細胞生物學ppt課件

.,教學內(nèi)容：一、細胞的結(jié)構(gòu)與功能細胞的統(tǒng)一性和多樣性；真核細胞的結(jié)構(gòu)（主要細胞器、細胞骨架）二、細胞的生活和調(diào)控細胞的增殖、分化、衰老和死亡；細胞信號轉(zhuǎn)導三、基因組的維持真核基因組的結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控；DNA的復(fù)制、修復(fù)和轉(zhuǎn)座四、基因組的表達和調(diào)控轉(zhuǎn)錄、翻譯的機制；原核和真核生物的基因調(diào)控；調(diào)控RNA五、分子及細胞生物學研究技術(shù),.,基因組的維持,真核基因組的結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控DNA的復(fù)制、修復(fù)和轉(zhuǎn)座,.,真核基因組的結(jié)構(gòu),4,1,3,5,DNA的結(jié)構(gòu)與功能核小體基因與基因組,.,核酸（nucleicacid)是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子。天然存在的核酸有兩類，一類為脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA)，另一類為核糖核酸（ribonuleicacid,RNA)。DNA存在細胞核和線粒體內(nèi)，攜帶和傳遞遺傳信息，決定細胞和個體的基因型（genetype)。RNA存在于細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)，參入細胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達。病毒中，RNA也可作為遺傳信息的載體。,.,Section1DNA的結(jié)構(gòu)與功能,一、DNA的一級結(jié)構(gòu),4種核苷酸的連接及排列順序四種脫氧核糖核苷酸分別表示為：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP,.,Nucleoside,.,DNA是雙螺旋的生物大分子。生物信息絕大部分都貯存在DNA分子中。這些信息以核苷酸不同的排列順序編碼在DNA分子上，核苷酸排列順序變了，它的生物學含義也就不同了。DNA的一級結(jié)構(gòu)就是指核苷酸在DNA分子中的排列順序。因此測定DNA的堿基排列順序是分子生物學的基本課題之一。,1.DNA一級結(jié)構(gòu)中貯存的生物遺傳信息,.,DNA分子的多樣性堿基的排列順序，而構(gòu)成了DNA分子的多樣性100bpDNA分子可能排列方式就是4100DNA中的堿基排列順序是DNA分子的重要屬性,.,4種dNTP以3、5磷酸二酯鍵相連構(gòu)成一個沒有分枝的線性大分子。（與蛋白質(zhì)比觸覺不靈）。它們的兩個末端分別稱5末端（游離磷酸基）和3末端（游離羥基）。,2、DNA一級結(jié)構(gòu)的基本特點,.,二、DNA的二級結(jié)構(gòu),1）主鏈脫氧核糖和磷酸基相互連接構(gòu)成DNA的主鏈。從化學鍵的方向來看，雙螺旋中兩條多核苷酸鏈是反向平行的。二條主鏈處于螺旋的外側(cè)，堿基處于螺旋的內(nèi)部，由于糖和磷酸根的化學性質(zhì)，主鏈是親水的。兩條鏈形成右手螺旋，有共同的螺旋軸，螺旋的直徑是20A。,1.雙螺旋的基本特征,.,Schematicmodel,Space-fillingmodel,.,右手雙螺旋構(gòu)象是DNA最為常見的結(jié)構(gòu)-B型DNA。DNA二級結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是右手螺旋，如：B-DNA、CDNA、D-DNA、E-DNA、A-DNA；另一類是局部的左手螺旋，即Z-DNA。,Watson和Crick于1953年根據(jù)DNA纖維X射線晶體衍射圖，提出了DNA為右手雙螺旋結(jié)構(gòu)的科學假設(shè),.,A,B,Z,.,在A-T豐富的區(qū)段，DNA常呈現(xiàn)B-DNA。在轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，DNA與RNA的雜合鏈呈現(xiàn)A-DNA。雖然B-DNA是最常見的構(gòu)象，但是A-DNA和Z-DNA似乎具有不同的生物活性。,.,PropellerTwist,Buckle,Textbook,RealLife,.,2）堿基對,這兩種堿基對（A/T,G/C）有一個重要的特征，就是它們具有二次旋轉(zhuǎn)對稱性，即一對堿基對旋轉(zhuǎn)180O,并不影響雙螺旋的對稱性，因此雙螺旋結(jié)構(gòu)只限定了配對的方式，并不限定堿基的順序。堿基環(huán)是一個共軛環(huán)，本身構(gòu)成一個平面分子。在雙螺旋中這個平面垂直于螺旋軸，相鄰的兩個堿基上下間隔3.4A,每十對堿基組成一節(jié)螺旋，因此雙螺旋的螺距是34A。一條鏈中每個相鄰的堿基方向相差360。