分子生物章节

第三章 染色体与 DNAChromosome and DNA1 引 言2 基因组的包装3 染色质和染色体4 不同生物基因组结构特点 5 小 结n 重点内容： 几个概念：包装比、 C-值矛盾、拟核、核小体、染色质、染色体； 病毒、细菌及真核生物基因组的组织形式； 染色质的分类； 染色体的组成； 原核生物基因组结构特点； 真核生物基因组结构特点。n 难点内容： 病毒基因组的包装； 真核生物染色体 DNA组装不同层次的结构。n 了解内容： 兼性异染色质和组成型异染色质的概念； 组成型异染色质的普遍特征。n 所有细胞内遗传物质的 通用组织规律 ：致密物质存在于有限容积内，许多活性如复制和转录都必须在一个空间内完成；这种物质的组织结构适合于 失活和激活 两种状态的转变。1 引言 -基因组的通用组织形式 处于狭小空间的 DNA遗传物质的高度浓缩：（ 1）细菌中大约是： 10 mg/ml； （ 2）细胞核约是： 100 mg/ml；（ 3） T4噬菌体的头部 : 500 mg/mlT4噬菌体的结构2 基因组的包装n 包装比 (packing ratio):用以描述 DNA的浓缩程度，即 DNA的原始长度除以包装后的长度。 如人类最小的染色体（ Y）： DNA拉直约为 1.4 cm ，在有丝分裂最致密状态下，这条染色体长度约为 2m ，因此包装比可以大到 7000。2.1 病毒基因组的包装病毒在解决基因组包装时的两种方案n (1)蛋白质外壳沿着核酸组装，在组装过程中利用蛋白质和核酸之间的相互作用来浓缩 DNA或 RNA烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus, TMV)(2)用各种组分构建成一个中空的壳体，然后装入核酸，此时核酸被浓缩噬菌体(phage lambda)n 核酸物质高度浓缩n 丝状 RNA病毒在组装头部时浓缩其 RNA基因组n 球状 DNA病毒将其 DNA插入预先组装好的蛋白质外壳中有关病毒包装的几个知识点2.2 细菌基因组的包装 Bacterial DNA is a compact nucleoid细菌遗传物质表现为相当致密的小块（ 拟核： nucleoid)，或一串小块占细胞体的 1/3，但没出现真核生物细胞染色体形态特征Bacterial DNA is tightly coiled thread大肠杆菌（ E.coli） 的拟核在菌体破碎后以环状纤维的形式被释放出来。但没有伸展为游离双链体。细菌基因组共同结构特征：拟核有约 100个这样独立的负超螺旋结构域。每个结构域是一个DNA环（ 40 kb)，其两端以某种（未知的）方法固定住，使旋转不会从一个结构域波及另一个结构域。n 拟核可从极性沉降的复合物中直接分离出来， DNA约 80 %；n 拟核能被作用于 RNA或蛋白质的试剂解聚。因此，蛋白质能够稳定拟核结构的证据很明显，但专门负责浓缩 DNA的蛋白质还未发现； RNA的作用难以分析。关于拟核2.3 真核生物基因组的包装DNA 核小体染色质染色体 2.3.1 核小体的概念n 核小体 (nucleosome)：染色质的基本结构亚基，由约 200 bp的 DNA和约等量的组蛋白所组成。当分裂间期的细胞核悬浮于低离子强度的溶液中时，它们膨胀破裂，释放出染色质纤维（电镜图）染色质是一串核小体用微球菌核酸酶处理染色质可以释放出单个核小体2.3.2 核小体的结构组成n 每个核小体含有约 200bp的 DNA，核心组蛋白 H2A、 H2B、 H3和 H4各 2份拷贝， 1份拷贝的 H1组蛋白位于核小体外侧。n 微球菌核酸酶 (micrococcal nuclease)处理染色体可得到单个核小体。The DNA ladder corresbonds to multimersExtracted DNA and electrophorese用蔗糖密度梯度离心分级核小体时，产生一系列分级峰值，分别与单体、二聚体、三聚体、四聚体等对应。提取 DNA电泳时也存在这样的对应关系MonomersDimersTrimersTetramersTopBottom微球菌核酸酶将核小体修整成核心颗粒核小体含有 200 bp DNA和组蛋白核小体由等量的 DNA和组蛋白（包括 H1）组成每个核小体有 2圈 DNA核小体可能呈圆柱状，两圈 DNA缠绕在它的表面DNA圈之间相互靠近核小体上 DNA长度与 “ 典型 ” 的 200 bp有些出入。对于某种特定类型的细胞来说，其染色质都有一个特征性的平均值 (5bp) ，最常见的平均值为 180 200 bp。但在一些极端情况下，可以低至 154bp（在一种真菌中）或高至 260bp（在一种海胆的精子中）。在成体器官的不同组织之间、单个细胞基因组的不同部分之间，其平均值都可能不同。2.3.3 核小体上核小体上 DNA长度的谨慎理解长度的谨慎理解2.3.4 真核生物染色体 DNA组装不同层次的结构DNA（ 2nm）核小体链（ 10nm， 每个核小体 200bp）纤丝（ 30nm，每 圈 6个核小体 ）突环（ 150nm， 每个突环大约 75000bp）玫瑰花结（ 300nm ， 6个 突环 ）螺旋圈（ 700nm，每 圈 30个玫瑰花结）染色体（ 1400nm， 2个染色单体， 每个染色体单体含 10个螺旋圈 ）从 DNA到染色体10nm纤维30nm纤维3.1 染色质3.2 染色体3 染色质与染色体染色质与染色体n 染色质 (chromatin)：是 指细胞周期间期 细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量 RNA组成的复合结构，因其易被碱性染料染