染色質(zhì)（英文：chromatin），由德國(guó)生物學(xué)家W.弗萊明（Walthe Flemming）于1879年提出，是指間期細(xì)胞核內(nèi)由脫氧核糖核酸、組蛋白、非組蛋白及少量核糖核酸組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式，也是遺傳信息進(jìn)行表達(dá)、遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制的模板。
染色質(zhì)在細(xì)胞周期不同階段的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，分裂間期的染色質(zhì)相對(duì)疏松，分布于整個(gè)細(xì)胞核內(nèi)；在有絲分裂或減數(shù)分裂的細(xì)胞分裂期，染色質(zhì)高度濃縮，形成棒狀的染色體。間期染色質(zhì)按其形態(tài)特征、活性狀態(tài)和染色性能可區(qū)分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)兩種類型。在細(xì)胞分裂過(guò)程中，承載所有遺傳信息的染色質(zhì)需要先復(fù)制，然后均勻分配到子代細(xì)胞中，這樣才能保證后代細(xì)胞中遺傳信息的完整性。這些染色質(zhì)承載的遺傳信息需要通過(guò)特異時(shí)空的表達(dá)，才能保證細(xì)胞的生存、增殖與分化。
染色質(zhì)是細(xì)胞核中承載細(xì)胞遺傳和代謝的最重要成分。幾乎所有細(xì)胞生命活動(dòng)都要從染色質(zhì)開(kāi)始，細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂甚至衰老與死亡都是受基因控制的，而細(xì)胞內(nèi)基因存在與發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是染色質(zhì)。與基因組直接相關(guān)的細(xì)胞活動(dòng)都是在染色質(zhì)水平上進(jìn)行的，如脫氧核糖核酸復(fù)制、重組、修復(fù)和基因轉(zhuǎn)錄以及DNA和組蛋白的各種修飾，這些修飾包括甲基化、乙酰化、磷酸化、亞硝基化合物化和泛素化等。
發(fā)現(xiàn)過(guò)程
1879年，W. Flemming提出了染色質(zhì)（chromatin）這一術(shù)語(yǔ)，用以描述細(xì)胞核中能被堿性染料強(qiáng)烈著色的物質(zhì)。
1888年，Waldeyer正式提出染色體的命名。
經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的研究，人們認(rèn)識(shí)到，染色質(zhì)和染色體是在細(xì)胞周期不同階段可以相互轉(zhuǎn)變的形態(tài)結(jié)構(gòu)。
成分
通過(guò)分離胸腺、肝或其他組織細(xì)胞的核，用去垢劑處理后再離心收集染色質(zhì)進(jìn)行生化分析，確定染色質(zhì)的主要成分是脫氧核糖核酸和組蛋白，還有非組蛋白及少量核糖核酸。大鼠肝細(xì)胞染色質(zhì)常被當(dāng)作染色質(zhì)成分分析模型，其中組蛋白與DNA含量之比近于1:1，非組蛋白與DNA之比是0.6:1，RNA與DNA之比為0.1:1。DNA與組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分，非組蛋白與RNA的含量則隨細(xì)胞生理狀態(tài)不同而變化。
染色質(zhì)DNA
凡是具有細(xì)胞形態(tài)的生物其遺傳物質(zhì)都是DNA，只有少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。在真核生物中，每條未復(fù)制的染色體包含一條縱向貫穿的脫氧核糖核酸分子。狹義而言，某一生物的細(xì)胞中儲(chǔ)存于單倍染色體組中的總遺傳信息，組成該生物的基因組。真核生物基因組DNA的含量比原核生物高得多。
突變分析結(jié)果表明，并非所有基因都是細(xì)胞生存的必需基因，如酵母基因組有40%的基因?qū)儆诜潜匦杌颍?a href="/hebeideji/7215506811401551904.html">果蠅基因組只有5000個(gè)必需基因，最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞枝原體屬，有迄今發(fā)現(xiàn)的能獨(dú)立生活的有機(jī)體的最小基因組（482個(gè)基因），其中只有256個(gè)必需基因。
類型
