第七章线粒体和叶绿体

学习要求：掌握线粒体的分离与鉴定、结构与功能的知识。掌握氧化磷酸化的过程原理和区别，掌握线粒体和叶绿体蛋白质合成及其转运知识点。理解线粒体与叶绿体的半自主性及其增殖与起源的相关知识。了解叶绿体的结构和功能。

本章的难点与重点：氧化磷酸化的机制；线粒体和叶绿体蛋白的运送与装配。

基本概念：

呼吸链：也称电子传递链，是位于线粒体内膜上的有一系列电子传递提案一定顺序排列起来形成的呼吸电子传递轨道。电子传递体是一些氧化还原迅速而可逆的分子，其在电子传递链中是按氧化还原电位由低到高的顺序依次排列的。呼吸底物氧化分解过程脱出的电子经呼吸电子传递链最终传递给分子氧，将氧还原成水。

氧化磷酸化：呼吸链上氧化作用释放出的能量与ADP的磷酸化作用偶联起来形成ATP的过程称为氧化磷酸化。因此氧化磷酸化特指呼吸链上磷酸化作用，有别于底物水平的磷酸化和光合磷酸化。

ATP合成酶：又称为F1F0-ATP酶，广泛存在于线粒体、叶绿体、异养菌和光合细菌中，是生物体能量转换的核心酶。该酶分别位于线粒体内膜、类囊体膜或质膜上，是跨膜的通道蛋白，参与氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力势的推动下，或者说在他的引导下，质子通过膜来驱动从ADP和无机磷合成ATP。

化学渗透假说：是年由Mitchell等提出的，用来解释氧化磷酸化耦连机理学说。该假说的主要内容是：呼吸链的各组分在线粒体内膜中的分布式不对称的，当高能电子在膜中沿呼吸链传递时，所释放的能量能将H+从膜基质侧泵至膜间隙，由于膜对质子是不通透的，从而使膜间隙的H+浓度高于基质，因而在内膜的两侧形成电化学质子梯度。在这个梯度驱动下，H+穿过内膜上的ATP合成酶流回到基质中，其能量促使ADP和Pi合成ATP,从而使体内能源物质氧化释放的化学能通过转变成渗透后，再转移到ATP中的过程。

半自主性细胞器：指线粒体和叶绿体两种细胞器具有自我增殖所需要的基本组分，具有独立进行转录和翻译的功能；但两种细胞器基因组信息量是有限的，绝大多数蛋白质是由核基因组编码，在细胞质核糖体上合成后转运至之，即两种细胞器的自主性是有限的，基因在转录和翻译过程中在很大程度上要依赖于核质遗传系统，故称为半自主性细胞器。

基质：内膜和嵴包围着的线粒体内部空间，含有多种蛋白质和脂类，催化三羧酸循环中脂肪酸和丙酮酸氧化的酶类，也都存在于基质中。此外还含有线粒体DNA、线粒体核糖体、tRNA、rRNA以及线粒体基因表达的各种酶，基质的标志酶是苹果酸脱氢酶。

线粒体：存在于细胞质内的一个重要细胞器，由内外两层单位膜为成的膜相结构。内膜箱内凸起形成嵴，嵴上的颗粒为基粒，是氧化磷酸化的关键装置。线粒体基质是进行三羧酸循环的场所。线粒体是细胞内能量转换系统，其主要功能是产生ATP，提供细胞生命活动所需要的能量。

问答题：

线粒体各部分如何分离？

线粒体使细胞内一种非常微小的细胞器，要对其各部分进行化学分析，首先必须将其各部分分离开来。完整的线粒体通过差速离心便能分离出来，而各种亚线粒体成分则需要利用密度梯度离心来进行分离。每g克的组织大约可获得1克线粒体。

分离外膜一般有两种方法，一种通过低渗处理，让线粒体吸水膨胀，直到把外膜张破，然后使剩下内膜和基质收缩；另一种是使用两种去污剂----毛地黄苷和lubrol.毛地黄苷可使完整的内膜与外膜分开，外膜很轻，要用强离心力和低的密度梯度才能分离出。外膜与内膜分开后，便可以对其酶系统进行定位和定性研究，去掉外膜后的线粒体部分仍能进行氧化磷酸化活动，说明氧化磷酸化酶系存在于线粒体内膜上。去污剂Lubrol又可以进一步使线粒体内膜与基质分离。

如何测定线粒体呼吸链各组分在内膜上的排列分布？

（1）测定各电子传递体的标准氧化还原电位：因为各组分在呼吸链上的排列顺序与其得失电子的趋势有关，电子总是从低氧化还原电位向高氧化还原电位流动，氧化还原电位值愈低的组分失去电子的倾向越大，愈易成为还原剂而处于传递链的前面。

（2）用分离的电子传递体进行体外重组试验：NADH可使NADH脱氢酶还原，但不能直接使细胞色素b、c、aa3还原。同样，还原型的NADH脱氢酶也不能直接与细胞色素c起作用，必须经过CoQ和细胞色素b和细胞色素c1后才能在与细胞色素c起作用。

（3）利用呼吸链的特殊阻断抑制剂：阻断链中某些特定的电子传递环节。若加入某种抑制剂后，则在阻断环节的负电性侧的电子传递体因不能被氧化而大多处于还原状态；但阻断环节的正电侧，电子传递体因不能被还原而大多处于氧化状态，从此可以推断出各成分间的关系。

（4）最直接的证据是用分光光度计法：通过吸收光谱的变化来测定完整线粒体中呼吸链的各个电子传递体的氧化还原状态。当某个电子传递处于还原状态时，以氧化态作对照，就可以用灵敏的分光光度计测出呼吸光谱的变化。测定结果表明，在呼吸链的NADH一端，电子传递体的还原性最强。而在靠近氧的一端，电子传递体aa3几乎全部处于氧化状态。如将O2供给完全处于还原状态的电子传递体时，细胞色素aa3首先被氧化，其次是细胞色素c，再次是细胞色素b,依次往前推，直至使NADH氧化为止。

