細胞生物學課件

1、教學內(nèi)容：一、細胞的結(jié)構(gòu)與功能 細胞的統(tǒng)一性和多樣性；真核細胞的結(jié)構(gòu)（主要細胞器、細胞骨架）二、細胞的生活和調(diào)控 細胞的增殖、分化、衰老和死亡；細胞信號轉(zhuǎn)導三、基因組的維持 真核基因組的結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控；DNA的復制 、修復和轉(zhuǎn)座四、基因組的表達和調(diào)控 轉(zhuǎn)錄、翻譯的機制；原核和真核生物的基因調(diào)控；調(diào)控RNA 五、分子及細胞生物學研究技術(shù),基因組的維持

2、,真核基因組的結(jié)構(gòu) 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控 DNA的復制 、修復和轉(zhuǎn)座,真核基因組的結(jié)構(gòu),4,1,3,5,DNA的結(jié)構(gòu)與功能核小體基因與基因組,核酸（nucleic acid)是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子。天然存在的核酸有兩類，一類為脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA)，另一類為核糖核酸（ribonuleic acid, RNA)?！　NA存在細胞核和線粒體內(nèi)，攜帶和傳遞遺傳信息，決定細胞

3、和個體的基因型（gene type)。 RNA存在于細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)，參入細胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達。 病毒中，RNA也可作為遺傳信息的載體。,Section 1 DNA的結(jié)構(gòu)與功能,一、DNA的一級結(jié)構(gòu),4種核苷酸的連接及排列順序 四種脫氧核糖核苷酸分別表示為： dAMP、dGMP、dTMP、dCMP,,,,Nucleoside,DNA是雙螺旋的生物大分子。生物信息絕大部分都貯存在DNA

4、分子中。 這些信息以核苷酸不同的排列順序編碼在DNA分子上，核苷酸排列順序變了，它的生物學含義也就不同了。 DNA的一級結(jié)構(gòu)就是指核苷酸在DNA分子中的排列順序。因此測定DNA的堿基排列順序是分子生物學的基本課題之一。,1.DNA一級結(jié)構(gòu)中貯存的生物遺傳信息,DNA分子的多樣性? 堿基的排列順序，而構(gòu)成了DNA分子的多樣性? 100bp DNA分子可能排列方式就是4100? DNA中的堿基排列順序是DNA分

5、子的重要屬性,4種dNTP以3’、5’磷酸二酯鍵相連構(gòu)成一個沒有分枝的線性大分子。（與蛋白質(zhì)比觸覺不靈）。 它們的兩個末端分別稱5’末端（游離磷酸基）和3’末端（游離羥基）。,2、DNA一級結(jié)構(gòu)的基本特點,二、DNA的二級結(jié)構(gòu),1）主鏈脫氧核糖和磷酸基相互連接構(gòu)成DNA的主鏈。從化學鍵的方向來看，雙螺旋中兩條多核苷酸鏈是反向平行的。二條主鏈處于螺旋的外側(cè)，堿基處于螺旋的內(nèi)部，由于糖和磷酸根的化學性質(zhì)，主鏈是親水的。兩條

6、鏈形成右手螺旋，有共同的螺旋軸，螺旋的直徑是20A。,1.雙螺旋的基本特征,,Schematic model,Space-filling model,? 右手雙螺旋構(gòu)象是DNA最為常見的結(jié)構(gòu)-B型DNA。? DNA二級結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是右手螺旋，如：B-DNA、CDNA、D-DNA、E-DNA、A-DNA；另一類是局部的左手螺旋，即Z-DNA。,Watson和Crick于1953年根據(jù)DNA纖維X射線晶體衍射圖，提出了DNA為右

7、手雙螺旋結(jié)構(gòu)的科學假設(shè),,A,B,Z,在A-T豐富的區(qū)段，DNA常呈現(xiàn)B-DNA。在轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，DNA與RNA的雜合鏈呈現(xiàn)A-DNA。雖然B-DNA是最常見的構(gòu)象，但是A-DNA和Z-DNA似乎具有不同的生物活性。,,,PropellerTwist,,,Buckle,,Textbook,Real Life,2）堿基對,·,這兩種堿基對（A/T,G/C）有一個重要的特征，就是它們具有二次旋轉(zhuǎn)對稱性，即一對堿基對旋轉(zhuǎn)180O,

