六章节染色体型态课件

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,六章节染色体型态,六章节染色体型态,1,真核細胞染色體結構(Eukaryotic chromosome structure),真核遺傳物質的組成,細胞核內的染色體的組成包含,DNA：雙股線狀,蛋白質：蛋白質包括組織蛋白(histone)與非組織蛋白(non-histone) ，其中DNA與蛋白質重量約相等,RNA,細胞質內的遺傳物質有粒線體DNA與葉綠體DNA均為雙股環狀,每一條染色體含一個DNA分子,真核細胞染色體結構(Eukaryotic chromosom,2,六章节染色体型态课件,3,六章节染色体型态课件,4,中心節(centromere),真核染色體緊密收縮處，在有絲分裂或減數分裂時，參與染色體的 移動,中心節是紡鍾絲與染色體的接觸點，紡鍾絲收縮，使染色體向兩極移動,人類的中心節區包含一段約170鹼基對重複序列，稱為衛星 (alfa satellite)。隨染色體不同，重複次數約5000-15000次,酵母菌的中心節,中心節DNA長約220 bp直接與紡鍾絲相連，對DNase具抗性，不會被DNase分解,中心節內包含四區CDE1, CDE2, CDE3, CDE4。不同的中心 節， CDE4變化較大， CDE2富含AT,真核的中心節(fig:6-2),一般真核的染色體是酵母菌的100倍,真核中心節含大量的異染色質(heterochromatin) ，內含重複的衛星DNA satellit DNA的功能未知，不會轉錄,人類的衛星DNA有一種稱alphoid family是一段171 bp前後重複的圖案( motif) ，全長有三 萬bp,別的靈長類也有類似的motif，只是每一種的序列與重複次數不同,中心節(centromere),5,酵母菌的中心節結構,酵母菌的中心節結構,6,六章节染色体型态课件,7,端粒(telomere),端粒的特性,具一小段端粒DNA約5-8 bases 前後重複多次,端粒DNA 序列及重複次數隨生物種類不同而不同,哺乳類及人類為 5TTAGGG3 ，重複250-1000次,Tetrahymena為5TTGGGG3,果蠅，內含轉移子( transposable element),端粒可保護染色體端點，防止染色體被外切酶(exonuclease) 切斷，並輔助染色體端點DNA的複製。,端粒(telomere),8,端粒的形成,染色體複製時，藉端粒酶( telomerase )可將特殊的端粒序列加到染色體上,若缺乏端粒酶複製後染色體會變短,單細胞的真核生物具端粒酶：例如酵母菌就可以一直分裂,人類的生殖細胞具端粒酶可一直分 裂,分化後的體細胞缺乏端粒酶，隨細胞分裂端粒會愈來愈短，細胞漸老化，到一個程度細胞不再分裂,端粒有如一種內在時鐘計算細胞的年齡,癌細胞具telomerase細胞可以一直分裂，端粒不會變短。,端粒的形成,9,DNA如何捆成染色體,染色體收縮,每一條染色體含DNA分子，組成人類的46條染色體的DNA全部總長約有兩公尺,平時DNA捆綁組織蛋白形成染色絲( chromatin fiber),染色絲存在約5-10 m的細胞核內，細胞分裂 時，為了讓染色體方便移動，染色絲收縮成更短，人類最長的一條 染色體只有2 m，DNA全長85000 m,核仁小體(Nucleosome),染色絲(chromatin)在電子顯微鏡下，呈線串珠 (beads-on a-string)的構造。珠(beads)為染色絲次單位，或稱為核仁小體。,DNA如何捆成染色體,10,核仁小體,約含200鹼基對(bp)包含H2a、H2b、H3，H4各兩個組成的八位體(octamer),核心粒子(core particle),146 bp的核心DNA纏繞八位體組織蛋白，共繞l又3/4圈,連接核仁小體間的DNA稱為連結DNA (linker DNA),完整的核仁小體還包含一個H1， H1是位在linker DNA上,H1的作用: 可能是穩定環繞在八位體外的DNA超螺旋結構,可能參與染色絲的纏繞,可能參與調節基因的表現。