堿基之間的疏水作用可導致堿基堆集，這個引力同堿基對之間氫鍵一起穩(wěn)定了雙螺旋結(jié)構(gòu)。,.,沿螺旋軸方向觀察，配對的堿基并不充滿雙螺旋的空間。由于堿基對的方向性，使得堿基對占據(jù)的空間是不對稱的，因此在雙螺旋的表面形成二個凹下去的槽，一個槽大些，一個槽小些分別稱為大溝和小溝。雙螺旋表面的溝對DNA和蛋白質(zhì)的相互識別是很重要的，因為在溝內(nèi)才能覺察到堿基的順序，而在雙螺旋的表面，是脫氧核糖和磷酸重復(fù)結(jié)構(gòu)，沒有信息可言。,3）大溝和小溝,.,.,決定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的因素主要有以下幾點：氫鍵堿基堆積力帶負電荷的磷酸基的靜電斥力堿基分子內(nèi)能,.,DNA三股螺旋構(gòu)型稱為H-DNA，是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)基堿上形成的。它是雙螺旋DNA分子中一條鏈的某一節(jié)段，通過鏈的折疊與同一分子中DNA結(jié)合而形成。三條鏈均為同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的堿基均為嘌呤或嘧啶，其中兩條鏈為正常雙螺旋，第三條鏈位于雙螺旋的大溝中。H-DNA可在轉(zhuǎn)錄水平上阻止基因的轉(zhuǎn)錄，這就是反基因策略，或稱反基因技術(shù)。,2.三股螺旋DNA（H-DNA）,.,.,當DNA雙鏈中含有H回文序列時，即某區(qū)段DNA兩條鏈分別為HPu和HPy，并且各自為回文結(jié)構(gòu)時，任一條回文結(jié)構(gòu)的5和3部分都可以形成分了子內(nèi)三股螺旋結(jié)構(gòu)及剩余的半條回文結(jié)構(gòu)游離單鏈。真核生物基因組中存在大量可形成H-DNA的多聚嘌呤核苷酸和多聚嘧啶核苷序列。它們位于：調(diào)控區(qū)DNA復(fù)制起點或終點染色體重組位點，提示它們可能與基因表達調(diào)控DNA復(fù)制及染色體的重組有關(guān)。,.,DNA的三級結(jié)構(gòu)指雙螺旋鏈的扭曲。超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)的一種形式，DNA在核小體中的扭曲方式也是一種超螺旋結(jié)構(gòu)。超螺旋的生物學意義可能是：1.使DNA分子體積變小，對其在細胞的包裝過程有利。2.影響雙螺旋的解鏈過程,從而影響DNA分子與其它分子(如酶、蛋白質(zhì)、核酸)之間的相互作用。,三、DNA的三級結(jié)構(gòu),.,線狀DNA形成的超螺旋,.,環(huán)狀DNA形成的超螺旋,.,拓撲異構(gòu)酶or溴化乙錠,拓撲異構(gòu)酶or溴化乙錠,DNA扭曲與雙螺旋相同（擰緊）,DNA扭曲與雙螺旋相反（松開）,負超螺旋,松弛DNA,正超螺旋,在不同類型的拓撲異構(gòu)酶作用下，DNA的可以在超螺旋和松弛DNA形式之間轉(zhuǎn)變。,.,拓撲異構(gòu)酶可以催化DNA產(chǎn)生瞬時單鏈或雙鏈的斷裂，從而改變連環(huán)數(shù)（使環(huán)狀DNA兩條鏈完全分開時，一條鏈必須穿過另一條鏈的次數(shù)），使超螺旋DNA解旋。在原核和真核生物中都存在去除超螺旋的拓撲異構(gòu)酶I和II。,拓撲異構(gòu)酶（Topoisomerases）,.,拓撲異構(gòu)酶I:通過一步改變DNA的連環(huán)數(shù)，不需要ATP。使DNA暫時產(chǎn)生單鏈缺口，讓未被切割的一條單鏈在切口結(jié)合之前穿過這一切口。,.,拓撲異構(gòu)酶II：通過兩步改變DNA的連環(huán)數(shù)，需要ATP提供能量。在DNA上產(chǎn)生瞬時的雙鏈缺口，并在缺口閉合以前使一小段未被切割的雙鏈DNA穿越這一缺口。,.,DNA的拓撲異構(gòu)體可以通過電泳分離,長度相同而連環(huán)數(shù)不同的共價閉合環(huán)狀DNA分子叫做DNA的拓撲異構(gòu)體。通過瓊脂糖凝膠電泳可以將它們彼此分開。,松弛或有缺口的環(huán)狀,線狀,超螺旋,溴乙錠（EB）可以嵌入核酸分子的堿基對平面之間，在紫外光照射下發(fā)出橙黃色的熒光，常作為染料檢測核酸的存在。,.,1.信息量大，可以縮微；2.表面互補，電荷互補，雙螺旋結(jié)構(gòu)說明了精確復(fù)制機理；3.核糖的2脫氧，在水溶液中穩(wěn)定性好；4.可以突變，以求進化（突變對個體是不幸的，進化對群體是有利的）；5.有T無U，基因組得以增大，而無C脫氨基成U帶來的潛在危險。（尿嘧啶DNA糖苷酶可以靈敏識別DNA中的U而隨時將其剔除）。,四、DNA作為遺傳物質(zhì)的主要優(yōu)點,.,五、DNA的變性、復(fù)性和分子雜交,1、DNA的變性（denaturation）DNA溶液溫度在高于生理溫度或者pH較高時，互補的兩條鏈就可以分開，這一過程叫做Denaturation(變性)。DNA變性：紫外吸收增加；DNA的熱變性稱為DNA的“融解”，50%DNA分子解鏈的溫度稱為融點Tm表示；不同種類DNA有不同的Tm值；Tm隨（G+C）%含量呈線性增加。