第四节 DNA的三级结构与功能
2005-08-16 00:00 来源：医学教育网
（一）DNA超螺旋
双螺旋DNA进一步扭曲盘绕则形成其三级结构，超螺旋是DNA三级结构的主要形式。自从1965年Vinograd等人发现多瘤病毒的环形DNA的超螺旋以来，现已知道绝大多数原核生物都是共价封闭环（covalently closed circle，CCC）分子，这种双螺旋环状分子再度螺旋化成为超螺旋结构（superhelix或supercoil），如图15-11所示。有些单链环形染色体（如φ×174）或双链线形染色体（如噬菌体入），在其生活周期的某一阶段，也必将其染色体变为超螺旋形式。对于真核生物来说，虽然其染色体多为线形分子但其DNA均与蛋白质相结合，两个结合点之间的DNA形成一个突环（loop）结构，类似于CCC分子，同样具有超螺旋形式。超螺旋按其方向分为正超螺旋和负超螺旋两种。真核生物中，DNA与组蛋白八聚体形成核小体结构时，存在着负超螺旋。研究发现，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异构酶产生的。
（二）染色质和核小体
1.染色质
真核生物的染色体（chromasome）在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质（chromatin）的形式存在的。染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基本的单位棗核小体（nucleosome）成串排列而成的。DNA是染色体的主要化学成分，也是遗传信息的载体，约占染色体全部成分的27%，另外组蛋白和非组蛋白占66%，RNA占6%.
组蛋白（histones）是一种碱性蛋白质，等电点一般在PH10.0以上，其特点是富含二种碱性氨基酸（赖氨酸和精氨酸），根据这两种氨基酸在蛋白质分子中的相对比例，将组蛋白分为五种类型（表15－6）。
表15－6 五种组蛋白分子的基本参数
| 种类 | 类型 | 碱性氨基酸 | 酸性 氨基酸 | 碱性氨基酸/酸性氨基酸 | 氨基酸 残基数 | 分子量 | 核小体 上位置 | ||
| Lys | Arg | Lys/Arg | |||||||
| H1 | 极度富含Lys | 29% | 1% | 29 | 5% | 5.4 | 215 | 23 000 | 连接＊ |
| H2A | 11% | 9% | 1.2 | 15% | 1.4 | 129 | 14 500 | 核心 | |
| H2B | ″ | 16% | 6% | 2.7 | 13% | 1.7 | 125 | 13 774 | ″ |
| H3 | 极度富含Lys+富含Arg | 10% | 13% | 0.78 | 13% | 1.8 | 135 | 15 324 | ″ |
| H4 | ″ | 11% | 14% | 0.79 | 10% | 2.5 | 102 | 11 282 | ″ |
*现已证明：H1是与核小体的核心颗粒相当靠近的，认为它位于连接DNA上，只是一种习惯说法。
五种组蛋白在同一生物的不同组织中完全一样，在不同的真核生物中也很相似。组蛋白对染色体中DNA的包装有十分重要的作用。
2.核小体
核小体是构成染色质的基本结构单位，使得染色质中DNA、RNA和蛋白质组织成为一种致密的结构形式。核小体由核心颗粒（core particle）和连接区DNA（linker DNA）二部分组成，在电镜下可见其成捻珠状，前者包括组蛋白H2A，H2B，H3和H4各两分子构成的致密八聚体（又称核心组蛋白），以及缠绕其上一又四分之三圈长度为146bp的DNA链；后者包括两相邻核心颗粒间约60bp的连接DNA和位于连接区DNA上的组蛋白H1，连接区使染色质纤维获得弹性。核小体是DNA紧缩的第一阶段，在此基础上，DNA链进一步折叠成每圈六个核小体，直径30nm的纤维状结构，这种30nm纤维再扭曲成襻，许多襻环绕染色体骨架（Scaffold）形成棒状的染色体，最终压缩将近一万倍。这样，才使每个染色体中几厘米长（如人染色体的DNA分子平均长度为4cm）的DNA分子容纳在直径数微米（如人细胞核的直径为6－7μm）的细胞核中。
核小体的形成以及DNA超螺旋结构与功能的关系还不十分清楚，可能与基因的转录调节控制有关。
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