,核仁小體,11,六章节染色体型态课件,12,染色絲次單位(chromatin subunit),次單位是由核仁小體核心(core) ，連接核仁小體間的連結DNA (linker DNA) ， H1與非組織蛋白組成,Linker DNA的長短，隨細胞種類而異，約有8 - 114 bp。而core DNA的長短都固定是I46 bp,30 nm染色絲纖維(chromatin fiber),電子顯微鏡下所觀察的中期染色體，是由纖維狀構造經摺疊纏繞成(圖6-4),平均直徑30 nm，核仁小體的直徑 11 nm，故染色絲是由核仁小體再摺疊，纏繞成的,由DNA捆綁到染色體形成是經由三個階段的收縮,DNA (寬2 nm)捆綁組織蛋白形成核仁小體，產生直徑約11 nm的核仁纖維，組織蛋白H2a、H2b、H3、 H4各兩個參與核仁小體的形成。,染色絲次單位(chromatin subunit),13,六章节染色体型态课件,14,六章节染色体型态课件,15,11 nm核仁纖維再經摺疊(folding)、螺旋(coiling)形成30 nm 的染色絲纖維 ， H1參與此超螺旋形成過 程，染色絲纖維，稱為螺線管(solenoid),非組織蛋白產生一個架構，參與30 nm染色絲纖維再緊密摺疊捆成中期染色體,核酸酶超敏感區(nuclease hypersensitive site),真核DNA有些無nucleosome處，對不同的核酸梅特別敏感,該處DNA參與複製、轉錄及其它作 用,人類許多DNA的起動子(promoter)是位在核酸酶超敏感區內。 超敏感區可能存在基因前，基因內或基因後。,11 nm核仁纖維再經摺疊(folding)、螺旋(coil,16,黏著蛋白( cohesins )與收縮蛋白( condensins ),黏著蛋白( cohesins),具有多個次單位，可將兩條染色分體黏在一起，直到細胞分裂後期 才分開,收縮複合體( condensins) ：,協助染色絲收縮的蛋白質。M-CDK會使condensins發生磷酸化而變成具有活性，藉由ATP水解產生的能量使DNA超螺旋化( supercoiling) 並收縮造成染色體收縮,Condensins是一個大分子蛋白質複合體，中央為關節區可伸縮，端點為球狀區可與DNA結,黏著蛋白( cohesins )與收縮蛋白( condens,17,六章节染色体型态课件,18,染色絲整修( Chromatin remodeling),組織蛋白修飾組織蛋白的N端為長條尾端由核仁小體的核心伸出,協助30 nm 染色絲織維的形成,與不同的化學基產生共價鍵 結，造成染色絲整修,染色絲鬆散或收縮造成DNA複製、基因表現,有的發生核仁小體的位置改變,染色絲整修是種超越基因的機制( epigenetic mechanism) ，,即是利用修飾方式來控制基因的活性,不同的組織蛋白有不同的修飾方式,乙醯基化( acetylation)：組織蛋白藉由乙醯基轉化酶( histone acetyltransferase )的作用在離胺酸( lysine)上加上乙醯基,使染色絲纖維打開，釋出histone， DNA鬆 散開來可複製或表現,哺乳動物的巴氏體是X染色體緊密收縮成的，主要是因其組織蛋白H4未乙醯基化,染色絲整修( Chromatin remodeling),19,六章节染色体型态课件,20,甲基化( methylation) ：組織蛋白的精胺酸( arginine)與離胺酸( lysine)上加上甲基( CH3) ，會使染色絲纖維更緊密，造成基因關閉,磷酸化( phosphorylation)：:組織蛋白的絲胺酸( serine)或組胺酸( histidine )的-OH基上發生磷酸化，使histone帶負電 (特別是H3 )，造成染色絲纖維打開，基因活化,染色體的外表型態(Gross morphology of chromosome),染色體外表型態隨細胞週期而改變，本節主要討論中期染色體(metaphase chromosome),鑑定染色體主要依據：染色體的長度與中心節的位置。