在真核生物中,基因组DNA会压缩形成复杂的染色质结构,请简述染色质结构及其生物学功能和作用机制。

答:染色质结构由低级到高级一共有4级结构:
(1)一级结构为10nm核小体串珠纤维:由H2A、H2B、H3和H4组成的组蛋白八聚体,在外部缠绕147bp的DNA序列形成核小体结构,两个核小体之间经过DNA连接,形成外径10nm的纤维状串珠结构;
(2)二级结构为螺线管结构:外径10nm的核小体串珠结构螺旋缠绕,每圈6个核小体,形成左旋的30nm染色质纤维螺线管,由中间结构“四核小体”扭曲形成。组蛋白H1对于螺线管结构的形成与稳定起着重要作用;
(3)三级结构为超螺线管结构:螺线管进一步螺旋化形成直径0.4微米的圆筒状结构,在这一过程中非组蛋白被装配入染色质结构。
(4)四级结构为染色单体:超螺线管进一步螺旋折叠形成2-10微米的染色单体。

生物学功能和作用机制:
(1)染色质是遗传信息的载体:染色质中的DNA是生物体的遗传物质,传递遗传信息,因此是遗传物质的载体。
(2)染色质结构是表观遗传信息的载体:核小体结构中,DNA除了与正常的组蛋白八聚体形成常规核小体以外,还存在着其他组蛋白变体与DNA形成八聚体发挥特殊作用;除此以外,DNA自身也存在甲基化、羟甲基化等的表观遗传修饰;在向外延伸的组蛋白N端长链上也存在多种表观遗传修饰,例如甲基化、乙酰化、泛素化等;在30nm染色质丝结构中,存在染色质重塑因子调控基因的表达,30nm染色质结构由于核小体-核小体的堆积,可以促进表观遗传信息的建立和传承。因此可以认为染色质结构是表观遗传调控的平台。
染色质是生命信息的载体和调控平台,在调控基因转录,决定细胞命运,生物个体生殖发育,应对疾病发生等等事件都与染色质及其不同的结构之间存在密不可分的关系。

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