第八章 细胞核与染色体

1、第八章 细胞核与染色体 核被膜与核孔复合体 染色质 染色体 核仁 染色质结构和基因转录 核基质与核体1781年Trontana发现于鱼类细胞；1831年Brown发现于植物，命名为细胞核；大小：低等植物14um，动物10um。常以核质比（NP）来估算核的大小。植物分生组织NP约0.5；分化的细胞比值降低，成年细胞降到最低。形状：圆形，胚乳细胞（网状） ，蝶类丝腺细胞（分支状）位置：细胞中央，成熟植物细胞（边缘）数目：通常一个细胞一个核，成熟的筛管和红细胞（0），肝细胞和心肌细胞（12个），破骨细胞（650），骨骼肌细胞（数百），毡绒层细胞（24）结构：核被膜核仁核基质染色质核纤层功能：遗传发育

2、第一节 核被膜与核孔复合体核被膜的结构组成外核膜（outer nuclear membrane），胞质面附有核糖体， 是特殊的内质网（ER）u内核膜（inner nuclear membrane），有特有的蛋白成分核纤层（nuclear lamina），内核膜核质面的一层纤维蛋白构成的网络状核周间隙（perinuclear space），与内质网相通u核孔（nuclear pore），内外膜融合的部位 核纤层的功能为核膜提供支架有助于维持间期染色质高度有序的结构是联系胞质中间纤维与核骨架之间的桥梁核被膜的功能u 构成核、质之间的天然选择性屏障 避免生命活动的彼此干扰，使生命活动更加井然有序 保

3、护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤u 核质之间的物质交换与信息交流核被膜的崩解与装配u新核膜来自旧核膜u核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调 节，调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸 化与去磷酸化修饰有关。 核孔复合体（NPC）核孔至少有50种不同的蛋白（nucleoporin)构成，称为核孔复合体（nuclear pore complex, NPC)一般哺乳动物细胞核平均有3000个核孔。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目多，反之则少在电镜下，核孔呈圆形或八角形，现在一般认为其结构如fish-trap。结构模型u胞质环（c

4、ytoplasmic ring），外环 u核质环（nuclear ring），内环u辐（spoke）柱状亚单位（column subunit）腔内亚单位（luminal subunit）环带亚单位（annular subunit） u中央栓（central plug）：transporter核孔复合体成分的研究核孔复合体主要由蛋白质构成，推测有100余种不同的多肽，共1 000多个蛋白质分子。 u gp210：结构性跨膜蛋白 u p62：功能性蛋白，具有两个功能结构域gp210：结构性跨膜蛋白介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体 锚定在“孔膜区”，为核孔复合体装配提供一个起始位点在内、外

5、核膜融合形成核孔中起重要作用在核孔复合体的核质交换功能活动中起作用p62：功能性的核孔复合体蛋白疏水性N端区：在核孔复合体功能活动中直接 参与核质交换 C端区：可能通过与其它核孔复合体蛋白相互 作用，将p62分子稳定到核孔复合体上，为N 端进行核质交换活动提供支持。核孔复合体的功能核孔复合体是双功能（被动扩散和主动运输）、双向性（入核和出核）的亲水性核质交换通道。被动运输（passive transport）一般10nm的分子可以被动运输的方式自由出入核孔复合体，有的则由于含有信号序列或者和其它的分子结合成大分子而不能自由出入核孔复合体。核孔复合体功能直径9nm，长约15nm的通道。主动运输（

6、active transport）通过核孔复合体的主动运输主要是指亲核蛋白的入核，RNA分子及核糖核蛋白颗粒（SNP）出核运输。选择性：对运输颗粒大小的限制；1020nm，最大26nm 有效直径可调。 是信号识别和载体介导的过程； 双向性：蛋白质的入核；RNA和核糖体亚单位的出核。亲核蛋白的入核转运机制亲核蛋白（karyophilic protein）是指在细胞质内合成之后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的一类蛋白质。类型：进入核之后一直滞留在其中执行功能；穿梭于核质之间行使功能。1982年R. Laskey发现核内含量丰富的核质蛋白的C端有一个信号序列，可引导蛋白质进入细胞核，称为核定位信号

