(二)组蛋白组蛋白带正电荷,含精氨酸,赖氨酸,属碱性蛋白,其含量恒定,在真核细胞中组蛋白共有5种,分为两类:一类是高度保守的核心组蛋白(core histone)包括H2A、H2B、H3、H4四种;另一类是可变的连接组蛋白(linker histone)即H1。核心组蛋白的结构是非常保守,特别是H4,牛和豌豆H4的102个氨基酸中仅有2个不同,而进化上两者分岐的年代约3亿年历史。核心组蛋白高度保守的原因可能有两个:其一是核心组蛋白中绝大多数氨基酸都与DNA或其它组蛋白相互作用,可置换而不引起致命变异的氨基酸残基很少;其二是在所有的生物中与组蛋白相互作用的DNA磷酸二脂骨架都是一样的。四种核心组蛋白均由球形部和尾部构成,球形部借精氨酸残基与磷酸二脂骨架间的静电作用使DNA分子缠绕在组蛋白核心周围,形成核小体。尾部则含有大量赖氨酸和精氨酸残基,为组蛋白翻译后进行修饰的部位,如乙酰化、甲基化、磷酸化等。 H1不仅具有属特异性,而且还有组织特异性,所以H1是多样性的。
(三)非组蛋白
与组蛋白不同,非组蛋白是染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质,所以又称序列特异性DNA结合蛋白,非组蛋白的特性是:①含有较多的天门冬氨酸、谷氨酸,带负电荷,属酸性蛋白质;②整个细胞周期都进行合成,不象组蛋白只在S期合成,并与DNA复制同步进行;③能识别特异的DNA序列,识别信息存在于DNA本身,位点在大沟部分,识别与结合籍氢键和离子键。非组蛋白的功能是:①帮助DNA分子折叠,以形成不同的结构域,从而有利于DNA的复制和基因的转录;②协助启动DNA复制;③控制基因转录,调节基因表达。二、从DNA——到染色体
人体的一个细胞核中有23对染色体,每条染色体的DNA双螺旋若伸展开,平均长为5cm,核内全部DNA连结起来约1.7-2.0m,而细胞核直径不足10um。因此,不难想象DNA是以螺旋和折叠的方式压缩起来的,压缩比例高达上万倍,这种压缩的最初级结构就是核小体。用非特异性核酸酶(如微球菌核酸酶)处理染色质,大多数情况下可得到大约200bp的片段,但处理裸露的DNA分子会得到随机降解的片段。以这个实验为基础,R. Kornberg建立了核小体模型。核小体是一种串珠状结构,由核心颗粒和连结线DNA两部分组成,可描述如下(图12-11):①每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1;②由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体,构成核心颗粒;③DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面,每圈80bp,共1.75圈,约146bp,两端被H1锁合;④相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。
图12-11 核小体和螺线管的结构通过核小体,DNA长度压缩了7倍,形成直径为11nm的纤维(图12-12)。但是染色质不以这种状态存在,在电镜下观察用温和方法分离的染色质是直径30nm的纤维,这种纤维的形成有两种解释:①由核小体螺旋化形成,每6个核小体绕一圈,构成外径30nm的中空管(图12-12),长度压缩6倍;②由核小体纤维Z字形折叠而成,长度压缩40倍。30nm纤维的形成与核小体之间蛋白质的相互作用有关,连接组蛋白H1和核心组蛋白尾部均参与这种相互作用,去除组蛋白H1的染色质中,30nm纤维解体为更细的纤维。