荆楚理工学院细胞生物学

1、会计学1荆楚理工学院细胞生物学荆楚理工学院细胞生物学染色体染色体（Chromosome）姊妹染色单体姊妹染色单体（Sister chromatid）根据着丝粒在染色体上的位置根据着丝粒在染色体上的位置：中着丝粒染色体中着丝粒染色体（Metacentric chromosome）近中着丝粒染色体近中着丝粒染色体（Submetacentric chromosome）近端着丝粒染色体近端着丝粒染色体（Arocentric chromosome）端着丝粒染色体端着丝粒染色体（Telocentric chromosome）染色体的各部分名称染色体的各部分名称根据着丝粒位置进行的染色体分类图示根据着丝粒位

2、置进行的染色体分类图示1 1、着丝粒与动粒（也称着丝点、着丝粒与动粒（也称着丝点,kenetoche,kenetoche） 着丝粒和动粒（着丝点）是两个不同的概念，前者指中期染着丝粒和动粒（着丝点）是两个不同的概念，前者指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位；后者指主缢痕处两个染色色单体相互联系在一起的特殊部位；后者指主缢痕处两个染色单体外侧表层部位的特殊结构，它与仿锤丝微管相接触。单体外侧表层部位的特殊结构，它与仿锤丝微管相接触。 着丝粒含着丝粒含3个结构域，即：动粒结构域（个结构域，即：动粒结构域（kinetochore domain）、中央结构域（）、中央结构域（central doma

3、in）和配对结构域（）和配对结构域（paring domain）。）。 动粒结构域动粒结构域位于着丝粒的表面，由外板（位于着丝粒的表面，由外板（outer plate）、）、内板（内板（inner plate）、中间区（）、中间区（interzone）和围绕外层的纤维）和围绕外层的纤维冠冠(fibrous corona)。内外板的电子密度高，中间区电子密度。内外板的电子密度高，中间区电子密度低。内板与中央结构域的着丝粒异染色质结合，外板与微管纤低。内板与中央结构域的着丝粒异染色质结合，外板与微管纤维结合，纤维冠上结合有马达蛋白。维结合，纤维冠上结合有马达蛋白。 中央结构域中央结构域位于着丝粒结

4、构域的下方位于着丝粒结构域的下方, ,是着丝粒区的主体，是着丝粒区的主体，由高度串联重复的由高度串联重复的卫星卫星DNA构成，重复单位构成，重复单位171bp171bp，重复，重复2000-30002000-3000次，表现为异染色质特性。次，表现为异染色质特性。 配对结构域配对结构域位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结，在此区域发现有两类蛋白，一类为内着丝粒蛋白处相互连结，在此区域发现有两类蛋白，一类为内着丝粒蛋白INCENP（inner centromere protein），另一类为染色单体），另一类为染色单体连接蛋白连接蛋白CL

5、IP（chromatid linking protein）. 对着丝粒蛋白主要是使用对着丝粒蛋白主要是使用ACA来研究的。来研究的。ACA是从是从CREST 综合症病人血清中分离出来的抗着丝粒蛋白的抗体综合症病人血清中分离出来的抗着丝粒蛋白的抗体(anticentromere antibodies)。用。用ACAs发现鉴定出来的发现鉴定出来的CENP主要有主要有6种，即：种，即：CENP-A至至F，它们都能与一个，它们都能与一个17bp的的DNA模式特异结合，与细胞的分裂及调控密切相关，进化上非模式特异结合，与细胞的分裂及调控密切相关，进化上非常保守常保守。着丝粒结构区域组织着丝粒结构区域组织

6、着丝粒的着丝粒的3个结构域个结构域着丝点结构域着丝点结构域荧光原位杂交显示着丝粒卫星荧光原位杂交显示着丝粒卫星DNA2、主缢痕（主缢痕（primary constriction） 中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位，主缢痕处有着丝中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位，主缢痕处有着丝粒，亦称着丝粒区，由于这一区域染色线的螺旋化程序低，粒，亦称着丝粒区，由于这一区域染色线的螺旋化程序低，DNA含量少，所以染色很浅或不着色。一般动植物的染色体具含量少，所以染色很浅或不着色。一般动植物的染色体具有一个位置固定的着丝粒有一个位置固定的着丝粒(localized contromere)，有些生物整，有些

7、生物整个染色体都具有着丝粒活性，称为全着丝粒（个染色体都具有着丝粒活性，称为全着丝粒（holocentromere）如：如蛔虫、线虫、蝶、蛾、蚜虫等。）如：如蛔虫、线虫、蝶、蛾、蚜虫等。3、次缢痕（、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，数目、位置和大小是鉴定染色体个别性缢痕的位置相对稳定，数目、位置和大小是鉴定染色体个别性的一个显著特征。的一个显著特征。4、核仁组织区（核仁组织区（nucleolar organizing regions, NORs）

