当前课程知识点：分子生物学 > 第三章 核酸结构及理化性质 > 3.3 染色体的结构 > 3.3 染色体结构
前面我们学习了核酸的结构
核酸在细胞内与蛋白质相互作用
进一步形成染色质或者染色体
今天我们来看一下染色体的结构
为理解后面将要学到的基因组的结构
和功能以及基因表达调控打下基础
原核和真核染色体结构以及
它们在细胞内的存在方式均有所不同
原核DNA是一条相对
分子质量在109 左右的共价
闭合双链分子
在细胞中以紧密缠绕成的
较致密的不规则小体形式存在于细胞中
称为拟核
在电子显微镜下是一个透明的
不易着色的纤维状区域
主要是由原核DNA结合
拟核相关蛋白
（nucleoid-associated proteins NAPs）形成
原核染色体外包裹稀疏的蛋白质
这些蛋白质有些与DNA的折叠有关
另一些则参与 DNA复制
重组及转录过程
原核DNA一般情况下只含有一条染色体
也就是说原核细胞都是单倍体
原核基因大多数为单拷贝基因
只有很少数基因（如rRNA基因）
是以多拷贝形式存在的
整个染色体DNA几乎全部
由功能基因与调控序列所组成
绝大部分是用来编码蛋白质的
只有非常小的一部分不转录
而且这些不转录 DNA 序列
通常是控制基因表达的序列
这与真核 DNA 的冗余现象不同
不仅如此
原核和病毒基因组还存在有重叠基因
即同一段DNA能携带
两种不同的蛋白质的信息
可以是一个基因完全在另一个基因里面
或者部分重叠
重叠基因使得一个碱基的
变化可能影响多个蛋白质的编码
这样增加了变异发生的概率
可能是生物进化过程中自然选择的结果
真核细胞有明显的核结构
除了性细胞以外
真核细胞的染色体都是二倍体
真核细胞间期染色体以较细
且松散的染色质形式存在于细胞核中
非分裂期的细胞核经低渗处理
溶胀破裂后释放出染色质
在电子显微镜下呈纤维串珠状的长丝
包括有DNA双螺旋的
长臂及部分蛋白质
真核细胞的染色体中
DNA与蛋白质完全融合在一起
其蛋白质与相应DNA的质量比约为2:1
包括组蛋白和非组蛋白
这样
DNA
组蛋白和非组蛋白及部分RNA
组成了染色体
下面我们分别来看一下
真核染色体各组分的功能
以及它们的组装方式
染色体上的蛋白质
主要包括组蛋白和非组蛋白
组蛋白是染色体的结构蛋白
它与DNA组成核小体
这些组蛋白都含有大量的赖氨酸和精氨酸
组蛋白在进化上极端保守
不同种生物组蛋白的氨基酸组成十分相似
一般来说组蛋白也没有组织特异性
碱性氨基酸集中分布N端
大部分疏水基团都分布在C端
这种不对称的分布
可能与它们的功能和相互作用有关
碱性带正电荷的氨基酸
易与DNA 的负电荷区结合
而另外半条链与
其他组蛋白和非组蛋白结合
组蛋白可以发生包括甲基化
乙酰化
磷酸化
泛素化及ADP核糖基化等在内的化学修饰
从而影响局部染色体的结构和基因表达
DNA首先和组蛋白
相互作用组成核小体的基本结构
核小体是由H2A
H2B H3 H4
各两个分子生成的八聚体组成核心
然后由146bp的DNA分子
盘绕在组蛋白八聚体外
大约绕1.75圈
再加上核小体之间的
连接区域的DNA和与其结合的H1组蛋白
多个核小体构成了
连续的染色质 DNA 细丝
在电镜下呈串珠状结构
可以看到由一条细丝
连接着的一连串
直径为 10 nm 的球状体
利用X射线衍射研究染色质的
结构也发现了10 nm 的重复单位
证实了这个核小体的结构模型
另外
用 DNase I 消化染色体
经电泳以后
得到一系列的为200bp整倍数的片段
其大小分别为 200 bp（单体）
400 bp(双体）
600 bp(三体）等依次递进
