染色體

1、第二節(jié) 染色質(zhì)和染色體,(Chromatin & chromosome),染色質(zhì)絲的電子顯微鏡照片——由從串的核小體組成,,21號中期染色體的光學(xué)和電子顯微照片,,核小體,,,一個染色單體為一條染色質(zhì)絲,,染色質(zhì)與染色體是由DNA、組蛋白、非組蛋白及RNA等組成的核蛋白復(fù)合體，是遺傳信息的載體。是同一種物質(zhì)在細(xì)胞周期的不同時期中所表現(xiàn)的兩種不同的存在形式。,染色質(zhì)是細(xì)胞間期核內(nèi)伸展開的DNA蛋白纖維。 染色體是高度螺

2、旋化的DNA蛋白纖維，是在細(xì)胞分裂期看得見的可用染料染色的條狀結(jié)構(gòu)。,一、染色質(zhì)的化學(xué)組成,,,,,,核 酸,蛋白質(zhì),成 分,DNA,RNA,組蛋白,非組蛋白,所占比例,1,0.05-0.1,1,0.5-1.5,,（一）DNA,單一序列（unique seq.),中度重復(fù)序列（middle repetitive seq.),高度重復(fù)序列（highly repetitive seq.),1.單一序列（unique sequence),,

3、在基因組中僅有一個或幾個拷貝，負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息,以三聯(lián)體密碼方式進(jìn)行編碼。大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)(酶)的結(jié)構(gòu)基因?qū)龠@種結(jié)構(gòu)形式 。,2.中度重復(fù)序列（middle repetitive sequence),重復(fù)次數(shù)在10~105之間。多數(shù)是不編碼的序列，構(gòu)成基因的間隔序列，在基因調(diào)控中起重要作用，涉及DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后加工等方面。有一些是有編碼功能的基因，如rRNA基因，tRNA基因，組蛋白的基因、核糖體蛋白的基因

4、等。,3.高度重復(fù)序列（highly repetitive sequence),由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復(fù)排列，一般為幾個、十幾個或幾十個bp，但重復(fù)拷貝數(shù)超過105，在染色體的端粒、著絲粒，構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因的間隔，維系染色體結(jié)構(gòu)，與減數(shù)分裂中同源染色體聯(lián)會配對有關(guān)。,（二）組蛋白,組蛋白是真核細(xì)胞染色質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸，屬堿性蛋白質(zhì)。其含量恒定，在真核細(xì)胞中共有5種。,組蛋白的分類及特性,種類,賴氨

5、酸/精氨酸,殘基數(shù),分子量 (kD),保守性,存在部位及結(jié)構(gòu)作用,,,,,,,,H1,,,,,,存在于核心顆粒，形成核小體,存在于核心顆粒，形成核小體,存在于核心顆粒，形成核小體,存在于核心顆粒，形成核小體,29.00,215,23.0,低,高,高,極高,極高,H2A,,H2B,H3,H4,1.22,129,14.0,2.66,125,13.6,0.77,135,15.3,0.79,102,11.3,存在于連接線上,,核小體蛋白，幫

6、助DNA卷曲形成核小體,核小體,組蛋白的化學(xué)修飾,,乙?；嚎筛淖冑嚢彼崴鶐У碾姾?，降低組蛋白與DNA的結(jié)合，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。,磷酸化：同乙?；?甲基化：可增強(qiáng)組蛋白和DNA的相互作用，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性,（三）非組蛋白,,① 酸性蛋白質(zhì)，帶負(fù)電荷,富含天門冬AA，谷AA等酸性AA,② 種類多,③ 具有種屬和組織特異性,④ 整個周期都能合成,特性,非組蛋白是染色體上與特異DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì)，能識別特異的DNA序列，識別信息存在于DNA本身

7、，位點(diǎn)在大溝部分，識別與結(jié)合籍氫鍵和離子鍵。,非組蛋白的功能,① 參與構(gòu)建染色體,② 啟動DNA的復(fù)制,③ 調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄,二、染色質(zhì)的類型,伸展?fàn)顟B(tài)，螺旋化程度低，用堿性染料染色時著色淺而均勻的染色質(zhì)。 2.單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA，具有轉(zhuǎn)錄活性。3.大部分位于間期核的中央，一部分介于異染色質(zhì)之間。4.在細(xì)胞分裂期，常染色質(zhì)位于染色體的臂。,(一)常染色質(zhì)（euchromatin),（二）異染色質(zhì)（heterochro