由核基因组编码、在细胞质核糖体上合成的蛋白质是如何运送线粒体和叶绿体的功能部位上进行更新或装配？

核基因编码的蛋白质向线粒体跨膜运输转运与粗面内质网上合成的分泌蛋白不同，需在细胞质基质中先合成其前体形式，然后通过转移方式运输到线粒体内。前体蛋白由成熟的形式的蛋白质和N端的一段成为导肽的序列共同组成。导肽的结构有以下特征：（1）含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸，特别是精氨酸，这有助于前导肽序列进入带负电荷的线粒体基质中；（2）羟基氨基酸如丝氨酸含量也较高；（3）几乎不含带负电荷的酸性氨基酸；（4）可形成既具亲水性又具疏水性的a-螺旋结构，这种结构有利于穿越线粒体的双层膜。导肽内不仅含有识别线粒体的信息，并且有牵引蛋白质通过线粒体膜进行运送的功能。含导肽的前体蛋白在跨膜运送时，首先被线粒体表面的受体识别，同时还需要位于外膜上的GIP蛋白的参与，它能促进线粒体前体蛋白从内外膜的接触点通过内膜。内膜两侧的膜电位对前体蛋白进入内膜起着启动作用。但运转过程的完成并不一定依赖它。前体蛋白在跨膜运送之前需要解折叠为松散的结构，以利跨膜运送。前体蛋白在通过内膜之后，其导肽即被基质中的线粒体导肽水解酶与导肽水解激活酶水解，并同时重新卷曲折叠为成熟的蛋白质分子。跨膜转运的蛋白质在解折叠与重折叠的过程中都需要某些被称为分子伴侣的分子参与。Hsp对蛋白质跨膜运送和复合物的装配起重要作用。在运送通过内膜的过程中还需要消耗能量。研究表明。跨膜转运过程是单向进行的，这是因为线粒体基质Hsp70可与进入线粒体腔的导肽交联，其作用机制被解释为：在蛋白质转运孔道内，多肽链作布朗运动摇摆不定，一旦前体蛋白进入线粒体腔，立即有一分子Hsp70结合上去，这样就防止了前导肽退回到细胞质，随着导肽进一步伸入线粒体腔，肽链会结合更多的Hsp70分子。Hsp70分子可拖拽肽链，要拖拽肽链，Hsp70必须同时附着在肽链和线粒体膜上，这样的排列方式使Hsp70通过改变构象结合前导肽，然后松弛为一种低能构象，促使导肽进入线粒体腔，并迫使后面的肽链解链以进入转运孔道。基因融合实验证明，导肽的不同片段含有不同的导向信息。不同的导肽所含的信息不同，可使不同的线粒体蛋白运送至线粒体基质中，或定位于内膜或膜间隙。如定位于线粒体基质中的蛋白，其导肽的N端带有正电荷，含有导向基质的信息。在跨膜转运时，首先在细胞质Hsp70的参与下解折叠为伸展状态，然后与膜受体结合并在接触点处通过线粒体膜进入基质，其导肽即被基质中的蛋白水解酶水解，成为成熟的蛋白质。蛋白质进入线粒体的部位是由导肽所含信息所决定的。但是，并非所有线粒体蛋白质合成时都含有导肽，这些蛋白的靶向信息很可能蕴藏于这些分子内的氨基酸序列中。

叶绿体蛋白质的运送与装配与线粒体有很多相似之处。细胞质中合成的叶绿体前体蛋白，在N端也含有一个额外的氨基酸序列称为转运肽，如捕光色素蛋白前体，它的转运肽含有35个氨基酸残基。能引导其穿过叶绿体膜进入基质，在基质中由特定的蛋白酶加工切去转运肽成为成熟蛋白。成熟捕光色素蛋白如何插入类囊体膜，不是由转运肽决定的，捕光色素蛋白整合到类囊体膜上的信息是在成熟蛋白C端的跨膜区域。这一整合过程还需要ATP

基质中的可溶性蛋白因子，才能与叶绿素和类胡萝卜素结合组成捕光复合物。定位于类囊体中的蛋白质，其前体N端的转运肽可分为两个区域，分别引导两步转运，其N端含有导向基质序列，引导其穿过叶绿体膜上由孔道蛋白形成的通道进入基质；而C端含有导向类囊体的序列又引导其穿过泪囊体膜，进入类囊体腔。因此它的转运肽历经两次水解，一次在基质内，一次在类囊体腔中。定位于基质中的蛋白，其前体蛋白N端的转运肽仅具有导向基质的序列。最后许多运入的蛋白质与叶绿体自身合成蛋白质共同组成复合物，发挥各自的功能。

化学渗透假说的要点有哪些？并说明有哪些实验支持这个假说。

化学渗透假说的要点可综合以下几点：

1．NADH提供一对电子，经电子传递链，最后为O2所接受；2.电子传递链中的载氢体和电子传递体相间排列，每当电子由载氢体传向电子传递体时，载氢体的氢即以H+的形式释放到内膜外，一对电子在呼吸链中三次穿膜运动，向外室排放了三对质子；3.内膜对H+和OH-具有不可透性，所以随着电子传递过程的进行，H+在膜间隙中积累，造成了内膜两侧的质子浓度差，从而保持了一定的势能差；4.膜间隙中的H+有顺浓度差流回基质的倾向，当H+通过F1—F0复合物进入基质时，ATP酶利用了这种势能合成了ATP；5.F1—F0复合物需要两个质子合成一个ATP分子。6.此学说的特点是强调末的完整性。

近年来有很多试验支持化学渗透假说。具有代表性的试验有：

1.根据精确测定，随着线粒体呼吸作用的进行，外部介质的酸度也不断提高，这说明，有H+由线粒体基质向外流出，从而造成质子梯度和相应的膜点位。

2.缬氨霉素为K+的离子载体，有改变线粒体膜透性的作用，导致K+穿过内膜脂双层进入基质，结果降低了、或消除了内膜内外的电荷差，因此，在有缬氨霉素存在时，内膜的电子传递功能虽然保持正常，但ATP的合成却受到抑制，而且在一定氧耗情况下，ATP的合成速率，与所剩的电梯度成比例。

3.Stoekenius等人（）曾用盐细菌做过一个很好的试验。盐细菌的质膜上戴有紫斑，紫斑的化学组成与视紫质类似，紫膜在受光照后，可起到质子泵的作用，可在膜内外造成pH和电梯度，按照化学渗透假说，这种梯度可用来驱动ADP磷酸化。为了验证这一梯度是否是细胞的能源，Stoekenius等把含脂类的紫膜和由牛心线粒体提取的ATP酶组装成人工小泡，当这种小泡受到照射时，ADP同Pi反应，合成了ATP。实验有力地证明了，线粒体ATP酶利用了电化学梯度使ADP磷酸化。

Mitchell提出的化学渗透学说的核心是：电子在呼吸链中的三次穿膜运动，将三对质子从基质抽到外室中，每次均有氢载体参加，但是对第三次穿膜时的氢载体的性质不明确，Mitchell便用Q循环把第二次和第三次合并在一起。因此，细胞色素氧化酶只起电子传递的作用。而无质子泵作用。后来芬兰科学家Wikstrom()的大量实验表明，细胞色素氧化酶也具有质子泵的作用。于是有人主张，呼吸链上的三个回路是：NADH-辅酶Q还原酶（复合物I）、辅酶Q细胞色素c还原酶（复合物III）和细胞色素氧化酶（复合物IV）。

蛋白质是如何区分细胞器的例如线粒体种不同的区室？

多数线粒体和叶绿体的蛋白质是在细胞质中游离80S核糖体上合成的。这些蛋白质在氨基端有两个信号序列，其中一个结合到线粒体或叶绿体外膜的信号序列受体蛋白上。蛋白质通过运输通道蛋白提供的孔穿过外膜和内膜，其运动同样需要信号序列。靶蛋白质在穿过外膜和内膜时，必须解开其肽链，这个过程需要消耗ATP以提供能量。蛋白质运送到基质（线粒体内）需要跨内膜的电压，而蛋白质运送到叶绿体基质需要ATP水解。一旦进入基质，第一信号序列被信号序列肽酶除去。

