细胞生物学课件：06-2染色体

第二节染色质和染色体(Chromatin&chromosome)

概念：

染色质与染色体是由DNA、组蛋白、非组蛋白及RNA等组成的核酸和蛋白质的复合体，是遗传信息的载体。是同一种物质在细胞周期的不同时期中所表现的两种不同的存在形式。

※

染色质是细胞间期核内伸展开的DNA蛋白纤维。

※

染色体是高度螺旋化的DNA蛋白纤维，是在细胞分裂期看得见的可用染料染色的条状结构。第二节染色质与染色体一、染色质与染色体的组成成分二、常染色质与异染色质三、染色质经组装形成染色体四、染色体的形态结构五、核型与带型一、染色质与染色体的组成成分核酸蛋白质成分DNARNA组蛋白非组蛋白所占比例10.05-0.110.5-1.5(一)

DNA染色质中的DNA是遗传信息的载体。真核细胞每条未复制的染色体均由一条线性DNA分子构成。一个真核细胞单倍染色体组中所含的全部遗传信息，叫做基因组。

1.单一序列和重复序列

真核细胞中染色质DNA序列可分为单一序列和重复序列两大类型，重复序列又分为中度重复序列和高度重复序列。1）单一序列（uniquesequence)

在基因组中仅有一个或几个拷贝，负责蛋白质氨基酸组成的信息。大多数编码蛋白质(酶)的结构基因属这种结构形式。2）中度重复序列（middlerepetitivesequence)

重复次数在10~105之间。多数是不编码的序列，构成基因的间隔，在基因调控中起作用，涉及DNA复制、RNA转录及转录后加工等方面。

中度重复序列有一些是有编码功能的基因，如rRNA基因，tRNA基因，组蛋白的基因、核糖体蛋白的基因等。3）高度重复序列（highlyrepetitivesequence)

由一些短的DNA序列呈串联重复排列，一般为几个、十几个或几十个bp，但重复拷贝数超过105，存在于染色体的端粒、着丝粒，构成结构基因的间隔，维系染色体结构，与减数分裂中同源染色体联会配对有关。2.DNA稳定遗传的三类功能序列

１）复制源序列

组成：一段保守序列：

-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-,

功能：

※细胞进行DNA复制的起点。

※维持染色体在世代传递中的

连续性。

2）着丝粒序列组成：串联重复序列，含有11个保

守的碱基序列：GATTTCCGAA-。

功能:

※两姐妹染色单体的连接部位。

※分裂期，与纺锤丝相连，使染色体平均分配到两个子细胞中。3）端粒序列组成：富含G的简单重复序列。

草履虫的TTGGGG

拟南芥的TTTAGGG

人的TTAGGG功能:※维持DNA分子末端复制的完整性。

※维持染色体的稳定性。(二)组蛋白（histone）组蛋白的特点真核生物染色体的基本结构蛋白。富含带正电荷的精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸，属碱性蛋白质。可与酸性DNA紧密结合。2.组蛋白的分类

⑴核小体组蛋白

（nucleosomalhistone）包括H2A、H2B、H3和H4无种属及组织特异性，进化上高度保守⑵H1组蛋白与核小体的进一步包装有关

组蛋白的分类及特性

种类赖氨酸/精氨酸残基数分子量

(kD)保守性存在部位及结构作用H1存在于核心颗粒，形成核小体存在于核心颗粒，形成核小体存在于核心颗粒，形成核小体存在于核心颗粒，形成核小体29.0021523.0低高高极高极高H2AH2BH3H41.2212914.02.6612513.60.7713515.30.7910211.3存在于连接线上核小体蛋白，帮助DNA卷曲形成核小体核小体结构图解3.组蛋白的化学修饰乙酰化：可改变赖氨酸所带的电荷，降低组蛋白与DNA的结合，调节转录的进行。

磷酸化：同乙酰化

甲基化：可增强组蛋白和DNA的相互作用，调节转录活性

非组蛋白是染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质，能识别特异的DNA序列，识别信息存在于DNA本身。（三）非组蛋白①酸性蛋白质，带负电荷,富含天门冬AA，谷AA等酸性AA②种类多

③具有种属和组织特异性

④整个周期都能合成

1.特性：2.非组蛋白的功能

①参与构建染色体②启动DNA的复制③调控基因的转录组蛋白与非组蛋白的比较

非组蛋白组蛋白有种属和细胞特异性无特异性活动的染色质中含量高含量一定整个细胞周期中都能合成在S期合成与DNA结合对基因与DNA结合对基因表达起正调控作用表达起负调控作用二、染色质的类型

常染色质（euchromatin)

异染色质（heterochromatin)

组成性异染色质

兼性异染色质伸展状态，螺旋化程度低，染色浅而均匀。2.单一序列DNA和中度重复序列DNA，有转录活性。3.大部分位于间期核的中央，一部分介于异染色质之间。4.在细胞分裂期，常位于染色体的臂。

(一)常染色质（euchromatin)

（二）异染色质（heterochromatin)

1.螺旋化程度高，处于凝集状态，染色较深。2.一般位于核的边缘或围绕在核仁的周围。3.转录不活跃或无转录活性。组成性异染色质（constitutiveheterochromatin)1.在细胞周期中（除复制期外）都呈浓缩状态，由高度重复的DNA序列构成。

2.常位于染色体的着丝粒区，端粒区、次缢痕等部位。

3.具有遗传惰性。

4.在复制行为上，较常染色质晚复制。兼性异染色性（facultativeheterochromatin)