8、核糖体核糖体RNA基因（基因（5SrRNA5SrRNA基因除外）所在的区域。核仁组基因除外）所在的区域。核仁组织区位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是织区位于染色体的次缢痕区，但并非所有的次缢痕都是NORs。5、随体（随体（satellite） 指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区与染指位于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。两个次缢痕中间的称中间随体。6、端粒（端粒（telomere） 染色体端部的特化部分，作用是维持染色体的完整性

9、和个染色体端部的特化部分，作用是维持染色体的完整性和个体性体性（用（用X射线将染色体打断，不具端粒的染色体末端有粘性，会与其它射线将染色体打断，不具端粒的染色体末端有粘性，会与其它片段相连或两端相连而成环状）片段相连或两端相连而成环状）。端粒由高度重复的短序列串联而。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，哺乳成，在进化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳类的序列为类的序列为GGGTTA，500-3000次重复次重复。荧光原位杂交显示端粒和端粒序列荧光原位杂交显示端粒和端粒序列 二、染色体二、染色体DNA的三种功能元件的三种功能元件 为确保染色体的

10、复制和稳定遗传，染色体具有为确保染色体的复制和稳定遗传，染色体具有3个基本元素个基本元素，即：即：自主复制序列自主复制序列(autonomously replicating DNA sequence, ARS)、着丝粒序列着丝粒序列(centromere DNA sequence,CEN) 和和端粒序列端粒序列(telomere DNA sequence,TEL) 。1、自主复制序列、自主复制序列( ARS) 是是DNA复制的起点，酵母基因组含复制的起点，酵母基因组含200-400个个ARS，大多数，大多数具有具有一个一个11-14 bp，富含富含AT的共有序列（的共有序列（ARS conse

11、nsus sequence, ACS）。含有这一序列的质粒能高效转化宿主细胞）。含有这一序列的质粒能高效转化宿主细胞，并能在细胞中独立于宿主染色体存在。，并能在细胞中独立于宿主染色体存在。2、着丝粒序列、着丝粒序列(CEN) 不同来源的不同来源的CEN的共同特点是具有两个彼此相邻的核心区的共同特点是具有两个彼此相邻的核心区，一个是，一个是80-90 bp的的AT区，另一个是区，另一个是11 bp的保守区。的保守区。CEN由由大量串联的重复序列组成，如大量串联的重复序列组成，如卫星卫星DNA，其功能是参与形成，其功能是参与形成着丝粒，使细胞分裂中染色体能够准确地分离着丝粒，使细胞分裂中染色体能够

12、准确地分离.3、端粒序列端粒序列(TEL) 不同生物的端粒序列都很相似，由长不同生物的端粒序列都很相似，由长5-10 bp的重复单位串的重复单位串联而成，人的重复序列为联而成，人的重复序列为GGGTTA。真核细胞染色体端粒的。真核细胞染色体端粒的重复序列不是染色体重复序列不是染色体DNA复制时连续合成的，而是由端粒酶复制时连续合成的，而是由端粒酶（telomerase）合成后添加到染色体末端。端粒酶是一种核糖）合成后添加到染色体末端。端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，具有逆转录酶的性质，以物种专一的内在核蛋白复合物，具有逆转录酶的性质，以物种专一的内在RNA为模板，把合成为模板，把合成DNA的添加

13、到染色体的的添加到染色体的3端。端。端粒序列和端粒酶端粒序列和端粒酶 端粒起到细胞分裂计时器的作用，端粒核苷酸复制和基因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，每复制一次减少不同，每复制一次减少50-100 bp，正常体细胞染色体缺，正常体细胞染色体缺乏端粒酶活性，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。人的生乏端粒酶活性，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。人的生殖细胞和部分干细胞染色体具有端粒酶活性，所以人的生殖细殖细胞和部分干细胞染色体具有端粒酶活性，所以人的生殖细胞染色体末端比体细胞染色体末端长几千个胞染色体末端比体细胞染色体末端长几千个bpbp。肿瘤细胞和永。肿瘤细胞和

