端粒及端粒酶的主要结构特点及作用
关于端粒及端粒酶的调查报告
关于端粒及端粒酶的调查报告一：引言2009年10月5日，诺贝尔生理学或医学奖颁发给了美国科学家伊丽莎白·布莱克本、卡罗尔·格雷德和杰克·绍斯塔克，以表彰他们在研究端粒和端粒酶保护染色体的机理方面的贡献。
这篇调查报告将会通过资料查询和逻辑推断等方式论述关于端粒，端粒酶以及它们与肿瘤细胞的相关内容。
二：端粒和端粒酶2.1.1端粒端粒（Telomere）是染色体末端的重复DNA序列，在人细胞中长度约为几千到一两万碱基对，它防止细胞将天然染色体末端识别为染色体断裂，起着保护和稳定染色体的作用。
[1]随着细胞的分裂增殖，端粒会逐渐缩短。
当端粒的长度缩短到一定程度时，细胞的分裂便会停止。
因此，端粒具有调节细胞增殖的作用，是细胞分裂的“时钟”。
端粒的碱基序列具有极高的保守性，但不同物种的端粒仍有差异，例如：四膜虫重复序列为GGGGTT，草履虫为TTGGGG，人类和哺乳动物为TTAGGG.[2]2.1.2端粒的结构端粒通常由富含G的DNA重复序列,以及端粒结合蛋白和端粒相关蛋白组成。
端粒结合蛋白直接保护端粒DNA,端粒相关蛋白通过与端粒结合蛋白的相互作用间接影响端粒的功能。
端粒既可保护染色体不受核酸酶的破坏,又避免了因DNA黏性末端的裸露而发生的染色体融合。
[4][5]2.2.1端粒酶端粒酶（Telomerase），在细胞中负责端粒的延长的一种酶。
在端粒发现之后，人们便开始猜测存在这样一种酶，可以起到延长端粒的作用——因为随着细胞的分裂增殖和染色体的复制，端粒应当越来越短，但是某些细胞（如肿瘤细胞）的端粒长度却能够保持相对不变。
在1997年,Tom Cech实验室的Lingner在Euplotes aediculatus以及酿酒酵母中发现了真正的端粒酶催化亚基。
[3]2.2.2端粒酶的作用机理端粒酶主要依靠两种成分来实现其功能，一种名为端粒酶逆转录酶（TERT）的蛋白酶，另一种是作为模板的一小段RNA序列。
端粒和端粒酶
二、端粒酶
1、概念： 端粒酶是一种RNA与蛋白的复合体，
它以自身RNA上的一个片段为模板通过逆
转录合成端粒重复序列，并通过一种RNA 依赖性聚合酶（如逆转录酶）机制加到染 色体3’末端以延伸端粒。 2、组成：RNA（作为模板） 蛋白质（反转录酶） 3、作用机制： 在端粒DNA的复制时，端粒酶既有模
端粒和端粒酶
组成结构及作用机理 功能特点 医学研究 及其进展
THE TELOMERE AND THE TELOMERASE
二、端粒
1、概念： 真核细胞线性染色体末端的一组 重复DNA序列 ，通常由富含鸟嘌 呤核苷酸(G)的短的串联重复序列 组成。 2、组成： DNA：短的串联重复序列，不含 功能基因。 蛋白质：与单链富G端粒DNA结 合的蛋白；与双链端粒DNA结合 的蛋白
1型糖尿病大鼠胰岛β-细胞中端粒酶 活性、端粒长度变化与血中Ins含量关 系的研究
端粒酶活性与端粒长度的变化与T1DM的发病
密切相关,由于自身免疫累及胰腺组织导致胰 岛淋巴细胞浸润[7],使β-细胞端粒缩短,端粒酶 被激活,其结果是Ins的合成与分泌相对不足[4]。 端粒缩短、端粒酶活性增强又进一步加重自 身免疫对靶细胞的损伤,最终导致胰岛β-细胞 破坏,直至功能丧失。
n
AA
CCCCA 5`
移位和 再杂交
´
3 ´ 5 ´
5´ 3´
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT AAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCA
n
继续 延伸
´
进一步加工
端粒酶使细胞“长生不老”
