医学生物学第八章 细胞核（2）

医学细胞生物学思维导图，包含染色质的组成成分、 常染色质与异染色质、 染色质组装成染色体等内容。

第八章 细胞核

• 第二节
  • 概述
    • 染色质（chromatin）：是间期细胞遗传物质的存在形式，由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA等构成的细丝状复合结构，形态不规则，弥散分布于细胞核内
    • 染色体（chromosome）：是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，染色质复制后反复缠绕凝聚而成的条状或棒状结构
    • 染色质与染色体是遗传物质在细胞周期不同阶段的不同存在形式
  • 一、染色质的组成成分
    • 染色质组分：DNA和组蛋白占98%，少量RNA和非组蛋白
    • (一) DNA是遗传信息的载体
      • 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（genome）
      • 单一序列和重复序列
        • ①单一序列（unique sequence）：在基因组中一般只有单一拷贝或少数几个拷贝
        • ②中度重复序列（middle repetitive sequence）：重复次数在101～105之间，序列长度由几百到几千个碱基对（bp）不等
        • ③高度重复序列（highly repetitive sequence）：长度较短，一般为几个至几十个bp，但重复拷贝数超过105，分布在染色体的端粒、着丝粒区
      • 染色质DNA的三类功能序列
        • ①复制源（replication origin）序列
          • 是细胞进行DNA复制的起始点
          • 维持染色体在世代传递中的连续性
        • ②着丝粒（centromere）序列
          • 是复制完成的两姐妹染色单体的连接部位
          • 在分裂中期，与纺锤丝相连，使复制后的染色体平均分配到两个子细胞中
        • ③端粒（telomere）序列
          • 存在于真核生物染色体末端的一个富含G的简单重复序列
          • 维持DNA分子两末端复制的完整性
          • 维持染色体的稳定性
    • (二)组蛋白是真核细胞染色质中的基本结构蛋白
      • 1.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Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质
        • 可与酸性DNA紧密结合（非特异性结合）
      • 2.组蛋白的分类
        • ⑴ 核小体组蛋白（nucleosomal histone）
          • 核小体组蛋白包括H2A 、 H2B、H3和H4
          • 无种属及组织特异性，进化上高度保守
          • 协助DNA卷曲成核小体的稳定结构
        • ⑵ H1组蛋白
          • 有种属特异性与组织特异性
          • 与核小体的进一步包装有关
    • (三)非组蛋白能从多方面影响染色质的结构和功能
      • 概念：除组蛋白之外的染色质结合蛋白的总称
      • 特点
        • 数量较少，种类较多
        • 可与特异的DNA序列结合，能从多方面影响染色质的结构和功能
        • 协助DNA折叠，参与启动DNA复制，调控基因的转录与表达
  • 二、常染色质与异染色质
    • (一)常染色质（euchromatin）是处于功能活跃呈伸展状态的染色质纤维
      • 定义：为间期核内碱性染料染色时着色较浅，螺旋化程度较低，处于伸展状态的染色质细丝，含有基因转录活跃部位
      • 细胞内分布：在核内均匀分布，多位于核中央
    • (二)异染色质（heterochromatin）是处于功能惰性呈凝缩状态的染色质纤维
      • 定义：间期核中处于凝缩状态，结构致密，无转录活性，用碱性染料染色时着色较深的染色质组分
      • 细胞内分布：多位于核周近核膜处
      • 分类
        • 组成性异染色质（constitutive heterochromatin）：是异染色质的主要类型，在所有细胞类型及各个发育阶段中均处于凝集状态
        • 兼性异染色质（facultative heterochromatin）：是在某些细胞类型或一定的发育阶段，原有的常染色质凝聚并丧失转录活性后转变而成的异染色质，可转化为常染色质
  • 三、染色质组装成染色体
    • (一)核小体—染色质的一级结构（基本结构单位）
      • 核小体（nucleosome）：是染色体的基本结构单位，为由200bp左右的DNA分子及一个组蛋白八聚体构成的圆盘状颗粒
      • 组装
        • 核小体组蛋白H2A 、 H2B、H3和H4各两分子组成八聚体
        • 146bp的DNA分子盘绕组蛋白八聚体1.75圈，形成核小体
        • 两个相邻核小体之间以连接DNA相连，典型长度为60bp
        • 组蛋白H1结合于连接DNA，位于核小体核心DNA双链的进出端，起稳定核小体的作用
      • 核小体串珠的形成使DNA分子压缩了约7倍
    • (二)螺线管———染色质的二级结构
      • 概念：螺线管（solenoid）是在组蛋白H1协助下，由核小体串珠结构盘旋而成的中空结构
      • 组装：螺线管每圈6个核小体，螺距11nm，外径30nm，内径10nm
      • 组蛋白H1：由一个球形中心及两个氨基酸臂组成，球形中心可与核小体上的特异性位点结合，两个臂则与相邻核小体组蛋白核心上相应的位点结合，以协助核小体包装成有规律的重复排列结构
      • 螺线管的形成使核小体串珠结构压缩了约6倍
    • (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：多级螺旋化模型和染色体骨架-放射环模型
      • 1.多级螺旋化模型（multiple coiling model）
        • 一级结构——核小体
        • 二级结构——螺线管
        • 三级结构——超螺线管（supersolenoid）：由螺线管进一步螺旋化形成的圆筒状结构
        • 四级结构——染色单体（chromatid）：超螺线管进一步螺旋折叠形成
      • 2.染色体骨架-放射环模型（scaffold radial loop structure model）
        • 一级结构——核小体
        • 二级结构——螺线管（30nm染色质纤维）
        • 高级结构
          • 袢环结构
          • 染色单体
        • 螺线管以后的高级结构由30nm染色质纤维折叠成的袢环构成
          • 袢环沿染色体纵轴由中央向周围伸出，形成放射环
          • 每18个袢环呈放射状排列形成微带（miniband），微带是染色质高级结构的组成单位
          • 约106个微带沿纵轴排列形成染色单体
  • 四、染色体的形态结构
    • (一)着丝粒
    • （二）着丝粒-动粒复合体介导纺锤丝与染色体的结合
    • (三)次缢痕并非存在于所有染色体上
    • (四)随体是位于染色体末端的球状结构
    • (五)端粒是染色体末端的特化部分
  • 五、核型与带型
    • 核型（karyotype）：指某一个体细胞的全部染色体在有丝分裂中期的表型，包括染色体的数目、大小和形态特征
    • 带型（band）：指将染色体经过一定处理、用特定的染料染色后，使染色体沿其长轴显示深浅各异、宽窄不等的带纹
    • 染色体显带技术最重要的应用就是明确鉴别任何一条染色体，甚至某一易位片断