在某些细胞类型或在一定发育阶段，原来的常染色质聚缩，丧失转录活性，变为异染色质。X染色质

兼性异染色质的总量随细胞类型而变化；一般胚胎细胞含量少，高度分化的细胞含量较多，说明随着细胞分化，较多的基因渐次以聚缩状态而关闭。因此，染色质的压缩折叠可能是关闭基因活性的一种途径。常、异染色质的区别

常染色质

异染色质螺旋化程度低高染色程度

较浅较深间期细胞核中央核边缘分裂期细胞染色体臂着丝粒区和端粒区转录活性常转录很少转录复制时间S早、中期S晚期核小体是染色质的基本结构单位，为染色质的一级结构，10nm。三、染色质组装成染色体(一)核小体—染色质的一级结构球状组蛋白核心H4DNA双螺旋(146bp、1.75圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nm连接DNA（60bp）H1H1核小体核心部连接部DNA分子：146bp、1.75圈组蛋白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚体组蛋白：H1DNA分子：60bp核小体6个核小体缠绕一圈形成螺线管，组蛋白H1位于螺旋管内侧。(二)螺线管———染色质的二级结构染色质的二级结构：螺线管(三)螺线管的进一步包装关于螺线管如何进一步包装成染色体，目前有两种模型：多级螺旋模型骨架-放射环模型一级结构：核小体二级结构：螺线管三级结构：超螺线管四级结构：染色单体1.

多级螺旋模型三级结构：由螺旋管进一步盘曲形成超螺线管。

四级结构：

超螺线管进一步折叠成为四级结构—染色单体。？2.骨架-放射环模型一级结构——核小体二级结构——螺线管袢环结构染色单体高级结构袢环模型（loopmodel）染色体支架（非组蛋白）袢环（30nm螺线管）123456789101112131415161718染色体袢环模型染色体组装袢环模型（一）染色体的形态结构染色单体次缢痕短臂（p）长臂（q）随体常染色质区异染色质区主缢痕（初级缢痕）四、染色体中期染色体:由着丝粒相连的两条姐妹染色单体构成。包括以下几部分：1.主缢痕:两条姐妹染色单体的连接处，一向内凹陷、着色较浅的缢痕。1）着丝粒：主缢痕的染色质部分，由

高度重复的异染色质组成依据着丝粒在染色体的位置，将中期染色体分为4类：中着丝粒染色体亚中着丝粒染色体端着丝粒染色体近端着丝粒染色体中期染色体按着丝粒的位置分为：

1/2~5/8中央着丝粒染色体5/8~7/8亚中着丝粒染色体7/8近端着丝粒染色体中部亚中部近端部端部—末端处染色体的类型2）动粒（kinetochore）：位于主缢痕两侧的特化的圆盘状结构，由蛋白质构成，是纺锤丝微管的附着部位，参与分裂后期染色体向两极的迁移。3）着丝粒-动粒复合体：是位于着丝粒-动粒区域的高度有序的整合结构，有三个结构与功能结构域：主缢痕模式图动粒结构域（kinetochoredomain）：位于着丝粒表面，支配染色体的运动和分离。中央结构域（centraldomain）：是着丝粒区的主体，富含高度重复序列DNA，对复合体结构的形成和功能活性的维持有重要作用。配对结构域（pairingdomain）：位于着丝粒内表面，参与姐妹染色单体的配对及分离。2.次缢痕（secondaryconstriction）

指染色体上除主缢痕之外的缢缩部位，数量、位置和大小可作鉴别染色体的标记。1,9,16,D,G.随体染色体的臂上凹陷缩窄形成次缢痕，与核仁的形成有关，称为核仁组织区（NOR)。3.随体:位于染色体末端的球形或棒状结构，主要由异染色质构成，它通过次缢痕区与染色体主体部分相连。4.端粒（telomere）“端粒”DNA的复制——端粒的丢失——染色体不稳定

端粒与细胞衰老Werner综合症（30-40岁发病）

※

生殖细胞、胚胎干细胞和肿瘤细胞含有端粒酶，可以使端粒恢复原长。※染色体末端的特化部位。由高度重复序列组成,进化上保守。

※保护染色体末端不被降解，防止与其它染色体的末端融合。

※正常染色体每复制一次,端粒序列减少50-100个bp,因而端粒也被称为细胞的生命钟,当端粒缩短到一定程度，即是细胞衰老的标志。端粒（telomere）ElizabethH.Blackburn伊丽莎白-布莱克本CarolW.Greider卡罗尔-格雷德JackW.Szostak杰克-绍斯塔克UniversityofCalifornia

SanFrancisco,CA,USA美国加利福尼亚旧金山大学JohnsHopkinsUniversitySchoolofMedicine

Baltimore,MD,USA巴尔的摩约翰-霍普金斯医学院HarvardMedicalSchool;MassachusettsGeneralHospital

Boston,MA,USA;哈佛医学院2009年的诺贝尔生理学或医学奖颁给三名科学家，他们解决了生物学的一个重大问题：在细胞分裂时染色体如何完整地自我复制以及染色体如何受到保护以免于退化。这三位诺贝尔奖获得者向我们展示，解决办法存在于染色体末端—端粒，以及形成端粒的酶—端粒酶。

端粒酶是一种由蛋白质和RNA组成的核糖核蛋白酶。具有延长端粒末端重复序列的功能。端粒酶（二）人类的正常核型核型（Karyotype）

一个体细胞（somaticcell）中的全部染色体，按其大小和形态特征排列所构成的图像。

正常男性：46，XY正常女性：46，XX人类体细胞的正常核型（Denver体制）

组染色体号主要特征A组B组C组D组E组F组G组