其原因也是因为与组蛋白
结合部分的DNA被保护不被酶解
从而也证实了我们
上面提到的串珠状结构模型
核小体的形成是染色体中
DNA压缩的第一个阶段
200 bp DNA 完全舒展
时长约 68nm
却被压缩在 10nm的核小体中
压缩了7倍
10nm的染色质细丝
继续盘绕成螺线管(solenoid)
螺线管的每一螺旋包含6个核小体
也就是再次被压缩6倍
这种螺线管是分裂间期染色质
和分裂中期染色体的基本组分
螺线管可进一步压缩形成中空的圆筒
直径为4000nm
压缩40倍左右
这个超螺旋圆简进一步压缩
至1/5 便成为在细胞分裂中期
在光学显微镜下可见的染色体单体
至此
DNA和蛋白质形成的染色体
总压缩7x6x40x5将近一万倍
真核染色体是线性染色体
末端都有一个称为端粒的结构
由串联重复序列的DNA
和端粒结合蛋白组成
端粒DNA重复序列有物种特异性
以人的染色体端粒为例
含有TTAGGG的重复序列
长度为15-20kb
由于末端存在3’端overhang
因此
端粒分为双链区和单链区
分别结合双链区结合蛋白
和单链区结合蛋白
端粒的结构
对于维持真核染色体的稳定
防止末端降解和粘连
固定或辅助染色体的运动
都有着重要的意义
有研究表明
破坏正常的端粒结构
敲除端粒结合蛋白
可以影响染色体
在细胞核内的定位和运动
导致染色体末端的粘连
除了组蛋白以外
染色体上还存在大量的非组蛋白
占组蛋白总量的60%-70%
非组蛋白种类很多
其中常见的有 15-20 种
包括酶类（如 RNA 聚合酶）
与细胞分裂有关的收缩蛋白
骨架蛋白
核孔复合物蛋白以及肌动蛋白
肌球蛋白
等等
它们也可能是染色质的结构成分
参与控制染色体高级结构
的形成以及基因表达的调控
好了
关于染色体的结构我们先介绍到这里
下次课再见
-1.1 a brief history of molecular biology
--分子生物学的历史
-2.1 生物大分子
-2.2 生物大分子复合物
-第二章单元测试
-3.1 核酸的结构
-3.2 核酸的理化性质
-3.3 染色体的结构
-3.4 基因，基因组及人类基因组的特点
-第三单元测试
-4.1 the discovery of genetic material
--4.1 遗传物质的发现the discovery of genetic material
-4.2 半保留复制的过程和特点
-4.3 几种特殊的复制形式
-4.4 随机复制对半保留复制的补充
-第四章单元测试
-5.1 转录的起始及RNA聚合酶
-5.2 启动子的特点及转录因子
-5.3 转录的延伸和终止
-5.4 转录后的加工
-第五章单元测试
-6.1 遗传密码子的破解和密码子的“简并性”
-6.2 tRNA的结构特点
-6.3 核糖体的结构特点
-6.4 蛋白质的翻译过程
-6.5 蛋白质的翻译后修饰
-6.6 mRNA在细胞内的非随机分布与翻译
-第六章单元测试
-7.1 氨基酸与蛋白质
-7.2 蛋白质的四级结构
--蛋白质的四级结构
-7.3 蛋白质的理化性质
--蛋白质的理化性质
-7.4 蛋白质的结构域，蛋白质家族及种系进化分析
-第七章单元测试
-8.1 操纵子模式及原核基因表达的调控
-8.2 真核基因表达转录和转录后水平的调控
-第八章单元测试
-9.1 突变概述
--9.1 突变概述
-9.2 突变的后果及修复
-9.3 人工突变，表型筛选及育种
--9.3 诱突育种
-第九章单元测试
-10.1 DNA指纹与个体识别
-10.2 基因编辑与伦理
-第十章单元测试