8、matin),1.螺旋化程度高，處于凝集狀態(tài)，堿 性染料染色時著色較深。2.一般位于核的邊緣或圍繞在核仁的 周圍。3.轉(zhuǎn)錄不活躍或無轉(zhuǎn)錄活性。4.可分為結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)和兼性異染色 質(zhì)。,結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（constitutive heterochromatin),在各種細(xì)胞類型的細(xì)胞周期中（除復(fù)制期外）都呈濃縮狀態(tài)，由高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成；在中期染色體上常位于染色體的著絲粒區(qū)，端粒區(qū)、次縊痕等部位；具有遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也

9、不編碼蛋白質(zhì)；在復(fù)制行為上，較常染色質(zhì)早聚縮晚復(fù)制。,兼性異染色性（facultative heterochromatin),在某些細(xì)胞類型或在一定發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)聚縮，喪失轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。兼性異染色質(zhì)的總量隨細(xì)胞類型而變化，一般胚胎細(xì)胞含量少，高度分化的細(xì)胞含量較多，說明隨著細(xì)胞分化，較多的基因漸次以聚縮狀態(tài)而關(guān)閉。因此，染色質(zhì)的壓縮折疊可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。,,常、異染色質(zhì)的區(qū)別,,常染色質(zhì),異染色質(zhì),,螺

10、旋化程度,低,高,染 色,較淺,較深,間 期,核中央,核邊緣,分裂期,染色體臂,著絲粒區(qū)和端粒區(qū),活 性,常轉(zhuǎn)錄,很少轉(zhuǎn)錄,復(fù)制時間,S 早、中期,S 晚期,,,,染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：核小體染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：螺線管染色質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：超螺線管染色質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：染色單體,,（一）染色質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)模型,三、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與包裝,1.一級結(jié)構(gòu) 核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，為染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，? 10nm。,,球狀組蛋白核心,DNA雙

11、螺旋(140-160bp、1.75圈）,H2A,H2A,H2B,H2B,,連接DNA（60bp）,,,核小體,,核心部,連接部,,DNA分子：140-160bp、1.75圈,組 蛋 白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚體,,組 蛋 白：H1,DNA分子：60bp,2 .二級結(jié)構(gòu)：,螺線管是染色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，6個核小體纏繞一圈形成的中空性管. ?外30nm; ?內(nèi)10nm,組蛋白H1位于螺旋管內(nèi)側(cè)。,,?內(nèi)10nm,,組蛋白H1,,染

12、色質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：螺線管,3 .三級結(jié)構(gòu)：,超螺線管為染色質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，它是由螺旋管進(jìn)一步盤曲而形成。,4 .四級結(jié)構(gòu)：,超螺線管進(jìn)一步折疊成為四級結(jié)構(gòu)—染色單體。（DNA分子長度壓縮至1/8000~1/10 000）。,（二）染色質(zhì)的袢環(huán)結(jié)構(gòu)模型 (loop model),一、二級結(jié)構(gòu)與四級結(jié)構(gòu)模型一致：核小體（10nm），螺線管（30nm）,30nm螺線管形成袢環(huán),袢環(huán)模型（loop model）,染色體支架（非組蛋白）,,袢環(huán)（?

13、30nm螺線管）,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,（一）染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu),染色單體,,次縊痕,,短臂（p）,,長臂（q）,,隨體,,常染色質(zhì)區(qū),,異染色質(zhì)區(qū),,主縊痕（初級縊痕）,,四、染色體,中期染色體按著絲粒的位置分為：,1/2~5/8,中央著絲粒染色體,5/8~7/8,亞中著絲粒染色體,7/8,近端著絲粒染色體,中部,亞中部,近端部,端部,— 末端處,染色體的類型

14、,主縊痕模式圖,動粒結(jié)構(gòu)域,,配對結(jié)構(gòu)域,中心結(jié)構(gòu)域,,,,,隨體,染色體的臂上凹陷縮窄形成次縊痕，與核仁的形成有關(guān)，稱為核仁組織區(qū)（NOR)。,,,端粒（telomere）,生殖細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞含有端粒酶，可以使端粒恢復(fù)原長。,端粒是存在于染色體末端的特化部位。通常由一簡單重復(fù)的序列組成,進(jìn)化上高度保守?？梢员Ｗo(hù)染色體末端不被降解，并防止與其它染色體的末端融合。 正常染色體每復(fù)制一次,端粒序列減少50-100個bp,因而端粒

15、也被稱為細(xì)胞的生命鐘,當(dāng)端?？s短到一定程度，即是細(xì)胞衰老的標(biāo)志。,端粒（telomere）,端粒酶是一種由蛋白質(zhì)和RNA組成的核糖核蛋白酶。具有延長端粒末端重復(fù)序列的功能，如果端粒酶活性喪失，端粒將逐漸縮短，從而導(dǎo)致細(xì)胞衰老。,端粒酶,端粒酶與端粒的關(guān)系,2009年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒給三名科學(xué)家，他們解決了生物學(xué)的一個重大問題：在細(xì)胞分裂時染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護(hù)以免于退化。這三位諾貝爾獎獲得者向我們展示，解

