第3章 染色體 基因組和基因

第三章

染色體、基因和基因組

1第一節(jié)：原核生物和真核生物細(xì)胞

第二節(jié)：基因、基因組和C值第三節(jié)：原核生物染色體及基因特征

第四節(jié)：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)

第五節(jié)：真核生物染色體及結(jié)構(gòu)特征

第六節(jié)：真核生物基因2第一節(jié)原核生物與真核生物細(xì)胞

按照細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布，可將生命有機(jī)體劃分為原核生物和真核生物兩大類(lèi)。原核生物沒(méi)有真正的細(xì)胞核，遺傳物質(zhì)存在于整個(gè)細(xì)胞之中，有時(shí)雖有相對(duì)集中的區(qū)域，但并無(wú)核膜圍繞。真核生物的遺傳物質(zhì)集中在有核膜包圍著的細(xì)胞核中，并與某些特殊的蛋白質(zhì)相結(jié)合成為核蛋白以構(gòu)成一種細(xì)密的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)叫做染色體。3原核生物（Prokaryotes）遺傳物質(zhì)－－類(lèi)核或擬核習(xí)慣上也稱(chēng)為染色體4真核生物(Eukaryotes)遺傳物質(zhì)集中存在于核膜包圍的細(xì)胞核中,并與特殊的蛋白質(zhì)結(jié)合為核蛋白－－染色體5某些有機(jī)體，如噬菌體和病毒，既不是原核生物，也不是真核生物。它們是一種超分子的亞細(xì)胞生命形式，它們的繁殖必須在寄主體內(nèi)進(jìn)行，因而其遺傳機(jī)制與其寄主密切相關(guān)，如噬菌體（即細(xì)菌病毒）適應(yīng)了原核生物的遺傳戰(zhàn)略，而動(dòng)物病毒和植物病毒則使用真核生物的遺傳法則。

原核生物的遺傳物質(zhì)只以裸露的核酸分子存在，且與少量蛋白質(zhì)結(jié)合，但不形成染色體結(jié)構(gòu)。然而習(xí)慣上，原核生物的核酸分子也常被人們稱(chēng)為染色體。6原核生物和真核生物的差別

7第二節(jié)基因、基因組與C值一、基因的概念1.對(duì)基因的認(rèn)識(shí)基因的染色體遺傳學(xué)階段1909年，丹麥生物學(xué)家W.Johannsen首先使用基因一詞，其概念與當(dāng)年孟德?tīng)柼岢龅摹斑z傳因子”完全一致，這一階段基因是邏輯推理的產(chǎn)物，用作表示生物性狀的符號(hào)，并無(wú)實(shí)質(zhì)內(nèi)容；81910年，Morgan指出基因在染色體上直線(xiàn)排列，基因代表著一個(gè)有機(jī)的化學(xué)實(shí)體；Morgan的染色體—基因遺傳理論

，Gene存在于染色體上。進(jìn)一步將“性狀”與“基因”相耦聯(lián)，成為現(xiàn)代遺傳學(xué)的奠基石。基因概念的提出9Theoryofthegene

基因是染色體上的實(shí)體

基因象鏈珠(bead)一樣，孤立地呈

線(xiàn)狀地排列在染色體上

基因是：

功能(functionalunit)突變(mutationunit)

交換(cross-overunit)

“三位一體”的

(Threeinone)

最小的

不可分割的基本的遺傳單位

(1926T.H.Morgan)10基因的分子生物學(xué)階段1944年，Avery等的肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明基因的本質(zhì)是DNA；1953年，Watson和Crick提出DNA雙螺旋模型；111955年，遺傳學(xué)家Benzer提出順?lè)醋樱–istron）學(xué)說(shuō)

cis-actingsitesandtrans-actingmolecules121961年，R.Jacob和J.Monod提出了操縱元（又稱(chēng)操縱子）的概念；揭示了原核生物基因表達(dá)調(diào)控的規(guī)律，將基因分為“結(jié)構(gòu)基因”、“操縱基因”和“調(diào)節(jié)基因”，以及后來(lái)發(fā)現(xiàn)的啟動(dòng)基因。13反向生物學(xué)階段重組DNA技術(shù)核酸雜交技術(shù)……基因：一般是指表達(dá)一種蛋白質(zhì)或功能RNA的遺傳物質(zhì)的基本單位。是能夠表達(dá)和產(chǎn)生基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的DNA序列。

