细胞遗传学期末复习 第二章 染色体的形态结构
染色质（Chromatin）：在尚未分裂的细胞核中， 显微镜下可见的可被碱性染料染色较深的、纤细的网状物。
染色体（Chromosome）:染色体是遗传物质(DNA)与蛋白质按一定方式结合成核小体，由核小体相连成丝状染色质(Chromatin)再经多重螺旋化形成的具有特定形态结构的一种细胞器。 染色体是核中重要和稳定的成分，具有特定形态结构，具有自我复制能力，积极参与代谢活动，出现连续而有规律性的变化。 染色体控制生物的遗传性状，它在形态、数目、结构上的变化，也会导致遗传性状的相应变化。
研究染色体形态最适合的时期：有丝分裂中期 (metaphase)，减数分裂第一次分裂前期的粗线期(polytene)
有丝分裂中期形态特征：长度、数目、着丝粒、臂比、次缢痕、随体。
染色体长度差别悬殊。0.5μm-30μm，小麦：染色体平均长度11.2 μm, 总长235.4μm。
绝对长度：显微镜下染色体直接测量的长度。一般为1～25μm。最短的长度为0.25μm，最长的长度是30μm。 相对长度：某一染色体绝对长度占该染色体组绝对长度的百分数。 在细胞周期中，染色体处于动态的收缩过程中。 染色体数目：正常情况每种生物不同时期的染色体数目是恒定的。不同物种间染色体数目差异很大。染色体大、数目少的物种是经典细胞遗传学研究的优良实验材料。如果蝇、玉米、蚕豆、洋葱、麦类。 着丝粒(Centromere)：是真核生物细胞在进行有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)时，染色体分离的一种“装置”。也是姐妹染色单体在分开前相互联结的位置，在染色体的形态上表现为一个缢痕(constriction)。 在缢痕区内有一个直径或长度为400 nm左右的很致密的颗粒状结构，这称为动粒(kinetochore)的结构直接与牵动染色体向两极移动的纤丝蛋白相连结。
按着丝粒位置将染色体分为几种类型：中着丝粒染色体M，近中着丝粒染色体m，亚中着丝粒染色体Sm，亚端着丝粒染色体St，近端着丝粒染色体t，端着丝粒染色体T。臂比(arm ratio,A)=长臂/短臂（q/p或L/S） 核仁组织区(Nucleolus Organizer Region, NOR)：次级缢痕（副缢痕；核仁形成区） （secondary constriction):主缢痕外着色较浅的染色体缢缩区，不能弯曲，与核仁形成有关。常在短臂出现。位置相对稳定。 NOR是核糖体RNA合成的场所，植物中18S-5.8S-28SRNA 在该区域转录，5SrRNA在染色体组其他区域转录。
随体 (Satellite, SAT)：从次缢痕到臂末端有一种圆形或略呈长形的染色体节段。随体一般由异染色质组成，常常位于具NOR的染色体短臂上，由一纤细的染色质丝连接于染色体臂上。随体有大有小 随体被认为是由异染色质组成，因此随体上很少有基因。各物种随体的数目和位置一般是确定的，因此可作为物种染色体形态的重要特征。
L：长臂 S: 短臂 C: 着丝粒 SAT: 随体 SC: 次级缢痕
减数分裂前期I粗线期形态特征：长度、数目、着丝粒、臂比、次缢痕、常染色质和异染色质、染色粒、端粒、疖。
常染色质（Euchromatin）和异染色质(Heterochromatin)
异固缩：在细胞周期中，某些染色体的某些部分在固缩程度和染色性质上与其他染色体或染色体其他部分不同步的现象。显微镜下观察染色质着色不均匀、深浅不同. 正异固缩—在间期、前期固缩化过程较其它染色质早、染色深；负异固缩—在中期、后期固缩化过程较其它染色质迟、染色浅。 常染色质（euchromatin):固缩化过程与细胞周期一致。用碱性染料染色较异染色质区染色浅，一般由单拷贝或寡拷贝DNA组成，具有转录活性；在分裂间期，呈高度分散状态，DNA合成在S期的早、
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中期。
异染色质（heterochromatin): 具有异固缩特性的染色质。
组成型或结构型异染色质(constitutive heterochromatin)：在任何情况下均表现异固缩特征。一般位于着丝粒、核仁组织形成区和端粒附近。也可出现在其它区域。
兼性或功能型异染色质（facultative heterochromatin)：具有常染色质的组成，在特定组织或特定时期表现异染色质特性。即异染色质化的常染色质，很可能与基因表达、调控有关。
