当前课程知识点：普通生物学 >  第二章 分子生物学基础 >  第二节 基因的表达调控 >  2.2.3 染色质的结构影响基因的转录

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2.2.3 染色质的结构影响基因的转录在线视频

2.2.3 染色质的结构影响基因的转录

下一节:2.2.4 蛋白质的组装调控基因的转录

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2.2.3 染色质的结构影响基因的转录课程教案、知识点、字幕

真核生物基因表达的调控包括

转录水平的调控

转录后水平也就是对前体mRNA

进行加工的调控

mRNA穿过核膜

向细胞质运输的调控

在细胞质中mRNA稳定性的被调节

以及mRNA的选择性降解

mRNA的选择性翻译以及翻译速度的调节

以及最后蛋白质产物的被修饰以及活化

真核细胞基因组是以染色质的形态存在

为了使得我们总长度约为1.8m的DNA

能够被装入一个直径只为7μm的细胞核中

DNA实际上是经过了4级

大约是8000倍左右的压缩

DNA首先要与组蛋白结合

形成染色质结构的基本单元核小体

核小体在电镜下

可以呈现出串珠的细丝样

这也就是染色质的一级结构

通过核小体DNA长度可以被压缩大约7倍

形成11nm长的纤维

但是我们在电镜下观察染色质

实际上是直径大约是30nm的纤维

这种纤维是由核小体串珠螺旋化形成

每6个核小体可以绕成一圈

形成外径长度为30nm

螺距为11nm的螺线管

长度可以压缩6倍

构成了染色体的二级结构

而30nm的染色质纤维会进一步形成

平均长度为300nm的loop结构

被称为超螺线管

这就是染色质的三级结构

而超螺线管进一步螺旋折叠

可以形成直径约为700nm的染色单体

构成了染色体的四级结构

真核生物中我们可以把染色体

分为常染色质和异染色质

两种不同的状态

又分别叫euchromatin和heterochromatin

常染色质

为间期细胞核内染色质压缩程度比较低

也可以看起来相对比较伸展的这个状态

而着色比较浅的这一部分染色质

而异染色质和相对于常染色质而言

它们是间期细胞核内

染色质压缩程度比较高

着色比较深的染色质

只有位于常染色质区域的基因

可以发生转录

位于异染色质区域的基因

它将会被沉默而不发生表达

所以染色质的结构

实际上对真核生物的基因表达

起到了一个总体的调控作用

为了实现基因的转录

RNA聚合酶它需要和启动子结合

那么如果启动子区域不存在核小体

那么这个裸露的启动子

就可以被RNA聚合酶所识别

从而结合上去形成转录的起始复合物

进行非常高水平的转录

然而 如果启动子是因为核小体的存在

而被封闭起来被缠绕在核小体上

那为了实现这一部分基因的转录

需要把这个区域的染色质进行重新组装

暴露出这个启动子区域

这样我们的RNA聚合酶才能够识别到

这个启动子的位置形成转录的复合物

才能够使得转录可以进行

那么为了克服这个问题

真核细胞是怎么样使得染色质的结构

发生变化的呢

使得染色质结构发生变化的主要方式

在真核细胞中分为两种

一种是发生在

和DNA相结合的这个蛋白

也就是组蛋白上的翻译后修饰

这也就是我们

常常听说过的histone modifications

另一种则是利用ATP酶而进行的

染色体重塑也叫chromatin remodeling

那么我们首先仔细的看一下

这个核小体的结构是什么样子的呢

核小体是由一小段DNA

大约长度为147个碱基

缠绕在一个组蛋白的八聚体上而构成的

在每个核小体中

它包含有四种不同的组蛋白

H3 H4 H2A和H2B

每一个不同的组蛋白都有两个拷贝

所以一共是八个蛋白组装在一起

如果我们去看一下组蛋白的这个结构

这四种不同的组蛋白

它们都会分成两个部分

一个是没有一个固定结构的N端的尾巴

而以及另外一个实际上是可以

折叠成一个固定结构的中心区域

而八个组蛋白最后形成的中心区域

它就最后成为了可以被