142.基因概念的擴(kuò)展移動(dòng)基因斷裂基因假基因重疊基因153.基因的種類(lèi)根據(jù)產(chǎn)物類(lèi)別可分為蛋白質(zhì)基因和RNA基因（tRNA基因和rRNA基因）；根據(jù)產(chǎn)生物的功能可以分為結(jié)構(gòu)基因（酶和不影響其它基因表達(dá)的蛋白質(zhì)）和調(diào)節(jié)基因（阻礙蛋白或轉(zhuǎn)錄激活因子）兩大類(lèi)。16一個(gè)物種的單倍染色體的數(shù)目稱(chēng)為該物種的基因組(genome)?；蚪M(genome)：是指細(xì)胞或生物體的全套遺傳物質(zhì)，即生物體維持配子或配子體正常功能的全套染色體所含的全部基因（DNA)。如人基因組的全長(zhǎng)為大約3×109對(duì)堿基，編碼3-4萬(wàn)個(gè)蛋白分子。二、基因組的概念17一個(gè)單倍體基因組的DNA含量總是恒定的，是物種所特有的，稱(chēng)為C值(C-value)。C值是每種生物的一個(gè)特征，不同物種的C值差異極大，最小的支原體（mycoplasma）只有104bp，而最大的如某些顯花植物和兩棲動(dòng)物可達(dá)1011bp。18低等真核生物的單倍體基因組DNA含量19各種生物基因組大小比較(從原核生物到哺乳動(dòng)物)

20不同物種的C值差異很大，隨著生物的進(jìn)化，生物體的結(jié)構(gòu)與功能越復(fù)雜，其C值就越大。在結(jié)構(gòu)、功能很相似的同一類(lèi)生物中，甚至在親緣關(guān)系十分接近的物種之間，它們的C值可以相差數(shù)10倍乃至上百倍。哺乳動(dòng)物(包括人類(lèi))的C值均為109bp的數(shù)量級(jí)，人們很難相信兩棲動(dòng)物的結(jié)構(gòu)和功能會(huì)比哺乳動(dòng)物更復(fù)雜。

C值矛盾：無(wú)法用已知的功能解釋生物如此大的DNA量。21與預(yù)期的編碼蛋白質(zhì)的基因的數(shù)量相比，基因組的DNA含量過(guò)多。即基因組大小與遺傳復(fù)雜性并非線(xiàn)性相關(guān)，稱(chēng)為C值矛盾(Paradox)。例：人類(lèi)與E.coli編碼基因數(shù)目的比較研究

E.coli.4×106bpDNA約編碼3000種基因人類(lèi)3×109的DNA，是大腸桿菌的700多倍

有上百萬(wàn)個(gè)基因？？？三、C值矛盾22根據(jù)不同細(xì)胞中的mRNA數(shù)目來(lái)估算表達(dá)基因的方法，哺乳動(dòng)物的每種表型的細(xì)胞表達(dá)的基因約為1×104個(gè)，這樣整個(gè)哺乳動(dòng)物的基因數(shù)目要多于每種細(xì)胞的表達(dá)數(shù)，估計(jì)應(yīng)該有1×105個(gè)（不同書(shū)上有一定偏差），約為大腸桿菌的30倍，那么90％以上的DNA功能何在？？23常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)生物基因組的大小24就哺乳動(dòng)物而言，由于哺乳動(dòng)物的基因含有所謂的“內(nèi)含子”，因而基因可長(zhǎng)達(dá)5000-8000bp，少數(shù)可達(dá)10000bp。即使按這樣大小的基因進(jìn)行推算，哺乳動(dòng)物的基因組相當(dāng)于400000-600000個(gè)基因，這是可能的嗎？

25基因數(shù)估計(jì)不會(huì)超過(guò)這個(gè)數(shù)字的10％。通過(guò)DNA與RNA雜交試驗(yàn)，在特定類(lèi)型的細(xì)胞中表達(dá)的基因數(shù)目大約是10000個(gè)，但各種細(xì)胞表達(dá)的基因不相同，估計(jì)要乘上一個(gè)系數(shù)（3-4）才能得到基因組的基因數(shù)目，有功能的基因數(shù)目為30000-40000個(gè)。間接證據(jù)是通過(guò)對(duì)果蠅突變的研究:必需基因的總數(shù)大約為5000個(gè)，其平均基因大小為2000bp，總長(zhǎng)度相當(dāng)于107bp，剛好為基因組大小的10％。即使考慮這些因素，基因所占基因組的比例也不會(huì)超過(guò)20％。