8、并不影響雙螺旋的對稱性，因此雙螺旋結(jié)構(gòu)只限定了配對的方式，并不限定堿基的順序。 堿基環(huán)是一個共軛環(huán)，本身構(gòu)成一個平面分子。在雙螺旋中這個平面垂直于螺旋軸，相鄰的兩個堿基上下間隔3.4A,每十對堿基組成一節(jié)螺旋，因此雙螺旋的螺距是34A。一條鏈中每個相鄰的堿基方向相差360。堿基之間的疏水作用可導致堿基堆集，這個引力同堿基對之間氫鍵一起穩(wěn)定了雙螺旋結(jié)構(gòu)。,沿螺旋軸方向觀察，配對的堿基并不充滿雙螺旋的空間。 由于堿基對的方向性

9、，使得堿基對占據(jù)的空間是不對稱的，因此在雙螺旋的表面形成二個凹下去的槽，一個槽大些，一個槽小些分別稱為大溝和小溝。 雙螺旋表面的溝對DNA和蛋白質(zhì)的相互識別是很重要的，因為在溝內(nèi)才能覺察到堿基的順序，而在雙螺旋的表面，是脫氧核糖和磷酸重復結(jié)構(gòu)，沒有信息可言。,3）大溝和小溝,? 決定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的因素主要有以下幾點：氫鍵堿基堆積力帶負電荷的磷酸基的靜電斥力堿基分子內(nèi)能,? DNA三股螺旋構(gòu)型稱為H-DNA，是在DN

10、A雙螺旋結(jié)構(gòu)基堿上形成的。? 它是雙螺旋DNA分子中一條鏈的某一節(jié)段，通過鏈的折疊與同一分子中DNA結(jié)合而形成。?三條鏈均為同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的堿基均為嘌呤或嘧啶，其中兩條鏈為正常雙螺旋，第三條鏈位于雙螺旋的大溝中。? H-DNA可在轉(zhuǎn)錄水平上阻止基因的轉(zhuǎn)錄，這就是反基因策略，或稱反基因技術(shù)。,2.三股螺旋DNA（H-DNA）,當DNA雙鏈中含有H—回文序列時，即某區(qū)段DNA兩條鏈分別為HPu和HPy，并且各自為回文結(jié)構(gòu)時

11、，任一條回文結(jié)構(gòu)的5’和3’部分都可以形成分了子內(nèi)三股螺旋結(jié)構(gòu)及剩余的半條回文結(jié)構(gòu)游離單鏈。真核生物基因組中存在大量可形成H-DNA的多聚嘌呤核苷酸和多聚嘧啶核苷序列。它們位于： 調(diào)控區(qū)DNA復制起點或終點染色體重組位點，提示它們可能與基因表達調(diào)控DNA復制及染色體的重組有關(guān)。,DNA的三級結(jié)構(gòu)指雙螺旋鏈的扭曲。超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)的一種形式，DNA在核小體中的扭曲方式也是一種超螺旋結(jié)構(gòu)。超螺旋的生物學意義可能是：1.使

12、DNA分子體積變小，對其在細胞的包裝過程有利。2.影響雙螺旋的解鏈過程,從而影響DNA分子與其它分子(如酶、蛋白質(zhì)、核酸)之間的相互作用。,三、DNA的三級結(jié)構(gòu),,,,線狀DNA形成的超螺旋,,環(huán)狀DNA形成的超螺旋,,拓撲異構(gòu)酶or溴化乙錠,拓撲異構(gòu)酶or溴化乙錠,,,,DNA扭曲與雙螺旋相同（擰緊）,,DNA扭曲與雙螺旋相反（松開）,負超螺旋,松弛DNA,正超螺旋,在不同類型的拓撲異構(gòu)酶作用下，DNA的可以在超螺旋和松弛DN

13、A形式之間轉(zhuǎn)變。,拓撲異構(gòu)酶可以催化DNA產(chǎn)生瞬時單鏈或雙鏈的斷裂，從而改變連環(huán)數(shù)（使環(huán)狀DNA兩條鏈完全分開時，一條鏈必須穿過另一條鏈的次數(shù) ），使超螺旋DNA解旋。在原核和真核生物中都存在去除超螺旋的拓撲異構(gòu)酶I和II。,拓撲異構(gòu)酶 （Topoisomerases）,,拓撲異構(gòu)酶I: 通過一步改變DNA的連環(huán)數(shù)，不需要ATP。使DNA暫時產(chǎn)生單鏈缺口，讓未被切割的一條單鏈在切口結(jié)合之前穿過這一切口。,拓撲異構(gòu)酶II：通過兩步改

