9.染色质与染色体

这是一个关于9.染色质与染色体的思维导图，包含特征、染色质DNA、结构模型、分类、功能元件、染色体带型、特殊染色体等。

染色质与染色体

• 染色质
  • 特征
    • 间期
    • 间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA 组成的线性复合结构
    • DNA复制、基因转录和同源重组等与基因组相关的细胞活动都是在染色质水平进行
  • 染色质DNA
    • 某一生物的细胞中储存于单倍体染色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组
      • 真核生物中每条未复制的染色体包含一条纵向贯穿的DNA分子
    • 基因组
      • 包含
        • 必需基因（管家基因）
        • 非必需基因（奢侈基因）
      • 类型
        • 非重复序列
          • 单一序列，编码蛋白
        • 重复序列
          • 中度重复
            • 简单序列DNA
            • 散在重复序列
              • DNA转座子
              • LTR反转座子
              • 非LTR反转座子
                • 短散在元件（SINE）
                • 长散在元件（LINE）
              • 假基因
          • 高度重复
            • 卫星DNA（satellite DNA）
              • 主要分布在染色体着丝粒部位
            • 小卫星DNA（minisatellite DNA），又称数量可变的的串联重复序列（variable number of tandem repeat，VNTR） ；
            • 微卫星DNA（microsatellite DNA），又称短串联重复序列（short tandem repeat，STR）或简单重复序列（simple sequence repeats，SSR）
              • 重复单位序列最短（常见以(AC)n和(TG)n二聚核苷酸为重复单位），具高度多态性（不同个体某一重复序列的重复次数可不一样 ），在遗传上高度保守，为重要的遗传标志。
        • 未分类的间隔DNA
    • 染色质蛋白
      • 组蛋白
        • 组装核小体
          • H3-H4四聚体（两个异二聚体）在CAF1介导下与裸露DNA结合
          • 两个H2A-H2B异二聚体在NAP1,NAP2介导下加入形成核心颗粒
          • 组蛋白H4的Lys5和Lys12被乙酰化修饰
          • ISWI与SWI/SNF家族蛋白消化ATP来使得核小体成熟，创建一个规则的间距以及组蛋白去乙酰化。并且连接H1结合伴随核小体折叠。
      • 非组蛋白
        • 识别DNA双螺旋大沟具有功能多样性
  • 结构模型
    • 染色质多级螺旋模型
      • 一级结构：核小体串珠结构
        • 每圈6个核小体
      • 二级结构：螺线管
      • 三级结构：超螺线管
        • 单位线，圆筒状
      • 四级结构：染色单体
    • 染色质放射环结构模型
      • 30nm的螺线管折叠成DNA复制环， 每18个复制环呈放射状平面排列， 结合在核基质上形成微带(miniband)。
      • 非组蛋白构成染色体骨架
      • 骨架相连无数DNA侧环
      • 螺线管螺旋，侧面非组蛋白固定成一根线后，再螺旋压缩折叠
  • 分类
    • 形态
      • 常染色质
        • 间期细胞核内染色质纤维折叠压缩程度低，延展状态，用碱性燃料着色浅
      • 异染色质
        • 间期细胞核内染色质纤维折叠压缩程度高，压缩状态，用碱性燃料着色深
        • 分类
          • 结构异染色质
            • 细胞周期中无变化的异染色质，聚集形成多个染色中心
            • 特征
              • 遗传惰性，不转录不编码蛋白
              • 晚复制，早聚缩
              • 多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕、染色体臂
              • 序列简单，高度重复
              • 占有较大部分核DNA，参与高级结构形成，导致染色质区间性（染色质在细胞核内形成不同区域集聚），作为转座元件影响变异
          • 兼性异染色质
            • 细胞周期中常染色体聚缩丧失基因转录活性，转变为异染色质
            • 因染色质聚缩关闭基因表达，防止基因活化蛋白接近
              • 雄性个体中单个X染色体呈现常染色质状态
              • 雌性个体中两个X染色体中随机一个发生异染色质化而失活
                • 异固缩X染色质称为性染色质或巴士小体，羊水中可以预报胎儿性别
      • 相互转化伴随着组蛋白与DNA修饰，尤其是DNA甲基化
        • p193，太多基因了
    • 功能
      • 活性染色质
        • 具有转录活性的染色质
          • 由于核小体构象改变，具有疏松染色质结构
            • 易于解链
          • 对DNase I超敏感
        • 特征
          • 很少有H1结合
            • 核小体不稳定
          • 核心组蛋白乙酰化程度高
          • H2B很少被磷酸化
          • H2A很少变异