262003年4月14日，美國(guó)聯(lián)邦國(guó)家人類(lèi)基因組研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人弗朗西斯?柯林斯博士隆重宣布，人類(lèi)基因組序列圖繪制成功，人類(lèi)基因組計(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)。這樣，由美、英、日、法、德和中國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)13年努力共同繪制完成了人類(lèi)基因組序列圖，在人類(lèi)揭示生命奧秘、認(rèn)識(shí)自我的漫漫長(zhǎng)路上又邁出了重要的一步。人類(lèi)基因組“工作框架圖”已于2000年6月完成，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人類(lèi)基因數(shù)目約為3.4萬(wàn)至3.5萬(wàn)個(gè)，僅比果蠅多2萬(wàn)個(gè)，遠(yuǎn)小于原先10萬(wàn)個(gè)基因的估計(jì)。

27持家基因（housekeepinggene）：有些基因是在所有的細(xì)胞類(lèi)型中都表達(dá)的，即這些基因的功能為所有細(xì)胞所必需（或稱(chēng)組成型基因constitutivegene）。奢侈基因（luxurygene）:僅在某種特定類(lèi)型的細(xì)胞中表達(dá)的基因。28第三節(jié)、原核生物染色體和基因29原核細(xì)胞的染色體1.位于一個(gè)類(lèi)似“核”的結(jié)構(gòu)—“類(lèi)核體”上，由DNA和外裹的稀疏蛋白質(zhì)組成，其中一部分蛋白與DNA的折疊有關(guān)，另一些則參與DNA復(fù)制、重組及轉(zhuǎn)錄。2.原核生物中一般只有一條染色體，且大都帶有單拷貝基因；只有很少數(shù)基因（如rRNA基因）是以多拷貝形式存在；整個(gè)染色體DNA幾乎全部由功能基因與調(diào)控序列所組成；幾乎每個(gè)基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列呈線(xiàn)性對(duì)應(yīng)狀態(tài)。（無(wú)內(nèi)含子）30一、大腸桿菌（Escherichiacoli,E.coli

）1.大腸桿菌在實(shí)際工作中的重要性經(jīng)常被當(dāng)作是所有生物的原型（archetype）a.在實(shí)驗(yàn)室中容易操作;b.生長(zhǎng)迅速，要求營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)簡(jiǎn)單，能進(jìn)行很多生理生化過(guò)程;c.其有性生殖的存在使得遺傳學(xué)的研究成為可能;d.能夠供應(yīng)細(xì)菌病毒的生長(zhǎng)，使病毒的本性即病毒擴(kuò)增的深入研究成為可能.312.大腸桿菌的染色體32E.Coli染色體由長(zhǎng)度為4.6Mb的單一閉環(huán)DNA分子為主。其中DNA再與蛋白質(zhì)結(jié)合，如聚合酶、抑制物和其他成分等。

E.Coli環(huán)狀染色體33DNA結(jié)構(gòu)域電鏡結(jié)構(gòu)顯示，就整體而言，大腸桿菌的基因組是由大量超螺旋的結(jié)構(gòu)域構(gòu)成的。34每一個(gè)結(jié)構(gòu)域就是一個(gè)DNA環(huán)；每一個(gè)基因組約有100個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)域；每一個(gè)結(jié)構(gòu)域約有40kb（50-100kb）長(zhǎng)的DNA組成的緊密的纖絲結(jié)構(gòu)。35DNA結(jié)合蛋白原核生物的染色體中環(huán)型的DNA由于大量的DNA結(jié)合蛋白相互作用而進(jìn)一步受到束縛，這些蛋白中以HU蛋白以及一種分子量較小的堿性二聚體蛋白為主；36HU蛋白，a和b亞基，每個(gè)9kd,能夠濃縮DNA的二聚體，能夠?qū)NA裹成一個(gè)念珠結(jié)構(gòu)。如果其亞基hupA，hupB都失去功能，那么DNA的一些超螺旋也會(huì)消失。