7、（nuclear localization signal，NLS）。 核定位信号NLS：引导蛋白质进入细胞核的一段信号序列。受体为importin。第一个被确定的NLS是病毒SV40的T抗原，序列为：pro-pro-lys-lys-lys-arg-lys-val。NLS对连接的蛋白质无特殊要求，完成输入后不被切除。NLS由4-8个氨基酸组成，含有Pro、Lys和Arg。 核输出信号NES:引导RNP输出细胞核，受体为exportin。Ran蛋白：一类G蛋白，调节货物复合体的解体或形成。 入核转运与出核转运之间有某种联系，它们可能需要某些共同的因子。亲核蛋白的转运步骤：结合（binding）（不

8、需能量） 转移（translocation）（需能量）参与转运的因子：NLS、GTP结合蛋白等含有丰富亮氨酸核输出信号的货物蛋白的输出模型 RNA的出核转录的RNA需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形式离开细胞核；RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核输出由蛋白质介导；RNA 聚合酶II转录的hn RNA，在核内进行5端加帽和3端附加多聚A序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核，5端的m7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的；无论在质还是核内，各种RNA均与相关蛋白质结合在一起，以RNP的形式

9、存在。 细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运，也有负 调控信号防止mRNA的前体被错误地运输，后者与剪接体 有关。 mRNA的出核转运过程是有极性的，5 端-3 端。 核输出信号 (Nuclear Export Signal，NES)：RNA分子 的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有 出核信号。chironomous tentans (摇蚊) Balbiani rings mRNA合成时螺旋状的hn-RNP的形成 (a) 活跃转录的染色质环的电镜照片, 显示特征性颗粒(箭头所指); (b) 单个转录环的形成, 其上结合许多RNP颗粒; (c)BRhnRNP的结构和生物发生

10、模型。 EGBalbiani（1881）在摇蚊唾腺染色体上发现的一种构造，整个蛹期都可看到，是多线染色体上的巨大结节状的RNA疏松。了解得比较清楚的，是第四染色体上的这种构造。这种巴尔比尼氏环与在双翅目以外的其他多数物种中所看到的RNA疏松同样含有大量RNA，是活跃地合成RNA和释放RNA的地方，当出现巨大的巴尔比尼氏环时，在染色体的特定部位厚厚折叠在一起的许多染色单体纤维各自松开而成为环状，一般认为这是由于旺盛地进行转录而出现的结构。根据电子显微镜研究提出的Balbiani rings mRNAs 输出核孔复合物的模型 螺旋化的mRNP 移向核孔复合物的末端环, 当它通过NPC的中央活塞时解

11、螺旋。5端引导并与核糖体结合, 在运输过程中, NPC发生了构型的变化。 hn-RNP介导的mRNA输出细胞核的推测模型 (a) 加工成熟的mRNA-hnRNP的5端形成帽结合复合物(CBC), 该端首先通过NPC; (b) 在通过核孔时, 核限制hnRNP蛋白与mRNP脱离;(c) 细胞质中RanGAP促使RanGTP水解, 穿梭的hnRNP回到细胞核, 释放出的mRNA同胞质溶胶中的mRNP蛋白, 包括poly(A)结合蛋白poly(A)-binding perotein,PABP结合。第二节 染色质1842年，Nali在植物细胞核中发现了杆状的染色体。1848年，Hofmeister从鸭

12、跖草的小孢子母细胞中发现染色体。 1879年，W. Flemming提出了染色质（chromatin）。1888年，Waldeyer正式定名为Chromosome。一、染色质的概念及化学组成 染色质DNA 染色质组蛋白 染色质非组蛋白染色质的概念染色质（chromatin） 指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组 成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。 染色体(chromosome) 指细胞在分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒状结构。染色质由DNA、组蛋白、非组蛋白、RNA组成，各组分的含量比例为1：1：0.6：0.1。其中DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白和