基质中蛋白质运动到其他区室需要的第二信号序列。第二信号序列可以促使蛋白质插入到膜中。疏水序列将蛋白质固定在膜上。然而对于线粒体，第二信号序列促使蛋白质穿过内膜进入膜间区，另一个信号序列肽酶切出第二信号序列，使蛋白质被释放并留在膜间隙。蛋白质以基本上相同的方式进入叶绿体类囊体。第二信号序列引导蛋白质从基质进入类囊体中。

为什么线粒体和叶绿体是半自主性细胞器？两者遗传系统各有什么特点？

线粒体和叶绿体均有自我繁殖所必须的基本成分，有自身的DNA,能自我复制，并编码有一定量遗传信息。具有独立进行转录和翻译的功能，迄今为止，已知线粒体基因组仅能编码约20种线粒体膜和基质蛋白并在线粒体核糖体上合成；叶绿体仅有60多种特有的蛋白质是在叶绿体内合成的。由此可见，线粒体和叶绿体两种细胞器都具有一定的自主性。但参与组成线粒体和叶绿体的蛋白质各有上千种之多，显而易见，线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质是由和基因编码的，在细胞质核糖体上合成。然后转移至线粒体或叶绿体内。这些蛋白质与线粒体或叶绿体DNA编码的蛋白质协同作用。可以说，细胞核与发育成熟的线粒体和叶绿体之间存在着密切的、精确的、严格调控的生物学机制。在二者协同作用的关系中，细胞核的功能更重要，一方面它提供了绝大部分遗传信息，另一方面它具有关键的控制功能，线粒体和叶绿体DNA复制所需的DNA聚合酶由和DNA编码。也就是说，线粒体和叶绿体的自主性程度是有限的，它们对核遗传系统有很大的依赖性。线粒体和叶绿体的生长和增殖失手和基因组及其自身的基因组两套遗传系统控制的，所以称为半自主性细胞器。

两者遗传体系的特点是它们的DNA分子都为双链环状。线粒体DNA与细菌的DNA相似，一个线粒体中可有一个或数个DNA分子，其复制时间主要在细胞周期的S期及G2期。线粒体遗传体系的另一个特点是其遗传密码有些与细胞核遗传密码不共用，叶绿体DNA比线粒体DNA分子大，每个叶绿体中约含有12个ctDNA分子。其复制时间在G1期。叶绿体DNA中也有操纵子、转录后形成多顺反子mRNA，但叶绿体的密码系统与核密码系统是通用的。

概述线粒体遗传系统与核遗传系统的关系

虽然线粒体有蛋白质合成系统，能合成蛋白质，但线粒体DNA信息量有限，编码的蛋白质种类不多，如人的mtDNA只编码了13种多肽；包括复合物I中的7个亚基，复合物III中1个亚基。复合物IV中3个亚基和ATP酶复合体中2个亚基。这些也都是在线粒体核糖体上合成的。但是，组成线粒体个部分的蛋白质90%以上都是由细胞核DNA编码并在细胞质核糖体上合成后再运送到线粒体各自的功能位点上的。

线粒体DNA复制、转录、翻译过程所需的DNA聚合酶、RNA聚合酶和氨酰-tRNA合成酶等都是由和基因编码。此外虽然线粒体rRNA是从mtDNA转录而来。但是组成线粒体核糖体的蛋白质也是由和基因编码的，在细胞质核糖体上合成的。可见，如果没有细胞核遗传系统，mtDNA就不能复制和表达。

在细胞质与线粒体之间蛋白质的转运是单向的，一些线粒体特异蛋白质只从细胞质输送到线粒体，而线粒体不输出蛋白质，此外，线粒体与细胞质之间没有DNA和RNA分子的交换，如果线粒体遗失了它们的遗传系统，细胞核是无法为之补偿的。

非共生起源学说如何解释真核细胞中线粒体的演化过程？

真核细胞的前身是一个进化上比较高等的耗氧细菌；这个耗氧细菌比典型的原核细胞大，通过膜内陷、扩张与分化，增加具有呼吸功能的膜表面积，逐渐演化成一个膜围绕的内部拥有蛋白质合成系统的原始线粒体。

何为前导肽？有什么特性和作用？

一般将游离核糖体上合成的蛋白质N端信号序列称为前导肽或导向信号。线粒体前导肽也叫线粒体转运肽，是新生蛋白质N端一段约20~80氨基酸残基的肽链，引导新生肽定位到正确的细胞区域。带正电荷的碱性氨基酸含量比较丰富，这个特性对于其引导作用至关重要。前导肽序列基本不含电负性的酸性氨基酸，并且有形成两性螺旋的倾向。这些特性有利于穿越线粒体的双层膜结构。不同前导肽之间没有同源性，说明前导肽的序列与识别特异性有关。

比较线粒体的内膜和外膜

这两种膜均包围着线粒体,但它们在结构\功能和来源等各方面都不同.外膜对一般大分子物质都是高度通透的,而内膜对大多数细胞的分子都不通透;外膜的脂类构成与细胞质膜相似,但内膜脂类的构成具有更多细菌质膜的特征,推测线粒体来源可能从细菌进化而来;外膜与脂肪酸\色氨酸和肾上腺素以及其他物质的代谢有关，并且识别转运进入线粒体的蛋白质，内膜与电子传递和ATP合成有关。

线粒体基质蛋白是如何定位的？

定位的过程是,前体蛋白在游离核糖体合成释放之后,在细胞质分子伴侣Hsp70的班主下解折叠,然后通过N端转运肽与线粒体外膜上的受体蛋白识别,并在受体附近的内外膜接触点处利用ATP水解产生的能量驱动前体蛋白进入转运蛋白的运输通道,然后由电化学梯度驱动穿过内膜,进入线粒体基质.在基质中由线粒体分子伴侣Hsp70继续维持前体蛋白的解折叠状态.接着在Hsp60的帮助下,前体蛋白进入正确折叠,最后由导肽酶切除引导序列,成为成熟的线粒体基质蛋白.

在下列划线的对象中选择正确答案，并证明你的回答。

如果没有可利用的O2,线粒体传递链中的所有组分将以其氧化/还原形式积累.如果突然加入O2,细胞色素氧化酶中的电子载体将在NADH脱氢酶中的电子载体之前/之后变成还原/氧化形式.

如果没有可利用的O2，线粒体电子传递链的所有组分将会以其还原形式积累。这是因为来源于NADH的电子进入传递链却又不能被传递给O2，电子传递链因此而停止运转，所有组分处于还原状态。如果突然加入O2，则细胞色素氧化酶中的电子载体会在NADH脱氢酶中的电子载体之前被氧化。因为在加入O2之后，细胞色素氧化酶会直接向O2提供电子，从而被氧化。

选择题：

1.组成F0F1ATP酶复合体中F1的蛋白质是在细胞质中合成，然后靠（D）。

A．Ca2+引入线粒体B.信号肽引入线粒体C.cAMP引入线粒体D.前导肽引入线粒体

2.下列线粒体内膜的结构中，不具有质子泵功能的酶系是（B）

ANADH-Q还原酶B琥珀酸-Q还原酶C细胞色素还原酶D细胞色素氧化酶

3.下列哪种不是电子传递链中的电子载体（D）。

A黄素蛋白B细胞色素cC铁硫蛋白D氧化酶

4.在线粒体电子传递链中，只有（B）不是质子递氢体。

A.复合物IB复合物IIC复合物IIID.复合物IV

5.线粒体基质的标志酶为（B）。

A单胺氧化酶B苹果酸脱氢酶C活化磷酸二酯酶D细胞色素氧化酶

是非题:

1.根据内共生学说,叶绿体起源于蓝藻,线粒体起源于细菌(V).

