雙螺旋DNA進(jìn)一步扭曲盤繞則形成其三級(jí)結(jié)構(gòu)，超螺旋是DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。自從1965年Vinograd等人發(fā)現(xiàn)多瘤病毒的環(huán)形DNA的超螺旋以來(lái)，現(xiàn)已知道絕大多數(shù)原核生物都是共價(jià)封閉環(huán)(covalentlyclosed circle,CCC)分子，這種雙螺旋環(huán)狀分子再度螺旋化成為超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)，如www.med126.com圖15-11所示。有些單鏈環(huán)形染色體(如φ×174)或雙鏈線形染色體(如噬菌體入)，在其生活周期的某一階段，也必將其染色體變?yōu)槌菪问�。�?duì)于真核生物來(lái)說(shuō)，雖然其染色體多為線形分子但其DNA均與蛋白質(zhì)相結(jié)合，兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)之間的DNA形成一個(gè)突環(huán)(loop)結(jié)構(gòu)，類似于CCC分子，同樣具有超螺旋形式。超螺旋按其方向分為正超螺旋和負(fù)超螺旋兩種。真核生物中，DNA與組蛋白八聚體形成核小體結(jié)構(gòu)時(shí)，存在著負(fù)超螺旋。研究發(fā)現(xiàn)，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶產(chǎn)生的。
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圖15－11 Opencircular(a) andsupercoiled (b) forms of PM2 virus DNA,Bar
represents 0.2μm.(By courtesy ofDr Lesley Coggins)
1.染色質(zhì)
真核生物的染色體(chromasome)在細(xì)胞生活周期的大部分時(shí)間里都是以染色質(zhì)(chromatin)的形式存在的。染色質(zhì)是一種纖維狀結(jié)構(gòu)，叫做染色質(zhì)絲，它是由最基本的單位棗核小體(nucleosome)成串排列而成的。DNA是染色體的主要化學(xué)成分，也是遺傳信息的載體，約占染色體全部成分的2www.med126.com7%，另外組蛋白和非組蛋白占66%，RNA占6%。
組蛋白(histones)是一種堿性蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)一般在PH10.0以上，其特點(diǎn)是富含二種堿性氨基酸(賴氨酸和精氨酸)，根據(jù)這兩種氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的相對(duì)比例，將組蛋白分為五種類型(表15－6)。
表15－6 五種組蛋白分子的基本參數(shù)
| 種類 | 類型 | 堿性氨基酸 | 酸性 氨基酸 | 堿性氨基酸/酸性氨基酸 | 氨基酸 殘基數(shù) | 分子量 | 核小體 上位置 | ||
| Lys | Arg | Lys/Arg | |||||||
| H1 | 極度富含Lys | 29% | 1% | 29 | 5% | 5.4 | 215 | 23 000 | 連接＊ |
| 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 | 極度富含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 | ″ |
*現(xiàn)已證明：H1是與核小體的核心顆粒相當(dāng)靠近的，認(rèn)為它位于連接DNA上，只是一種習(xí)慣說(shuō)法。
五種組蛋白在同一生物的不同組織中完全一樣，在不同的真核生物中也很相似。組蛋白對(duì)染色體中DNA的包裝有十分重要的作用。
2.核小體
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圖15－12A DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)
核小體是構(gòu)成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，使得染色質(zhì)中DNA、RNA和蛋白質(zhì)組織成為一種致密的結(jié)構(gòu)形式。核小體由核心顆粒(core particle)和連接區(qū)DNA(linker DNA)二部分組成，在電鏡下可見(jiàn)其成捻珠狀，前者包括組蛋白H2A，H2B，H3和H4各兩分子構(gòu)成的致密八聚體(又稱核心組蛋白)，以及纏繞其上一又四分之三圈長(zhǎng)度為146bp的DNA鏈；后者包括兩相鄰核心顆粒間約60bp的連接DNA和位于連接區(qū)DNA上的組蛋白H1(圖15－12)，連接區(qū)使染色質(zhì)纖維獲得彈性。核小體是DNA緊縮的第一階段，在此基礎(chǔ)上，DNA鏈進(jìn)一步折疊成每圈六個(gè)核小體，直徑30nm的纖維狀結(jié)構(gòu)，這種30nm纖維再扭曲成襻，許多襻環(huán)繞染色體骨架(Scaffold)形成棒狀的染色體，最終壓縮將近一萬(wàn)倍。這樣，才使每個(gè)染色體中幾厘米長(zhǎng)(如人染色體的DNA分子平均長(zhǎng)度為4cm)的DNA分子容納在直徑數(shù)微米(如人細(xì)胞核的直徑為6－7μm)的細(xì)胞核中。
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圖15－12B DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)－從核小體至染色體
核小體的形成以及DNA超螺旋結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系還不十分清楚，可能與基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)控制有關(guān)。
