第三章染色體與DNA

ChromosomeandDNA1引言2基因組的包裝3染色質(zhì)和染色體4不同生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5小結(jié)重點(diǎn)內(nèi)容：①幾個概念：包裝比、C-值矛盾、擬核、核小體、染色質(zhì)、染色體；②病毒、細(xì)菌及真核生物基因組的組織形式；③染色質(zhì)的分類；④染色體的組成；⑤原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；⑥真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。難點(diǎn)內(nèi)容：①病毒基因組的包裝；②真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)。了解內(nèi)容：①兼性異染色質(zhì)和組成型異染色質(zhì)的概念；②組成型異染色質(zhì)的普遍特征。所有細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的通用組織規(guī)律：致密物質(zhì)存在于有限容積內(nèi)，許多活性如復(fù)制和轉(zhuǎn)錄都必須在一個空間內(nèi)完成；這種物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)適合于失活和激活兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。1引言--基因組的通用組織形式處于狹小空間的DNA遺傳物質(zhì)的高度濃縮：（1）細(xì)菌中大約是：10mg/ml；（2）細(xì)胞核約是：100mg/ml；（3）T4噬菌體的頭部:＞500mg/mlT4噬菌體的結(jié)構(gòu)2基因組的包裝包裝比(packingratio):

用以描述DNA的濃縮程度，即DNA的原始長度除以包裝后的長度。

如人類最小的染色體（Y）：DNA拉直約為1.4cm，在有絲分裂最致密狀態(tài)下，這條染色體長度約為2μm，因此包裝比可以大到7000。(2)用各種組分構(gòu)建成一個中空的殼體，然后裝入核酸，此時核酸被濃縮λ噬菌體(phagelambda)核酸物質(zhì)高度濃縮絲狀RNA病毒在組裝頭部時濃縮其RNA基因組球狀DNA病毒將其DNA插入預(yù)先組裝好的蛋白質(zhì)外殼中有關(guān)病毒包裝的幾個知識點(diǎn)2.2細(xì)菌基因組的包裝

BacterialDNAisacompactnucleoid細(xì)菌遺傳物質(zhì)表現(xiàn)為相當(dāng)致密的小塊（擬核：nucleoid)，或一串小塊占細(xì)胞體的1/3，但沒出現(xiàn)真核生物細(xì)胞染色體形態(tài)特征BacterialDNAistightlycoiledthread大腸桿菌（E.coli）的擬核在菌體破碎后以環(huán)狀纖維的形式被釋放出來。但沒有伸展為游離雙鏈體。細(xì)菌基因組共同結(jié)構(gòu)特征：擬核有約100個這樣獨(dú)立的負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)域。每個結(jié)構(gòu)域是一個DNA環(huán)（40kb)，其兩端以某種（未知的）方法固定住，使旋轉(zhuǎn)不會從一個結(jié)構(gòu)域波及另一個結(jié)構(gòu)域。擬核可從極性沉降的復(fù)合物中直接分離出來，DNA約80%；擬核能被作用于RNA或蛋白質(zhì)的試劑解聚。因此，蛋白質(zhì)能夠穩(wěn)定擬核結(jié)構(gòu)的證據(jù)很明顯，但專門負(fù)責(zé)濃縮DNA的蛋白質(zhì)還未發(fā)現(xiàn)；RNA的作用難以分析。關(guān)于擬核2.3真核生物基因組的包裝DNA核小體染色質(zhì)染色體