14、變DNA的連環(huán)數(shù)，需要ATP提供能量。在DNA上產(chǎn)生瞬時的雙鏈缺口，并在缺口閉合以前使一小段未被切割的雙鏈DNA穿越這一缺口。,DNA的拓撲異構(gòu)體可以通過電泳分離,長度相同而連環(huán)數(shù)不同的共價閉合環(huán)狀DNA分子叫做DNA的拓撲異構(gòu)體。通過瓊脂糖凝膠電泳可以將它們彼此分開。,松弛或有缺口的環(huán)狀,線狀,超螺旋,溴乙錠（EB）可以嵌入核酸分子的堿基對平面之間，在紫外光照射下發(fā)出橙黃色的熒光，常作為染料檢測核酸的存在。,1.信息量大

15、，可以縮微；2.表面互補，電荷互補，雙螺旋結(jié)構(gòu)說明了精確復制機理；3.核糖的2’脫氧，在水溶液中穩(wěn)定性好；4.可以突變，以求進化（突變對個體是不幸的，進化對群體是有利的）；5.有T無U，基因組得以增大，而無C脫氨基成U帶來的潛在危險。（尿嘧啶DNA糖苷酶可以靈敏識別DNA中的U而隨時將其剔除）。,四、DNA作為遺傳物質(zhì)的主要優(yōu)點,五、DNA的變性、復性和分子雜交,1、DNA的變性（denaturation）DNA 溶液溫度在高

16、于生理溫度或者pH較高時，互補的兩條鏈就可以分開，這一過程叫做Denaturation (變性)。DNA變性：紫外吸收增加；DNA的熱變性稱為DNA的“融解”，50% DNA分子解鏈的溫度稱為融點Tm表示；不同種類DNA有不同的Tm值；Tm隨（G + C）%含量呈線性增加。,2、DNA的復性?DNA回復成雙鏈結(jié)構(gòu)，稱為復性（renaturation）? 熱變性經(jīng)冷卻后即可復性，稱為退火(annealing),來源不同的兩

17、條DNA鏈經(jīng)變性后，通過緩慢降溫形成的人工雜交的DNA分子的過程。互補的DNA和RNA鏈也可以形成雜交分子。雜交是分子雜交技術(shù)的基礎(chǔ)，包括Southern 雜交、 Northern 雜交、DNA芯片等。,3、DNA 分子雜交 (Hybridization),,,,Section 2 核小體,核小體是染色質(zhì)包裝的基本結(jié)構(gòu)單位,一、主要實驗證據(jù),Isolated from interphase nucleus: 30nm th

18、ick,Chromatin unpacked, show the nuclesome,（１）鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察,(2)用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì),部分酶解片段檢測結(jié)果,由X-射線晶體衍射(2.8A)所揭示的核小體三維結(jié)構(gòu)（引自K.Luger等，1997）,（３）應用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究染色質(zhì)結(jié)晶顆粒,（４）SV40微小染色體分析與電鏡觀察,二、核小體結(jié)構(gòu)要點,(1)每個核小體單位包括200bp左右的DNA超

19、螺旋和一個組蛋白八聚體及一個分子H1。,(2)組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)。,(3)146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈, 組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bp DNA，鎖住核小體DNA的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用。包括組蛋白H1和166bp DNA的核小體結(jié)構(gòu)又稱染色質(zhì)小體。(4)兩個相鄰核小體之間以連接DNA 相連，典型長度60bp，不同物種變化值為0～80bp。,(5)組蛋白與DNA之間的相互作用主要

20、是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列，實驗表明，核小體具有自組裝（self-assemble）的性質(zhì)。(6)核小體沿DNA的定位受不同因素的影響，進而通過核小體相位改變影響基因表達 。,核小體的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)要點示意圖（引自B.Alberts等） 在用微球菌核酸酶降解染色質(zhì)時，反應早期可得到166bp的片段，但不穩(wěn)定；進一步降解則得到146bp片段，比較穩(wěn)定。推測可能原因是失去H1后，DNA兩端各有10bp的DNA，易