          • 只有活性染色质才有H3.3变种组蛋白，才有非组蛋白HMG14,HMG17与DNA结合起作用
      • 非活性染色质
        • 没有转录活性的染色质
      • 乙酰化是活性染色体特征
        • 活性染色体标志
          • H3的N端第四个Lys甲基化，第九个和第十四个Lys乙酰化，第十个Ser磷酸化
        • 非活性染色质标志
          • H3的N端第九个Lys甲基化而非乙酰化
• 染色体
  • 特征
    • 有丝分裂或减数分裂特定阶段
    • 染色质凝缩形成的棒状结构
  • 形态
    • 以中期染色体为比较稳定形态
      • 中着丝粒染色体（m）
        • 两臂长度大致相等
      • 亚中着丝粒染色体（sm）
      • 亚端着丝粒染色体（st）
        • 微小短臂
      • 端着丝粒染色体（t）
  • 结构
    • 着丝粒（主缢痕）
      • 动粒结构域
        • 内板
          • 与中央结构域联系
        • 中间间隙
          • 半透明区
        • 外板
        • 纤维冠
          • 无动力微管结合时，覆盖外板上
          • 微管蛋白构成
      • 中央结构域
        • 着丝粒区主体，串联重复的卫星DNA组成
      • 配对结构域
        • 内部着丝粒蛋白INCENP，染色单体连接蛋白CLIPS
    • 次缢痕
      • 染色体上其他浅染缢缩部位
    • 核仁组织区（NOR）
      • rRNA基因（5s RNA除外）所在部分，与细胞间期核仁形成有关
      • 基本位于次缢痕
    • 随体
      • 染色体末端
      • 通过次缢痕与染色体主体相连
      • 有随体称为sat染色体
        • 识别染色体标志特征之一
    • 端粒
      • 末端
  • 功能元件
    • 确保染色体复制和稳定遗传
    • 至少一个DNA复制起点
      • 自主复制DNA序列(autonomously replicating DNA sequence，ARS)
        • 具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的区域是维持ARS功能所必需的。
    • 一个着丝粒
      • 着丝粒DNA序列(centromere DNA sequence，CEN)
        • 两个相邻的核心区：80-90bp的AT区；11bp的保守区
    • 末端两个端粒
      • 端粒DNA序列(telomere DNA sequence，TEL)
        • 端粒酶反转录合成重复序列添加至染色体末端
        • ALT途径（不需要端粒酶）
          • TRF2催化下，3‘突出的端粒与另一条链上TTAGG同源序列配对形成D或T型环，稳定端粒末端
  • 染色体带型
    • 核型
      • 染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小、形态特征的总和
    • 核型分析
      • 是在对染色体进行测量计算的基础上，进行分组、排队、配对并进行形态分析的过程
    • 核型模式图
      • 将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来, 再按长短、形态等特征排列起来的图象
    • 染色体显带技术
      • 经物理、化学因素处理后，再用染料对染色体进行分化染色，使其呈现特定的深浅不同带纹（band）的方法
      • 分类
        • 一类是产生的染色带分布在整过染色体长度
          • Q带技术（喹吖因）
            • 紫外线下，富含AT片段亮带，富含GC片段暗带
          • G带（吉姆萨）
            • 紫外线下，富含AT片段亮带，富含GC片段暗带
            • 但Q带显示的人Y染色体特意荧光在G带不显示
          • R带
            • 与Q、G相反
        • 一类是局部性显带，它只能使少数特定区域显带
          • C带
            • 显示着丝粒结构异染色质及其他染色体区域的异染色质部分
          • T带（末端带）
            • 染色体端粒部分，分析染色体末端结构畸变
          • N带（Ag-As染色带）
            • 核仁组织者区酸性蛋白质
      • 用于明确鉴别核型中任意染色体乃至易位片段
        • 并且可用于基因定位与染色体重构
          • 罗伯逊式融合
          • 罗伯逊式裂解
  • 特殊染色体
    • 巨大染色体
      • 多线染色体
        • 核内有丝分裂的结果，即染色体多次复制而不分离
        • 多线性，每条多线染色体由500-4000条解旋的染色体合并在一起形成 （多线化细胞处于永久间期，体积也相应增大）
        • 体细胞联会，同源染色体紧密配对，并合并成一个染色体
        • 横带纹，染色后呈现出明暗相间的带纹
          • 持家基因在间带
          • 奢侈基因在带
      • 灯刷染色体
        • 几乎普遍存在于动物界的卵母细胞中，其中两栖类卵母细胞的灯刷染色体最典型
        • 卵母细胞进行减数分裂第一次分裂时停留在双线期的染色体
          • 二阶体，四条染色单体，未解除联会
        • 形态与卵子发生过程中营养物储备密切相关
        • 大部分DNA 以染色粒形式存在，没有转录活性
        • 侧环是RNA 活跃转录的区域
        • 合成的RNA 主要为前体mRNA