一般染色體的大小: 0.5-30 m,甲基化( methylation) ：組織蛋白的精胺酸( a,21,幾個與染色體有關重要的名詞,染色體臂分為,p arm：短臂(short arm),q arm：長臂(long arm),染色體依中心節所在位置分為,中央中節(metacentric chromosome)：中心節在正中央,近中央中節(submetacentric chromosome)：中心節偏中央,近端中節(acrocentric chromosome) :中心節接近一端,端點中節(telocentric chromosome) :中心節在端點,染色體依中心節數目分為,無中心節染色體(accentric chromosome) 不帶中心節的染色體,雙中心節染色體(dicentric chromosome) 具有兩個中心節的染色體。,幾個與染色體有關重要的名詞,22,六章节染色体型态课件,23,初級收縮區(primary constriction),中心節存在的位置,次級收縮區(secondary constriction ),有的染色體，除了有初級收縮區之外，尚有另一段收縮區，其 後又附有一段染色體稱為衛星區(satellite) (圖)。 Secondary constriction (1934 McClintock發現),又稱核仁組成中心( NOR, nucloeolar organizer regio,參與核仁(nucleolus)的形成,它也是一段染色質(chromatin)繞成的，所帶的基因是參與核糖體RNA (ribosomal RNA)的合成。,初級收縮區(primary constriction),24,衛星染色體(satellite chromosome),具有衛星區(satellite)的染色體稱之,幾乎所有生物細胞內，至少有一對衛星染色體，如人類就有5對,衛星區(satellite)通常是附在染色體的短臂 ，它的大小 不等,染色粒(chromomere) 真核染色體在有絲分裂或減數分裂時，染色絲收縮出現的暗區,核仁(Nucleolus),組成由核內的RNA &蛋自質組成，外面無膜,功能是rRNA的合成， rRNA與蛋白質結合產生核糖體,衛星染色體(satellite chromosome),25,rRNA基因的位置,真核5.8S, 18S、28S rRNA的基因稱為Rdna,位在染色體的次級收縮區(secondary constriction， nucleolar organizer),人類細胞10條衛星染色體的次級收縮區內各有一段製造rRNA的DNA，此段DNA形成環狀構造(loop)伸入核仁中，故這些rRNA是在核仁中形成(圖),染色體鑑別方法,染色體大小,中心節所在位置,染色時所出現的條紋型(banding pattern)。,rRNA基因的位置,26,六章节染色体型态课件,27,染色體圖(Karyotype),將細胞內所有的中期染色體照相拍下，剪下染色體，依染色體的大小，中心節的位置，由大而 小排列出來的圖,染色體圖技術(Karyotyping)： 將一個中期細胞染色體以照相拍下，然後把所有的染色體剪下，成對排列，長的排在前面，短的排在後面，最 長的一對，稱為第一對染色體，依次排列，如果染色體大小很接近，不易區分，再依照條紋技術(banding technique)區分,染色體圖的價值,鑑定染色體是否正常做為鑑定人類遺傳疾病的工具,染色體圖可做分類的依據，品種、品系鑑定,鑑定多倍體，單倍體，異倍體等,染色體圖(Karyotype),28,六章节染色体型态课件,29,人類染色體圖(Human karyotype)分成7組(groups),A組(染色體第1一3對),B組(染色體第4-5對),C組(染色體第6-12對及X)每一對很相像，很難直接鑑定,D組(染色體第13-15對) ，三對均具有衛星體(satellite),E組(染色體第16-18對),F組(染色體第19-20對),G組(染色體第21-22對) ，兩對均具有衛星體,第一對染色體最長，第22對最短。