1、蛋白編碼序列。以三聯(lián)體密碼方式進(jìn)行編碼。編碼DNA在基因組中所占比例隨生物而異，在人類細(xì)胞基因組中，這一比例只有1.5%左右。這類編碼序列主要是非重復(fù)的單一DNA序列，一般在基因組中只有一個(gè)拷貝（單一基因），然而，也有可能有兩個(gè)或幾個(gè)拷貝甚至多達(dá)上千個(gè)拷貝的情況，這些都來(lái)自于從基因家族里派生出來(lái)的重復(fù)基因或多基因。
2、編碼rRNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA、snRNA和組蛋白的串聯(lián)重復(fù)序列。它們?cè)?a href="/hebeideji/3055507105846488015.html">基因組中一般有20~300個(gè)拷貝，人類基因組中約含有0.3%這樣的脫氧核糖核酸。
3、含有重復(fù)序列的DNA。這類DNA在基因組中占有很大一部分。它們又可以分為兩個(gè)亞類：簡(jiǎn)單序列DNA和散在重復(fù)序列。DNA轉(zhuǎn)座子、LTR反轉(zhuǎn)座子、非LTR反轉(zhuǎn)座子和假基因都屬于散在重復(fù)序列。非LTR反轉(zhuǎn)座子包括短散在元件和長(zhǎng)散在元件。典型SINE其長(zhǎng)度少于500bp，如人和靈長(zhǎng)目基因組中大量分散存在的Alu家族，人基因組中有50萬(wàn)~70萬(wàn)份Alu拷貝，相當(dāng)于平均每隔4kb就有一個(gè)Alu序列；典型LINE其長(zhǎng)度在6~8kb之間，如人基因組中L1家族，有100 000個(gè)L1拷貝。
4、未分類的間隔脫氧核糖核酸。
5、高度重復(fù)DNA序列：
①衛(wèi)星DNA，重復(fù)單位長(zhǎng)5~100bp，不同物種重復(fù)單位堿基組成不同，一個(gè)物種也可能含有不同的衛(wèi)星DNA序列。
②小衛(wèi)星DNA，重復(fù)單位長(zhǎng)12~100bp，重復(fù)3 000次之多，又稱數(shù)量可變的串聯(lián)重復(fù)序列，每個(gè)小衛(wèi)星區(qū)重復(fù)序列的拷貝數(shù)是高度不變的，因此早前常用于DNA指紋技術(shù)作個(gè)體鑒定。研究發(fā)現(xiàn)小衛(wèi)星序列的改變可以影響鄰近基因的表達(dá)，基因的異常表達(dá)會(huì)導(dǎo)致一系列不良后效應(yīng)。
③微衛(wèi)星脫氧核糖核酸，重復(fù)單位序列最短，只有1~5bp，串聯(lián)成簇長(zhǎng)度50~100bp。
生物的遺傳信息儲(chǔ)存在DNA的核酸序列中，生物界物種的多樣性也寓于DNA分子4種核苷酸千變?nèi)f化的排列之中。DNA分子不僅一級(jí)結(jié)構(gòu)具有多樣性，而且二級(jí)結(jié)構(gòu)也具有多態(tài)性。所謂二級(jí)結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)型分3種：
①B型DNA（右手雙螺旋DNA），是“經(jīng)典”的Watson-Crick結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，水溶液和細(xì)胞內(nèi)天然DNA大多為B型DNA；
②A型脫氧核糖核酸（右手雙螺旋DNA），是一般B型DNA的重要變構(gòu)形式，其分子結(jié)構(gòu)與核糖核酸的雙鏈區(qū)和DNA/RNA雜交分子很相近；
③Z型DNA（左手雙螺旋DNA），也是B型DNA的變構(gòu)形式。
3種構(gòu)型DNA中，特別是大溝的特征在遺傳信息表達(dá)過(guò)程中起關(guān)鍵作用，基因表達(dá)調(diào)控蛋白都是通過(guò)其分子上特定的氨基酸側(cè)鏈與溝中核苷酸堿基對(duì)兩側(cè)潛在的氫原子供體（═NH）或受體（O和N）形成氫鍵而識(shí)別DNA遺傳信息的。由于大溝和小溝中這些氫原子供體和受體各異以及排列不同，所以大溝攜帶的信息要比小溝多。此外，溝的寬窄及深淺也直接影響堿基對(duì)的暴露程度，從而影響調(diào)控蛋白對(duì)脫氧核糖核酸信息的識(shí)別。B型DNA是活性最高的DNA構(gòu)型，變構(gòu)后的A型DNA仍有較高活性，變構(gòu)后的Z型DNA活性明顯降低。
此外，DNA雙螺旋能進(jìn)一步扭曲盤繞形成特定的高級(jí)結(jié)構(gòu)，正、負(fù)超螺旋是DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化與高級(jí)結(jié)構(gòu)的變化是相互關(guān)聯(lián)的，這種變化在DNA復(fù)制、修復(fù)、重組與轉(zhuǎn)錄中具有重要的生物學(xué)意義。
染色質(zhì)蛋白
與染色質(zhì)DNA結(jié)合的蛋白負(fù)責(zé)DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀。這些脫氧核糖核酸結(jié)合蛋白包括兩類：一類是組蛋白，與DNA結(jié)合但沒(méi)有序列特異性；另一類是非組蛋白，與特定DNA序列或組蛋白相結(jié)合。