13、RNA的含量随细胞生理状态不同而发生变化。（一）染色质DNA真核细胞中，每条未复制的染色体包装一条DNA分子。DNA序列可分为三种类型：单一序列中度重复序列（101-5）高度重复序列（大于105）DNA二级结构的类型：B-DNA、Z-DNA、A-DNA （二）组蛋白带正电荷，含Arg,Lys,属碱性蛋白，共5种，分为核心组蛋白：H2A,H2B,H3,H4连接组蛋白：H1*结构：高度保守，尤其H4。核心组蛋白由球形部和尾部构成，球形部借Arg与磷酸二酯骨架间的静电作用使DNA分子缠绕在组蛋白核心上，形成核小体，尾部含有大量的Arg和Lys，为组蛋白转译后进行修饰的部位。H1具多样性，具有属和组织

14、特异性。大多数细胞中都有部分组蛋白的某些碱性氨基酸侧链被磷酸化、乙酰化或甲基化以及ADP-核糖化等修饰, 这些修饰中和了侧链的正电荷或被转变成带负电。（三）非组蛋白序列特异性DNA结合蛋白特性：1. 含有较多天冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质。2. 整个细胞周期都进行合成，组蛋白只在S 期与DNA复制同步进行。3. 能识别特异的DNA序列，识别与结合籍氢键和离子键。功能：帮助DNA折叠；协助DNA复制；调节基因表达。序列特异性DNA结合蛋白的结构特征 顺式作用元件与反式作用因子相互作用与基因转录起始复合物的形成 二、染色质的基本结构单位核小体1974年Kornberg等人根据染色质的酶切

15、降解和电镜观察，发现核小体（nucleosome）是染色质包装的基本结构单位，并提出染色质结构的“串珠“模型。X射线衍射、中子散射和电镜三维重建核小体的结构要点 每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋、一个组蛋白八聚体和一分子H1。 由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒。 DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。 相邻核心颗粒之间以一段080bp的线连接。 组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列。

16、 核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达 。组蛋白在DNA的A=T富集和G=C富集区分布适宜的部位, 通过与AT的结合形成8聚体的核 核小体如何打开让DNA进行复制的推测模型 一旦组蛋白和DNA装配成核小体, 组蛋白基本上不再与所结合的DNA分开。在DNA复制时, 核小体也不会解体。因此, 在DNA复制期间, 复制叉必须以某种方式通过核小体。按照一种假说, 在DNA复制时, 每一个核小体暂时分成两半, 允许DNA聚合酶复进行DNA的复制(图11-28)。在电镜下观察正在复制的染色质时, 可以看到复制叉上有一条DNA链没有核小体结构。并进一步证明, 有核小体的是

17、先导链, 无核小体的是滞后链。复制叉通过后核小体重新装配。在该模型中，核小体组蛋白能够永久性与DNA结合，不过核小体只是完整地遗传到前导链的DNA中，滞后链复制后要重新装配核小体。三、染色质包装的结构模型 染色质包装的多级螺旋模型 (multiple coiling model) 染色体的骨架-放射环结构模型 (scaffold radial loop structure model) 染色体包装的不同组织水平 （一）染色质包装的多级螺旋模型一级结构：核小体 二级结构：螺线管(solenoid) 三级结构：超螺线管(supersolenoid) 四级结构：染色单体（chromatid） 压缩7

18、倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍 DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 染色质30nm螺线管装配模型 DNA经四级包装形成染色体 人的最长的1号染色体中的DNA包装成染色体时压缩了8800倍 （二）染色体的骨架-放射环结构模型非组蛋白构成的染色体骨架(chromsomal scaffold)和由骨架伸出的无数的DNA侧环。30nm的染色线折叠成环，沿染色体纵轴，由中央向四周伸出，构成放射环。由螺线管形成DNA复制环，每18个复制环呈放射状平面排列，结合在核基质上形成微带(miniband)。微带是染色体高级结构的单位，大约106个微带沿纵轴构建成子染色体(三)染色体包装的不同组织水平四