21、被核酸酶作用而降解。,Chromatin Packing,Chromatin Packing,Section 3 基因與基因組,? 基因：表達一種蛋白質(zhì)或功能RNA的基本單位。? 基因組：是指某種生物所包含的全套基因。人類基因組的C值在3＊109 bp ； 病毒含103~105bp；細菌含105~107bp；,基因與蛋白質(zhì)1000bp(1kb)編碼一個蛋白質(zhì)；病毒含4~5個基因；大腸桿菌含3000~4000個基因；人類應

22、有200~300萬個基因（3＊109 bp )，實際只有10萬個左右；病毒的基因數(shù)要比計算所得的大，因為有基因重疊現(xiàn)象。,結(jié)構(gòu)簡練，DNA分子的絕大部分用來編碼蛋白質(zhì)，不轉(zhuǎn)錄部分所占比例較小。存在轉(zhuǎn)錄單元，功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因往往形成功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，一起轉(zhuǎn)錄成多順反子的mRNA。在一些細菌和病毒中有重疊基因，同一段的DNA能攜帶兩種不同蛋白質(zhì)的編碼信息。,原核生物基因組,最大的特點是含有大量的重復序列，而且功能DNA序

23、列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA隔開。,真核生物基因組,基因組龐大存在大量重復序列基因組序列90%以上的部分是非編碼序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是單順反子真核基因一般都含有內(nèi)含子存在大量的順式元件存在大量的DNA多態(tài)性具有端粒結(jié)構(gòu),真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點：,染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控,染色質(zhì)DNA與蛋白質(zhì)染色質(zhì)組裝的模型常染色質(zhì)和異染色質(zhì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化染色體,◆染色質(zhì)（chromatin）: 在核內(nèi)可以被堿性染料強烈著色的物質(zhì)。

24、 指間期細胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復合結(jié)構(gòu), 是間期細胞遺傳物質(zhì)存在的形式?！　?DNA、組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分。,◆染色體(chromosome): 　　指細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組成，但包裝程度不同,　構(gòu)象不同。

25、,Section 1 染色質(zhì)DNA與蛋白質(zhì),一、染色質(zhì)DNA 在真核細胞中，每條未復制的染色體包含一條DNA分子，一個生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組（genome）。 基因組大小通常隨物種的復雜性而增加。,Species Genome size SV40 5 ×103bpE.coli

26、 4.6×106bpYeast 2×107bp Fruit fly 2×108bpHuman 3×109bp,Some amphibian and plants have larger genome size than human.,C值與C值矛盾,染色質(zhì)DNA的類型：按序列在基因組中的拷貝數(shù)劃分：

27、非重復序列（單拷貝序列）：拷貝數(shù)1－5 中度重復序列：拷貝數(shù)102－105 高度重復序列：拷貝數(shù)105以上,,,按照序列的功能分： 蛋白質(zhì)編碼序列 可編碼的中度重復序列 重復序列DNA：不編碼的中度重復序列 高度重復序列 間隔DNA,,,（1）蛋白質(zhì)編碼序列：所占比例隨生物復雜程度的不同而異。主要是非重復的單一DNA序列；也有多個拷貝的情況。,（2）串聯(lián)重復序列

28、（可編碼的中度重復序列）一般的拷貝數(shù)是20－300個。編碼產(chǎn)物包括tRNA，rRNA，snRNA和組蛋白。,Tandemly repeated genes encode identical or nearly identical proteins or functional RNAs.,These genes are needed to meet the great cellular demand for their transcr

29、ipts.,（3）不編碼的中度重復序列DNA： 散在重復序列(interspersed repeats) DNA轉(zhuǎn)座子 假基因 LTR反轉(zhuǎn)座子 非LTR反轉(zhuǎn)座子 短散在元件 長散在元件,,,（4）高度重復序列DNA 簡單序列DNA（simple sequence DNA ）衛(wèi)星DNA

30、（satellite DNA） ： 重復單位5－100bp,主要分布在著絲粒部位 小衛(wèi)星DNA（minisatellite DNA）： 重復單位12－100bp,常用于DNA指紋分析 微衛(wèi)星DNA （microsatellite DNA）： 重復單位1－5bp, 用于遺傳圖譜構(gòu)建和個體鑒定,二、染色質(zhì)蛋白,負責DNA分子遺傳信息的組織、復制和閱讀 分類： 組蛋白(histone)：