14、永生细胞系具有端粒酶的活性。生细胞系具有端粒酶的活性。 1983年，年，A. W. Murray等人首次成功构建了包括等人首次成功构建了包括ARS、CEN、TEL和外源和外源DNA，总长度为总长度为55kb的酵母人工染色体的酵母人工染色体(yeast artificial chromosome, YAC)。YAC可用于转基因和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。构建基因文库，容纳插入片段的能力远高于质粒。染色体的三种基本序列染色体的三种基本序列三、核型与染色体显带三、核型与染色体显带 对人类到底有多少条染色体这样的问题一直争论到对人类到底有多少条染色体这样的问题一直争论到

15、1956年才年才得以确认，主要归功于得以确认，主要归功于50年代以后逐步发展起来的低渗处理，年代以后逐步发展起来的低渗处理，压片技术以及秋水仙处理和细胞培养技术。二十世纪六十年代压片技术以及秋水仙处理和细胞培养技术。二十世纪六十年代末至七十年代发展起来的各种染色体分带技术，使染色体的研末至七十年代发展起来的各种染色体分带技术，使染色体的研究进入了一个黄金时代。为人类遗传病的鉴定，物种的亲缘关究进入了一个黄金时代。为人类遗传病的鉴定，物种的亲缘关系与进化研究、遗传育种等方面提供了重要的依据。系与进化研究、遗传育种等方面提供了重要的依据。核型（核型（karyotype） 是细胞分裂中期染色体的表型

16、，包括染色体的数目、大小和是细胞分裂中期染色体的表型，包括染色体的数目、大小和形态特征等方面。如果将成对的染色体按形状、大小依顺序排形态特征等方面。如果将成对的染色体按形状、大小依顺序排列起来叫核型图列起来叫核型图(karyogram)，而染色体组型（，而染色体组型（idiogram）通通常指核型的模式图，代表一个物种染色体的模式特征。核型分常指核型的模式图，代表一个物种染色体的模式特征。核型分析对于探讨人类遗传病的机制、物种亲缘关系与进化、远源杂析对于探讨人类遗传病的机制、物种亲缘关系与进化、远源杂种的鉴定等具有重要意义。种的鉴定等具有重要意义。一种蝉的有丝分裂核型一种蝉的有丝分裂核型染色体

17、显带技术：染色体显带技术： 是经物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行分化是经物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（band）的方法，于）的方法，于19681968年由瑞典人年由瑞典人CaspersonCasperson首先建立。显带技术可分为两大类首先建立。显带技术可分为两大类，一类是产生的染色带分布在整个染色体的长度上，如：，一类是产生的染色带分布在整个染色体的长度上，如：G、Q和和R带，另一类是局部性的显带，它只能使少数特定的区带，另一类是局部性的显带，它只能使少数特定的区域显带，如域显带，如C、Cd、T和和

18、N带。带。Q Q带：带：喹丫因染色后，紫外照射下的明暗带（富含喹丫因染色后，紫外照射下的明暗带（富含ATAT的明带，富含的明带，富含GCGC的暗的暗带）；带）；G G带：带：GiemsaGiemsa染料染色后所呈现的染色体区带；染料染色后所呈现的染色体区带；R R带：带：是中期染色是中期染色体经碱性磷酸盐处理，丫啶橙或体经碱性磷酸盐处理，丫啶橙或GiemsaGiemsa染色后所呈现的带型，一般与染色后所呈现的带型，一般与G G带带正好相反；正好相反；C C带：带：显示着丝粒结构异染色质及它染色体区段的异染色质。显示着丝粒结构异染色质及它染色体区段的异染色质。T T带：带：是染色体端粒部位经丫啶

19、橙染色后呈现的区带；是染色体端粒部位经丫啶橙染色后呈现的区带；N N带：带：Ag-AsAg-As染色，染色，主要染核仁组织者区域的酸性蛋白。主要染核仁组织者区域的酸性蛋白。19751975年建立了染色体高分辨显带技术。年建立了染色体高分辨显带技术。染色体微切割和分子克隆技术。染色体微切割和分子克隆技术。正常男人染色体显带核型正常男人染色体显带核型人类人类G带核型带核型（显示染色体上富含（显示染色体上富含AT的序列的序列）人类人类Q核型核型（Q带与带与G带相似）带相似）人类带人类带C核型核型（显示着丝粒异染色质）（显示着丝粒异染色质）人类染色体组型和带型人类染色体组型和带型 四、巨大染色体四、巨

20、大染色体1多线染色体（多线染色体（polytene chromosomepolytene chromosome） 1881年意大利的年意大利的Balbiani发现双翅目摇蚊幼虫的唾腺细胞的发现双翅目摇蚊幼虫的唾腺细胞的具有如下特点：具有如下特点：体积巨大体积巨大，染色体比其它体细胞染色体长，染色体比其它体细胞染色体长100-200倍，体积大倍，体积大1000-2000倍。倍。多线性多线性，每条多线染色体，每条多线染色体由由500-4000条解旋的染色体合并在一起形成。条解旋的染色体合并在一起形成。体细胞联会体细胞联会，同源染色体紧密配对，并合并成一个染色体。同源染色体紧密配对，并合并成一个染色