H-NS蛋白，15kd亞基，和DNA結(jié)合，與DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)；371.一種中性的單體蛋白；2.傾向與DNA內(nèi)部彎曲區(qū)域發(fā)生非特異結(jié)合；3.具有壓縮DNA的作用，對(duì)DNA被包裝進(jìn)入類(lèi)核以及穩(wěn)定和限制染色體超螺旋十分必要；4.亦稱(chēng)類(lèi)組蛋白。H-NS蛋白38

?類(lèi)核中，染色體DNA成分占80％，其余為RNA和蛋白質(zhì);

?4.6x106bp的基因組DNA，多種DNA結(jié)合蛋白質(zhì)組裝成E.coli的染色體;?基因組DNA為雙鏈環(huán)狀，總長(zhǎng)度為1100～1400μm，1400個(gè)基因都已定位。

（1）染色體DNA

對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的E.coli（2～4個(gè)類(lèi)核）---豐富的基因組DNA;3.大腸桿菌的遺傳物質(zhì)3940

?

E.coli的基因結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

a.功能相關(guān)的幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因以操縱元(operon)的形式存在其中包括共同的調(diào)節(jié)基因、啟動(dòng)子(promoter)、操作子

(operator)，在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作。

iOperonRegulatoryGenepozyaDNAm-RNAβ

-GalactosidasePermeaseTransacetylaseProtein41

b.包括功能相關(guān)的RNA基因也串聯(lián)在一起(rrn操縱元)，如：16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA基因轉(zhuǎn)錄在同一個(gè)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中;

d.RNA基因多拷貝大多數(shù)的E.coli菌株都含有七個(gè)rrn其中六個(gè)分布在E.coliDNA的雙向復(fù)制起點(diǎn)附近）.

c.蛋白質(zhì)基因通常以單拷貝的形式存在;42（2）質(zhì)粒DNA（plasmidDNA）

細(xì)菌中另一類(lèi)遺傳物質(zhì)環(huán)狀DNA，存在于染色體之外，能自我復(fù)制質(zhì)粒也攜帶許多基因，如：抗生素抗性基因43444.大腸桿菌的酶類(lèi)

細(xì)胞中含有核酸代謝所需的各種酶類(lèi)

多種限制性?xún)?nèi)切酶（restrictionendonuclease）只在特異順序堿基的位點(diǎn)上（迴文序列）與DNA結(jié)合，并沿固定的位點(diǎn)切割如：E.coli的EcoRⅠ的識(shí)別序列

5‘…..G--A--A--T--T--C……3’3’…..C--T--T--A--A--G…….5’限制性?xún)?nèi)切酶－－－最基本的工具酶，在DNA測(cè)序、片段分離、克隆DNA的環(huán)節(jié)都要利用45二、噬菌體（phage）1.ΦX174噬菌體

很小的E.coli噬菌體，DNA為單鏈環(huán)狀，有5386個(gè)核苷酸。

2.ΦX174噬菌體基因排列更加體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)原則：a.11個(gè)蛋白質(zhì)基因，只轉(zhuǎn)錄成三個(gè)mRNA

b.DNA分子絕大部分用來(lái)編碼蛋白質(zhì)，不翻譯部分只占4％46重疊基因有以下幾種情況：*一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因內(nèi)部如：B和A＊，E和D

其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同

c.

最顯著的特點(diǎn)是有重疊基因（overlappinggenes或嵌套基因nestedgenes）

---ATG-----//------AATGCC----//---ATAACG---//--TAA----A*BATGCCN----NNATAA47

*部分重疊:K和C

*兩個(gè)基因共用少數(shù)堿基對(duì)，如：A*和C，D和J-------ATGA-------CStartcodon-------TAATG-------A*StopcodonDStopcodonJStartcodon48

重疊基因：是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成為兩個(gè)或兩個(gè)以上基因的組成部分。

基因內(nèi)基因部分重疊基因一個(gè)堿基重疊

49

*其基因均是按功能相近的聚集成簇的（兩個(gè)正調(diào)節(jié)基因N和Q除外）*存在形式在寄主體內(nèi)有溶源生長(zhǎng)周期（原噬菌體）和溶菌生長(zhǎng)周期兩種生活途徑