組蛋白
染色質(zhì)組蛋白是構(gòu)成真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的arg和百合屬等堿性氨基酸，等電點(diǎn)一般在pH10.0以上，屬堿性蛋白質(zhì)，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合，而且一般不要求特殊的核苷酸序列。
用聚丙烯酰[xiān]胺凝膠電泳可以區(qū)分5種不同的組蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。幾乎所有真核細(xì)胞都含有這5種組蛋白，而且含量豐富，每個(gè)細(xì)胞每種類型的組蛋白約6×10個(gè)分子。5種組蛋白在功能上分為兩組：
①核小體組蛋白。包括H2A、H2B、H3和H4。這4種組蛋白有相互作用形成復(fù)合體的趨勢(shì)，它們通過(guò)C端的疏水氨基酸互相結(jié)合，而N端帶正電荷的氨基酸則向四面伸出以便與脫氧核糖核酸分子結(jié)合，從而幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這4種組蛋白沒(méi)有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守，特別是H3和H4是所有已知蛋白質(zhì)中最為保守的。從這種保守性可以看出，H3和H4的功能幾乎涉及它們所有的氨基酸，任何位置上殘基的突變可能對(duì)細(xì)胞都將是有害的。
②H1組蛋白。其分子較大。球形中心在進(jìn)化上保守，而N端和C端兩個(gè)“臂”的氨基酸變異較大，所以H1在進(jìn)化上不如核小體組蛋白那么保守。在構(gòu)成核小體時(shí)H1起連接作用，它賦予染色質(zhì)以極性。H1有一定的種屬及組織特異性。在哺乳綱細(xì)胞中，組蛋白H1約有6種密切相關(guān)的亞型，氨基酸順序稍有不同。在成熟的魚(yú)類和鳥(niǎo)類的紅細(xì)胞中，H1 為H5取代。有的生物如酵母缺少H1，結(jié)果酵母細(xì)胞差不多所有染色質(zhì)都表現(xiàn)為活化狀態(tài)。
非組蛋白
非組蛋白主要是指與特異脫氧核糖核酸序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)，所以又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白（序列 specific DNA binding protein)。利用凝膠延滯實(shí)驗(yàn)（gel retardation assay）,可以在細(xì)胞抽提物中進(jìn)行檢測(cè)。首先制備一段帶有放射性標(biāo)記的已知特異序列的DNA，將要檢測(cè)的細(xì)胞抽提物與標(biāo)記DNA混合，進(jìn)行凝膠電泳。未結(jié)合蛋白的自由DNA在凝膠上遷移最快，而與蛋白質(zhì)結(jié)合的DNA遷移慢，一般結(jié)合的蛋白質(zhì)分子越大，DNA分子的延滯現(xiàn)象越明顯，然后通過(guò)放射自顯影分析，即可發(fā)現(xiàn)一系列DNA帶譜，每條帶分別代表不同的脫氧核糖核酸蛋白質(zhì)配位化合物。每條帶相對(duì)應(yīng)的結(jié)合蛋白隨后再通過(guò)細(xì)胞抽提物組分分離方法被進(jìn)一步分開(kāi)。
特性
①酸堿性：組蛋白是堿性的，而非組蛋白則大多是酸性的。
②多樣性：非組蛋白占染色質(zhì)蛋白的60%~70%，不同組織細(xì)胞中其種類和數(shù)量都不相同，代謝周轉(zhuǎn)快。包括多種參與核酸代謝與修飾的酶類如DNA聚合酶和核糖核酸聚合酶、HMG蛋白（high mobility 基團(tuán) protein）、染色體支架蛋白、肌動(dòng)蛋白和基因表達(dá)蛋白等。
③特異性：能識(shí)別特異的脫氧核糖核酸序列，識(shí)別信息來(lái)源于DNA核苷酸序列本身，識(shí)別位點(diǎn)存在于DNA雙螺旋的大溝部分，識(shí)別與結(jié)合靠氫鍵和離子鍵。在不同的基因組之間，這些非組蛋白所識(shí)別的DNA序列在進(jìn)化上是保守的。這類序列特異性DNA結(jié)合蛋白具有一個(gè)共同特征，即形成與DNA結(jié)合的螺旋區(qū)并具有蛋白二聚化的能力。
④功能多樣性：雖然與DNA特異序列結(jié)合的蛋白質(zhì)在每一個(gè)真核生物中只有10 000個(gè)分子左右，約占細(xì)胞總蛋白的1/50 000，但具有多方面的重要功能，包括基因表達(dá)的調(diào)控和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成。如幫助脫氧核糖核酸分子折疊，以形成不同的結(jié)構(gòu)域；協(xié)助啟動(dòng)DNA復(fù)制，控制基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)基因表達(dá)等。