,.,.,2、DNA的復(fù)性DNA回復(fù)成雙鏈結(jié)構(gòu)，稱為復(fù)性（renaturation）熱變性經(jīng)冷卻后即可復(fù)性，稱為退火(annealing),.,來源不同的兩條DNA鏈經(jīng)變性后，通過緩慢降溫形成的人工雜交的DNA分子的過程?；パa的DNA和RNA鏈也可以形成雜交分子。雜交是分子雜交技術(shù)的基礎(chǔ)，包括Southern雜交、Northern雜交、DNA芯片等。,3、DNA分子雜交(Hybridization),.,.,Section2核小體,核小體是染色質(zhì)包裝的基本結(jié)構(gòu)單位,一、主要實驗證據(jù),.,Isolatedfrominterphasenucleus:30nmthick,Chromatinunpacked,showthenuclesome,（）鋪展染色質(zhì)的電鏡觀察,.,(2)用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì),部分酶解片段檢測結(jié)果,.,由X-射線晶體衍射(2.8A)所揭示的核小體三維結(jié)構(gòu)（引自K.Luger等，1997）,（）應(yīng)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)研究染色質(zhì)結(jié)晶顆粒,.,（）SV40微小染色體分析與電鏡觀察,.,二、核小體結(jié)構(gòu)要點,(1)每個核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個組蛋白八聚體及一個分子H1。,(2)組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心結(jié)構(gòu)。,.,.,(3)146bp的DNA分子超螺旋盤繞組蛋白八聚體1.75圈,組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外20bpDNA，鎖住核小體DNA的進出端，起穩(wěn)定核小體的作用。包括組蛋白H1和166bpDNA的核小體結(jié)構(gòu)又稱染色質(zhì)小體。(4)兩個相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長度60bp，不同物種變化值為080bp。,.,(5)組蛋白與DNA之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列，實驗表明，核小體具有自組裝（self-assemble）的性質(zhì)。(6)核小體沿DNA的定位受不同因素的影響，進而通過核小體相位改變影響基因表達。,.,核小體的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)要點示意圖（引自B.Alberts等）在用微球菌核酸酶降解染色質(zhì)時，反應(yīng)早期可得到166bp的片段，但不穩(wěn)定；進一步降解則得到146bp片段，比較穩(wěn)定。推測可能原因是失去H1后，DNA兩端各有10bp的DNA，易被核酸酶作用而降解。,.,ChromatinPacking,.,ChromatinPacking,.,Section3基因與基因組,基因：表達一種蛋白質(zhì)或功能RNA的基本單位。基因組：是指某種生物所包含的全套基因。人類基因組的C值在3109bp；病毒含103105bp；細菌含105107bp；,.,基因與蛋白質(zhì)1000bp(1kb)編碼一個蛋白質(zhì)；病毒含45個基因；大腸桿菌含30004000個基因；人類應(yīng)有200300萬個基因（3109bp)，實際只有10萬個左右；病毒的基因數(shù)要比計算所得的大，因為有基因重疊現(xiàn)象。,.,結(jié)構(gòu)簡練，DNA分子的絕大部分用來編碼蛋白質(zhì)，不轉(zhuǎn)錄部分所占比例較小。存在轉(zhuǎn)錄單元，功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因往往形成功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，一起轉(zhuǎn)錄成多順反子的mRNA。在一些細菌和病毒中有重疊基因，同一段的DNA能攜帶兩種不同蛋白質(zhì)的編碼信息。,原核生物基因組,.,最大的特點是含有大量的重復(fù)序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA隔開。