第十八章 染色体.pdf

第十八章 染色体 在所有细胞遗传物质的组织过程中存 着一个普遍的原则。它以紧缩状态存 , 占据有限的体积，且其各种活性，如复制和转录等，必须 这个范围内实现，这个组 织形式必须能容纳活性与非活性状态之间的过度态。 与碱性蛋白质的结合导致了核酸的压缩状态，这些蛋白质的正电荷中和了核酸的 负电荷。核蛋白复合体的结构由蛋白质与DNA(或RNA)之间的相互作用而决定。 DNA 被包装 噬菌体、病毒、细菌细胞以及真核细胞核内的过程中，存在着 一个普遍的问题。DNA 是伸展状态的分子，其长度远远超过包含其 内的区室的尺 度，DNA( 某些病毒中是RNA)必须被极其紧密地压缩以适应可利用的空间。所以与 习惯上DNA 伸展的双螺旋方式比较，结构已崩解的DNA 分子趋向于弯曲或折叠成 更加紧密的形式是一个普遍规律而非例外。 核酸长度与其所 区室的尺度之间存在着巨大的矛盾，图8.1 给出的例子证实这 一点。对于噬菌体和真核病毒，无论是杆状的还是球状的，其基因组核酸，无论是 DNA 还是RNA 、单链还是多链，都有效地填充了其容器。 图18.1 一般来讲任何生物的核酸长度都要比其外在的尺寸大的多。 对于细菌和真核细胞区室而言，上述矛盾不容易准确计算出来，因为DNA 只包 含 占据区室一部分空间的一个紧密区域里。遗传物质以类核(Nucleoid)形式在细菌 中可见，在间期(Interphase，分裂之间)真核细胞核内以染色质(Chromatin)状态可见。 这些区室中DNA 密度很高。细菌、真核细胞核和T4 噬菌体DNA 密度分别约为 10mg/ml 、100mg/ml 和大于 500mg/ml 。 溶液中这样的浓度相当于有很高粘度的凝 胶。我们尚不了解这种现象的生理学意义，比如，对相关蛋白质与其DNA 结合位点 结合能力的影响。 1 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 染色质的包装是有弹性的， 真核细胞周期中是变化的。 分裂期(减数分裂或 有丝分裂，Meiosis and mitosis)，遗传物质包装更加紧密，染色体个体可被观察到。 DNA 的压缩可用包装比(Packing ratio)来描述,即DNA 长度除以包含DNA 内的 7 单位的长度。比如,最小的人类染色体有约4.6 ×10 bp( 比E.coli 基因组约大10 倍) 。伸 展状态的DNA 长度相当于14,000 μm(=1.4cm) 。在有丝分裂(Mitosis)期最紧缩状态， 此染色体长约2 μm ，所以此染色体的包装比能达到7000 。 这样计算出来的包装比并不准确，因为细菌类核或真核染色质的结构是不定形 的。然而通常的估算是有丝分裂染色体比间期染色质可能要紧密包装570 倍，因此通 常前者包装比为1000-2000 。 包装的特异性是一个主要的悬而未决的问题。是DNA 折叠为特定模式还是基因 组的每一个个体的拷贝之间存在着差异？当DNA 被复制或转录时，包装的模式是否 发生了变化？ 18.1 病毒基因组压缩在其衣壳内 从个体序列的包装透视图来判断。细胞基因组与病毒之间存 重要的区别。细胞 基因组的大小变化是必要的，个体序列的数量与位置可通过复制、缺失与重排而发