19、、常染色质和异染色质常染色质(euchromatin)概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态（典型包装率750倍）, 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。组成：单一序列 DNA 和中度重复序列DNA常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件 。异染色质(heterochromatin)概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度高, 处于聚缩状态, 用碱性染料染色时着色深的那些染色质。类型 结构异染色质（组成型异染色质） (constitutive heterochromatin) 兼性异染色质(facultative heterochromatin) 结构异染色质概念： 除复

20、制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，DNA 包装比在整个细胞周期中基本没有较大变化的异染色质。 特征： 位于着丝粒区、端粒、次缢痕及染色体臂的某些节段； 由相对简单、高度重复的DNA序列构成； 有显著的遗传惰性，不转录也不编码蛋白质； 在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制、早聚缩； 在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区 间性，作为核DNA的转座元件，引起遗传变异。 兼性异染色质概念：在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为异染色质 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径。巴氏小体用于检测胎儿性别和性染色体异常的患者。 在哺乳动物体细胞核

21、中，除一条X染色体外，其余的X染色体常浓缩成染色较深的染色质体，此即为巴氏小体。又称X小体，通常位于间期核膜边缘。 在人类，男性细胞核中很少或根本没有巴氏小体，而女性则有1个。以后研究表明，巴氏小体就是性染色体异固缩（细胞分裂周期中与大部分染色质不同步的螺旋化现象）的结果。通过巴氏小体检查可确定胎儿性别和查出性染色体异常的患者 第三节 染色体（chromosome） 中期染色体的形态结构 染色体DNA的三种功能元件核型与染色体显带 特殊染色体同一物种的染色体数目是相对稳定的，性细胞染色体为单倍体（haploid），用n表示，体细胞为2倍体（diploid）以2n表示，还有一些物种的染色体成倍增

22、加成为4n、6n、8n等多倍体。 染色体的数目因物种而异，如人类2n=46，黑猩猩2n=48，果蝇2n=8，家蚕2n=56，小麦2n=42，水稻2n=24，洋葱2n=16。在植物中染色体最少的是一种菊科植物Haplopapus gracillis 仅2对染色体，最多的是瓶尔草属phioglossum的一些物种，可达400-600对。在动物中染色体最少的是一种介壳虫的雄虫steatococcus tuberculatus仅有2条染色体，最多的是灰蝶，有217-223对染色体。染色单体（Chromatid）：中期染色体由两条染色单体组成，两者在着丝粒的部位相互结合，每一条染色单体是由一条DNA双链

23、经过螺旋和折叠而形成的。染色线（Chromonema）：前期或间期核内的染色质细线，代表一条染色单体。染色粒（Chromomere）：前期染色体上呈线性排列的念珠状颗粒，是DNA局部收缩形成的，异染色质的染色粒一般较大，而常染色质的染色粒较小，在染色体上位于着丝粒两边的染色粒一般较大，而向染色体端部的染色体较小。一、中期染色体的形态结构中期染色体的类型划分的标准有：臂比值r（长臂长/短臂长），着丝粒指数i(短臂长/染色体长)100%， 短臂长臂比。 正中部着丝粒染色体（M，1.00） 中部着丝粒染色体（m，1.07-1.70），水稻、玉米染色体 亚中部着丝粒染色体（sm，1.71-3.00），

24、小麦染色体 亚端部着丝粒染色体（st，3.01-7.00） 端部着丝粒染色体（t，大于7.01） 正端部着丝粒染色体（T，无穷大），测不出短臂染色体的主要结构着丝粒(centromere)次缢痕(secondary constriction)核仁组织区(NOR)随体(satellite)端粒(telomere) 着丝粒与着丝点(动粒)着丝粒：将两个染色单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。动粒：位于着丝粒两侧由蛋白质构成的三层盘状或球状结构。动粒与纺锤体自然相连，与染色体的移动有关。着丝粒着丝点结构域(kinetochore domain) 中央结构域(central domain)高度重复的