,真核生物基因組,.,基因組龐大存在大量重復(fù)序列基因組序列90%以上的部分是非編碼序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是單順反子真核基因一般都含有內(nèi)含子存在大量的順式元件存在大量的DNA多態(tài)性具有端粒結(jié)構(gòu),真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點：,.,染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控,染色質(zhì)DNA與蛋白質(zhì)染色質(zhì)組裝的模型常染色質(zhì)和異染色質(zhì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化染色體,.,染色質(zhì)（chromatin）:在核內(nèi)可以被堿性染料強烈著色的物質(zhì)。指間期細胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu),是間期細胞遺傳物質(zhì)存在的形式。DNA、組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分。,.,染色體(chromosome):指細胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中,由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)與染色體是在細胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學組成，但包裝程度不同,構(gòu)象不同。,.,Section1染色質(zhì)DNA與蛋白質(zhì),一、染色質(zhì)DNA在真核細胞中，每條未復(fù)制的染色體包含一條DNA分子，一個生物貯存在單倍染色體組中的總遺傳信息，稱為該生物的基因組（genome）?；蚪M大小通常隨物種的復(fù)雜性而增加。,.,SpeciesGenomesizeSV405103bpE.coli4.6106bpYeast2107bpFruitfly2108bpHuman3109bp,Someamphibianandplantshavelargergenomesizethanhuman.,.,C值與C值矛盾,.,染色質(zhì)DNA的類型：按序列在基因組中的拷貝數(shù)劃分：非重復(fù)序列（單拷貝序列）：拷貝數(shù)15中度重復(fù)序列：拷貝數(shù)102105高度重復(fù)序列：拷貝數(shù)105以上,.,按照序列的功能分：蛋白質(zhì)編碼序列可編碼的中度重復(fù)序列重復(fù)序列DNA：不編碼的中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列間隔DNA,.,（1）蛋白質(zhì)編碼序列：所占比例隨生物復(fù)雜程度的不同而異。主要是非重復(fù)的單一DNA序列；也有多個拷貝的情況。,.,.,（2）串聯(lián)重復(fù)序列（可編碼的中度重復(fù)序列）一般的拷貝數(shù)是20300個。編碼產(chǎn)物包括tRNA，rRNA，snRNA和組蛋白。,TandemlyrepeatedgenesencodeidenticalornearlyidenticalproteinsorfunctionalRNAs.,Thesegenesareneededtomeetthegreatcellulardemandfortheirtranscripts.,.,（3）不編碼的中度重復(fù)序列DNA：散在重復(fù)序列(interspersedrepeats)DNA轉(zhuǎn)座子假基因LTR反轉(zhuǎn)座子非LTR反轉(zhuǎn)座子短散在元件長散在元件,.,（4）高度重復(fù)序列DNA簡單序列DNA（simplesequenceDNA）衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）：重復(fù)單位5100bp,主要分布在著絲粒部位小衛(wèi)星DNA（minisatelliteDNA）：重復(fù)單位12100bp,常用于DNA指紋分析微衛(wèi)星DNA（microsatelliteDNA）：重復(fù)單位15bp,用于遺傳圖譜構(gòu)建和個體鑒定,.,二、染色質(zhì)蛋白,負責DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀分類：組蛋白(histone)：與DNA非特異性結(jié)合非組蛋白(nonhistone)：與特定的DNA序列或組蛋白結(jié)合,.,（一）組蛋白(histone),真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合（非特異性結(jié)合）。聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）可以區(qū)分出5種不同的組蛋白：H1，H2A，H2B，H3，H4。,.,（1）核小體組蛋白(nucleosomalhistone)：H2B、H2A、H3和H4,幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。