16、決辦法存在于染色體末端—端粒，以及形成端粒的酶—端粒酶。,Elizabeth H. Blackburn 伊麗莎白-布萊克本,Carol W. Greider 卡羅爾-格雷德,Jack W. Szostak杰克-紹斯塔克,University of California San Francisco, CA, USA美國加利福尼亞舊金山大學(xué),Johns Hopkins University School of Medicine B

17、altimore, MD, USA 巴爾的摩約翰-霍普金斯醫(yī)學(xué)院,Harvard Medical School; Massachusetts General Hospital Boston, MA, USA; 哈佛醫(yī)學(xué)院,（二）染色體穩(wěn)定遺傳的功能序列：,１.自主復(fù)制序列 （autonomously replicating sequence,ARS） 是DNA復(fù)制的起點(diǎn)； 均有

18、一段保守序列：200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp,,2、著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN) 由串聯(lián)重復(fù)序列組成，含有11個高度保守的堿基序列： -TGATTTCCGAA-，其功能是形成著絲粒，使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離。,3、端粒序列 (telomeric sequence, TEL) 不同生物的端

19、粒序列都很相似，由長5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成。 草履蟲的TTGGGG 錐蟲的TAGGG 擬南芥的TTTAGGG 人的TTAGGG,端粒的功能： ①保證染色體末端的完全復(fù)制，端粒DNA提供復(fù)制線性DNA末端的模板。 ②在兩端形成保護(hù)性的帽結(jié)構(gòu)，使DNA免受核酸酶和其他不穩(wěn)定因素的破壞和影響。 ③在細(xì)胞的壽命、衰老和死亡中起作用。,（三）、人類的正常核型,1. 核型（Kar

20、yotype） ： 一個體細(xì)胞（somatic cell）中的全部染色體，按其大小和形態(tài)特征排列所構(gòu)成的圖像。,正常男性：46，XY,正常女性：46，XX,人類體細(xì)胞的正常核型（Denver體制）,A組B組 C組D組E組F組G組,亞中著絲粒染色體,中央著絲粒染色體,,4 —— 5,亞中著絲粒染色體,,6 ——12、X,亞中著絲粒染色體,,13 ——15,近端著絲粒染色體、有隨體,,亞中著絲粒染色體,中央著絲粒染色體,

21、,19 ——20,中央著絲粒染色體,,21——22、Y,近端著絲粒染色體、有隨體Y染色體略大、長臂平行伸展、無隨體,1 2 3,4 5,6 7 8 9 10 11 12 X,13 14 15,16 17 18,19 20,21 22 Y,

22、,A,B,,,C,,E,,F,,G,,D,2.染色體的顯帶技術(shù) 用特殊的染色方法使染色體在其長軸上顯出明暗交替或染色深淺不同的橫紋——帶。,染色體標(biāo)本的制備1)人類外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)及染 色體標(biāo)本制備采血→接種→培養(yǎng)→秋水仙素處理→收集細(xì)胞→低滲→固定→制片→染色→觀察,3)羊水細(xì)胞培養(yǎng)及染色體標(biāo)本 制備 抽羊水最佳時間妊娠16—20周,2)骨髓細(xì)胞染色體標(biāo)本制備,顯帶技術(shù),整條顯帶,,局部顯帶,,Q帶：喹

23、吖因或熒光染料,顯帶技術(shù),整條顯帶,,局部顯帶,,Q帶：喹吖因或熒光染料,G帶：Giemsa染色,顯帶技術(shù),整條顯帶,,局部顯帶,,Q帶：喹吖因或熒光染料,G帶：Giemsa染色,R帶：Q、G反帶,高分辨帶,示550-850條帶階段中期染色體照片（46,XX),顯帶技術(shù),整條顯帶,,局部顯帶,,Q帶：喹吖因或熒光染料,G帶：Giemsa染色,R帶：Q、G反帶,高分辨帶,,C帶：著絲粒等區(qū)的異 染色質(zhì),顯帶技

24、術(shù),整條顯帶,,局部顯帶,,Q帶：喹吖因或熒光染料,G帶：Giemsa染色,R帶：Q、G反帶,高分辨帶,,C帶：著絲粒等區(qū)的異 染色質(zhì),T帶：端粒,染色體端粒,顯帶技術(shù),整條顯帶,,局部顯帶,,Q帶：喹吖因或熒光染料,G帶：Giemsa染色,R帶：Q、G反帶,高分辨帶,,C帶：著絲粒等區(qū)的異 染色質(zhì),T帶：端粒,N帶：NOR區(qū)酸性蛋白,定義一個特定的帶時，需要以下四個條件：