25、卫星DNA构成的异染色质 配对结构域(pairing domain)： 内部着丝粒蛋白INCENP(inner centromere protein) 染色单体连接蛋白clips(chromatid linking proteins) 着丝点结构域 内板(inner plate) 中间间隙(middle space),innerzone外板(outer plate)纤维冠(fibrouscorona)次缢痕（secondary constriction）：除主缢痕外，染色体上第二个呈浅缢缩的部分称次缢痕，次缢痕的位置相对稳定，是鉴定染色体个别性的一个显著特征。随体（satellite）：指位于

26、染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。位于染色体末端的随体称为端随体，位于两个次缢痕中间的称中间随体。核仁组织区（nucleolar organizing regions, NORs）：是核糖体RNA基因所在的区域，其精细结构呈灯刷状。能够合成核糖体的28S、18S和5.8S rRNA。端粒（telomere）：是染色体端部的特化部分，位于染色体的端部来维持染色体的稳定性。端粒由高度重复的短序列串联而成，在进化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似。端粒起到细胞分裂计时器的作用，端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100bp，其复制要靠具有反转录酶性质的

27、端粒酶（telomerase）来完成，正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。二、染色体DNA稳定遗传的三种功能元件自主复制DNA序列（ARS） 具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上 下游各200bp左右的区域是维持ARS功能所必需的。着丝粒DNA序列（CEN） 共同点是两个相邻的核心区：80-90bp的AT区；11bp的保守区。端粒DNA序列(TEL) 端粒序列的复制 端粒酶 /shangcheng/duanlimei26.asp1983年，A. W. Murray等人首次成功构建了包括ARS、CEN、TEL和外源DNA，总长度为

28、55kb的酵母人工染色体(yeast artificial chromosome, YAC)。YAC可用于转基因和构建基因文库，容纳插入片段的能力远高于质粒。三、核型与染色体显带核型(karyotype) 是指染色体组在有丝分裂中期特征的总和，包括染色体数 目、大小、形态特征的总和。核型模式图(idiogram) 将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来, 再按长短、形态等特征排列起来的图象称为核型模式图,它代表一个物种的核型模式。染色体显带技术人的染色体核型 一种蝉（Platypleura kaempferi）的有丝分裂核型 核型分析是指对生物某一个体或某一分类单位的体细胞的染色体按一

29、定特征排列起来的图象的分析。分析方法有：常规的形态分析、带型分析、着色区段分析、定量细胞化学方法等。染色体显带技术：是指经过物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行染色，使其呈现特定的深浅不同带纹的技术。根据产生的带在染色体上的分布分两类：带分布在整条染色体上，如G、Q、R带等带局部分布在染色体上，如C、cd、T、N带等。将染色体制片经盐溶液、胰酶或碱处理, 再用吉母萨染料染色, 在光镜下进行检查, 见到特征性的带。一般富含AT碱基的DNA区段表现为暗带。此法可制成永久性的标本。荧光分带法。用氮芥喹吖因(quinacrine)荧光染料染色, 在紫外光激发下,显现明暗不同的带区,可在荧光显微镜

30、下观察。一般富含AT碱基的DNA区段表现为亮带, 富含GC碱基的区段表现为暗带。此法的优点是分类简便, 可显示独特的带型。缺点是标本易褪色,不能做成永久性标本片。 四、特殊染色体多线染色体多线染色体是1881年意大利细胞学家Balbiani发现的，存 在于双翅目昆虫的幼虫组织细胞和某些植物细胞中。来源：核内的DNA多次复制但细胞不分裂，产生的子染色 体并行排列，且在体细胞内同源染色体配对，紧密结合在 一起形成。特征：体积巨大，比其它体细胞染色体长100-200倍， 体积大1000-2000倍。多线性，每条多线染色体由500- 4000条解旋的染色体合并在一起形成。体细胞联会，同源染色体紧密配对