沒有種屬及組織特異性，在進化上十分保守；,組蛋白在功能上分成兩組,.,.,（2）H1組蛋白：在構(gòu)成核小體時，起連接作用,它賦予染色質(zhì)以極性。有一定的種屬及組織特異性，保守性低于核小體組蛋白。,.,（二）非組蛋白,主要指和特異DNA序列結(jié)合的蛋白，又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)，可以通過凝膠阻滯實驗檢測。,.,A非組蛋白的特性非組蛋白具有多樣性，不同組織細胞中其種類和數(shù)量都不同，代謝周轉(zhuǎn)快。包括核酸代謝和修飾的酶類，骨架蛋白，基因表達的調(diào)控蛋白等。識別DNA具有特異性識別信息來自于DNA序列自身，識別位點在DNA雙螺旋的大溝部分。具有多種功能，包括基因表達的調(diào)控和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成。,.,B非組蛋白的結(jié)構(gòu)模式,螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模式(helix-turn-helixmotif)鋅指模式(Zincfingermotif)亮氨酸拉鏈模式(Leucinezippermotif，ZIP)螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式(helix-loop-helixmotif，HLH)HMG-盒結(jié)構(gòu)模式（HMG-boxmotif）,.,.,Section2、染色質(zhì)組裝的模型,.,1染色質(zhì)組裝的前期過程,組裝過程（圖519）解決高度壓縮結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄要求的矛盾：通過染色質(zhì)修飾酶的作用，使染色質(zhì)更接近轉(zhuǎn)錄機器。包括對組蛋白尾部共價修飾，以及破壞組蛋白DNA接觸。,.,2.染色質(zhì)包裝的多級螺旋模型(multiplecoilingmodel),一級結(jié)構(gòu)：核小體(nucleosome)二級結(jié)構(gòu)：螺線管(solenoid)三級結(jié)構(gòu)：超螺線管(supersolenoid)四級結(jié)構(gòu)：染色單體（chromatid）壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍DNA核小體螺線管超螺線管染色單體,.,.,非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架(chromsomalscaffold)和由骨架伸出的無數(shù)的DNA側(cè)環(huán)30nm的染色線折疊成環(huán),沿染色體縱軸,由中央向四周伸出,構(gòu)成放射環(huán)。,3.染色體的骨架放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型(scaffoldradialloopstructuremodel),.,EvidenceforScaffoldRadialLoopModel,.,由螺線管形成DNA復(fù)制環(huán),每18個復(fù)制環(huán)呈放射狀平面排列,結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband)。微帶是染色體高級結(jié)構(gòu)的單位,大約106個微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。,.,.,.,Section3、常染色質(zhì)和異染色質(zhì),常染色質(zhì)(euchromatin)異染色質(zhì)(heterochromatin),.,常染色質(zhì)(euchromatin),概念：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低,處于伸展狀態(tài)（典型包裝率750倍）,用堿性染料染色時著色淺的那些染色質(zhì)。主要是單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA(如組蛋白基因和tRNA基因)常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件。,.,異染色質(zhì)(heterochromatin),概念：指間期細胞核中,折疊壓縮程度高,處于聚縮狀態(tài)的染色質(zhì)組分。類型結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（或組成型異染色質(zhì)）(constitutiveheterochromatin)兼性異染色質(zhì)(facultativeheterochromatin),.,結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特點,除復(fù)制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形成多個染色中心。