DNA缠绕在上面的这个盘状的结构

那么它的N端的没有结构的

这个尾巴实际上是可以从

被DNA缠绕的中间延展出去

而你可以想象

在核小体这个核形成的中间

有一些蛋白实际上是生长在外面的

那么它们就可以成为很多很多的蛋白酶

识别的主要目标

核小体的结构早在1997年就获得了解析

而染色质30nm纤维的结构

实际上最近才由我国生物物理学家的老师

利用冷冻电镜而获得的

我们看了核小体的结构

我们知道组蛋白上有很多

各种不同的修饰

组蛋白上修饰主要包括有乙酰化

甲基化 磷酸化等等

其中乙酰化是最早被发现的组蛋白修饰

而在发现以后到找到

对组蛋白进行这个修饰的酶实际上是

花了相当长的时间

就是修饰组蛋白上面乙酰化的这个酶

而1996年由洛克菲勒大学的

David Allis实验室首先获得的

它们通过生化分离和醇化获得了这个酶

然后对它进行研究

而它们这个研究也从此引起了

整个生物学界对组蛋白修饰的热点研究

为什么呢 大家可以想象

因为组蛋白它和DNA缠绕在一起

不仅仅是一个结构蛋白

它上面有修饰

它的修饰具有非常重要的功能

它的任何的结构的变化

都可以影响到DNA的功能

而至今为止 我们已经发现了几十种

不同的组蛋白修饰

它们很多这样的修饰

都和乙酰化是一样的

是发生在组蛋白上的

赖氨酸残基lysine上面

而甲基化除了可以发生在lysine上面之外

还可以发生在精氨酸arginine上面

而磷酸化我们都比较熟知的

它不仅仅在组蛋白上发生

在很多蛋白上也发生

它只发生在丝氨酸serine

和苏氨酸threonine以及酪氨酸tyrosine上面

等这些带有羟基的氨基酸残基上面

那么我们知道了

组蛋白上它们有这么多的修饰

那接下来的一个问题就很明显

就是为什么组蛋白上的这些修饰

它们可以导致染色质形态的改变呢

一个非常直观的想法是

因为通过对这些氨基酸残基的修饰

影响了组蛋白和DNA之间的相互作用

这个可以拿乙酰化作为一个典型的例子

因为赖氨酸残基上添加了乙酰基团以后

使得DNA在组蛋白上面缠绕就会变得松散

从而导致了核小体的结构

不再是那么稳定了

当核小体的结构不是那么稳定的时候

核小体的形成和解体之间的平衡

就会偏向于解体

从而使得原本带有核小体的

这部分染色质区域会发生结构的变化

影响到了最后整个形态的变化

使得转录因子以及RNA聚合酶

可以有机会结合到

因为核小体解体而暴露出来的

这部分DNA上去

从而最终导致了该部分DNA中所包含的

基因可以发生转录

与此类似如果组蛋白上发生的这个修饰

可以使得染色体的结构更加致密

或者使得原本的常染色质

变成了异染色质

那么这个区域的基因就会从表达

而转变成为沉默过程使得不再发生表达

除了通过改变染色质的形态

而调节基因的表达外

组蛋白上的修饰还可以改变

组蛋白的表面结构

使其它调控蛋白易于和染色质接触

间接的影响了转录的活性

举一个例子就说人或小鼠等

哺乳类动物细胞中的组蛋白

H3上面第9号赖氨酸的甲基化

第9号赖氨酸的甲基化

被认为是一个基因沉默的标记

它原因在于当这个位点

发生了甲基化以后

而和异染色质形成相关的一个蛋白

我们叫HP1或者异染色质蛋白1

它会识别这个甲基化位点

而HP1是介导基因沉默的一个重要分子

它的结合将告诉细胞

说这个位点上面的染色质

我们将发生高度的压缩

抑制其它转录因子的结合

最后形成一个异染色质区域

除了组蛋白的翻译后修饰外

在各种真核细胞中还存在着另外一种

对染色质区域结构进行改变的机制

那就是染色质重塑

这也是一个非常常见的过程

在这个过程中需要特殊的功能蛋白

这一类蛋白都被称通为

染色质重塑复合体

或者叫chromatin remodeling complex

这个complex往往会包括很多种不同的蛋白

染色体重塑复合体的主要功能

是对特定区域的染色质结构进行改变

包括将原本高度浓缩的染色体

变得打开变得较为松散

而有利于其它因子的结合

以及将原本在特定染色质区域上

核小体排布是按这种有规则的排布