50基因組很小，大多只有一條染色體原核生物一般只有一個(gè)染色體即一個(gè)核酸分子（DNA或RNA)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)煉:裸露的DNA分子（未與蛋白結(jié)合），大多致為雙螺旋結(jié)構(gòu)，這些核酸分子又大多數(shù)為環(huán)狀，少數(shù)為線(xiàn)狀。

存在轉(zhuǎn)錄單元(trnascriptionaloperon)多順?lè)醋?polycistron)有重疊基因（Sanger發(fā)現(xiàn)）原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)51第四節(jié)染色體與染色質(zhì)染色體(chromosome)，指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過(guò)程中,由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)(chromatin)，指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線(xiàn)性復(fù)合結(jié)構(gòu)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式；52染色質(zhì)染色質(zhì)(chromatin)

：指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線(xiàn)性復(fù)合結(jié)構(gòu),是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的主要形式。

有一定數(shù)目的染色體組成；每條染色體中的DNA分子為單一線(xiàn)性分子；細(xì)胞核內(nèi)的DNA濃度極高；

高度有序的DNA－蛋白質(zhì)復(fù)合體—染色質(zhì)的形成完成了這一緊密組裝的目的。53在染色質(zhì)中蛋白質(zhì)組分占染色質(zhì)質(zhì)量的50％以上在細(xì)胞周期的不同時(shí)段中，染色質(zhì)具有不同的結(jié)構(gòu)水平細(xì)胞分裂中期—高度濃縮細(xì)胞分裂間期—松散結(jié)構(gòu)5455-組蛋白(histone)，與DNA非特異性結(jié)合，富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，可以和酸性DNA緊密結(jié)合；

-非組蛋白(nonhistone)，與特異DNA序列結(jié)合,又稱(chēng)序列特異性DNA結(jié)合蛋白(sequencespecificDNAbindingproteins)。染色質(zhì)蛋白包括：56①非組蛋白具多樣性和異質(zhì)性，占60-70%，包括多種酶類(lèi)；②對(duì)DNA具有識(shí)別特異性，對(duì)DNA雙螺旋的大溝進(jìn)行識(shí)別；③有多種功能，包括基因表達(dá)調(diào)控和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)形成。非組蛋白的特點(diǎn):57組蛋白（histone）真核生物染色質(zhì)中的蛋白質(zhì)主要是組蛋白分類(lèi)核心組蛋白（H2A、H2B、H3、H4）H1組成帶有大量的正電荷—可與帶負(fù)電的DNA緊密結(jié)合20％－30％由賴(lài)氨酸和精氨酸（堿性氨基酸）組成58H2BH2AH3H4a2a3a1a2a3a1a2a3a1a2a3a1L1L2aN59核小體包含于染色質(zhì)中，其結(jié)構(gòu)為：約200bp左右的DNA片段與4種組蛋白中的各2個(gè)分子構(gòu)成的八聚體（核心組蛋白）緊密結(jié)合，并與H1松散結(jié)合；這些組蛋白保護(hù)DNA免受核酸酶的作用；組蛋白的另一個(gè)作用是約束DNA的負(fù)超螺旋；如果丟失H1，核小體將變?yōu)榭剐詷O強(qiáng)的與組蛋白八聚體結(jié)合的146bp片段；60核小體（nucleosome）真核生物染色質(zhì)包裝的基本結(jié)構(gòu)單位。染色質(zhì)纖維之基本結(jié)構(gòu)是由核小體串連而成。它通常含有200個(gè)堿基對(duì)的脫氧核糖核酸（DNA）和9個(gè)組蛋白分子。由核小體核心（nucleosomecore）和一條含有H1組蛋白的連接區(qū)DNA（linkerDNA）所組成。核小體核心由四種組蛋白構(gòu)成。核小體（nucleosome）6162核小體構(gòu)成:200bp的DNA，與一個(gè)組蛋白八聚體相連。每個(gè)八聚體包含H2A，H2B，H3和H4各兩個(gè)。63核小體是染色體結(jié)構(gòu)的第一個(gè)層次，構(gòu)成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。

146bpDNA＋組蛋白八聚體→核小體的核心顆粒,直徑約10nm146bpDNA盤(pán)繞在組蛋白八聚體的表面組成核小體的核心顆粒64*組蛋白八聚體（Histoneoctamer）