,人類染色體圖(Human karyotype)分成7組(gr,30,六章节染色体型态课件,31,異染色質又分為,基本異染色質(constitutive heterochromatin),人類染色體，基本異染色質位在中心節附近，其它哺乳動物細 胞的基本異染色質有的位在染色體臂上,它們一直緊密收縮， 該處的基因不會表現，富含衛星DNA,偶發異染色質(facultative heterochromatin),生物發育某時期會變成真染色質，該處的基因會表現,染色體的伸縮與基因表現，有何關係?,染色體收縮緊密時，基因不表現，染色體放鬆時， 基因才會表現,通常是細胞不分裂時，染色體鬆散，基因才會表現。真染色質是隨細胞週期的變化而收縮或放鬆。,異染色質又分為,32,條紋技術(Banding technique),要鑑定染色體，如果只依染色體的,長度,及,中心節,的位置，很難區分,某些染色體的長度，外型很像，很難分出是第幾對,1970年代發展出條紋的方法，對細胞遺傳的研究有很大的貢獻,條紋技術是將已附著在切片上的染色體，經過酸、鹼、熱、鹽類、 酵素、染料等處理，然後染色，放在顯微鏡下觀察，呈現深淺不同的條紋(band),每一對染色體由於DNA和蛋白質的結合不同，出現的條紋型的(banding pattern)也不同,此法有助於鑑定每一條染色體，並可與正常的染色體比較，鑑定出染色體內是否有不正常的變化,條紋技術(Banding technique),33,六章节染色体型态课件,34,條紋技術的種類,C band、G band、Q band、R band,C band,C代表基本異染色質(constitutive heterochromatin) ，染色較深的條紋是基本異染色質部份，,出現在中 心節附近及染色體的尖端,可用來鑑定哺乳動物的Y染色體，因為Y染色體整條都是異染色質，經C banding技術處理，很快可以鑑別出Y染色體,G band,G代表用金沙染料染色(Giemsa staining),先經鹼性鹽溶液及酵素處理，再用Giemsa染色，條紋型代表染色粒的排列,醫院常用G-band來,檢查人類遺傳疾病,共識：將每 一條染色體分為短臂、長臂，每一臂依 條紋出現位置，再分隔為不同區,有的內部再細分隔為更小 區，每一條染色體上每一個條紋都可有一定的命名，以方便 辨識,條紋技術的種類,35,六章节染色体型态课件,36,六章节染色体型态课件,37,六章节染色体型态课件,38,Q band,Q代表螢光染料Quinacrine mustard,染色體先用quinacrine染色後，於螢光顯微鏡下（UV），出現螢光條紋，背景是暗的,R band,R代表與G band相反(reverse to G bands),G band 染色深的部位，在R band是淺的。通常是用高溫，低pH處理,為真染色質區，R band沒有G band清晰，較少 用來鑑定染色體,助於研究染色體的結構，尤其是染色 體的尖端部位染得很清楚，可用來鑑定染色體是否發生端點缺失(terminal deletion)。,Q band,39,條紋技銜的價值,助於做染色體圖(karyotyping)：每一對染色體有獨特的條紋型式，經條紋技術處理後較易區分,助於研究染色體內部的變化：染色體若發生倒轉(inversion) ，易位(translocation) ，缺失 (deletion)等，由條紋型的變化，很容易判斷出來,助於演化上的研究：比較不同生物染色體的條紋型式，可以研究演化上的關係,助於決定基因圖(gene mapping)的研究,人類的染色體約可做出900 bands，若某人缺乏某種酶，做條紋技術分析，若發現染色體缺乏某一條紋，便可推出製造該酶的基因是位在該條紋上,纖維囊腫病變( cystic fibrosis)基因位在染色體7的長臂 : q21 & q31之間。全長25萬bases大部份為非密碼區，真正密碼區只佔2%,肌肉萎縮症Dmd基因位在X染色體短臂Xp21 全長200萬bp，其中大部份為intron，密碼區只佔1% 大部份病人是dmd基因內幾個bases改變，少數是因dmd 基因完全缺失或部份缺失,。,條紋技銜的價值,40,