它们的作用可以使得核小体

在这段DNA上的排布发生一些位移

使得一边的DNA被打开

一边的DNA变得核小体的数目变多了

所以染色质重塑的直接结果

就是使得原本无法结合到

蛋白因子的这部分DNA可以被暴露出来

把这个结合点暴露出来

使得这些蛋白因子可以有机会

在上面发生作用

而染色体的重塑过程是需要消耗能量的

所需要的能量是由染色体

重塑复合物中的ATP酶

来催化ATP水解而提供的

染色质结构的变化它是可以遗传的

这也是近年来

表观遗传学研究的一个重要方面

表观遗传学

是相对遗传学而命名的一个新兴学科

它是指在不改变DNA序列的前提下

我们可以通过

或者细胞可以通过某一些特定的机制

引起一些可遗传的基因表达

或者细胞表型的变化

表观遗传学中的非DNA序列遗传信息

实际上包括DNA的甲基化 组蛋白的修饰

非编码RNA 小RNA等等

其中很多很多的机制

到目前来说还是非常不清楚的

就在差不多十年前

人们还都认为组蛋白上面的的甲基化

它是一个非常稳定的遗传标记

直到目前在Harvard大学的施洋教授

他们第一次寻找到了

这个组蛋白上的去甲基化酶

所以 我们目前所认为的这些信息

也许在未来的研究中都会被进行修正

也许在你们当中就会有人

以后将对表观遗传学进行研究

并且提供新的一些机制

这也是我非常乐意能够看到的

普通生物学课程列表：

绪论——走进生命科学

-绪论

--绪论

-人物访谈——走进精准医学

--第一节 什么是精准医学

--第二节 精准医学用于临床应具备哪些条件

--第三节 精准医学的临床应用实例

--第四节 给医学生的建议

--第五节 精准医学的发展展望

第一章 细胞生物学基础

-第一节 细胞概述

--1.1.1 细胞的基本特征

--1.1.2 原核生物与真核生物的区别

-第一章 细胞生物学基础--第一节 细胞概述

-第二节 细胞膜与物质的跨膜运输

--1.2.1 质膜的结构与基本成分

--1.2.2 质膜的基本特征及功能

--1.2.3 膜转运蛋白

--1.2.4 小分子物质的跨膜运输

--1.2.5 细胞连接

-第一章 细胞生物学基础--第二节 细胞膜与物质的跨膜运输

-第三节 真核细胞的结构

--1.3.1 线粒体和叶绿体

--1.3.2 细胞的内膜系统

--1.3.3 过氧化物酶体

--1.3.4 细胞骨架——微丝

--1.3.5 细胞骨架——微管

--1.3.6 细胞骨架——中间丝

--1.3.7 马达蛋白

--1.3.8 细胞核与染色质

--1.3.9 核糖体

-第一章 细胞生物学基础--第三节 真核细胞的结构

-第四节 细胞的能量代谢

--1.4.1 能量货币ATP

--1.4.2 细胞是如何获得能量的

--1.4.3 糖酵解与柠檬酸循环

--1.4.4 电子传递与氧化磷酸化

--1.4.5 乙醇发酵与乳酸发酵

--1.4.6 营养物质的分解与代谢

--1.4.7 叶绿体与光系统

--1.4.8 光反应

--1.4.9 固碳反应

--1.4.10 C4途径与CAM途径

-第一章 细胞生物学基础--第四节 细胞的能量代谢

-第五节 细胞的分裂与分化

--1.5.1 细胞周期概述

--1.5.2 细胞周期调控的分子机制

--1.5.3 有丝分裂

--1.5.4 减数分裂

--1.5.5细胞分化与细胞全能性

--1.5.6细胞死亡

-第一章 细胞生物学基础--第五节 细胞的分裂与分化

第二章 分子生物学基础

-第一节 遗传的分子基础

--2.1.1 DNA的发现历史

--2.1.2 DNA的结构

--2.1.3 DNA的复制

--2.1.4 端粒及端粒酶

--2.1.5 蛋白质是表型的分子基础

--2.1.6 RNA的分子构成与功能

--2.1.7 DNA的转录

--2.1.8 遗传密码的破解

--2.1.9 遗传信息的翻译

--2.1.10 中心法则

--2.1.11 基因的突变

-第二章 分子生物学基础--第一节 遗传的分子基础

-第二节 基因的表达调控

--2.2.1 原核生物的基因表达调控