結(jié)構(gòu)模式
雖然非組蛋白種類眾多，但是根據(jù)它們與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域不同，可分為不同的家族。
①α尾旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋模式（helix - turn - helix motif）
這是最早在原核生物基因的激活蛋白和阻抑物中發(fā)現(xiàn)的。迄今已經(jīng)在百種以上原核細(xì)胞和真核生物中發(fā)現(xiàn)這種最簡(jiǎn)單、最普遍的DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)模式。這種蛋白與脫氧核糖核酸結(jié)合時(shí)，形成對(duì)稱的同型二聚體（symmetric homodimer）結(jié)構(gòu)模式。構(gòu)成同型二聚體的每個(gè)單體由20個(gè)氨基酸的寡肽-1組成α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋結(jié)構(gòu)，兩個(gè)α螺旋相互連接構(gòu)成β轉(zhuǎn)角，其中羧基端的α螺旋為識(shí)別螺旋（recognition helix），負(fù)責(zé)識(shí)別DNA大溝的特異堿基信息，另一個(gè)α螺旋沒(méi)有堿基特異性，與DNA磷酸戊糖鏈BOBBIN接觸。這種蛋白在與DNA特異結(jié)合時(shí)，以二聚體形式發(fā)揮作用，結(jié)合靠蛋白質(zhì)的氨基酸側(cè)鏈與特異核苷酸堿基對(duì)之間形成氫鍵。
負(fù)責(zé) 5S 核糖核酸、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA 和部分 snRNA 基因轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶Ⅲ所必須的轉(zhuǎn)錄因子。TFⅢ A 是首先被發(fā)現(xiàn)的鋅指蛋白，由344個(gè)氨基酸組成。TFⅢ A 含有9個(gè)有規(guī)律的鋅指重復(fù)單位，每個(gè)單位30個(gè)殘基，其中一對(duì)半胱氨酸和一對(duì)組氨酸的生物合成與Zn2?形成配位鍵。每個(gè)鋅指單位是一個(gè)脫氧核糖核酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DNA-binding 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域），每個(gè)鋅指的 C 末端形成α尾旋負(fù)責(zé)與DNA結(jié)合。這類Cys/His鋅指單位的共有序列（consensus 序列）是：Cys - X - Cys - X - Leu - X - His - X - His。哺乳綱轉(zhuǎn)錄因子 SP1 也有類似的鋅指結(jié)構(gòu)，由三個(gè)鋅指單位組成。另一類鋅指蛋白含兩對(duì)半胱氨酸，而不含組氨酸，如哺乳類細(xì)胞的甾體類激素受體蛋白。這類Cys/Cys鋅指單位的結(jié)合Zn 的共有序列是：Cys - X2 - Cys - X13 - Cys - X2 - Cys。不同的鋅指識(shí)別不同的堿基序列，因?yàn)椴煌\指的氨基酸組成不一樣。
③亮氨酸拉鏈模式（leucine zipper motif，ZIP）
在構(gòu)建轉(zhuǎn)錄配位化合物過(guò)程中，普遍涉及蛋白與蛋白之間的相互作用，形成二聚體是識(shí)別特異脫氧核糖核酸序列蛋白的相互作用的共同原則，亮氨酸拉鏈就是富含Leu殘基的一段氨基酸序列所組成的二聚化結(jié)構(gòu)。這類序列特異性DNA結(jié)合蛋白家族，包括酵母的轉(zhuǎn)錄激活因子（GCN4）、癌蛋白Jun、Fos、Myc以及增強(qiáng)子結(jié)合蛋白（enhancer binding protein，C/EBP）等。所有這些蛋白的肽鏈羧基端約35個(gè)氨基酸殘基有形成α螺旋的特點(diǎn)，每?jī)扇Γ?個(gè)氨基酸殘基）有一個(gè)亮氨酸殘基。這樣，在α尾旋一側(cè)的Leu排成一排，兩個(gè)蛋白質(zhì)分子的α - 螺旋之間靠Leu殘基之間的疏水作用力形成一條拉鏈狀結(jié)構(gòu)。這類蛋白與脫氧核糖核酸的特異結(jié)合都是以二聚體形式起作用的，但與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域是拉鏈區(qū)相鄰的肽鏈 N 端帶正電荷的堿性氨基酸區(qū)。
④螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式（helix - loop - helix motif，HLH）
HLH這一結(jié)構(gòu)模式廣泛存在于動(dòng)、植物DNA結(jié)合蛋白中。HLH由40~50個(gè)氨基酸組成兩個(gè)兩性α尾旋，兩個(gè)α螺旋中間被一個(gè)或幾個(gè)β轉(zhuǎn)角組成的環(huán)區(qū)所分開(kāi)。每個(gè)α螺旋由15~16個(gè)殘基組成，并含有幾個(gè)保守的氨基酸殘基。具有疏水面和親水面的兩性α螺旋有助于二聚體的形成。α螺旋鄰近的肽鏈 N 端也有帶正電荷的堿性氨基酸區(qū)與靶脫氧核糖核酸大溝結(jié)合。具有螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)的蛋白家族成員之間形成同源或異源二聚體是這類蛋白與DNA結(jié)合的必要條件，缺失α螺旋的二聚體不能牢固結(jié)合DNA。
⑤HMG框結(jié)構(gòu)模式（HMG-box motif）
在發(fā)現(xiàn)一組豐富的高速泳動(dòng)族蛋白（high mobility 基團(tuán) protein）以后，首先命名HMG框結(jié)構(gòu)模式。該結(jié)構(gòu)由3個(gè)α尾旋組成 回旋鏢shaped 結(jié)構(gòu)模式，具有彎曲DNA的能力。因此，具有HMG框結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子又稱為“構(gòu)件因子（architectural factor）”，它們通過(guò)彎曲脫氧核糖核酸、促進(jìn)與鄰近位點(diǎn)相結(jié)合的其他轉(zhuǎn)錄因子的相互作用而激活轉(zhuǎn)錄。SRY是一種HMG蛋白在人類男性性別分化中具有關(guān)鍵作用，HMG蛋白由y染色體上一個(gè)基因編碼，在誘導(dǎo)睪丸分化途徑中一些相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性被HMG蛋白所激活。
結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)單位
20世紀(jì)70年代以前，人們關(guān)于染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)看法認(rèn)為，染色質(zhì)是組蛋白包裹在DNA外面形成的纖維狀結(jié)構(gòu)。直到1974年Kornberg等人根據(jù)染色質(zhì)的酶切和電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)核小體是染色質(zhì)組裝的基本結(jié)構(gòu)單位，提出染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“串珠”模型，從而更新了人們關(guān)于染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)觀念。
實(shí)驗(yàn)依據(jù)
1、用溫和的方法裂解細(xì)胞核，將染色質(zhì)鋪展在電鏡銅網(wǎng)上，通過(guò)電鏡觀察，未經(jīng)處理的染色質(zhì)自然結(jié)構(gòu)為30nm的纖絲，經(jīng)鹽溶液處理后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)一系列核小體彼此連接的串珠狀結(jié)構(gòu)，串珠的直徑為10nm。
2、用非特異性微球菌核酸酶消化染色質(zhì)時(shí)，經(jīng)過(guò)蔗糖梯度離心及瓊脂糖凝膠電泳分析，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)脫氧核糖核酸被降解成大約 200 bp的片段；如果部分酶解，則得到的片段是以 200 bp為單位的單體、二體、三體等。蔗糖梯度離心得到的不同組分，在波長(zhǎng) 260 nm的吸收峰的大小和電鏡下所見(jiàn)到的單體、二體和三體的核小體組成完全一致。如果用同樣方法處理裸露的DNA，則產(chǎn)生隨機(jī)大小的片段群體。從而提示染色體DNA除某些周期性位點(diǎn)之外均受到某種結(jié)構(gòu)的保護(hù)，避免酶的接近。
3、應(yīng)用X射線衍射、中子散射和電鏡三維重建技術(shù)，研究染色質(zhì)結(jié)晶顆粒，發(fā)現(xiàn)核小體顆粒是直徑為 11 nm、高 6.0 nm的扁圓柱體，具有二分對(duì)稱性。核心組蛋白的構(gòu)成是先形成（H3）?-（H4）?四聚體，然后再與兩個(gè)H2A-H2B異二聚體結(jié)合形成八聚體。