染色粒(Chromomere)、端粒(Telomere)、疖(Knob)
染色粒（chromomere)：部分染色质在细胞分裂前期，尤其是粗线期聚集而成的呈念珠状颗粒，直线排列于染色体上，是DNA与蛋白质结合，在核小体组装染色体过程中形成的一种局部螺旋化结构。这种组装不是随机的，它随物种、细胞类型、细胞分裂阶段不同而异。因此可作为一种形态标记来识别特定物种的特定染色体。异染色质的染色粒一般比常染色质的染色粒大，且染色深。
疖（Knob)：特别大染色特别深的染色粒称“疖”。它可作为某些物种特定染色体的识别标志。例如玉米第9、第10染色体。
端粒（Telomeres）：末端特化的着色较深部位。由端粒DNA和端粒蛋白组成。端粒是染色体的天然末端，对染色体的稳定起十分重要的作用。端粒的存在使染色体末端形成一种封口，从而不与其它染色体的末端发生融合，当染色体发生断裂时，其断端不同于天然末端，具有粘性，能在断端处发生融合，形成倒位、易位等染色体结构变异，这表明端粒可能有其特殊的结构。端粒位于染色体末端，对染色体稳定起重要作用，起“封口”作用。主要由高度重复序列组成。端粒由不规则折叠的染色质纤丝组成，这些染色丝并不终止于染色体末端，而是折回到染色体中去。作用：防止染色体降解、连粘，抑制细胞凋亡，与寿命长短有关。
染色体核型和核型分析
1.核型（Karyotype）：指染色体组在有丝分裂中期的表型, 是染色体数目、大小、形态特征的总和。 2.核型分析：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。真核生物的某一个体或某一分类群（亚种、种、属等）的细胞内具有的相对恒定特性的单倍或双倍染色体组的表型。染色体的特征以有丝分裂中期最为显著，主要包括染色体的数目、长度、着丝粒的位置、随体（指某些染色体末端的球形小体，由着色浅而狭细的次缢痕与染色体臂相连）与副缢痕的数目、大小、位置，以及异染色质和常染色质在染色体上的分布、染色体分带类型、同位素渗入等。也称“染色体组型”。
3.核型模式图（Idiogram）：将一个染色体组的全部染色体逐条按其特征画下来，再按长短、形态等特征排列起来的图称为核型模式图，它代表一个物种的核型模式。
4.有丝分裂染色体核型分析所依靠的形态指标：染色体长度、着丝粒位置、次级缢痕的有无和位置、随体的有无、形状和大小、用低温处理加Feulgen反应染色显现的异染色质区的分布（数量、位置和大小），特别是用Giemsa法染色或荧光染色显现的带型。、
5.核型分析图版制作：一般按染色体长度从长到小依次排列，随体染色体排在最前或最后（也有的仍
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按该染色体长度排在相应位置）。着丝粒排在同一水平线上，短臂朝上，长臂朝下。在已知染色体组和部分同源归属的多倍体物种中，也可按染色体组和部分同源群次序排列。
6.粗线期染色体核型分析所依靠的形态指标：染色体长度，常、异染色质，染色粒数目和分布，端粒，核仁组织区的有无和位置，着丝粒位置。、
7.粗线期染色体核型分析所依靠的形态指标：染色体长度；常、异染色质；染色粒数目和分布；端粒核仁组织区的有无和位置；着丝粒位置。
染色体分带和带型分析
指借助于某些物理、化学处理，使中期染色体显现出深浅、大小、位置不同的带纹，特定的染色体其带纹数目、位置、宽度及深浅程度都有相对的恒定性，可以作为识别特定染色体的重要依据。 Q带: 1968，Carspersson, Quinacrine （A=T rich region）；G带: Giemsa 带；C带: 1970, Pardue, Centromere Heterochromatin带；R带: Reverse带, G带的反带；T带：Telomere带；N带: 1973, Matsui, 显示NOR。 G带（Giemsa bands）：用碱—盐溶液或胰蛋白酶、或尿素、或链霉蛋白酶对染色体制片进行预处理，再用Giemsa染料染色。 G—带显示的带纹多而细、分布在整个染色体上。 人类染色体（有丝分裂中期）可多达80条主带和数百条次带，已用于染色体识别，基因染色体物理定位，染色体结构变异分析，并已用于人类遗传疾病诊断。G-带显示的实际上是染色粒（常染色质）。 