2.在代谢旺盛的细胞中,线粒体、高尔基体及核仁的数量都较多（X）

3.在线粒体内膜进行氧化磷酸化过程中，H+电子都是靠复合物的作用，将他们从一个复合物传递到另一个复合物。（X）

4.通常所有的线粒体都含有多拷贝的环状双链DNA分子。（V）

作业：设计一个实验，证明NADH电子传递链位于线粒体内膜，而氧化磷酸化（ATP形成）是在内膜基质侧的颗粒（F1）上完成的。

第八章细胞核与染色体复习题

本章的基本内容：

1.核被膜与和孔复合体

2.染色质与染色体

3.核仁

4.核基质

学习要求：

掌握细胞核各个部分的结构与功能（核膜、和孔复合体、染色质与染色体、核仁和核基质），理解染色质与染色体间的互变和染色质结构与基因转录间的关系，了解与细胞核有关的一些常用实验技术。

基本概念：

核纤层：是位于细胞核内层核膜下的纤维蛋白片层或纤维蛋白网络。核纤层由一至三种核纤层蛋白多肽组成。在细胞周期过程中，核纤层伴随着核纤层蛋白的磷酸化和去磷酸化而发生着解体和重建的变化。

核孔复合体：是镶嵌在内外核膜融合出形成的和孔上、直径约为~nm的一种复杂结构。他是核质之间物质交换的双向选择性通道。

核定为信号：指亲和蛋白具有的、能保证其整个蛋白质分子通过核孔复合体而转运到细胞核内的一段特殊氨基酸序列。第一个被确定序列的核定位信号来自猴肾病毒SV40的T抗原。

核质蛋白：是一种大分子五聚体、耐热的可溶性蛋白质。最早由Laskey等人于年在非洲爪蟾卵母细胞的核中大量存在。核质蛋白经水解可分为两部分，五聚体的核心是抗蛋白酶的，而每条尾巴则为蛋白酶敏感区。如果五聚体的尾巴全部消化掉，则这种蛋白质不能进入细胞核中；若注射入细胞核中，也不被转运而留在核中；但只要留有一条尾巴。即能积累于核中。

核质蛋白对DNA与组蛋白组装成核小体是必不可少的。若缺少核质蛋白质，DNA与组蛋白在组装过程中会产生沉淀而不能形成正常核小体。核质蛋白的作用在于即能促进组蛋白与DNA的相互作用，又可避免DNA与组蛋白间因强静电吸引而形成非特异性结合的不溶性聚合物。但它本身并不参与核小体的组成。

染色质：建起细胞核中的DNA与蛋白质形成的复合物，其基本单位是以组蛋白八聚体为核心、DNA环绕其外两周所形成的核小体结构。他在有丝分裂时浓缩成染色体。

核定位信号：指亲核蛋白具有德、能保证其整个蛋白质分子通过核孔复合体而转运到细胞核内的一段特殊氨基酸序列。第一个被确定序列的NLS来自猴肾病毒（SV40）的T抗原。

核糖核蛋白颗粒：在电子显微镜下可以看到基因转录产物一旦出现立即与细胞核内的蛋白质结合，大约每个核苷酸与蛋白质形成一个直径为20nm左右的复合颗粒。MRNA前体的加帽、接尾、剪切、输出核孔直至mRNA在核糖体中翻译和降解等都是在RNA与蛋白质形成的复合物中进行的。这种RNA与蛋白质形成的复合物统称核糖核蛋白颗粒。

ALU家族：是人类和哺乳动物基因组中一组约bp长、散在的短重复序列，此序列内常含有ALU内切酶的切点。在人类基因组中约有50~70万个ALU拷贝,相当平均大约每隔4kb就有一个ALU序列.ALU序列具有种属特异性.

小卫星DNA:由几十个核苷酸顺序重复组成的一种多态性简单序列,重复0次之多,也叫可变数目的串联重复顺序,常用作个体鉴定的DNA指纹图谱基础.另外发现小卫星序列的改变可以影响邻近基因的表达。

微卫星DNA：由前后排列的二、三或四个核苷酸重复单位顺序排列组成的简单串联重复序列，串联簇长度多为50~bp。人类基因组中至少有00个不同的微卫星位点，呈高度微卫星多态性，不同个体间有明显差别，但在遗传上却是高度保守的，因此，可作为重要的遗传标志，用于构建遗传图谱。

高速泳动族蛋白：有些书上又称为高迁移率组蛋白。是一族电泳速度快的非组蛋白。其分子众多具有三个a螺旋结构组成boomerang-shaped结构模式，具有弯曲DNA的能力，能通过弯曲DNA、促进与邻近位点相结合的其他转录因子的相互作用而激活转录。因此具有HMG框结构的转录因子又称为构件因子。

亮氨酸拉链：常见于DNA结合蛋白中的二聚体化结构域。在这类蛋白肽链的羧基端约有35个氨基酸残基形成a螺旋，每两圈有一个亮氨酸残基，这样，在a螺旋一侧的亮氨酸残基排列一排，两个蛋白肽链的a螺旋之间的疏水作用力形成一条拉链状结构，但这类蛋白与DNA结合的结构域不是拉链区，而是与拉链区相邻的N端带正电荷的碱性区。

锌指模式：是DNA结合蛋白中常见的一类结构模式。在约30个氨基酸残基的一段肽链中由两对半胱氨酸或一对半胱氨酸和一对组氨酸的侧链与Zn2+形成配位键而构成一个锌指。每个锌指单位是一个DNA结合结构域，由其C端形成的a螺旋负责与DNA结合。

染色体骨架：是指染色体中由非组蛋白构成的结构支架。骨架四周是DNA放射环；DNA放射环的根部结合在染色体骨架上。染色体非组蛋白骨架在维持中期染色体的基本形状和将DNA组织成染色体方面起重要作用。

染色质Loop结构域：在蛋白质形成的染色体轴上，由直径30nm的螺旋管环化形成一系列Loop结构域，每个Loop结构域含有3X~1XbpDNA,这种结构域又称为DNA复制环,被认为是染色质高级结构的一般特征.