2.3.1核小體的概念核小體(nucleosome)：染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)亞基，由約200bp的DNA和約等量的組蛋白所組成。當(dāng)分裂間期的細(xì)胞核懸浮于低離子強(qiáng)度的溶液中時，它們膨脹破裂，釋放出染色質(zhì)纖維（電鏡圖）染色質(zhì)是一串核小體用微球菌核酸酶處理染色質(zhì)可以釋放出單個核小體2.3.2核小體的結(jié)構(gòu)組成每個核小體含有約200bp的DNA，核心組蛋白H2A、H2B、H3和H4各2份拷貝，1份拷貝的H1組蛋白位于核小體外側(cè)。微球菌核酸酶(micrococcalnuclease)處理染色體可得到單個核小體。TheDNAladdercorresbondstomultimersExtractedDNAandelectrophorese用蔗糖密度梯度離心分級核小體時，產(chǎn)生一系列分級峰值，分別與單體、二聚體、三聚體、四聚體等對應(yīng)。提取DNA電泳時也存在這樣的對應(yīng)關(guān)系MonomersDimersTrimersTetramersTopBottom微球菌核酸酶將核小體修整成核心顆粒核小體含有200bpDNA和組蛋白核小體由等量的DNA和組蛋白（包括H1）組成每個核小體有2圈DNA核小體可能呈圓柱狀，兩圈DNA纏繞在它的表面DNA圈之間相互靠近核小體上DNA長度與“典型”的200bp有些出入。對于某種特定類型的細(xì)胞來說，其染色質(zhì)都有一個特征性的平均值(±5bp)，最常見的平均值為180–200bp。但在一些極端情況下，可以低至154bp（在一種真菌中）或高至260bp（在一種海膽的精子中）。在成體器官的不同組織之間、單個細(xì)胞基因組的不同部分之間，其平均值都可能不同。

2.3.3核小體上DNA長度的謹(jǐn)慎理解2.3.4真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)DNA（2nm）核小體鏈（10nm，每個核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個核小體）突環(huán)（150nm，每個突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個玫瑰花結(jié)）染色體（1400nm，2個染色單體，每個染色體單體含10個螺旋圈）從DNA到染色體10nm纖維30nm纖維3.1染色質(zhì)

3.2染色體3染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)(chromatin)：是指細(xì)胞周期間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白和少量RNA組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，因其易被堿性染料染色而得名。染色體(chromosome)：是指在細(xì)胞分裂期出現(xiàn)的一種能被堿性染料強(qiáng)烈染色，并具有一定形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征的物體。攜帶很多基因的分離單位。只有在細(xì)胞分裂中才可見的形態(tài)單位。3.1.1染色質(zhì)和染色體的概念3.1染色質(zhì)3.1.2染色質(zhì)的分類常染色質(zhì)(euchromatin)

（間期纖絲的包裝密度度比分裂期染色體的要小很多）異染色質(zhì)(heterochromatin)

（間期纖絲染色質(zhì)區(qū)的包裝密度十分致密，可與有絲分裂期染色體相比）

組成型異染色質(zhì)(constitutiveheterochromatin)

兼性異染色質(zhì)(facultativeheterochromatin)3.1.3組成型異染色質(zhì)的普遍特征它是持久壓縮的；它常由不被轉(zhuǎn)錄的少數(shù)DNA序列的多份重復(fù)拷貝組成；與常染色質(zhì)相比，這些區(qū)域的基因密度非常低，易位進(jìn)入或靠近該區(qū)的基因通常是失活的；也許由于它的壓縮狀態(tài)造成了在S期的晚期才被復(fù)制，并且具有相對較低的遺傳重組頻率。3.2染色體（chromosome)3.2.1染色體的共同結(jié)構(gòu)著絲粒(centromere)染色體臂(chromosomearm)端粒(telomere))

人類基因組的23對染色體3.2.2染色體作為遺傳物質(zhì)的特征分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定；能夠自我復(fù)制，使親、子代之間保持連續(xù)性；能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，從而控制整個生命過程；能產(chǎn)生遺傳的變異。3.2.3染色體存在所需的特征至少有有端粒確保它的存活有一個著絲粒支持分離有一個起始點(diǎn)啟動復(fù)制3.2.4染色體的組成組蛋白非組蛋白DNA少量RNA4不同生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）基因組小（2）結(jié)構(gòu)簡練（3）存在含多順反子的轉(zhuǎn)錄單元（4）基因存在重疊現(xiàn)象4.1原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4.2真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）含有大量重復(fù)序列（基因外區(qū)域）不重復(fù)序列(nonrepetitiveDNA)，中度重復(fù)序列(moderatelyrepetitiveDNA)，高度重復(fù)序列(highly