31、 與DNA非特異性結(jié)合 非組蛋白(nonhistone)： 與特定的DNA序列或組蛋白結(jié)合,,（一）組蛋白(histone),真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，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緊密結(jié)合（非特異性結(jié)合）。 聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）可以區(qū)分出5種不同的組蛋白：H1，H2A，H2B，H3，H4。

32、,（1）核小體組蛋白(nucleosomal histone)：H2B、H2A、H3和H4,幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)?！　　]有種屬及組織特異性，在進化上十分保守；,組蛋白在功能上分成兩組,（2）H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時，起連接作用, 它賦予染色質(zhì)以極性。 有一定的種屬及組織特異性，保守性低于核小體組蛋白。,（二）非組蛋白,主要指和特異DNA序列結(jié)合的蛋白，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白 (sequence

33、 specific DNA binding proteins)，可以通過凝膠阻滯實驗檢測。,A 非組蛋白的特性非組蛋白具有多樣性，不同組織細胞中其種類和數(shù)量都不同，代謝周轉(zhuǎn)快。包括核酸代謝和修飾的酶類，骨架蛋白，基因表達的調(diào)控蛋白等。識別DNA具有特異性　　識別信息來自于DNA序列自身，識別位點在DNA雙螺旋的大溝部分。具有多種功能，包括基因表達的調(diào)控和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成。,B 非組蛋白的結(jié)構(gòu)模式,?α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式(

34、helix-turn-helix motif) ?鋅指模式(Zinc finger motif) ?亮氨酸拉鏈模式(Leucine zipper motif，ZIP)?螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helix motif，HLH) ?HMG-盒結(jié)構(gòu)模式（HMG-box motif）,Section 2、染色質(zhì)組裝的模型,1 染色質(zhì)組裝的前期過程,組裝過程（圖5－19）解決高度壓縮結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄要求的矛盾：

35、 通過染色質(zhì)修飾酶的作用，使染色質(zhì)更接近轉(zhuǎn)錄機器。包括對組蛋白尾部共價修飾，以及破壞組蛋白－DNA接觸。,2.染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型 (multiple coiling model),一級結(jié)構(gòu)：核小體(nucleosome)二級結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid) 三級結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid) 四級結(jié)構(gòu)：染色單體（chromatid） 壓縮7倍 壓縮6倍 壓縮40倍

36、 壓縮5倍 DNA 核小體 螺線管 超螺線管 染色單體,,,,,,◆非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架(chromsomal scaffold)和由骨架伸出的無數(shù)的DNA側(cè)環(huán)◆30nm的染色線折疊成環(huán), 沿染色體縱軸, 由中央向四周伸出,構(gòu)成放射環(huán)。,3. 染色體的骨架－放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型 (scaffold radial loop structure model),Evidence fo

37、r Scaffold Radial Loop Model,由螺線管形成DNA復制環(huán),每18個復制環(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。,,,Section 3、常染色質(zhì)和異染色質(zhì),?常染色質(zhì) (euchromatin) ?異染色質(zhì) (heterochromatin),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

38、低, 處于伸展狀態(tài)（典型包裝率750倍）, 用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。 主要是單一序列DNA和中度重復序列DNA(如組蛋白基因和tRNA基因) 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。,異染色質(zhì)(heterochromatin),概念：指間期細胞核中, 折疊壓縮程度高, 處于聚縮狀態(tài)的染色質(zhì)組分。 類型?結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（或組成型異染色質(zhì)）(constitutive hetero

39、chromatin) ?兼性異染色質(zhì) (facultative heterochromatin),結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特點,除復制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形成多個染色中心 。 ①多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕等處； ②由相對簡單、高度重復的DNA序列構(gòu)成； ③具有顯著的遺傳惰性, 不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；,④與常染色質(zhì)相比，復制上表現(xiàn)為晚復制早聚縮；⑤在功能上參與染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成，導致染色質(zhì)區(qū)間

40、性，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起遺傳變異。,兼性異染色質(zhì),? 在某些細胞類型或一定的發(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)，如X染色體隨機失活. ? 異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑 。,常染色質(zhì)與異染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變,常染色質(zhì)與異染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變常常伴隨著一些組蛋白和DNA的修飾。,對不同Lys位點甲基化產(chǎn)生不同的染色質(zhì)狀態(tài)A: 代表轉(zhuǎn)錄激活R: 代表轉(zhuǎn)錄抑制,四種核心組蛋白的修飾發(fā)生在N端。