着丝粒：是染色体上的一种重要关键结构，它连接两个染色单体，并将染色体分为两臂，而且与细胞分裂时染色体的分配有密切关系。着丝粒是一种高度有序的整合结构，至少包括三种不同的结构域：着丝粒结构域、中央结构域和配对结构域。

端粒：端粒是线性染色体端部的特化结构，由端粒DNA和端粒蛋白构成，端粒DNA含有短的富含G的串联重复序列，端粒蛋白主要是端粒酶，为一种核糖核蛋白，具有反转录酶的性质，可保证染色体DNA完全复制。端粒的生物学作用在于维持染色体的稳定与其在核内的空间排列。

端粒酶：又称端粒蛋白，由RNA和蛋白质构成的一种核糖核蛋白，该酶能够识别染色体端粒重复序列的富含G的DNA单链，并以该酶本身富含C的RNA片段为模版，使端粒富含G的DNA链按5‘---3’方向延长，从而解决染色体端粒序列伴随复制而不断缩短的问题。

自主复制DNA序列：是染色体中能保证DNA分子顺利自我复制的特殊核苷酸序列，他首先在酵母基因组DNA序列中发现，它能使含有这一序列的重组质粒高校转化酵母细胞，并能在酵母中独立于宿主染色体而存在。根据不同来源的ARS的DNA序列分析，发现它们都具有一段11~14bp左右的同源性很高的富含AT共有序列，而且这段共有序列上、下游各bp左右的区域是维护ARS功能所必需的。

人工微小染色体：指采用分子生物学技术把真核细胞染色体的复制起始点、着丝粒、端粒这三种DNA关键序列相互搭配或改造而构成的微小染色体。

B染色体：B染色体又称超数染色体，是指在有些动植物细胞中数目不等的比A染色体小，互不同源，在减数分裂中也不互相配对的超额染色体，多为以染色质构成，据遗传惰性，对生物的表型一般影响不大。

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或用摄影方式记录下来，再按染色体长短、形态等特征排列起来的图示，称作核型模式图，它代表一个物种的核型模式。

负超螺旋：指DNA双链的空间扭曲方向与其双螺旋结构中两条DNA链间的折叠方向相反。如果方向相同，则为正朝螺旋。

多线染色体：染色体持续复制过程中由于复制产物未彼此分离所致。例如，果蝇唾液腺染色体可连续复制10次，导致个拷贝平行排列。在光镜下该染色体中呈现出深色、致密的染色体带，其间隔为浅色、疏松的间带。由于比普通染色体大得多且长，故又称为巨大染色体。

灯刷染色体：是卵母细胞进行减数第一次分裂时停留在双线期的染色体，他是一个二价体，包含四条染色单体，其染色体轴由染色粒轴丝构成。在每条染色体周围有很多从染色粒伸出的近似对称的侧环，而使整个染色体像一个灯刷。每个环相当于一个环状结构域。在环上正在进行着RNA的转录。

随体：指位于染色体末端的球形染色体节段，通过次缢痕区域染色体主体部分相连。它是识别染色体的重要形态特征之一，有随体的染色体称为SAT染色体。

核仁周期：在细胞周期中，核仁是一种高度动态的结构，细胞进入有丝分裂时，核仁变小，在前期结束时随着染色质凝集，核仁解体，所有RNA合成停止；在有丝分裂末期，rRNA合成重新开始，形成小的分散的前核仁体，到G1完成核仁重建。这一动态过程称为核仁周期。

DNA酶I超敏感位点：指用很低浓度DnaseI处理染色质时,切割将首先发生在少数特异性位点,这样的位点即称为DNA酶I超敏感位点.它是活性染色质的特点,实际上,DNA酶I超敏感位点是一段~bp的DNA序列特异暴露的染色质区域.

活性染色质:指具有转录活性的染色质,其核小体构型往往变得比较松散.便于转录调控因子与其顺式调控元件结合和RNA聚合酶在模板上滑动.

限制性片段长度多态性（RFLP）:指基因组中特定的或相对保守的DNA序列上,由于个体、群体或种属间DNA的差异而在限制性酶酶解时产生不同长度酶解片段，通常指并不引起表型差异的遗传多态性。在某些疾病状态下，与疾病相关基因或脆性位点上的DNA正巧与某个内切酶切点有关，此时酶切片段长度的改变，有可能用于协助疾病诊断或发现突变位点。

种属间印迹：用Southern印迹法检测某一种属的DNA探针与来自多个种属基因组DNA杂交的活性。

常染色质：是转录活跃的DNA部分，在间期细胞核中为解旋的细纤维丝，折叠盘曲度小，分散度大。常染色质含有单一和重复顺序的DNA，在一定条件下可以进行复制和转录，是正常情况下经常处于功能活跃状态的染色质。

异染色质：是指间期或分裂前期核内染色很深的块状结构。异染色质的DNA分子与组蛋白等紧密结合，螺旋缠绕紧密，很少转录，功能上处于静止状态，是低活性的染色质。在分裂期，异染色质位于着丝粒、端粒或在染色体臂的常染色质之间。

动粒：是指在主缢痕处两条染色单体的外侧表层部位的特殊结构。是纺锤丝微管的连接处，是微管蛋白的组织中心之一。动粒的超微结构可分外、中、内三层。外层电子密度中等，纺锤丝微管主要与外层相连，少数微观伸入外层以内；中层的电子密度低，是一些无结构的亮区；内层电子密度高，是一些类似于染色质的颗粒状结构。

核仁组织者区：是存在于细胞内特定染色体区段，常位于染色体端部的次缢痕处，含有主要rRNA基因，是产生核仁的部位。人类染色体rRNA基因家族位于5对染色体的随体内侧（13，14，15，21，22）。产生的核仁可融合形成一个大的核仁。

问答题：

1细胞核的基本结构及主要功能

细胞核主要是由核被膜、染色质、核仁及核基质组成，核被膜位于间期核的最外层，是细胞核与细胞之间的界膜。由于它的特殊位置决定了他的两方面的功能：

第一，核被膜构成了核、质之间的天然选择性屏障，它将细胞分成核与质两大结

构与功能区域；DNA复制、RNA转录和加工在核内进行，蛋白质翻译则局限在细胞质中，这样就避免了相互干扰，使细胞的生命活动更加秩序井然，同时核被膜还能保护核内的DNA分子面受由于细胞骨架运动所产生的机械损伤，第二，核被膜并不是完全封闭的，核质之间有频繁的物质交换和信息交流。这主要是通过核被膜的核孔复合体进行的。在核膜的下方连接着核纤层，核纤层为核膜与染色质提供了结构支架。

染色质是指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞核遗传物质存在的形式。染色体是指细胞在有丝分裂活减数分裂过程中由染色质聚缩成的棒状结构，实际上，两者之间的区别主要并不在于化学组成上的差异，而在于包装程度不同，反映了他们出于细胞周期中不同的功能阶段，在真核细胞的细胞周期中大部分时间是以染色质形态而存在的，染色质中的DNA分子携带着遗传信息，染色质中的蛋白质负责DNA遗传信息的组织、复制和阅读，其中组蛋白是基本结构蛋白，与DNA非特异性结合；非组蛋白是序列特异性DNA结合蛋白，是重要的基因调控蛋白，它们具有不同的结构模式，形成不同的DNA结合蛋白家族。

核仁是真核细胞间期核中最显著的结构，普遍存在三种组分：纤维中心、致密纤维组分和颗粒组分。新近比较一致的看法是纤维中心是rRNA基因存在的位点，转录主要发生纤维中心和致密纤维组分的交界处。初始rRNA的转录物首先出现在致密纤维组分中，在那里加工；某些加工的步骤也发生在颗粒组分的地方，并负责将rRNA和核糖体蛋白装配成核糖体亚单位.所以颗粒组分代表核糖体亚单位成熟和储存的位点,核仁的主要功能涉及核糖体的生物发生,包括rRNA合成\加工和核糖体亚单位的装配.