美国德克萨斯大学西南医学中心的细胞生物学及神经系统科 学教授杰里.谢伊和伍德林.赖特做了这样一项试验：在采集 的包皮细胞（包皮环切术的附带产物）中导入某种基因，该 基因可使细胞产生一种酶——端粒酶（telomerase）。一般 来说，包皮细胞在变老之前可分裂60次左右。但在上述试验 中，细胞已分裂了300多次却毫无终止的征兆，也没有显示 任何异常的迹象。“细胞在端粒酶的作用下，就像被注入了 兴奋剂的小兔子，”谢伊说，“它们只管没完没了地分裂繁 殖。” 与此同时，谢伊和赖特的合作伙伴——美国杰龙 （Geron）公司的研究人员，采用人体视网膜细胞做了相同 的试验。结果，这些细胞似乎也变得长生不老了。
端粒酶
第二、正常细胞端粒较短。 第二、正常细胞端粒较短。细胞分裂会使端 粒变短，分裂一次，缩短一点， 粒变短，分裂一次，缩短一点，就像磨损铁 杆一样，如果磨损得只剩下一个残根时， 杆一样，如果磨损得只剩下一个残根时，细 胞就接近衰老。 胞就接近衰老。 细胞分裂一次其端粒的DNA丢失约 丢失约30-200bp 细胞分裂一次其端粒的பைடு நூலகம்丢失约 碱基对）， ），鼠和人的一些细胞一般有大约 （碱基对），鼠和人的一些细胞一般有大约 10000bp。 。
端粒酶最早是在四膜虫中发现的。 端粒酶最早是在四膜虫中发现的。1985年， 四膜虫中发现的 年 科学家发现人工合成四膜虫端粒的DNA片段， 片段， 科学家发现人工合成四膜虫端粒的 片段 可被四膜虫细胞抽提物中的一种活性物质加 长，这种活性物质对热、蛋白酶K和RNA酶 这种活性物质对热、蛋白酶 和 酶 都敏感。 都敏感。
端粒酶的发现与主要功能
端粒区内的DNA重复序列的结构是很特殊的， 重复序列的结构是很特殊的， 端粒区内的 重复序列的结构是很特殊的 是一种单链断开的结构，可以不受 是一种单链断开的结构，可以不受DNA连接 连接 酶的作用。 酶的作用。 端粒的重复序列不是在染色体DNA复制时连 复制时连 端粒的重复序列不是在染色体 续合成的，而是由端粒酶合成后添加到染色 续合成的，而是由端粒酶合成后添加到染色 端粒酶 体的末端。 体的末端。
高寿生物是由一个受精卵细胞分裂而形成的， 高寿生物是由一个受精卵细胞分裂而形成的， 它一分为二、二分为四、以此类推的增殖， 它一分为二、二分为四、以此类推的增殖， 组成胎儿，再分裂而成青年。 组成胎儿，再分裂而成青年。如果细胞不能 再分裂了，那么个体就出现衰老现象。 再分裂了，那么个体就出现衰老现象。
一般认为，端粒酶活性的再活化， 一般认为，端粒酶活性的再活化，可以维持端粒的 长度，而延缓细胞进入克隆性的老化， 长度，而延缓细胞进入克隆性的老化，是细胞朝向 不老的关键步骤。它具有调控端粒长短的能力， 不老的关键步骤。它具有调控端粒长短的能力，其 调控端粒长短的能力 活性也随年龄大小而不同，年轻时，活性大，较容 活性也随年龄大小而不同，年轻时，活性大， 易延长端粒，这是年轻人不易显老的原因。此外， 易延长端粒，这是年轻人不易显老的原因。此外， 男性端粒长度缩短略快于女性， 男性端粒长度缩短略快于女性，这也是男性平均年 龄低于女性的原因。 龄低于女性的原因。
高等植物端粒和端粒酶
高等植物端粒和端粒酶摘要：端粒是构成真核生物染色体末端重要的DNA-蛋白质复合结构。
端粒对染色体、生物基因组、细胞的稳定性，都具有重要的意义。
本文讲述了高等植物端粒、端粒酶及其在植物生长发育中的调解作用。
关键词：端粒；端粒酶1.端粒、端粒酶的结构与功能1.1端粒的功能端粒DNA主要功能有：1. 保护染色体不被核酸酶降解。
2. 防止染色体相互融合。
3.为端粒酶提供底物，解决DNA复制的末端隐缩，保证染色体的完全复制。
我们知道真核DNA 是线性DNA，复制时由于模板DNA起始端为RNA引物先占据，新生链随之延伸；引物RNA 脱落后，其空缺处的模板DNA无法再度复制成双链。
因此，每复制一次，末端DNA就缩短若干个端粒重复序列，即出现真核细胞分裂中的“末端复制问题”。