31、，并合并成一个染色体。横带纹，染 色后呈现出明暗相间的带纹。膨突和环，在幼虫发育的 某个阶段，多线染色体的某些带区疏松膨大，形成膨突 （puff），或巴氏环（Balbiani ring）。 多线染色体并非是细胞内的惰性结构, 而是动态的, 含有许多在发育的特定阶段形成胀泡的区域,是DNA转录成RNA的结果 灯刷染色体灯刷染色体普遍存在于动物界的卵母细胞， 两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型灯刷染色体的来源：卵母细胞进行减数第 一次分裂时停留在双线期的染色体。灯刷染色体的超微结构灯刷染色体的转录功能 灯刷染色体的形态结构 轴上有一些染色粒，代表染色质紧密螺旋化的部位。在染色粒轴丝上间隔形成侧环,

32、环是成对的, 但是由不同的染色质产生.侧环是RNA活跃转录的区域。环上有RNA覆盖。 由两条同源染色体组成，在交叉处结合，每条同源染色体含2条染色单体。B染色体1928年，伦道夫把生物的正常染色体称为A染色体，而把存在于许多动植物中，形态和行为不同于A染色体的超数染色体称为B染色体。第四节 核 仁(nucleolus) 一、核仁的超微结构纤维中心(fibrillar centers, FC)致密纤维组分(dense fibrillar component, DFC)颗粒组分(granular component, GC) 核仁相随染色质（核仁内染色质和核仁周边染色质） 核仁基质（除去DNA、R

33、NA后的残余结构）纤维中心（FC）：是被致密纤维包围的一个或几个低电子密度的圆形结构，主要成分为RNA聚合酶和rDNA，这些rDNA是裸露的分子。致密纤维组分（DFC)：呈环形或半月形包围FC，由致密的纤维构成，通常见不到颗粒，是rDNA进行活跃转录的区域。颗粒组分（GC）：由直径15-20nm的颗粒构成，由不同加工阶段的核糖核蛋白（RNP）颗粒构成。 二、核仁的功能核仁的主要功能是核糖体的生物发生 ，这一过程包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。整个过程从核仁纤维中心开始，向致密纤维组分延伸，最后到达颗粒组分。核糖体是RNA与核糖体蛋白结合起来的小颗粒，是合成蛋白质的工厂。每个核糖体

34、单体由大、小两个亚基组成，由镁离子Mg+结合起来。核糖体在原核细胞和真核细胞中不同，原核细胞中为70S，由50S大亚基和30S小亚基结合而成；大亚基包括5S和23S两种rRNA和31种多肽，小亚基包括16S rRNA和21种多肽。高等生物的核糖体为80S，由60S大亚基和40S小亚基组成；大亚基包含5S、5.8S和28S三种rRNA以及49种多肽，小亚基包含18SrRNA和33种多肽。 rRNA的基因rDNA的位置rRNA基因的转录rRNA的加工核糖体的组装 核仁周期 核仁是一种动态结构，随细胞周期的变化而变化，即形成 消失 形成,这种变化称为核仁周期。在细胞的有丝分裂期，核仁变小，并逐渐消失

35、。在有丝分裂末期，rRNA的合成重新开始，核仁形成。核仁形成的分子机理尚不清楚，但需要rRNA基因的激活。第五节 染色质结构和基因转录活性染色质及其主要特征活性染色质(active chromatin)与 非活性染色质(inactive chromatin) 活性染色质是具有转录活性的染色质 活性染色质的核小体发生构象改变，具 有疏松的染色质结构，从而便于转录调 控因子与顺式调控元件结合和RNA 聚合 酶在转录模板上滑动。 非活性染色质是没有转录活性的染色质活性染色质主要特征活性染色质具有DNase 超敏感位点 （DNase hypersensitive site，DHS）：染色质上无核小体的

