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染色质纤维缠绕成染色体时为何不会相互打结?

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大肠杆君,种土豆的

其实 DNA 在细胞核里并不是那么混乱地飘来飘去,而是有一个“染色体包装”后的好几级结构。

首先,核小体是染色质结构的基本单位,可以看看上图最上面的三个图示,大部分时候 DNA 是处于这种状态,每大约 146 个核苷酸对的双链 DNA 围绕一个组蛋白形成一个核小体复合体,就跟把线在一个线团缠起来一样,在机上旁边的连接区域(加起来 200 个碱基),会使 DNA 分子的长度变成初始长度的 1/3,这是 DNA 包装的第一个层次。而 DNA 工作的时候的第一步就是先把线团打开,可以想象一下,在 DNA 复制的时候,线团就是按顺序的按着 DNA 合成酶的方向,边打开边缠绕回去。(表观遗传的概念,也是通过组蛋白的甲级化或者乙酰化,调控基因的表达)。

间期的细胞中,这样的伸展状态很适合 DNA 复制之类的活动,因为各种酶和其他蛋白质很方便和 DNA 接触,当染色体准备进入有丝分裂时,染色质丝会进一步螺旋化,形成高度浓缩的有丝分裂染色体。这就引出了 DNA 的更多级的包装。

到了细胞周期的中期时,这些念珠在进一步折叠就变成了粗粗的棒状的染色体。

这面这两张图是说被形成核小体以后染色体是如何表达的,绿色那张图形成的环就是在转录 RNA 的区域。

典型的人类的细胞核直径大约 5-8um,而 DNA 的长度加起来有 2m,在如此小的细胞核里如何保持秩序?我们把这个问题分解来看:

一条染色体 / 质在间期时为啥不会打结?

首先,在间期,就算一条染色体也是分成不同状态的,基因表达多的区域比较松散,而同样有一些高度致密的异染色质;而因为组蛋白带有正电荷帮助和带负电的 DNA 主链紧密结合,也因为有组蛋白的存在使染色体形成一个比较有规律的结构,不至于缠绕在一起。

多条染色体 / 质在间期时为啥不会打结?

因为每条间期染色体占据了细胞核的一个特定区域,所以不同的染色体不会相互缠绕。人们认为这种组织的形成至少是由于染色体的某部分附着在核被膜或者核纤层的一些位点上。

间期细胞核中染色体组织的最明显例子是核仁,这是间期细胞核在光镜下最明显的结构。载有核糖体 RNA 基因的个染色体的局部在这里聚在一起。

大部分资料来自《Essential Cell Biology》和《Molecular Biology》。