H2A與H2B、H3與H4的親和力強(qiáng)，通過(guò)C端的疏水氨基酸結(jié)合。兩個(gè)H3、H4先形成四聚體結(jié)合兩個(gè)H2A和H2B的異二聚體組蛋白八聚體65組蛋白八聚體146bp的核心DNA146bp的核心DNA在組蛋白八聚體上盤(pán)繞1.8圈66微球菌核酸酶處理所得核小體DNA長(zhǎng)度的變化Mononucleosomestypicallyhave~200bpDNA.End-trimmingreducesthelengthofDNAfirstto~165bp,andthengeneratescoreparticleswith146bp.671.每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體及一個(gè)分子H1；2.組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤(pán)狀核心結(jié)構(gòu)，由四個(gè)異二聚體組成，包括兩個(gè)H2A·H2B和兩個(gè)H3·H4；3.146bp的DNA分子超螺旋盤(pán)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進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作用；核小體的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)68694.兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA

相連，典型長(zhǎng)度60bp，不同物種變化值為0～80bp；5.組蛋白與DNA之間相互作用基本不依賴(lài)于核苷酸的特異序列，核小體具有自組裝性質(zhì)；6.核小體沿DNA的定位受不同因素的影響，進(jìn)而通過(guò)核小體相位改變影響基因表達(dá)。

70H1的功能組蛋白H1與核小體結(jié)合，在DNA出入核小體核心顆粒處對(duì)DNA起穩(wěn)定作用。71Chromatosome166bp,2superhelicalturnHistoneH1*組蛋白H1把核小體“封鎖”起來(lái)其中，166bp核小體DNA的堆積比為1056nm線(xiàn)性長(zhǎng)度→5.6nm螺線(xiàn)管72DNA環(huán)繞在組蛋白八聚體外部的路線(xiàn)分布。DNA纏繞1.75圈，“進(jìn)”、“出”核小體的位點(diǎn)相距很近。731分子組蛋白H1與核小體結(jié)合，在DNA出入核小體核心顆粒處對(duì)DNA起穩(wěn)定作用；受H1保護(hù)片段長(zhǎng)約20bp；染色小體：核心核小體+H1長(zhǎng)度：166bp74連接DNA連接DNA是形成200bpDNA片段所需的額外部分；連接DNA平均長(zhǎng)度為55bp。7530nm纖絲30nm纖絲是核小體的進(jìn)一步組裝成的高度有序的左手螺旋結(jié)構(gòu)，每圈約6個(gè)核小體。76染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)由30nm纖絲組成環(huán)形結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為核基質(zhì)。環(huán)的大小約100kb；為蛋白質(zhì)復(fù)合體所束縛；環(huán)形基質(zhì)寬約300nm。7778第五節(jié)、真核生物的染色體79一、概述：*真核DNA＋組蛋白核小體

*核小體折疊壓積染色質(zhì)（chromatin）（其它的蛋白質(zhì)和RNA）

*大部分細(xì)胞生活周期里以染色質(zhì)的形式存在（彌散狀）M期－－染色體形式

*染色質(zhì)有兩種型：

a.常染色質(zhì)：密度較低，能被表達(dá)