41、組蛋白修飾的位點: 甲基化: Lys和Arg 乙?；? Lys 磷酸化: Ser,,不同組蛋白或同一個組蛋白在不同氨基酸殘基上的修飾決定了染色質(zhì)所處的狀態(tài)。 例如： H3K4、H3K36:該位點甲基化激活基因轉(zhuǎn)錄, 是活性染色質(zhì)的標志。 H3K9、H3K27、H4K20:該位點甲基化調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，是異染色質(zhì)的標志。,Section 4 染色質(zhì)結(jié)

42、構(gòu)與基因活化,根據(jù)功能狀態(tài)的不同，染色質(zhì)可以分為： 活性染色質(zhì)（active chromatin） 非活性染色質(zhì)（inactive chromatin）,,活性染色質(zhì)是具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，這是由于核小體的構(gòu)型發(fā)生構(gòu)象的變化，往往具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件的結(jié)合、RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上的滑動。大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)錄中染色質(zhì)的DNA基本保持著同組蛋白的結(jié)合，只是隨著轉(zhuǎn)錄的進行相

43、應的核小體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一系列的變化。,（1）活性染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點,①活性染色質(zhì)具有DNase I超敏感位點（DNaseⅠhypersensitive site） 活化染色質(zhì)對DNase Ⅰ的優(yōu)先敏感性是可轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的一個基本特征。,DNase I超敏感位點是染色質(zhì)上無核小體的DNA區(qū)段，通常位于5‘-啟動子區(qū)，長度幾百bp。 超敏感位點與啟動子功能有關(guān)，可能為RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、蛋白調(diào)控因子提供結(jié)合位點。,②活性染色

44、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；活性染色質(zhì)的組蛋白乙?；潭雀撸换钚匀旧|(zhì)的核小體組蛋白H2B很少被磷酸化；活性染色質(zhì)中核小體組蛋白H2A在許多物種很少有變異形式；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。,③活性染色質(zhì)在組蛋白修飾上的特異性,組蛋白的修飾，包括甲基化、乙?；土姿峄苯佑绊懭旧|(zhì)的活性。乙?；话闶腔钚匀旧|(zhì)的標志，而甲基化和磷

45、酸化則在兩類染色質(zhì)中都存在。,（2）染色質(zhì)活化與基因激活,疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成是基因活化的前提。,①核小體相位的影響當調(diào)控蛋白與染色質(zhì)DNA的特定位點結(jié)合時，染色質(zhì)易被引發(fā)二級結(jié)構(gòu)的改變，進而影響其它的一些結(jié)合位點與調(diào)控蛋白的結(jié)合。拓撲異構(gòu)酶可以調(diào)整DNA雙螺旋的局部構(gòu)象和高級結(jié)構(gòu)的變化，使其超螺旋化或松弛。,核小體通常定位在DNA特殊位點而利于轉(zhuǎn)錄,基因的關(guān)鍵調(diào)控元件（增強子和啟動子）位于核小體顆粒之外，便于和轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合。基

46、因調(diào)控元件位于盤繞核心組蛋白的DNA上，通過轉(zhuǎn)錄因子將增強子和啟動子聯(lián)系起來。,②組蛋白的修飾意義：組蛋白的修飾可以改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，影響轉(zhuǎn)錄活性。組蛋白修飾使核小體的表面發(fā)生改變，使其他的調(diào)控蛋白易于和染色質(zhì)相互接觸，間接影響轉(zhuǎn)錄活性。,染色質(zhì)的乙?；癄顟B(tài)是一動態(tài)過程，存在乙酰基轉(zhuǎn)移酶（如：轉(zhuǎn)錄輔激活子）和去乙?；福ㄈ纾恨D(zhuǎn)錄輔阻抑物），分別促進和抑制轉(zhuǎn)錄的進行。許多輔激活子（coactivator）具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶功能

47、，自身作為接頭蛋白，在基因的上游位點將轉(zhuǎn)錄因子和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置連接起來。,輔激活子通過乙?；{(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的模型,糖皮質(zhì)激素受體,轉(zhuǎn)錄抑制的模型,③ HMG結(jié)構(gòu)域蛋白的影響 可識別某些異型的DNA結(jié)構(gòu)，與DNA彎折和DNA-蛋白質(zhì)復合體高級結(jié)構(gòu)的形成有關(guān) 。（染色質(zhì)變構(gòu)因子）,Section 5 染色體,一 染色體的主要結(jié)構(gòu),著絲粒（centromere）與著絲點（動粒，kinetochore）次縊痕(secondary con