在真核细胞的核内除染色质、核膜和核仁外，还有一个以蛋白质成分为主的网架结构体系，即核基质，这一结构体系与DNA复制、基因表达和染色体包装与构建有密切关系。

综上所述：细胞核是遗传信息储存的场所，在核内进行基因复制、转录和转录初产物的加工，从而控制细胞的遗传与代谢或活动。

2.核孔复合体的结构及其功能。

核孔复合体主要有以下四种结构组分：一是胞质环，位于核孔边缘的报纸面一侧，又称外环，环上有8条短纤维对称分布伸向胞质。二是核质环，位于核孔边缘的核质面一侧，又称内环，内环结构比外环复杂，环上也对称地连有8条细长的纤维，向核内深入，并在末端形成一直径为60nm的小环，小环由8个颗粒组成，这样整个核质环就像一个捕鱼笼养的结构。三是辐，由核孔边缘伸向中心，呈现辐射状八重对称。其结构较为复杂。四是拴，或称中央拴，位于核孔的中心，呈现颗粒状或棒状。由于推测它在核质交换中起一定作用，所以还把它叫做transporter。由上述可见，核孔复合体对于垂直于核膜通过核孔中心得轴呈辐射状八重对称结构，而相对于核膜平面则是不对称的，这与其在功能上的不对称性是一致的。

从功能上讲，核孔复合体可看作是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，并且是一个双功能、双向性的亲水性核质交换通道。双功能表现在它有两种运输方式：被动运输和主动运输。双向性表现在既介导蛋白质的入核运转，又介导RNA、核糖核蛋白颗粒的出核转运。（1）核孔复合体作为被动扩散的亲水通道，其有效直径为9~10nm，离子、小分子以及直径在10nm以下物质原则上可以自由通过。（2）

核孔复合体主动运输的选择表现在以下三个方面：a.对运输颗粒大小的限制。其有效直径的大小是可被调节的，b.通过核孔复合体的主动运输是一个信号识别与载体介导的过程，需消耗ＡＴＰ，并表现出胞核动力学特征，c.通过核孔复合体的主动运输具有双向性，即核输入和核输出。它既能把复制、转录、染色体构建和核糖体蛋白等运输到核内；t同时又能将翻译所需的RNA、装配好和核糖体亚单位从核内送到细胞质。

3.蛋白质可以两种方式在核内积累。

首先一种是被动扩散到核内并与核内组分结合；另一种是主动运输到核内。为了验证这两种和输入机制，可以设计如下实验：将带有放射性标记的核脂蛋白分别注射到蛙卵母细胞的细胞质和细胞核中，如书上的图所示。

问题1.核质蛋白分子那一部分负责其在核内定位？为什么？

我们从图中可以看出，负责核质蛋白定位在细胞核内的信号肯定在蛋白肽链尾部序列。因为在进行胞质注射时，仅有去掉尾部的核脂蛋白不能进入核内，而保留有尾部甚至只保留一条尾部肽段的核质蛋白都可以进入到核内。

问题2.这些实验如何区分两种核质蛋白的和输入机制？是由核定位信号所指导的主动运输，还是由于被动扩散进入核内并与核内组分结合？

实验表明，核质蛋白尾部带有核定位信号，而且核质蛋白在核内的积累不是被动扩散的结果。完整核质蛋白分子和具有部分尾部的样品所得到的结果在两种注射方式中相同，这说明核质蛋白尾部带有核定位信号序列或带有核内结合位点。否定被动扩散的关键实验是仅有头部的核质蛋白的实验结果，在胞质注射的情况下，他不能再核内积累，这并不是因为头部缺少核内组分的结合位点，因为在进行核注射时，仅有头部的核质蛋白也能滞留在核内。

4.基于与DNA结合的蛋白质区域，DNA结合蛋白至少可分为哪些类型？

到目前为止已鉴别的DNA结合蛋白基于他与DNA结合区域的不同至少可以分为五大类型：

（1）DNA结合蛋白中最大的一类是具有折叠成螺旋-转角-螺旋域（Helix-turn-helixdomain,HTHdomain）的氨基酸序列。HTH域称为同源域，而编码HTH域基因的部分称为同源框。带有同源框的基因称为同源基因，因为这些基因中发现的第一个是促进大多数动物中同源体节（昆虫的腹节）分化的。同源基因的产物被称为同源蛋白。这种蛋白质与DNA结合时，形成对成的同型二聚体结构模式。构成同型二聚体的每个单体由20个氨基酸的小肽组成a螺旋-转角-a螺旋结构，两个a螺旋相互连接构成β转角，其中，羧基端的a螺旋为识别螺旋，负责识别DNA大沟的特异碱基信息，另一个螺旋没有碱基特异性，与DNA磷酸戊糖链骨架接触。在与DNA特异结合时,以二聚体形式发挥作用,结合靠蛋白质的氨基酸侧链与特异碱基对之间形成氢键.

（2）第二类DNA结合蛋白具有一个或多个锌指结构域.每个鋅指结构域单位是在约30个氨基酸残基的一段肽链中有两对半胱氨酸或一对半胱氨酸和一对组氨酸与Zn2+形成配位键构成的.每个锌指单位是一个DNA结合结构域,由其C端形成的a螺旋负责与DNA结合.转录因子TFIIIA和SPI具有锌指结构域;大多数类固醇激素受体具有一个或多个锌指结构域;果蝇类固醇激素—蜕皮激素的受体是一个螺旋-鋅指蛋白.

（3）第三类DNA结合蛋白具有亮氨酸拉链,这类蛋白质是作为二聚体来起作用.在每个蛋白肽链的羧基端约有35个氨基酸残基形成a螺旋,每两圈(7个氨基酸残基)有一个亮氨酸残基,这样,在a螺旋一侧的亮氨酸残基排成一排,两个蛋白肽链的a螺旋之间靠亮氨酸残基之间的疏水作用力形成一条拉链状结构.但这类蛋白质与DNA结合的结构域不是拉链区,而是与拉链区相邻的N端带正电荷的碱性区.真核生物中启动DNA复制和激活mRNA合成的转录激活物属于这类DNA结合蛋白如,Myc、Fos和Jun。

（4）第四类属于螺旋-环-螺旋结构域（helix-loop-helixmotif,HLH）,这一结构模式广泛存在于动植物DNA结合中。HLH由40~50个氨基酸组成两个两性a螺旋，两个a螺旋中间被一个或几个β转角组成的环所分开。每个a螺旋由15~16个氨基酸组成，并含有几个保守的氨基酸残基。具有疏水面和亲水面的两性a螺旋有助于二聚体的形成。A螺旋邻近的肽链N端也有带正电荷的氨基酸碱性区与靶DNA大沟结合。具有螺旋-环-螺旋结构的蛋白家族成员之间形成同源或异源二聚体是这类蛋白质与DNA结合的必要条件，缺失a螺旋的二聚体不能牢固结合DNA。具有这类结构模式的转录因子如哺乳类的MyoD、昆虫的AC—S等。