4、SV40微小染色體分析。用SV40病毒感染細(xì)胞，病毒脫氧核糖核酸進(jìn)入細(xì)胞后，與宿主的組蛋白結(jié)合，形成串珠狀微小染色體，電鏡觀察SV40 DNA為環(huán)狀，周長(zhǎng)1 500 nm，約 5.0 kb。若 200 bp相當(dāng)于一個(gè)核小體，則可形成25個(gè)核小體，實(shí)際觀察到23個(gè)，與推斷基本一致。如用0.25mol/L鹽酸將SV40溶解，可在電鏡下直接看到組蛋白的聚合體，若除去組蛋白，則完全伸展的DNA長(zhǎng)度恰好為 5.0 kb。
結(jié)構(gòu)要點(diǎn)
1、每個(gè)核小體單位包括 200 bp左右的脫氧核糖核酸超螺旋和一個(gè)組蛋白八聚體以及一個(gè)分子的組蛋白H1。
2、組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的盤狀核心顆粒，相對(duì)分子質(zhì)量100 000，由4個(gè)異二聚體組成，包括兩個(gè)H2A-H2B和兩個(gè)H3-H4。
3、146 bp的DNA分子超螺旋盤旋組蛋白八聚體1.75圈。組蛋白H1在核心顆粒外結(jié)合額外 20 bp DNA，鎖住核小體DNA的進(jìn)出端，起穩(wěn)定核小體的作用。
4、兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA相連，典型長(zhǎng)度 60 bp，不同物種變化值為 0~80 bp不等。
5、組蛋白與脫氧核糖核酸之間的相互作用主要是結(jié)構(gòu)性的，基本不依賴于核苷酸的特異序列。正常情況下不與組蛋白結(jié)合的DNA，當(dāng)與從動(dòng)、植物中分離的鈍化組蛋白共同孵育時(shí)，可以體外組裝成核小體亞單位。實(shí)驗(yàn)表明，核小體具有自組裝的性質(zhì)。
6、核小體沿DNA的定位受不同因素的影響。如非組蛋白與DNA特異性位點(diǎn)的結(jié)合，可影響鄰近核小體的相位；DNA盤繞組蛋白核心的彎曲也是核小體相位的影響因素，因?yàn)楦缓珹T的DNA片段優(yōu)先存在于DNA雙尾旋的小溝，面向組蛋白八聚體，而富含GC的DNA片段優(yōu)先存在于DNA雙螺旋的大溝，面向組蛋白八聚體，結(jié)果核小體傾向于形成富含AT和富含GC的理想分布，從而通過(guò)核小體相位改變影響基因表達(dá)。
前期組裝
整個(gè)過(guò)程如下：
①最開(kāi)始是H3·H4四聚體的結(jié)合，由CAF-1介導(dǎo)與新合成的裸露的脫氧核糖核酸結(jié)合。
②然后是兩個(gè)H2A·H2B二聚體由NAP-1和NAP-2介導(dǎo)加入。為了形成一個(gè)核心顆粒，新合成的組蛋白被特異地修飾。組蛋白H4的Lys5和Lys12兩個(gè)位點(diǎn)典型地被乙酰化。
③核小體最后的成熟需要atp來(lái)創(chuàng)建一個(gè)規(guī)則的間距以及組蛋白的去乙酰化。ISWI和SWI/SNF家族的蛋白參與此過(guò)程的調(diào)節(jié)。連接組蛋白（H1）的結(jié)合伴隨著核小體的折疊。
④4個(gè)核小體 ? 組成一個(gè)尾旋或由其他的組裝方式形成一個(gè)螺線管結(jié)構(gòu)。
⑤進(jìn)一步的折疊事件將使染色質(zhì)在細(xì)胞核中最終形成確定的結(jié)構(gòu)。
染色質(zhì)這樣一個(gè)高度壓縮的結(jié)構(gòu)極大地阻礙了像轉(zhuǎn)錄這樣的細(xì)胞核活動(dòng)的進(jìn)行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有兩個(gè)家族的染色質(zhì)修飾酶在染色質(zhì)上作用，使染色質(zhì)更接近于轉(zhuǎn)錄機(jī)器。第一個(gè)家族是通過(guò)在組蛋白尾部的共價(jià)修飾而發(fā)揮作用，這些修飾包括組蛋白的磷酸化、乙酰化和泛素化等，它們會(huì)影響以后與脫氧核糖核酸或組蛋白相互作用因子的作用。第二個(gè)家族成員的主要特點(diǎn)是它們能夠利用atp水解時(shí)釋放的能量來(lái)破壞核小體中的組蛋白-DNA接觸。
在真核生物細(xì)胞周期的S期，染色體的完全復(fù)制不僅需要基因組DNA的復(fù)制，也需要把復(fù)制好的DNA組裝成染色質(zhì)。普遍認(rèn)為，在復(fù)制叉的移動(dòng)期間，染色質(zhì)短暫地解組裝，然后在兩條復(fù)制好的子代DNA鏈上重新進(jìn)行組裝。新復(fù)制的DNA主要通過(guò)以下兩種途徑組裝成染色質(zhì)：第一，在復(fù)制叉的移動(dòng)期間，父代的核小體核心顆粒與DNA分離，到該段DNA復(fù)制完成，父代的核小體核心顆粒直接轉(zhuǎn)移到兩條子鏈DNA的一條上；第二，染色質(zhì)組裝因子利用剛剛合成的、乙酰化的組蛋白介導(dǎo)核小體在復(fù)制脫氧核糖核酸上組裝。