C—带：用酸、碱对染色体标本进行变性处理，然后用2×SSC复性处理，再在Giemsa中染色，显示出的带叫C带。Centromere bands 着丝粒带 Constitutive hederochromation bands组成型异染色质带。C—带主要分布在着丝粒及其附近区域，端粒区、NOR区及富Constitutive heterochromatin区域。植物染色体C-带主要包括以下四种带：着丝粒带（Centromeric Band):指着丝粒及其附近的带；中间带（Intercalary Band)：分布在着丝粒至末端之间的带；末端带（Telomere Band):位于染色体两臂末端的带；核仁组织区带（NOR band):位于NOR区的核仁染色体专一带。 染色体核型分析和带型分析的应用：1. 物种起源与进化2. 染色体结构和数目变异3. 染色体与遗传的关系4. 染色体标图5. 染色体工程育种。
Centromere，Chromomere，Telomere，NOR，Satellite，Euchromatin，Heterochromatin， Constitutive heterochromatin，Facultative heterochromatin，Karyotype，Idiogram
第三章 染色体的物质组成及组装
原核生物(Prokaryotic)：病毒、噬菌体、细菌无细胞核(只有一个类核体)只有一环状染色体(基因带)，小，在电境下才能看到。
真核生物(Eukaryotic)：真菌、藻类、高等动、植物、人类有细胞核，染色体在核内具有2条以上线状染色体（也可能有环状的），大，可在光学显微镜下观察。
原核生物染色体
组成：1.DNA 除一些病毒外，原核生物（包括叶绿体、线粒体）染色体均含DNA，分子量大小因物种不同而异。2. RNA 除一些RNA病毒以RNA作为遗传物质外，在原核生物染色体中也分离到RNA，但对RNA是否是染色体结构组成部分尚有争论，可能相当一部分为初生转录体。3.蛋白质 在很少一段时间里普遍认为细菌染色体不含碱性蛋白，并作为原核染色体不同于真核染色体的特征之一。但最新研究Rouviere Yaniv Gros(1975)发现大肠杆菌染色体中的Hu蛋白(分子量8000-10000 Daltan),以后又从细菌染色体中分离出另一些碱性蛋白及中性蛋白如Hu, H-NS, H, HLP-1。
结构：类核体，环状染色体：电子显微镜观察
RNA核心模型：原核生物的染色体分成许多区段，每个区段的两端连接在一个RNA核心上形成超螺旋的侧环；即使在一个侧环上造成一个单链缺口，侧环松驰，也不影响到其余侧环结构。但是这种假
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设提出一些质疑：如RNA核心没有得到电镜化学证实；至今也没有分离到构成这种RNA核心结构的RNA。
类核小体模型:4个蛋白分子，40bpDNA，如果去蛋白，所有DNA被降解，说明40bp片段受蛋白质保护。
真核染色质
染色质(Chromatin)具有压缩结构，其中的大部分DNA 序列结构上难以接近且无功能活性，仅少数是活性序列。
组成成分：由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成，比例为1：1：（1-1.5）：0.05。DNA与组蛋白的含量比较恒定，非组蛋白的含量变化较大，RNA含量最少。
1.DNA: 双链DNA, 双螺旋结构;2. RNA 大量非染色体RNA附着于染色体表面，主要是核糖体RNA（rRNA)，随着染色体分离以均衡分配到子细胞中。
3.蛋白质:根据氨基酸组成、等电点将其分类两类：组蛋白、非组蛋白.（1）组蛋白（histone)：是一类小分子量的碱性蛋白，在进化上高度保守，在细胞中只局限于细胞核中的染色体上。在细胞周期含量稳定，真核生物组蛋白有5种：H1，H2a，H2b，H3，H4。所有组蛋白都不同程度地受到甲基化、乙酰化、磷酸化或ADP核苷化修饰，这些修饰可能与转录或染色体凝集等功能有关。
（2）非组蛋白（Non-histone chromosome proteins)：指组蛋白以外的染色体蛋白，多达几百种，迄今分离到的有结构蛋白、酶蛋白、DNA结合蛋白、调控蛋白、激素受体和高迁移旋蛋白等。非常多样，是维持生命活动所需的一些蛋白质。
4. 无机离子 K，Cl，Mg，Ca二价离子对染色体状态有影响，失去二价离子，染色体会膨胀，因此无机离子可以维持染色体的结构。