36、DNA片段，通常位于5-启动子区，长度几百bp。活性染色质在生化上具有特殊性活性染色质很少有组蛋白H1与其结合；活性染色质的组蛋白乙酰化程度高；活性染色质的核小体组蛋白H2B很少被磷酸化；活性染色质中核小体组蛋白H2A在许多物种 很少有变异形式；HMG14和HMG17只存在于活性染色质中。 核酸酶超敏感位点(nuclease-supersensitive site) DNase首先在核酸酶超敏感区切割DNA（未示出）,然后降解所有正在转录的基因以及已被激活但尚未转录的基因 在染色质上出现对DNase表现出高度敏感的区域，缺少核小体。这种区域通常很短，最长也不过几百bp。该位点含有特异的DNA序

37、列，为特异性DNA结合蛋白所识别，因此，它参与了基因表达的调控。另外，处于活性转录的区域对核酸酶也十分敏感。 染色质结构与基因转录疏松染色质结构的形成DNA局部结构的改变与核小体相位的影响当调控蛋白与染色质DNA的特定位点结合时， 染色质易被引发二级结构的改变；进而引起其 它的一些结合位点与调控蛋白的结合。核小体通常定位在DNA特殊位点而利于转录 DNA甲基化：A/C甲基化/去甲基化（特别是5-mC）组蛋白的修饰组蛋白的修饰改变染色质的结构，直接或间接 影响转录活性（磷酸化、甲基化、乙酰化，泛素化（uH2A） / Arg，His，Lys，Ser，Thr）组蛋白赖氨酸残基乙酰基化（acetyla

38、tion），影响转录 HMG结构域蛋白等染色质变构因子的影响 HMG结构域可识别某些异型的DNA结构，与DNA 弯折和DNA-蛋白质复合体高级结构的形成有关 染色质的区间性基因座控制区（locus control region,LCR）染色体DNA上一种顺式作用元件，具有稳定 染色质疏松结构的功能；与多种反式因子的结合序列可保证DNA复制 时与启动子结合的因子仍保持在原位。隔离子（insulator）防止处于阻遏状态与活化状态的染色质结构 域之间的结构特点向两侧扩展的染色质DNA 序列，称为隔离子。作用：作为异染色质定向形成的起始位点； 提供拓扑隔离区 染色质模板的转录基因转录的模板不是裸露的

39、DNA，染色质 是否处于活化状态是决定转录功能的关键 转录的“核小体犁”（nucleosome plow）假说 通过核小体核心颗粒转录模型 第一步：RNA聚合酶使核小体不稳定，撤掉2个（H2A-H2B）,形成H3-H4四聚体复合物； 第二步：组蛋白核心的另一半（H3-H4四聚体）被移开并转到聚合酶后面自由DNA上； 第三步：2个H2A-H2B二聚体重新结合到DNA上，又形成一个完整的核小体核心结构。通过核小体转录的络纱模型(spooling model) 核小体的定位对转录的促进作用 (a)在这种情况下,核小体的定位, 使基因调控的两个关键元件位于核心颗粒的外侧, 能够同转录因子结合。在(b)

40、中, 调节元件被包装在核小体上, 并且彼此靠在一起, 能同时与转录因子结合。共激活子通过组蛋白乙酰化调节转录的作用模型 第六节 核基质与核体 核基质(nuclear matrix)核基质或称核骨架(nuclear skeleton)的概念 狭义概念仅指核基质，即细胞核内除了核被膜、核纤层、 染色质与核仁以外的网架结构体系。 广义概念应包括核基质、核纤层(或核纤层-核孔复合体结 构体系),以及染色体骨架。 （一）、核基质的组成核基质的组成较为复杂，主要组分有三类：非组蛋白性纤维蛋白，分子量40-60KD，占96%以上，其中相当一部分是含硫蛋白，其二硫键具有维持核骨架结构完整性的作用；除纤维蛋白外，还有10多种次要蛋白质，包括肌动蛋白和波形蛋白，后者构成核骨架的外罩；核骨架碎片中还存在三种支架蛋白（scaffold proteins，SC、SC、SC)，SC、的功能尚不明确，SC是DNA拓朴异构酶。少量RNA和DNA，RNA对维持核骨架的三维结构是必需的，而DNA称为基质或支