（5）第五类具有HMG框基序（HMG-boxmotif）。该结构具有三个a螺旋组成boomerang-shaped框结构模式，具有弯曲DNA的能力。能通过弯曲DNA、促进与邻近位点相结合的其他转录因子的相互作用而激活转录，因此，具有HMG框结构的转录因子又称为“构件因子”。SRY属于这类蛋白质。

5．比较组蛋白与非组蛋白的特点及其作用。

组蛋白与非组蛋白是构成染色质结构的两类中药成分，但他们具有明显的区别，现归纳如下：

组蛋白非组蛋白

氨基酸组成富含Arg、Lys等碱性氨基酸没有典型的特征性氨基酸组成

与DNA不要求特异性核苷酸序列与特异的DNA序列相结合

结合性质

种类一般为五种，且高度保守具有多样性和异质性

功能主要参与维系染色质结构及较具有多种功能，包括基因表达的调控和

简单的基因调控作用染色质高级结构的形成

6.在增殖的真核细胞中，对于DNA片段的增殖、维持和正确分配需要什么特殊的DNA序列？

任何DNA片段增殖和维持需要一个或多个复制的起始位点和特殊的末端，即端粒。复制位置起点是特殊的DNA序列，在此起始DNA的复制。端粒是保护线形染色体末端，以免被细胞内从末端降解核酸的外切酶所降解。在细胞周期中，如果他们具有着丝粒，DNA分子就能平均分配进入子代细胞。因此上述三种DNA片段被称为染色体DNA的三种功能元件或三种关键序列。

通过加上自主复制序列、端粒和着丝粒，任何DNA片段都可被构建成人工染色体。大量的酵母人工染色体以此方式被构建。这些人工染色体最小尺寸似乎约为000碱基对。

7.什么是端粒？在线性真核染色体末端的RNA引物如何被DNA置换的？

真核细胞染色体末端形成一种特殊的结构成为端粒。他们是由短的串联重复的核苷酸序列构成。在某些情况下，每个链的末端被共价连接，从而保证该末端免受外切核酸酶的降解。

如原生动物四膜虫染色体末端的重复序列是5‘TTGGGG3’。在其端粒有数百个这样的重复序列。一条链的3‘端被一个特殊的酶所延伸，这个延伸了的末端能自身形成氢键，因此该末端具有发卡结构。

为了完成染色体复制，在染色体每个末端的RNA引物被除去并且以DNA置换。虽然，RNA引物可被外切核酸酶除去，但是，没有任何一个正常的DNA聚合酶在没有引物存在的情况下合成DNA。有一种特殊类型的DNA聚合酶成为端粒酶，它由蛋白质和一个RNA分子（由此蛋白质部分以该RNA的一段作为模版反转录为端粒的重复DNA片段）

构成。进而延伸出端粒的一条链，与此链互补的另一条链是由DNA聚合酶以此链为模板合成的。

有一模型提出：一条链的5‘端的RNA引物被外切核酸酶消化。端粒酶通过其所含的RNA亚单位模板（3‘AAAACCCCAACUUA5’）与DNA的5‘TTGGGG3’相结合。催化加上另外的重复5‘TTGGGG3’。在某些情况下，这新合成的DNA可形成发卡结构，它可作为新的引物其作用。这个多G片段能形成非Watson-Crick碱基配对。即形成A=T和G=C以外的任何配对。填充缺口的DNA聚合酶β或DNA聚合酶ε利用发卡结构末端的3‘-OH作为一个引物来填补端粒末端的另一条链。

8.什么是常染色质和异染色质？在DNA复制和基因表达的过程中，他们的作用是什么？

异染色质是高度浓缩的染色质，除了在DNA复制过程中他被去凝集，异染色质在整个细胞周期中保持凝缩的形式。因其凝缩状态与有丝分裂染色体相似，所以，在间期可用光学显微镜观察到异染色质。处于异染色质转台的大多数基因不表达，与之相反，常染色质是去凝聚染色质，它以螺旋管形式或伸展的核小体形式存在。常染色质是“真”染色质，在光学显微镜下他显现分散的颗粒状。伸展的核小体形式中的常染色质可以复制和表达，而在螺旋管形式中的却不能。

在哺乳动物中，雌性动物的细胞有两个X染色体，而雄性动物中的细胞中有一个X染色体和一个Y染色体，雌性细胞中的其中一条X染色体，一般以异染色质形式存在。高浓缩的X染色体常被称为Barr体，由于像大多数染色体那样高度浓缩，Barr体上的基因几乎不被表达。对于细胞具有一个高浓缩X染色体，一个可能的解释是，这是为了保持雌性细胞中基因产物与雄性细胞同样的平衡状态。

9.试述从DNA到染色体的包装过程。

在真核细胞内，DNA与蛋白质等构成染色体的包装过程如下：由直径为2nm的DNA与组蛋白八聚体结合构成核小体，在组蛋白H1的介导下核小体彼此连接

形成直径约为10nm的核小体串珠结构，这是染色质包装的一级结构。不过在生活细胞中，染色质很少以这种伸展的串珠状形式存在，而以30nm的染色质纤维形式存在，称为螺旋管，螺线管是由直径10nm的核小体串珠结构螺旋盘绕，形成的每圈6个核小体，外径30nm，内径10nm，螺距11nm的结构。螺线管是染色体的二级结构。对这两级结构目前已取得一致的看法。但对30nm的螺线管如何进一步包装成染色体尚有不同意见。多极螺线模型认为：螺线管进一步螺旋化形成直径为0.4微米的圆筒状的超螺旋管，然后再进一步螺旋折叠，形成染色单体。而染色体骨架-放射环结构模型认为，螺线管进一步包装成染色体时不时形成超螺线管，而是形成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。微带是染色体高级结构的单位，大约个微带沿纵轴购建成子染色体。

应该指出，上述两种关于染色体高级结构的组织模型虽然都有一些是言语观察的证据，但仍处于假说阶段，还需进一步的研究。

10.活性染色质的主要特点

根据对活性染色质蛋白组分的生化分析发现：（1）活性染色质很少有组蛋白H1与其结合；（2）活性染色质的4种核心组蛋白虽然以常量存在。但是与非活性染色质相比较，活性染色质上组蛋白乙酰化程度高；；（3）与非活性染色质相比，活性染色质的核小体组蛋白H2B和少被磷酸化；（4）核小体组蛋白H2A在许多物中包括果蝇和人的活性染色质中很少有变异的形式存在；（5）HMG14和HMG17只存在于活性染色质中，与DNA结合。平均每10个核小体中有一个核小体是与HMG14和HMG17结合的，其氨基酸序列在进化中高度保守，表明他们有重要功能。另外，活性染色质还具有DnaseI的超敏感位点，既存在有~bp的DNA序列特异暴露的染色质区域，它在启动子附近，并与启动子功能有关。