染色質(zhì)組裝的前期過(guò)程，即從裸露DNA組裝成直徑30納米的螺線管已有直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并被絕大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)可。然而，染色質(zhì)如何進(jìn)一步組裝成更高級(jí)結(jié)構(gòu)，直至最終成染色體的過(guò)程尚不是非常清楚，主要有兩種模型。
組裝模型
人的每個(gè)體細(xì)胞所含DNA約6×109bp分布在46條染色體中，總長(zhǎng)達(dá)2米，平均每條染色體DNA分子長(zhǎng)約5厘米，而細(xì)胞核直徑只有5~8微米，這就意味著從染色質(zhì)DNA組裝成染色體要壓縮近萬(wàn)倍，相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)球內(nèi)包含有2千米長(zhǎng)的細(xì)線。
多級(jí)螺旋模型
由脫氧核糖核酸與組蛋白組裝成核小體，在組蛋白H1的介導(dǎo)下核小體彼此連接形成直徑約10納米的核小體串珠結(jié)構(gòu)，這是染色質(zhì)組裝的一級(jí)結(jié)構(gòu)。不過(guò)在細(xì)胞中，染色質(zhì)很少以這種伸展的串珠狀形式存在。當(dāng)細(xì)胞核經(jīng)溫和處理后，在電鏡下往往會(huì)看到直徑為30納米的染色質(zhì)纖維。在有組蛋白H1存在的情況下，由直徑10納米的核小體串珠結(jié)構(gòu)螺旋盤繞，每圈6個(gè)核小體，形成外徑25~30納米，螺距12納米的螺線管。組蛋白H1對(duì)螺線管的穩(wěn)定起著重要作用。螺線管是染色質(zhì)組裝的二級(jí)結(jié)構(gòu)。
Bak等（1977）從胎兒組織培養(yǎng)的分裂細(xì)胞中分離出染色體，經(jīng)溫和處理后，在電鏡下看到直徑0.4微米，長(zhǎng)11~60微米的染色線，成為單位線。在電鏡下觀察，判明單位線是由螺線管進(jìn)一步尾旋化形成直徑為0.4微米的圓筒狀結(jié)構(gòu)，稱為超螺線管，這是染色質(zhì)組裝的三級(jí)結(jié)構(gòu)。這種超螺線管進(jìn)一步螺旋折疊，形成長(zhǎng)2~10微米的染色單體，即染色質(zhì)組裝的四級(jí)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)四級(jí)螺旋組裝形成的染色體結(jié)構(gòu)，共壓縮了8 400倍。
BOBBIN放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型
Laemmli等人用2mol/L的NaCl或硫酸葡聚糖加肝素處理HeLa細(xì)胞中期染色體，除去組蛋白和大部分非組蛋白后，在電鏡下可觀察到由非組蛋白構(gòu)成的染色體骨架和由骨架伸出的無(wú)數(shù)的脫氧核糖核酸側(cè)環(huán)。此外，實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，不論是原核生物的染色體還是兩棲動(dòng)物卵母細(xì)胞的燈刷染色體或昆蟲(chóng)的多線染色體，幾乎都含有一系列的袢環(huán)結(jié)構(gòu)域，從而提示袢環(huán)結(jié)構(gòu)可能是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的普遍特征。
該模型認(rèn)為，30納米的染色線折疊成環(huán)，沿染色體縱軸，由中央向四周伸出，構(gòu)成放射環(huán)，即染色體的BOBBIN放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型。首先是直徑2納米的雙螺旋DNA與組蛋白八聚體構(gòu)建成連續(xù)重復(fù)的核小體串珠結(jié)構(gòu)，其直徑10納米。然后按每圈6個(gè)核小體為單位盤繞成直徑30納米的螺線管。由螺線管形成脫氧核糖核酸復(fù)制環(huán)，每18個(gè)復(fù)制環(huán)呈放射狀平面排列，結(jié)合在核基質(zhì)上形成微帶。微帶是染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)的單位，大約10個(gè)微帶沿縱軸構(gòu)建成子染色體。
功能