+
-+2
+2
染色体的组装
一级结构 双链DNA, 双螺旋结构
二级结构 核小体 间期细胞核中，直径11nm的颗粒与直径1.5-2nm的纤维相连接形成串珠结构，它们称这些颗粒为核小体。相邻核小体间的DNA连线一般长约50-60bp。也存在长达数百bp的无核小体DNA片段。这些不含核小体的染色质位点极易受到DNA酶I的攻击，称为核酸酶超敏感位点。在染色质中这样的位点约几千个bp才出现一个。以SV40质粒DNA所作的离体试验表明，这些位点多位于DNA复制或合成的起始点，其核小体为DNA特异结构蛋白所置换。 串珠结构：颗粒直径：11nm 纤维直径：1.5~2nm
复制中的核小体：在DNA复制时, 每一个核小体暂时分成两半, 允许DNA聚合酶复进行DNA的复制。在电镜下观察正在复制的染色质时, 可以看到复制叉上有一条DNA链没有核小体结构。并进一步证明, 有核小体的是先导链, 无核小体的是滞后链。
转录中的核小体：通过核小体转录的络纱模型(spooling model)。在该模型中，在DNA转录时, 核小体是全保留的, 通过“DNA成环机制”（DNA looping）,使RNA聚合酶通过核小体
通过核小体，DNA长度压缩了7倍，形成直径为11nm的纤维
三级结构 螺线管（Solenoids）由核小体组成的直径10nm的纤维螺旋化，每圈6个核小体，形成外径30nm、内径10nm纤维，H1组蛋白位于螺线管的内侧（长度又压缩6倍）。
四级结构 侧环（Loop）由螺线管中特定区域与细胞核基质结合后收缩形成。侧环长度约63000bp, 相当于一个复制单位。染色体联会及重组可能发生于该级结构水平上。（50圈/环）
五级结构 染色单体纤维（chromatid fiber） 以细胞核基质为支撑基础的侧环结构进一步螺旋化，形成18个侧环组成的圆盘。许多圆盘上下重叠形成粗度约为200-300nm、中空的管状结构，内侧为染色体骨架，称染色单体纤维。
5种组蛋白在结构和功能上有什么异同?
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组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白, 是一类小分子碱性蛋白质, 有五种类型：H1、H2A、H2B、H3、H4（表11-4），它们富含带正电荷的碱性氨基酸, 能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。 5种组蛋白在功能上分为两组: 一组是核小体组蛋白(nucleosomal histone), 包括H2A、H2B、H3和H4, 这四种组蛋白相对分子质量较小(102～135个氨基酸残基), 它们的作用是将DNA分子盘绕成核小体。它们没有种属及组织特异性, 在进化上十分保守, 特别是H3和H4是所有已知蛋白质中最为保守的。H1属于另一组组蛋白, 它不参加核小体的组建, 在构成核小体时起连接作用, 并赋予染色质以极性。H1有一定的组织和种属特异性。H1的相对分子质量较大, 有215个氨基酸残基, 在进化上也较不保守。
DNA包装成核小体大约压缩了7倍, 请说明计算的依据。
一个核小体的直经是10nm, 由200个碱基对的DNA组成, 每个碱基对长度为0.34nm, 一个核小体伸展开来的长度是70nm, 因此, DNA包装成核小体, 大约压缩了7倍。
第四章染色体的运动
细胞周期:指从一次细胞分裂完成到下一次细胞分裂结束所经历的全过程。
有丝分裂中的染色体
染色体的复制和有丝分裂的准备
间期：G1 S G2 DNA复制（核小体复制） DNA转录 蛋白质合成 各个主要时期
前期：a. 染色质浓缩为染色体 b. 核膜解体 c. 核仁消失 d. 形成纺锤体
在前期，染色体以染色质的形式存在，呈细丝状，经连续的盘旋和折叠而成为染色体。每一前期染色体都由2条遗传组成相同的姊妹染色单体组成，这是S期DNA复制并凝集的结果。
前中期：指核膜破坏——染色体排列到赤道板上这段时间。染色体赤道板集合、着丝粒定向、染色体分布。秋水仙素、巯基乙醇和低温可以破坏纺锤体形成 中期： 染色体高度螺旋化，适于进行细胞学研究染色单体间平行排列，秋水仙素处理，染色体臂分离，着丝粒处相连。
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