21、体。横带纹横带纹，染色，染色后呈现出明暗相间的带纹。后呈现出明暗相间的带纹。膨突和环膨突和环，在幼虫发育的某个阶，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（段，多线染色体的某些带区疏松膨大，形成膨突（puff），或），或巴氏环（巴氏环（Balbiani ring）。用）。用H3-TdR处理细胞，发现膨突被标处理细胞，发现膨突被标记，说明膨突是基因活跃转录的形态学标志。记，说明膨突是基因活跃转录的形态学标志。 多线染色体是由于核内有丝分裂的结果，即染色体多次复制多线染色体是由于核内有丝分裂的结果，即染色体多次复制而不分离的结果。而不分离的结果。果蝇的多腺染色体果蝇的多腺染色体

22、多线染色体带和胀泡形成示意图多线染色体带和胀泡形成示意图2灯刷染色体（灯刷染色体（lamp-brush chromosomelamp-brush chromosome） 18821882年年FlemmingFlemming首次报道，这种染色体最早发现于鱼类、首次报道，这种染色体最早发现于鱼类、两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期。由于染色体主两栖类和爬行类卵母细胞减数分裂的双线期。由于染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。由两条同源染轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。由两条同源染色体组成，在交叉处结合，每条同源染色体含色体组成，在交叉处结合，每条同源染色体含2条染色单体条染色

23、单体。轴上有一些染色粒，代表染色质紧密螺旋化的部位。同时。轴上有一些染色粒，代表染色质紧密螺旋化的部位。同时两条染色单体向两边伸出许多侧环，一个平均大小的环约含两条染色单体向两边伸出许多侧环，一个平均大小的环约含100 bp DNA100 bp DNA，两栖类一套灯刷染色体大约有一万个侧环。，两栖类一套灯刷染色体大约有一万个侧环。 灯刷染色体中大部分灯刷染色体中大部分DNADNA以染色粒形式存在，没有转录活以染色粒形式存在，没有转录活性。侧环是性。侧环是RNA活跃转录的区域，一个侧环是一个转录单位活跃转录的区域，一个侧环是一个转录单位或几个转录单位的组合，侧环的粗细与转录状态有关。或几个转录单

24、位的组合，侧环的粗细与转录状态有关。灯刷染色体灯刷染色体灯刷染色体结构模型灯刷染色体结构模型 中央结构域中央结构域位于着丝粒结构域的下方位于着丝粒结构域的下方, ,是着丝粒区的主体，是着丝粒区的主体，由高度串联重复的由高度串联重复的卫星卫星DNA构成，重复单位构成，重复单位171bp171bp，重复，重复2000-30002000-3000次，表现为异染色质特性。次，表现为异染色质特性。 配对结构域配对结构域位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此位于着丝粒结构的内层，中期两条染色单体在此处相互连结，在此区域发现有两类蛋白，一类为内着丝粒蛋白处相互连结，在此区域发现有两类蛋白，一类为内着丝粒

25、蛋白INCENP（inner centromere protein），另一类为染色单体），另一类为染色单体连接蛋白连接蛋白CLIP（chromatid linking protein）. 对着丝粒蛋白主要是使用对着丝粒蛋白主要是使用ACA来研究的。来研究的。ACA是从是从CREST 综合症病人血清中分离出来的抗着丝粒蛋白的抗体综合症病人血清中分离出来的抗着丝粒蛋白的抗体(anticentromere antibodies)。用。用ACAs发现鉴定出来的发现鉴定出来的CENP主要有主要有6种，即：种，即：CENP-A至至F，它们都能与一个，它们都能与一个17bp的的DNA模式特异结合，与细胞的分裂及调控密切相关，进化上非模式特异结合，与细胞的分裂及调控密切相关，进化上非常保守常保守。着丝点结构域着丝点结构域2、主缢痕（主缢痕（primary constriction） 中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位，主缢痕处有着丝中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位，主缢痕处有着丝粒，亦称着丝粒区，由于这一区域染色线的螺旋化程序低，粒，亦称着丝粒区，由于这一区域染色线的螺旋化程序低，DNA含量少，所以染色很浅或不着色。一般动植物的染色体具含量少，所以染色很浅或不着色。一般动植物的染色体具有一个位置固定的着丝粒有一个位置固定的着丝粒(localized contromer