b.異染色質(zhì)：密度較高，不被表達(dá)（著絲粒、端粒）80Cellcycle

Interphase間期:G1+S+G2Mphase(mitosis有絲分裂):8182異染色質(zhì)和常染色質(zhì)異染色質(zhì)：染色體內(nèi)保持高度濃縮的部分，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性.常染色質(zhì)：染色質(zhì)中非異染色質(zhì)中的部分，其中有由30nm纖絲構(gòu)成的染色體環(huán)（不活躍）和具有轉(zhuǎn)錄活性的區(qū)域。83常染色質(zhì)(euchromatin)與異染色質(zhì)(heterochromatin)84著絲粒（Centromeres）著絲粒著絲粒是分裂中期兩條姊妹染色單體相連的緊縮區(qū)域，是與端粒（一種與紡錘體相連的蛋白復(fù)合體）的組裝場(chǎng)所。85著絲點(diǎn)：染色體中負(fù)責(zé)有絲分裂的部位叫著絲點(diǎn)（centromere），它有兩個(gè)重要特征：它包含姐妹染色單體在分裂成單個(gè)染色體之前的結(jié)合位點(diǎn)，可看作一個(gè)連結(jié)四個(gè)染色體臂的壓縮區(qū)域。運(yùn)動(dòng)特征：在有絲分裂期間著絲粒被推到兩極，染色體也被拖到兩極，將基因拖到等待分裂的位置。86酵母著絲粒Yeastcentromere富含AT,兩側(cè)有高度重復(fù)的衛(wèi)星DNA,屬異染色質(zhì)區(qū)87端粒（Telomere）端粒是形成真核生物染色體的線(xiàn)型DNA分子末端的特化了的序列，由許多短重復(fù)序列構(gòu)成（人類(lèi)是5’－TTAGGG－3’）；這些序列是由端粒酶以獨(dú)立于正常DNA復(fù)制的機(jī)制合成的，其功能是保護(hù)染色體末端免受降解。8889端粒：密封著染色體末端。端粒序列：都有短的正向重復(fù)序列：有一條單鏈末端，富含G，帶有3’－OH；端粒部分DNA受蛋白質(zhì)保護(hù)?！羲仨毧梢员ＷC線(xiàn)性分子的穩(wěn)定性。90端粒酶：是一個(gè)巨大核蛋白，它含有一小段RNA。這段RNA為合成富含C的序列提供了模板。形成互補(bǔ)序列的堿基對(duì)一個(gè)接一個(gè)以固有的順序加和在一起。酶是間斷性作用的：模板RNA位于DNA前體上，幾個(gè)核苷酸加和到前體上，然后酶又回到原處，開(kāi)始另一次作用。91兩個(gè)H3H4異二聚體由CAF-1介導(dǎo)與新合成的裸露的DNA結(jié)合；兩個(gè)H2AH2B二聚體由NAP-1和NAP-2介導(dǎo)加入，組蛋白H4的兩個(gè)位點(diǎn)被乙?；?；2.染色質(zhì)組裝的模型核小體最后的成熟需要ATP以及組蛋白的去乙?；?；6個(gè)核小體組成一個(gè)螺線(xiàn)管結(jié)構(gòu)。(1)染色質(zhì)組裝的前期過(guò)程92a.從DNA到核小體：是染色質(zhì)包裝第一步，DNA長(zhǎng)度壓縮7倍，形成直徑11nm纖維。b.從核小體到螺線(xiàn)管：每6個(gè)核小體繞一圈，構(gòu)成外徑30nm、內(nèi)徑10nm管狀結(jié)構(gòu)，稱(chēng)螺線(xiàn)管，是染色質(zhì)包裝二級(jí)結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度再壓縮6倍。細(xì)胞中染色質(zhì)以30nm纖維形式存在。（2）染色質(zhì)包裝的多級(jí)螺旋模型93c.從螺線(xiàn)管到超螺線(xiàn)管：30nm纖維進(jìn)一步螺旋化，形成一系列螺旋域或環(huán)，這些環(huán)附著在支架蛋白，螺旋環(huán)進(jìn)一步形成超螺旋環(huán)，此時(shí)直徑是400nm，該過(guò)程又壓縮40倍。d.從超螺旋到染色體:壓縮5倍；從DNA到染色體總計(jì)被壓縮8400倍

DNA核小體螺線(xiàn)管超螺線(xiàn)管染色單體壓縮

40倍壓縮

5倍壓縮

7倍壓縮

6倍946.8:140:11000:18000:1DNAdoublehelixNucleosome(10nmfiber)30nmFiberLoopsILoopsIIchromosome95（3）染色質(zhì)包裝的骨架-放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型非組蛋白構(gòu)成染色體骨架(chromsomalscaffold)螺線(xiàn)管折疊形成DNA復(fù)制環(huán)，每18個(gè)復(fù)制環(huán)沿染色體骨架縱軸呈放射狀平面排列，由中央向四周伸出，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶(miniband)；微帶是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的單位，大約106個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。96從DNA到染色體的過(guò)程Compactionratio=800097第六節(jié)、真核生物的基因98 真核基因組的最大特點(diǎn)是它含有大量的重復(fù)序列，在脊椎動(dòng)物中90%左右是非編碼序列，而且編碼序列大多數(shù)被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA所隔開(kāi)，稱(chēng)為割裂基因，非編碼的內(nèi)含子則存在廣泛的序列變異，說(shuō)明內(nèi)含子中的大部分序列是無(wú)功能的。