--2.2.2 真核生物的基因表达调控

--2.2.3 染色质的结构影响基因的转录

--2.2.4 蛋白质的组装调控基因的转录

--2.2..5 RNA转录后的加工

-第二章 分子生物学基础--第二节 基因的表达调控

-第三节 生物技术及其应用

--2.3.1 核酸的分子杂交

--2.3.2 DNA芯片技术

--2.3.3 聚合酶链式反应

--2.3.4 DNA凝胶电泳

--2.3.5 DNA重组技术

--2.3.6 基因工程技术的应用

-第二章 分子生物学基础--第三节 生物技术及其应用

-第四节 人类基因组及其遗传疾病

--2.4.1 DNA测序技术

--2.4.2 第三代DNA测序技术

--2.4.3 人类基因组及其应用

--2.4.4 人类的遗传性疾病

--2.4.5 癌基因与恶性肿瘤

-第二章 分子生物学基础--第四节 人类基因组及其遗传疾病

第三章 高等植物体的结构与功能

-第一节 高等植物体的细胞与组织

--3.1.1 初生壁

--3.1.2 次生壁

--3.1.3 与细胞壁相关的结构

--3.1.4 质体与液泡

--3.1.5 组织与组织系统

--3.1.6 分生组织

--3.1.7 表皮与周皮

--3.1.8 维管组织

--3.1.9 基本组织系统

-第三章第一节 高等植物体的细胞与组织

-第二节 植物的生长

--3.2.1 种子的萌发与幼苗的生长

--3.2.2 根的初生生长

--3.2.3 根的初生结构

--3.2.4 侧根的发生

--3.2.5 根的次生生长及其结构

--3.2.6 茎的初生生长及其结构

--3.2.7 茎的次生生长及其结构

--3.2.8 周皮与树皮

--3.2.9 年轮是如何产生的

--3.2.10 茎的初生组织与次生组织之间的关系

-第三章 高等植物体的结构与功能--第二节 植物的生长

-第三节 植物的生殖和发育

--3.3.1 植物的繁殖类型

--3.3.2 世代交替

--3.3.3 花的组成与基本结构

--3.3.4 花各部分结构的多样性

--3.3.5 花药的发育

--3.3.6 胚珠的发育

--3.3.7 开花与传粉

--3.3.8 花粉萌发和受精

--3.3.9 果实和种子的形成与传播方式

--3.3.10 被子植物生活史总结

-第三章 高等植物体的结构与功能--第三节 植物的生殖和发育

-第四节 植物的营养与运输

--3.4.1 植物叶片的结构

--3.4.2 气孔运动的调节

--3.4.3 植物的矿质营养

--3.4.4 根系是如何吸水的？

--3.4.5 水分在植物体内的运输

--3.4.6 矿质元素的运输

--3.4.7 有机物运输的经典实验

--3.4.8 有机物质的运输

--3.4.9 植物的营养适应-食虫植物

--3.4.10 植物的营养适应-氮元素的利用

--3.4.11 植物的营养适应-寄生植物

--3.4.12 植物的营养适应-菌根

-第三章 高等植物体的结构与功能--第四节 植物的营养与运输

-第五节 植物生长发育的调控

--3.5.1 植物激素概述

--3.5.2 生长素

--3.5.3 生长素的作用机制

--3.5.4 赤霉素

--3.5.5 细胞分裂素

--3.5.6 乙烯

--3.5.7 脱落酸

--3.5.8 激素间的相互作用

--3.5.9 光周期现象

--3.5.10 光敏色素

--3.5.11 植物对植食性动物和病菌的防御

-第三章 高等植物体的结构与功能--第五节 植物生长发育的调控

第四章 高等动物体的结构与功能

-第一节 动物的组织

--4.1.1 上皮组织

--4.1.2 疏松结缔组织

--4.1.3 致密结缔组织

--4.1.4 脂肪组织

--4.1.5 软骨

--4.1.6 硬骨

--4.1.7 血液

--4.1.8 结缔组织总结

--4.1.9 肌肉组织

--4.1.10 神经组织

--4.1.11 组织器官系统

-第一节 动物的组织--作业

-第二节 消化系统

--4.2.1 营养素及其消化和吸收

--4.2.2 人体消化系统的组成

