细胞中核小体中的组蛋白和DNA怎样分离注意,不是问怎样人为分离,是问的在细胞中怎样的作用在DNA和组蛋白间,使其要复制时能够分开

Question

细胞中核小体中的组蛋白和DNA怎样分离
注意,不是问怎样人为分离,是问的在细胞中怎样的作用在DNA和组蛋白间,使其要复制时能够分开

Answer 1

核小体由DNA和组蛋白(histone)构成.由4种组蛋白H2A、H2B、H3和H4, 每一种组蛋白各二个分子,形成一个组蛋白八聚体,约200 bp的DNA分子盘绕在组蛋白八聚体构成的核心结构外面,形成了一个核小体.这时染色质的压缩包装 比(packing ratio)为6左右,即DNA由伸展状态压缩了近6倍.200 bpDNA为平均长度；不同组织、不同类型的细胞,以及同一细胞里染色体的不同区段中,盘绕在 组蛋白八聚体核心外面的DNA长度是不同的.如真菌的可以短到只有154 bp,而海胆精子的可以长达260bp,但一般的变动范围在180bp到200bp之间.在这 200bp中,146 bp是直接盘绕在组蛋白八聚体核心外面,这些DNA不易被核酸酶消化,其余的DNA是用于连接下一个核小体.连接相邻2个核小体的DNA分子上结合了另一种组蛋白H1.组蛋白H1包含了一组密切相关的蛋白质,其数量相 当于核心组蛋白的一半,所以很容易从染色质中抽提出来.所有的H1被除去后 也不会影响到核小体的结构,这表明H1是位于蛋白质核心之外的.
核小体的形状类似一个扁平的碟子或一个圆柱体,直径为11 nm,高6 nm.染色质就是由一连串的核小体所组成.当一连串核小体呈螺旋状排列构成纤丝状时,DNA的压缩包装比约为40.纤丝本身再进一步压缩后,成为常染色质的状态时,DNA的压缩包装比约为1000.有丝分裂时染色质进一步压缩为染色体,压缩包装比高达10 000,即只有伸展状态时长度的万分之一.
染色体是一个独立行动的结构单位,在细胞分裂时传递给子细胞一份染色体拷贝.因此每条染色体必须能复制,所复制的拷贝最后分离并被正确地分配到两个子细胞中.这些基本功能是由真核生物染色体三种特定的DNA序列所控制,即DNA复制起点、着丝粒和端粒.
从DNA到染色体不论是形态还是长度都相差很大.人类最长的第一个染色体全长仅10mm,但其DNA却长达7.2cm；一个细胞核直径仅5nm,在这样一个小小的空间中却要纳下全长近200cm的DNA,人们不禁要问DNA如何形成染色体,纳入小小的核中.解决这个问题同样是由很多科学家差不多经过20年的努力,最终提出了为大多数能接受的模型?侧环模型.
早在1956年为双螺旋模型提供X衍射证据的Wilkins和另一位科学家Vittorio Luzzati对染色质进行了X衍射研究,发现染色质中具有间隔为100?的重复性结构.蛋白质和DNA本身的结构从来不会表现出这种重复性.推测可能是组蛋白和DNA的结合方式迫使DNA折叠或缠绕成具有100?周期的重复结构.
Clark和Felsenfeld于1971年首先用葡萄球菌核酸酶(Staphylococcal nuclease)来作用染色质,发现有一些区域对核酸酶敏感,有一些则不敏感,不敏感的区域比较均一,这暗示染色体中存在着某些亚单位.接着Hewish和Burgoyun（1973年）用内源核酸酶消化细胞核,再从核中分离出DNA,结果发现一系列DNA片段,它们相当于长约200bp的一种基本单位的多聚体.表明组蛋白结合在DNA,以一种有规律的方式分布,以致产生对核酸酶敏感的只是某些限定区域.M.Noll（1974年）用外源核酸酶处理染色质,然后进行电泳,证实了以上结果,他测得前三个片段的长度分别为205,405,605bp长,每个片段相差200bp,即染色质可能以200bp为一个单位.这正好和以下电镜观察的结果相映证.
与此同时Olins夫妇（1974）和Pierre Chambon等（1975）在电镜下观察到大鼠胸腺和鸡肝染色质的“绳珠”状结构,小球的直径为100 ?,Olins并把这种小球称为n小体(n-body即nu body),有时译成钮体.
X衍射图表明组蛋白的多聚体都是紧密相联,并无可容纳像DNA分子那样大小的孔洞,所以不可能由DNA之“绳”穿过组蛋白之“珠”,而只可能是DNA缠绕在“珠”的表面.
电泳的结果和电镜观察到“绳珠”结构之间是什么样的关系呢?Kornberg和Thomas 1974年用实验回答了这一问题.他们先用小球菌核酸酶稍稍消化一下染色质,切断一部分200核苷酸对单位之间的DNA,使其中含有单体、二聚体、三聚体和四聚体等.然后经离心将它们分开.每一组再通过凝胶电泳证明其分子大小及纯度.然后分别用电镜来观察各组的材料；结果单体均为一个100? 的小体,二聚体则是两个相联的小体,同样三聚体和四聚体分别由三个小体和四个小体组成,表明200核苷酸的电泳片段长度级差正好是电镜观察到的一个：“绳珠”单位,他们称其为核小体（nucleosome）或核粒,提出了染色质结构的“绳珠”模型.
人们接着用化学交联、高盐分离组蛋白,以及X衍射等方法进一步研究组蛋白多聚体的结构、排列以及怎样和DNA结合的,从而建立了核小体模型.1984年Klug和Butler进行了修正.核小体的构造可用图表示：
每一个核小体结合的DNA总量为200bp左右,一般在150~250变化范围（micrococcal nuclease)轻微消解染色质而得知的.连接两个核小体的连接DNA (linker DNA) 是最容易受到这种酶的作用,因此微球菌核酸酶在连接DNA处被切断,此时每个重复单位的DNA长约200bp,而且是和五种组蛋白相结合,保持着核小体的结构.也就是“绳珠”结构的绳被切断,剩下一个一个的“珠”.
核小体是染色体的基本单位
抗核小体抗体(AnuA)
核小体是细胞染色质中的一种成分,它是由DNA和组蛋白以特殊的方式相连而组成的.在系统性红斑狼疮的诱导和致病中有重要作用.
临床意义：抗核小体抗体比抗dsDNA抗体、抗组蛋白抗体更早出现于系统性红斑狼疮的早期,并且特异性较高.阳性率为50-90%,特异性>98%.
每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1；组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构；146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bp DNA,锁住核小体DNA的进出端,起稳定核小体的作用. 包括组蛋白H1和166bp DNA的核小体结构又称染色质小体；两个相邻核小体之间以连接DNA相连,典型长度60bp,不同物种变化值为0～80bp；组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的,基本不依赖于核苷酸的特异序列,实验表明,核小体具有自组装 (self-assemble) 的性质；核小体沿DNA的定位受不同因素的影响,进而通过核小体相位改变影响基因表达.：
其功能与染色质的浓缩有关,且能够进行自装配.