

(perinucleolarchromatin)(染色質(zhì)圍繞核仁周圍)和核仁內(nèi)染色質(zhì)

(intranucleolarchromatin)(染色質(zhì)伸入核仁內(nèi))。另外一些無定性的成分稱為核仁基質(zhì)

(nucleolarmatrix)或核仁骨架。159FCDFCGC160二、核仁的功能

核仁的主要功能是核糖體的生物發(fā)生，包括rRNA的合成、加工和核糖體亞單位的裝配等過程；是一個向量過程，從核仁纖維組分開始，再向顆粒組分延續(xù)。

1.

rRNA基因的轉(zhuǎn)錄

2.

rRNA前體的加工

3.

核糖體亞單位的組裝

1611.rRNA基因的轉(zhuǎn)錄rRNA基因定位在核仁組織區(qū)，該區(qū)域的基因編碼18S、5.8S和28SrRNA，這三個基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位。rRNA基因在染色質(zhì)軸絲上呈串聯(lián)重復(fù)排列；沿轉(zhuǎn)錄方向，新生rRNA鏈從DNA長軸兩側(cè)垂直伸展出來，而且從一端到另一端有規(guī)律地逐漸增長，形成箭頭狀，外形似“圣誕樹”。每個箭頭狀結(jié)構(gòu)代表一個rRNA基因轉(zhuǎn)錄單位，在箭頭狀結(jié)構(gòu)間存在著裸露的不被轉(zhuǎn)錄的DNA間隔片斷。1621632.rRNA前體的加工加工過程：45SrRNA41S

32S＋20S28S＋5.8S18SrRNA前體的甲基化在加工過程中是必需的。164

rDNA轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄出45SrRNA前體，很快前體被甲基化，并剪接為41SrRNA前體；41SrRNA在相同的剪接位點可按照不同的剪接順序產(chǎn)生不同的中間前體rRNA，最終將41SrRNA前體剪接為28S、18S和5.8SrRNA。rRNA前體的剪接加工過程1653.核糖體亞單位的組裝45SrRNA前體轉(zhuǎn)錄后很快與蛋白質(zhì)結(jié)合被包裝成80SRNP復(fù)合體，rRNA前體的加工是以RNP而不是游離rRNA的方式進行的。核糖體的小亞單位成熟較早，大亞單位成熟較晚。兩個亞單位只有分別通過核孔進入細(xì)胞質(zhì)中，才能形成功能單位。這可阻止有功能的核糖體與核內(nèi)加工不完全的hnRNA分子接近。大亞單位中的5SrRNA基因并不定位于核仁上，不同物種其位置不同。166167三、核仁周期細(xì)胞周期過程中，核仁是一個高度動態(tài)的結(jié)構(gòu)。有絲分裂過程中，核仁在形態(tài)和功能上發(fā)生一系列的變化。有絲分裂時，核膜破裂，核仁消失；有絲分裂末期，核仁組織區(qū)DNA解凝聚，重新合成rRNA，極小的核仁重新出現(xiàn)在染色體核仁組織區(qū)附近。核仁重建過程中，原有核仁組分可能起協(xié)助作用，同時需要rRNA基因的轉(zhuǎn)錄。核仁的出現(xiàn)與核仁染色體上存在的含有rRNA基因的核仁組織區(qū)(nucleolarorganizerregeion,NOR)密切相關(guān)。168169人細(xì)胞中10個核仁染色體上的環(huán)延伸入核仁，

形成核仁中的染色質(zhì)環(huán)示意圖170四、亞核結(jié)構(gòu)(核體)細(xì)胞核內(nèi)存在其他一些核體(nuclearbody)結(jié)構(gòu)，包括：Cajal體(Cajalbody)、GEMS(Geminiofcoiledbody)以及染色質(zhì)間顆粒。這些亞核結(jié)構(gòu)沒有膜包被，且高度動態(tài)變化。它們的出現(xiàn)可能是蛋白質(zhì)和RNA組分相互作用的結(jié)果。Cajal體和GEMS可能是snRNA和snoRNA最后加工及與蛋白質(zhì)組裝的場所。組成snRNA的RNA和蛋白質(zhì)都是首先在細(xì)胞質(zhì)中部分組裝，然后轉(zhuǎn)運到細(xì)胞核中進行最后的加工。Cajal體/GEMS體被認(rèn)為是snRNA循環(huán)利用的場所。171第六節(jié)核基質(zhì)一、核基質(zhì)的概念二、核基質(zhì)的功能172一、核基質(zhì)(nuclearmatrix)

廣義概念應(yīng)包括核纖層、核孔復(fù)合物、染色體骨架和一些不溶的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)(即核基質(zhì))組成。狹義概念僅指細(xì)胞核中的纖維蛋白構(gòu)成的纖維網(wǎng)架體系，不包括核被膜、核纖層、染色質(zhì)和核仁等成分，但這些網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)與核纖層及核孔復(fù)合物、染色質(zhì)等有結(jié)構(gòu)與功能聯(lián)系。173用核酸酶（DNase和RNase）與高鹽溶液對細(xì)胞核進行處理，去除DNA、RNA、組蛋白后殘留的纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)174二、核基質(zhì)的功能◆構(gòu)成染色體骨架◆核纖層蛋白構(gòu)成核骨架◆染色質(zhì)附著位點175染色體骨架176177◆核纖層(NuclearLamina)與核骨架?核纖層分布與形態(tài)結(jié)構(gòu)?成分——中間纖維蛋白，主要有核纖層蛋白A(laminA)、B(laminB)和C(laminC)構(gòu)成。?核纖層在細(xì)胞周期中的變化

?功能：為核膜及染色質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)支架，它與維持核孔的位置和核被膜的形狀密切有關(guān)，并介導(dǎo)核被膜與染色質(zhì)之間