多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕等處；由相對簡單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成；具有顯著的遺傳惰性,不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；,.,與常染色質(zhì)相比，復(fù)制上表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮；在功能上參與染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成，導致染色質(zhì)區(qū)間性，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，引起遺傳變異。,.,兼性異染色質(zhì),在某些細胞類型或一定的發(fā)育階段,原來的常染色質(zhì)聚縮,并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性,變?yōu)楫惾旧|(zhì)，如X染色體隨機失活.異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。,.,.,常染色質(zhì)與異染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變,常染色質(zhì)與異染色質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變常常伴隨著一些組蛋白和DNA的修飾。,.,對不同Lys位點甲基化產(chǎn)生不同的染色質(zhì)狀態(tài)A:代表轉(zhuǎn)錄激活R:代表轉(zhuǎn)錄抑制,.,四種核心組蛋白的修飾發(fā)生在N端。組蛋白修飾的位點:甲基化:Lys和Arg乙?；?Lys磷酸化:Ser,.,不同組蛋白或同一個組蛋白在不同氨基酸殘基上的修飾決定了染色質(zhì)所處的狀態(tài)。例如：H3K4、H3K36:該位點甲基化激活基因轉(zhuǎn)錄,是活性染色質(zhì)的標志。H3K9、H3K27、H4K20:該位點甲基化調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，是異染色質(zhì)的標志。,.,.,Section4染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因活化,根據(jù)功能狀態(tài)的不同，染色質(zhì)可以分為：活性染色質(zhì)（activechromatin）非活性染色質(zhì)（inactivechromatin）,.,活性染色質(zhì)是具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，這是由于核小體的構(gòu)型發(fā)生構(gòu)象的變化，往往具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件的結(jié)合、RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上的滑動。大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)錄中染色質(zhì)的DNA基本保持著同組蛋白的結(jié)合，只是隨著轉(zhuǎn)錄的進行相應(yīng)的核小體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一系列的變化。,.,（1）活性染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點,活性染色質(zhì)具有DNaseI超敏感位點（DNasehypersensitivesite）活化染色質(zhì)對DNase的優(yōu)先敏感性是可轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的一個基本特征。,.,DNaseI超敏感位點是染色質(zhì)上無核小體的DNA區(qū)段，通常位于5-啟動子區(qū)，長度幾百bp。超敏感位點與啟動子功能有關(guān)，可能為RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、蛋白調(diào)控因子提供結(jié)合位點。,.,活性染色質(zhì)在生化上具有特殊性,活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1與其結(jié)合；活性染色質(zhì)的組蛋白乙?；潭雀?；活性染色質(zhì)的核小體組蛋白H2B很少被磷酸化；活性染色質(zhì)中核小體組蛋白H2A在許多物種很少有變異形式；組蛋白H3的變種H3.3只在活躍轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)中出現(xiàn)；HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)中。