染色质的DNA和蛋白质

一、染色质的DNA和蛋白质

染色质的化学成分主要是DNA和蛋白质,此外有少量的RNA。

(一)DNA

DNA是染色质中重要的化学成分,携带有大量遗传信息。同种生物细胞内DNA的结构和含量恒定。一般来说,DNA的含量随生物的进化程度增加而增加,但也有例外。真核细胞中DNA碱基序列可分为3种类型。

1.单一序列(unique sequence)又称非重复序列,在一个基因组中一般只有一个拷贝,在人类基因组中占60%~65%,包含绝大多数结构基因。结构基因一般指负责编码蛋白质氨基酸序列的基因。

2.中度重复序列(moderately repetitive sequence)在人基因组中占20%~30%,有104~105个拷贝,一般是非编码序列,大部分中度重复序列与基因表达的调控有关,包括调控DNA复制的起始,促进或终止转录等,它们可能是与DNA复制和转录的起始、终止等有关的酶和蛋白质因子的识别位点。也有一些是具有编码功能的基因,如rRNA基因和tRNA基因等。这类重复序列往往构成序列家族出现在基因组的许多位置上,有些同单一序列间隔排列。

3.高度重复序列(highly repetitive sequence)这些重复序列的长度为6~200碱基对,高度重复序列在基因组中重复频率高,拷贝数可达105以上,在基因组中所占比例随种属而异,占10%~60%,在人基因组中约占10%,多分布在染色体的着丝粒区和端粒区,大多组成异染色质。(https://www.daowen.com)

(二)蛋白质

构成染色质的蛋白质可分为组蛋白(histone)和非组蛋白(non-histone)

1.组蛋白 是染色质蛋白含量最高的一种,总量约与DNA相当。组蛋白相对分子质量较小,含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多,两者加起来约为所有氨基酸残基的1/4,故属碱性蛋白质。组蛋白与带负电荷的双螺旋DNA结合成DNA-组蛋白复合物。组蛋白与DNA结合阻止DNA聚合酶进入DNA复制起点,从而抑制DNA的复制,结合组蛋白的DNA也抑制RNA聚合酶的转录。

组成染色质的组蛋白有5种,即H1、H2A、H2B、H3和H4组蛋白。除H1外,其他4种组蛋白组成核小体的核心颗粒,没有种属和组织特异性,特别是H3和H4在进化上高度保守。例如,豌豆和牛在进化上分歧有3亿年,但H4的100个氨基酸残基中仅有2个不同。H1组蛋白可将相邻的核小体包装成染色质丝,相对分子质量较大,约含220个氨基酸残基,有一定的种属和组织特异性,进化上较不保守。

2.非组蛋白 是染色质中除组蛋白以外所有蛋白质的统称,属酸性蛋白质,富含带负电荷的天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。非组蛋白种类繁多,功能各异,与组蛋白相比,数量很少。非组蛋白具有种属和组织特异性,能识别染色体上高度保守的特异DNA序列并与之结合,故又称序列特异性DNA结合蛋白(sequence-specific DNA-binding protein)。因此,非组蛋白在染色体的构建、基因复制的启动、基因转录的调控方面具有重要的作用。

染色质中的RNA含量很低,不同物种中含量变化较大,是染色质的正常组分,还是新合成的各类RNA前体,尚无定论。