48、striction)核仁組織區(qū) (nucleolar organizing region,NOR)隨體(satellite)端粒(telomere),著絲粒與著絲點(動粒),著絲粒區(qū)也叫主縊痕，是一個高度有序的整合結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)和組成上非均一，至少包括三個結(jié)構(gòu)域。它們的整合功能，確保分裂中染色體和紡錘體整合，發(fā)生有序的染色體分離。,（１）動粒結(jié)構(gòu)域(kinetochore domain) 　　　　　　　　在著絲粒的外表面?內(nèi)

49、板(inner plate) ?中間間隙(middle space)?外板(outer plate)?纖維冠(fibrouscorona)： 微管蛋白構(gòu)成,,（２）中央結(jié)構(gòu)域(central domain)　　　著絲粒區(qū)的主體，由串聯(lián)重復的衛(wèi)星DNA組成。如：有CENP-B盒可與動粒蛋白結(jié)合,（３）配對結(jié)構(gòu)域(pairing domain)：　　代表中期姐妹染色單體相互作用的位點

50、如：內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP(inner centromere protein)和染色單體連接蛋白clips(chromatid linking proteins) 和染色體配對有關(guān)。,染色體的復制和穩(wěn)定遺傳，至少應具備以下關(guān)鍵序列（功能元件）:（１）確保自我復制的DNA復制起點（２）使復制后的染色體能夠平均分配到子細胞中去的著絲粒（３）保持染色體獨立性和穩(wěn)定性的端粒,二 染色體DNA的3種功能元件,,,（１）自主復制DN

51、A序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS)： 具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列，該共有序列上下游各200bp左右的區(qū)域也是維持ARS功能所必需的。,,,(2)著絲粒DNA序列 (centromere DNA sequence,CEN) ： 兩個相鄰的核心區(qū)組成，包括80-90bp的AT區(qū)和11bp的保守區(qū)。,（３）端粒DNA序

52、列 (telomere DNA sequence,TEL) ： 線性染色體末端復制問題的解決。 端粒序列的復制：由端粒酶合成后添加到染色體上的,有細胞分裂計數(shù)器的作用。,三 巨大染色體,在某些生物的細胞中，特別是在發(fā)育的某些階段，可以觀察到一些特殊的、體積很大的染色體，叫做巨大染色體（giant chromosome）。　 多線染色體（polytene chromosome）

53、　 燈刷染色體（lampbrush chromosome）,,多線染色體,存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細胞(如：唾液腺、氣管、腸和馬氏管)、某些植物細胞（如：胚珠細胞） 來源于核內(nèi)有絲分裂(endomitosis)，即核內(nèi)DNA多次復制而細胞不分裂，產(chǎn)生的子染色體并行排列，且體細胞內(nèi)同源染色體配對，緊密的結(jié)合在一起，從而阻止染色質(zhì)纖維進一步的聚縮，從而形成了體積巨大的多線染色體。,,◆多線染色

54、體的帶及間帶： 帶和間帶都含有基因，可能“管家”基因(housekeeping gene)位于間帶, “奢侈”基因(luxury gene) 位于帶上。 在特定的發(fā)育階段，多線染色體上的某些帶區(qū)變得疏松膨大而形成脹泡（puff），是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學標志。,多線染色體上的帶和間帶的形成,多線染色體脹泡形成示意圖,燈刷染色體,◆燈刷染色體普遍存在于動物界的卵母細胞，以兩棲類卵母細胞最為典型；在植物中也有燈刷

55、染色體的報道。燈刷染色體是卵母細胞進行減數(shù)分裂的第一次分裂時，停留在雙線期的染色體，包含４條染色單體。該狀態(tài)在卵母細胞中可以維持數(shù)月或數(shù)年。,,兩棲類卵母細胞中的一個燈刷染色體,燈刷染色體的轉(zhuǎn)錄功能 　　 燈刷染色體的形態(tài)和卵子發(fā)生過程中的營養(yǎng)物質(zhì)儲備密切相關(guān)。 大部分的DNA是以染色粒的形式存在的，沒有轉(zhuǎn)錄活性； 側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，一個側(cè)環(huán)往往是一個大的轉(zhuǎn)錄單位或幾個轉(zhuǎn)錄單位組合而成。,轉(zhuǎn)錄的R