99一、

重復(fù)序列：

在DNA中有一段堿基序列多次重復(fù)出現(xiàn)。根據(jù)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)可分為：高度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列、單拷貝基因。

100二、割裂基因（splittinggene）:不連續(xù)基因（discontinuousgene）,斷裂基因（interruptedgene）概念：編碼某一RNA的基因中有些序列并不出現(xiàn)在成熟的RNA序列中，成熟RNA的序列在基因中被其他的序列隔開(kāi)。在基因編碼蛋白質(zhì)的序列中插入與蛋白質(zhì)編碼無(wú)關(guān)的DNA間隔區(qū)，使一個(gè)基因分隔成不連續(xù)的若干區(qū)段。1011.割裂基因的發(fā)現(xiàn)?通過(guò)成熟mRNA（或cDNA）與編碼基因的DNA雜交試驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)1977年美國(guó)的Sharp和Roberts兩組科學(xué)家分別同時(shí)發(fā)現(xiàn)了斷裂基因(splitgene),Crick稱(chēng)此為分子遺傳學(xué)上的一次微型革命，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)1993年榮獲了諾貝爾獎(jiǎng)RichardJ.RobertsPhillipA.SharpNobelPrize1993102在Sharp和Roberts發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子之前

法國(guó)的科學(xué)家Chambon也率領(lǐng)一個(gè)小組進(jìn)行了有關(guān)實(shí)驗(yàn):雞的輸卵管分泌卵清蛋白、卵粘蛋白和伴清蛋白，而其紅細(xì)胞（鳥(niǎo)類(lèi)的紅細(xì)胞上有核的）只合成血紅蛋白，那么兩種組織之間DNA有什么不同呢？于是他們提取兩種組織的DNA，分別用酶（EcoR1和HindIII）切成幾段，走電泳，再用卵清蛋白mRNA來(lái)制備cDNA探針和以上兩種酶切片段進(jìn)行Southern雜交.結(jié)果兩種組織中的DNA不論用哪一種酶來(lái)切，都出現(xiàn)了相同的多條陽(yáng)性雜交帶。

103cDNA順序內(nèi)并沒(méi)有EcoRI和HindIII的切點(diǎn)，為什么會(huì)出現(xiàn)多條陽(yáng)性帶?

104Berget，Sharp小組和Roberts小組同時(shí)發(fā)現(xiàn)了腺病毒外殼蛋白六聚體基因（Hexongene）前導(dǎo)區(qū)有斷裂現(xiàn)象。他們用限制性?xún)?nèi)切酶EcoRI和HindIII分別消解腺病毒的DNA,得到了大小不同的很多片段.分別選擇兩種酶切片段中的最大的A片段DNA和exon的mRNA進(jìn)行雜交,在電鏡下可以觀(guān)察到EcoRI酶切的A片段的3'段可以和上述mRNA形成雜合雙鏈,但在雜合雙鏈的5'端逸出3個(gè)單鏈DNA環(huán)，說(shuō)明它們不能和mDNA完全互補(bǔ)

.105Berget在冷泉港作了有關(guān)發(fā)現(xiàn)斷裂基因的學(xué)術(shù)報(bào)告，提出在Hexon基因內(nèi)近5'端有不編碼的部分.Chambon聽(tīng)了報(bào)告后便意識(shí)到，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是可以用斷裂基因來(lái)解釋的:即卵清蛋白的基因上可能有多個(gè)斷裂區(qū)（內(nèi)含子）.在這些斷裂區(qū)上有酶切位點(diǎn)的存在，可將卵清蛋白基因切成大小不同的片段，但它們都可以和mRNA進(jìn)行雜交.事后Chambon(1977,1981)等用Berget的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了分子雜交，果然出現(xiàn)了7個(gè)單鏈DNA的環(huán).106

intronsexonsR－環(huán)雞的卵清蛋白基因DNA與其mRNA雜交圖ChambonwasinspiredbyBerget’sreportBerget,S.M.,C.Moore,andP.Sharp.1977.PNAS74;3171-3175107外顯子（exon），外元編碼的DNA序列，即被表達(dá)的DNA區(qū)段內(nèi)含子（intron），內(nèi)元不編碼的DNA序列Gilbert（1978年）提出內(nèi)含子、外顯子概念108Exon(外顯子、外元)DNA與成熟RNA間的對(duì)應(yīng)