--4.2.3 口腔和食管

--4.2.4 胃壁的结构

--4.2.5 胃的消化功能

--4.2.6 胃溃疡

--4.2.7 小肠的组织结构

--4.2.8 小肠消化液的组成及其功能

--4.2.9 营养物质的消化和吸收

--4.2.10 大肠的结构与功能

--4.2.11 肝脏和胰腺

--4.2.12 脊椎动物消化管的结构与功能适应

-第四章 高等动物体的结构与功能--第二节 消化系统

-第三节 呼吸系统

--4.3.1 呼吸系统的演化

--4.3.2 人的呼吸系统的结构与功能

--4.3.3 呼吸运动

--4.3.4 气体的交换

--4.3.5 氧气和二氧化碳的运输

--4.3.6 呼吸运动的调节

-第三节 呼吸系统--作业

-第四节 循环系统

--4.4.1 动物循环系统的演化

--4.4.2 血管的结构

--4.4.3 心脏的结构与血液循环

--4.4.4 心动周期

--4.4.5 心脏的传导系统

--4.4.6 动脉血压的形成

--4.4.7 输血与血型

--4.4.8 组织液的形成

--4.4.9 淋巴系

--4.4.10 常见心脑血管疾病

-第四章 高等动物体的结构与功能--第四节 循环系统

-第五节 内环境的控制

--4.5.1 动物排泄系统的演化

--4.5.2 内环境与稳态

--4.5.3 体温调节

--4.5.4 渗透调节与排泄

--4.5.5 人的泌尿系统的组成与功能

--4.5.6 原尿是如何生成的

--4.5.7 肾小管与集合管的重吸收

--4.5.8 肾小管与集合管的分泌作用

--4.5.9 尿液的浓缩

--4.5.10 尿液生成的总结

--4.5.11 肾脏对机体酸碱平衡的调节

--4.5.12 血压与血量的调节

--4.5.13 透过尿液分析检查疾病

-第四章 高等动物体的结构与功能--第五节 内环境的控制

-第六节 内分泌系统

--4.6.1 体液调节概述

--4.6.2 激素的作用机制

--4.6.3 内分泌系统与神经系统的联系

--4.6.4 激素分泌的调节

--4.6.5 神经垂体的内分泌功能

--4.6.6 腺垂体的内分泌功能

--4.6.7 生长激素的功能

--4.6.8 甲状腺调节代谢与发育

--4.6.9 甲状旁腺的功能

--4.6.10 胰岛素和胰高血糖素激素

--4.6.11 肾上腺皮质的内分泌功能

--4.6.12 肾上腺髓质的内分泌功能

-第四章 高等动物体的结构与功能--第六节 内分泌系统

-第七节 神经系统与神经调节

--4.7.1 静息电位

--4.7.2 动作电位

--4.7.3 神经冲动是如何传播的

--4.7.4 突触如何传递神经信号

--4.7.5 毒品为什么具有成瘾性

--4.7.6 反射与反射弧

--4.7.7 脑的结构与功能

--4.7.8 脊髓的结构与功能

--4.7.9 周围神经系统

--4.7.10 躯体运动神经与内脏神经的区别

--4.7.11 交感神经与副交感神经的作用

--4.7.12 中枢神经对内脏活动的调节

--4.7.13 神经系统的演化

-第四章 高等动物体的结构与功能--第七节 神经系统与神经调节

-第八节 生殖与胚胎发育

--4.8.1 精子的形态及发生

--4.8.2 卵子的发生

--4.8.3 卵子的发生受激素的调控

--4.8.4 生育的控制

--4.8.5 卵巢的周期性变化

--4.8.6 子宫的周期性变化

--4.8.7 海胆的受精过程

--4.8.8 哺乳动物的受精过程

--4.8.9 文昌鱼的胚胎发育

--4.8.10 两栖类的早期胚胎发育

--4.8.11 哺乳动物的胚胎发育

--4.8.12 羊膜是如何产生的

--4.8.13 人的胚胎发育

-第四章 高等动物体的结构与功能--第八节 生殖与胚胎发育

期中考试

-2020年秋季学期普通生物学期中考试

2.2.3 染色质的结构影响基因的转录笔记与讨论

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