如果說(shuō)細(xì)胞核是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心，那么這個(gè)中心的最重要成員便是染色質(zhì)。幾乎所有細(xì)胞生命活動(dòng)都要從染色質(zhì)開(kāi)始。我們知道細(xì)胞的成長(zhǎng)、分裂甚至衰老與死亡都是受基因控制的，而細(xì)胞內(nèi)基因存在與發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是染色質(zhì)。與基因組直接相關(guān)的細(xì)胞活動(dòng)都是在染色質(zhì)水平進(jìn)行的，如脫氧核糖核酸復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄、同源重組、DNA修復(fù)，包括轉(zhuǎn)錄耦聯(lián)的修復(fù)以及DNA和組蛋白的各種修飾。這些修飾包括甲基化、乙酰化、磷酸化、亞硝基化合物化和泛素化等。
真核生物的基因組都是在細(xì)胞核的三維空間中發(fā)揮功能，如基因組的復(fù)制、DNA 突變、DNA 修復(fù)、基因的轉(zhuǎn)錄和調(diào)控、長(zhǎng)鏈非編碼 RNA 的傳播和胚胎發(fā)育等。
分類
間期染色質(zhì)按其形態(tài)特征、活性狀態(tài)和染色性能區(qū)分為兩種類型：常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。按功能狀態(tài)的不同可將染色質(zhì)分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)。
常染色質(zhì)
常染色質(zhì)是指間期細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低，相對(duì)處于伸展?fàn)顟B(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。在常染色質(zhì)中，脫氧核糖核酸組裝比為1/2 000~1/1 000，即DNA實(shí)際長(zhǎng)度為染色質(zhì)纖維長(zhǎng)度的1 000~2 000倍。構(gòu)成常染色質(zhì)的DNA主要是單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA。常染色質(zhì)并非所有基因都具有轉(zhuǎn)錄活性，處于常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件，而不是充分條件。
異染色質(zhì)
異染色質(zhì)是指間期細(xì)胞核中，染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于聚縮狀態(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色深的那些染色質(zhì)。異染色質(zhì)又分為結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（組成型異染色質(zhì)）和兼性異染色質(zhì)。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)指的是各種類型的細(xì)胞中，除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，脫氧核糖核酸組裝比在整個(gè)細(xì)胞周期中基本沒(méi)有較大變化的異染色質(zhì)。兼性異染色質(zhì)是指在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，原來(lái)的常染色質(zhì)聚縮，并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性，變?yōu)楫惾旧|(zhì)。
活性染色質(zhì)
活性染色質(zhì)是指具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。活性染色質(zhì)的核小體發(fā)生構(gòu)象改變，具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合和RNA 聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動(dòng)。
活性染色質(zhì)主要特征活性：染色質(zhì)具有DNase I超敏感位點(diǎn)（DNase I hypersensitive site）；活性染色質(zhì)很少有組蛋白H1與其結(jié)合；活性染色質(zhì)的組蛋白乙酰化程度高；活性染色質(zhì)的核小體組蛋白H2B很少被磷酸化；活性染色質(zhì)中核集團(tuán)小體組蛋白H2A在許多物種很少有變異形式；HMG14和HMG17只存在于活性染色質(zhì)。
非活性染色質(zhì)
非活性染色質(zhì)是指不具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。
參考資料 >
染色質(zhì).www.zgbk.com.2024-03-08
弗萊明，W..www.zgbk.com.2024-03-08