,.,活性染色質(zhì)在組蛋白修飾上的特異性,組蛋白的修飾，包括甲基化、乙酰化和磷酸化直接影響染色質(zhì)的活性。乙?；话闶腔钚匀旧|(zhì)的標志，而甲基化和磷酸化則在兩類染色質(zhì)中都存在。,.,（2）染色質(zhì)活化與基因激活,疏松染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成是基因活化的前提。,.,核小體相位的影響當調(diào)控蛋白與染色質(zhì)DNA的特定位點結(jié)合時，染色質(zhì)易被引發(fā)二級結(jié)構(gòu)的改變，進而影響其它的一些結(jié)合位點與調(diào)控蛋白的結(jié)合。拓撲異構(gòu)酶可以調(diào)整DNA雙螺旋的局部構(gòu)象和高級結(jié)構(gòu)的變化，使其超螺旋化或松弛。,.,核小體通常定位在DNA特殊位點而利于轉(zhuǎn)錄,基因的關(guān)鍵調(diào)控元件（增強子和啟動子）位于核小體顆粒之外，便于和轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合?；蛘{(diào)控元件位于盤繞核心組蛋白的DNA上，通過轉(zhuǎn)錄因子將增強子和啟動子聯(lián)系起來。,.,.,組蛋白的修飾意義：組蛋白的修飾可以改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，影響轉(zhuǎn)錄活性。組蛋白修飾使核小體的表面發(fā)生改變，使其他的調(diào)控蛋白易于和染色質(zhì)相互接觸，間接影響轉(zhuǎn)錄活性。,.,染色質(zhì)的乙?；癄顟B(tài)是一動態(tài)過程，存在乙?；D(zhuǎn)移酶（如：轉(zhuǎn)錄輔激活子）和去乙?；福ㄈ纾恨D(zhuǎn)錄輔阻抑物），分別促進和抑制轉(zhuǎn)錄的進行。許多輔激活子（coactivator）具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶功能，自身作為接頭蛋白，在基因的上游位點將轉(zhuǎn)錄因子和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置連接起來。,.,輔激活子通過乙?；{(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的模型,糖皮質(zhì)激素受體,.,.,轉(zhuǎn)錄抑制的模型,.,HMG結(jié)構(gòu)域蛋白的影響可識別某些異型的DNA結(jié)構(gòu)，與DNA彎折和DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體高級結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)。（染色質(zhì)變構(gòu)因子）,.,.,Section5染色體,.,.,一染色體的主要結(jié)構(gòu),著絲粒（centromere）與著絲點（動粒，kinetochore）次縊痕(secondaryconstriction)核仁組織區(qū)(nucleolarorganizingregion,NOR)隨體(satellite)端粒(telomere),.,著絲粒與著絲點(動粒),著絲粒區(qū)也叫主縊痕，是一個高度有序的整合結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)和組成上非均一，至少包括三個結(jié)構(gòu)域。它們的整合功能，確保分裂中染色體和紡錘體整合，發(fā)生有序的染色體分離。,.,（）動粒結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain)在著絲粒的外表面內(nèi)板(innerplate)中間間隙(middlespace)外板(outerplate)纖維冠(fibrouscorona)：微管蛋白構(gòu)成,.,.,（）中央結(jié)構(gòu)域(centraldomain)著絲粒區(qū)的主體，由串聯(lián)重復(fù)的衛(wèi)星DNA組成。如：有CENP-B盒可與動粒蛋白結(jié)合,.,（）配對結(jié)構(gòu)域(pairingdomain)：代表中期姐妹染色單體相互作用的位點如：內(nèi)部著絲粒蛋白INCENP(innercentromereprotein)和染色單體連接蛋白clips(chromatidlinkingproteins)和染色體配對有關(guān)。,.,.,染色體的復(fù)制和穩(wěn)定遺傳，至少應(yīng)具備以下關(guān)鍵序列（功能元件）:（）確保自我復(fù)制的DNA復(fù)制起點（）使復(fù)制后的染色體能夠平均分配到子細胞中去的著絲粒（）保持染色體獨立性和穩(wěn)定性的端粒,二染色體DNA的3種功能