备课素材：细胞核的结构和功能教材问题-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

细胞核的结构和功能教材问题 1.染色质和染色体是同种物质在细胞不同时期的两种存在状态。这两种状态对细胞的生活活动有什么意义? 染色体是细胞在有丝分裂和减数分裂过程中由染色质聚缩而成的棒状结构,真核生物的染色体是由染色质构成的。染色体和染色质在化学本质上没有差异,都是由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的复合体,比例为1:1:0.05。由此可见,DNA与组蛋白的含量比较恒定,非组蛋白的含量变化较大,RNA含量最少。染色质和染色体在构型上不同,是同一物质在细胞周期的不同时期的不同表现形式,都是处于动态变化中的物质。当细胞处于分裂期时,染色质处于凝聚状态,称之为染色体;而在分裂间期,大多数细胞的染色体变为高度弥散状态,染色体上的DNA发生复制和转录,无法区分每条染色体,此时称之为染色质。 细胞进入分裂期,染色质螺旋变粗成为染色体,分裂期结束染色体解螺旋恢复染色质状态。有些细胞能够持续分裂,形成的子细胞进入下一次分裂状态,即分裂间期,完成DNA的复制和有关蛋白质的合成。染色质解螺旋松散状态有利于DNA双链的解旋和子链的延伸,完成复制。进入分裂期,染色体的螺旋紧凑结构有利于染色体的移动、排布和遗传物质的平均分配。 而有些细胞结束细胞周期后就停止分裂,进行细胞分化以完成一定的生物学功能。基因选择性表达和DNA进行转录都需要DNA链的部分解旋,显然这与染色质的松散状态是相适应的。因此,染色质与染色体的不同状态是与细胞不同的功能阶段相适应的。 2.什么是常染色质和异染色质,它们在基因表达中的重要性是什么?有什么常见的例子? 在电镜下观察间期细胞的染色质时,可看到其浓淡不一,“着色”不均匀的情况。这实际上是不同的染色质对重金属(如饿、铬等)的结合程度不同,导致其电子(吸收)密度不同所致。将电子密度较大的称为异染色质,将电子密度较小的称为常染色质。 异染色质是高度凝缩的DNA,除了在DNA复制过程中被去凝缩之外,在整个细胞周期中基本保持凝缩程度较高的超螺线管形式。与有丝分裂期的染色体接近,所以,在间期可用显微镜观察到异染色质。由于DNA处于被压缩的状态,异染色质区内的大多数基因不被表达。 常染色质是去凝集的DNA,它以螺线管形式或伸展的核小体形式存在。在光学显微镜下它显现为分散的颗粒状。伸展的核小体形式中的常染色质可以被复制和表达,而螺线管形式中的却不能。 在哺乳动物中,雌性动物的细胞有两个X染色体(XX),而雄性动物的细胞有一个X染色体(XY)。雌性细胞内的其中一条X染色体,一般以异染色质形式存在。高浓缩的X染色体常被称为Barr体。由于像大多数染色体那样高度浓缩,Barr体上的基因几乎不被表达。对于细胞具有一个高浓缩X染色体和一个去浓缩的X染色体,一个可能的解释是,这是为了保持雌性细胞中基因产物与雄性细胞同样的平衡状态。 3.染色质中的蛋白质和DNA是如何分布的? 在真核生物的细胞核中,染色质主要由DNA和组蛋白构成,还含有少量的RNA和非组蛋白。组蛋白能与DNA结合,包括5种:H1、H2A、H2B、H3、H4,非组蛋白种类很多,例如与DNA复制和转录有关的蛋白质。用一定的办法处理后,电子显微镜下显示,染色质由DNA细丝和核小体连接成串珠状。小珠是核小体,核小体的核心部分由4对组蛋白构成,H2A、H2B、H3、H4各2个分子,另外组蛋白H1在核小体核心部分外侧与DNA结合,使DNA分子长链围绕在核心的外围。一个核小体上的DNA加上一段连接核小体的DNA共有146个碱基对,构成染色质丝的一个单位,染色质就是由很多个这样的单位连接而成,这是染色质包装的一级结构;核小体串珠状结构螺旋盘绕,每圈6个核小体,形成螺线管结构,这是染色质包装的二级结构;螺线管会进一步螺旋化形成圆筒状结构,称为超螺线管,这是染色质包装的三级结构。最后这种圆筒状的超螺线管进一步螺旋折叠,形成染色单体,这是染色质包装的四级结构。经过四级螺旋包装形成的染色体结构,DNA压缩了8400倍。 4.染色体的主要成分是DNA和蛋白质,除了这两种成分外,还有其他成分吗? 染色质是细胞内具有遗传性质的物体,易被碱性染料染成深色,又叫染色体,染色体是指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中,由染色质聚缩而成的棒状结构,两者之间的区别在于包装程度不同,反映了它们处于细胞周期中不同的功能阶段。 通过分离胸腺、肝或其他细胞的核,用去垢剂处理后再离心收集染色质进行生化分析,确定染色质的主要成分是DNA和组蛋白(组蛋白是一类小分子碱性蛋白质,含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多,能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用,根据氨基酸成分和分子量不同,主要分成5类),还包括非组蛋白(大多是酸性的)及少量RNA,非组蛋白的种类和含量十分不恒定,而组蛋白的种类和含量都很恒定,其含量大致与DNA相等。 5.染色体有