11.染色质结构与基因转录的关系

染色质具高度有序、折叠盘曲、包装致密的结构。因而转录作用的进行需要染色质包装的“松弛”，使一套转录装置与基因的起始能够接触，而发生转录作用。因此一般来说，处于高度折叠或凝聚状态的异染色质中，基因表达是不活跃的。真核生物可以通过异染色质化关闭某些基因的表达。在间期核中，伸展和疏松的常染色质部分是转录的的部位。DNaseI超敏位点的存在是活性染色质的特点之一。现已知道，超敏位点实际上是一段~bp的DNA序列特异暴露的染色质区域，是重要的转录调控和转录因子最可能结合的部位。或染色质的另一个特点是其DNA分子上具有低水平的甲基化，基因的非活化状态可能是由于染色质上基因的起始位点被甲基化所造成。染色质中组蛋白八聚体的N-端都暴露在核小体之外，某些特殊的氨基酸残基会发生乙酰化、甲基化、磷酸化和ADP和糖基化等修饰。这些集团修饰的意义，一是改变染色质的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，间接影响转录活性。一般认为，组蛋白的乙酰化作用，特别是H3和H4的乙酰化，与基因活化密切相关；三种组蛋白，即H2A、H1和H3的磷酸化与细胞增殖有关。

12.什么是着丝粒？他与动力有何差别？他们的功能是什么？

着丝粒是有丝分裂或减数分裂中的染色体高度压缩的一个区域，在此纺锤体纤维与其结合，由复杂的DNA序列和特定的蛋白质共同构成了着丝粒。发育的面包酵母的着丝粒长度约为个碱基对，并且通过多种与其余DNA结合组蛋白有明显区别的蛋白质共同保护其免受限制酶的消化。虽然着丝粒区域通过特殊的蛋白质保护其免受限制性内切酶的攻击，但该区域没有核小体而且被去凝聚。这似乎说明了在有丝分裂和减数分裂过程中着丝粒区域被高度索债原因。着丝粒的对碱基基序两侧是限制性内切核酸酶敏感位点，该位点的功能也许是促进DNA的断裂，有助于染色单体在后期的相互分离。

啤酒酵母的着丝粒含有一个约个碱基对的核心区域，它由三个区域构成：一个是在后期染色单体分离所必需的（8个碱基对长）；第二个由超过90%的A=T碱基对构成，它是微管与动粒结合所必需的（约85个碱基对）；第三个是微管与动粒结合所必需的。

对不同有机体的着丝粒结构及其与微管的相互作用的分析，提示着丝粒有显著的多样性。例如裂殖酵母的着丝粒区域非常大，含有碱基对数量在——之间。这些着丝粒由大量的重复序列构成并且组成多种联合体。在核心序列周围至少有四种不同的序列已经被鉴别；在有人染色体的着丝粒DNA由a卫星DNA组成，重复单位bp，每一着丝粒串联重复0~0次，可达kb至kb；最后一个特点是啤酒酵母的着丝粒区域不能与多细胞真核生物的微管相互作用。

与有丝分裂和减数分裂着丝粒区域有关的蛋白质复合物称为动粒。动粒与纺锤体微管束结合；他们只能在电子显微镜的帮助下才被看到。动粒的变化很大，在许多动物细胞中，动力是约2微米直径的盘状结构，这些动力有明显不同的三层结构，一是一个40~60nm内层与着丝粒相关蛋白接触；另一个是25~30nm的中心层，其功能不清楚；再一个是40~60nm的外层，他与微管的末端相连。微管贯穿这三层动粒盘。通过用咖啡因处理间期细胞可使动粒从染色体分离。在大多数较高级的真核生物中，有15~35个微管与一个动粒的外层相连。例如，人类动粒约与15个微管结合，而酵母的动粒置于一个微管结合。

较高等植物中的动粒是球形结构，它围绕着每个染色单体的着丝粒而形成。在这些动粒中已发现一些轮廓不清的层。在许多真核生物中，由于蛋白质太稀少或在制备过程中被裂解，所以没有看到动粒。

在细胞增殖时，着丝粒及其相连的动粒对于真核染色体的分布和平均分配是必需的。动粒不仅仅在前期与微管结合，还在后期促进微管的解聚。该活性牵引染色单体移向两极。

13.简述人工染色体的构建及其意义。

酵母人工染色体是20世纪80年代后期发展起来，并于年底逐步完善的大片段外源DNA克隆体系。是用具有完整着丝粒、端粒和自主复制序列功能的DNA片段组成的人造染色体。YAC载体中除含有酵母4号染色体的着丝粒和自主复制序列成分以及来自四膜虫的可用作端粒的TEL序列之外，还有从转化酵母菌群中筛选含YAC的酵母菌株时使用的选择标记URA3、TRP1和SUP4。SUP4

为TrptRNA基因的一个赭石突变抑制基因。在ade-2赭石突变宿主中，没有外源基因插入时，抑制基因表达，受体菌为ade+,形成白色菌落；外源基因插入时，抑制基因遭破坏，为ade-,形成红色菌落。URA3和TRP1为营养选择标记，分别位于YAC的左右两臂。这样只有含YAC的受体菌才可以在选择培养基上形成赭石色菌落。

YAC载体上插入的外源DNA片段通常可达~0kb,甚至更多，并能在酵母中稳定复制，在细胞分裂和减数分裂过程中具有与天然酵母染色体一样的稳定性。因此，YAC技术现在已成为构建复杂基因组文库的有力手段和最好体系。YAC克隆成为基因组结构分析和基因克隆的主要材料。

是非题：

1.常染色质指间期核内的具有转录活性的染色质。（X）

2.核纤层蛋白纤维主要是由非组蛋白组成(X)

3.常染色质的基因如重组在异染色质区附近，则基因的转录活性被抑制。（V）

4.染色体中核酸酶超敏感位点常位于两个核小体之间的连接DNA上。（X）

5.在灯刷染色体中，大多数染色质形成侧环，是活跃转录的；有少数染色质在染色粒处高度聚缩，处于转录非活性状态。（X）

6.要确保染色体在细胞世代中的稳定性必须具有ARS、CEN和TEL三种关键序列。（V）

7.四种核小体组蛋白，在进化上十分保守，没有种属及组织特异性。（V）

8.在转录上失活的染色体区域凝聚成相对抗核酸酶的形式，成为异染色质（X）

9.已有证据证明，核仁FC中的染色质没有组蛋白，也不形成核小体。（V）

术语题：

1.在间期不解凝聚的DNA(异染色质)

2.在间期不解凝聚的X染色体（Barr体）

3.线性真核染色体的末端。（端粒）

4.在细胞分裂过程中，正确分割所需的真核染色体上的位点。（着丝粒）

5.维持和完成真核染色体末端所需的酶。（端粒酶）

6.真核染色体复制起始位点（自主复制序列）

7.用于描述着丝粒在一个末端的染色体的形容词。（端着丝粒）

8.以螺旋-转角-螺旋域与DNA结合的和决定一个动物节片特征的DNA结合蛋白质（同源染色体）

9.编码某些DNA结合蛋白质螺旋-转角-螺旋域的DNA。（同源框）