当端粒缩短到一定程度时即引起细胞衰老，故端粒又称“细胞分裂计时器”。
端粒、着丝粒和复制原点是染色体保持完整和稳定的三大要素。
同时，端粒又是基因调控的特殊位点，常可抑制位于端粒附近基因的转录活性（称为端粒的位置效应，TPE）。
在大多真核生物中，端粒的延长是由端粒酶催化的，另外，重组机制也介导端粒的延长。
1.2端粒酶的功能端粒酶具有对端粒的延伸作用，在没有端粒酶的细胞中，端粒会逐渐缩短直至损害基因；有端粒酶存在的细胞，则该酶会不断补充新的端粒，使之处于一种不断伸缩的动态平衡中。
正是端粒酶的存在维持了大多数组织的端粒长度，从而抵消了因细胞分裂而导致的端粒DNA 的消耗。
端粒酶的另一个功能是修复断裂的染色体末端。
当断裂的染色体末端有富G、T DNA 存在时，即使没有完整的端粒重复序列存在，它也能被端粒酶作为引物DNA并为之延伸端粒序列。
因修复断端免遭外切酶对染色体DNA的更多切割，端粒酶在某种意义上讲也维护了基因组的稳定性。
此外，在端粒合成中端粒酶还具有去除错配碱基的纠错作用，不仅可以除去错配碱基，还可除去延伸超过模板范围的碱基。
2.植物的端粒和端粒酶端粒DNA序列虽在真核生物中具有相似性，但长度却具有种属间的特异性，从原生动物<c50kb到啮齿动物>>100kb不等，植物的端粒序列长度在2kb-75kb之间。
端粒和端粒酶的研究进展
• 端粒和端粒酶简介 • 端粒和端粒酶的研究历史与现状 • 端粒和端粒酶与人类健康 • 端粒和端粒酶的实验研究方法 • 总结与展望
01
端粒和端粒酶简介
端粒的结构和功能
端粒的结构
端粒是由DNA和蛋白质组成的结 构，位于染色体末端，保护染色 体免受损伤和降解。
端粒的功能
端粒的主要功能是维持染色体的 稳定性和完整性，防止染色体融 合和降解，同时参与细胞分裂和 衰老过程。
相关疾病。
端粒和端粒酶的调控机制
03
目前，研究者们正在深入研究端粒和端粒酶的调控机制，以期
更好地理解其在细胞生命活动中的作用。
未来研究方向和展望
01
深入探究端粒和端粒酶的作用机制
未来研究需要进一步深入探究端粒和端粒酶的作用机制，以更好地理解
其在细胞生命活动中的作用。
02
开发基于端粒和端粒酶的治疗方法
未来可以开发基于端粒和端粒酶的治疗方法，用于治疗相关疾病。
03
加强跨学科合作与交流
未来需要加强跨学科合作与交流，促进端粒和端粒酶研究的深入发展。
03
端粒和端粒酶与人类健康
端粒和端粒酶与衰老
端粒与衰老
端粒是染色体末端的保护结构，随着细胞分裂次数的增加，端粒长度逐渐缩短， 导致基因组不稳定和细胞功能异常，最终引发衰老。
端粒酶与衰老
端粒酶是一种维持端粒长度的酶，通过激活端粒酶可以延长端粒长度，从而延缓 衰老过程。
端粒和端粒酶与疾病的关系
端粒与心血管疾病
心血管疾病患者中，端粒长度缩短与动脉粥样硬化、心肌梗死等 疾病的发病风险增加相关。
端粒与癌症
端粒酶的异常激活可以导致细胞无限增殖，形成肿瘤，因此与癌症 的发生和发展密切相关。
端粒和端粒酶概述
端粒酶延长端粒的模式
端粒酶可结合到3’末端上，RNA模板5’端识别DNA 端粒酶可结合到3’末端上，RNA模板5’端识别DNA 3’末端上 模板5’端识别 3’端并相互配对 端并相互配对， RNA链为模板使DNA链延伸 链为模板使DNA 的3’端并相互配对，以RNA链为模板使DNA链延伸 合成一个重复单位后在跳跃到（也可以连续移动） 合成一个重复单位后在跳跃到（也可以连续移动）另 一个单位；3’端单链又可回折作为引物合成相应的 一个单位；3’端单链又可回折作为引物合成相应的 互补链。 互补链。 其活性只需dGTP dTTP，组装时需要DNA dGTP和 DNA聚合酶的 其活性只需dGTP和dTTP，组装时需要DNA聚合酶的 参与。 参与。 端粒的长度不取决于端粒酶， 端粒的长度不取决于端粒酶，而是由其他结合于端粒 酶的蛋白决定。 酶的蛋白决定。
在一种端粒结合蛋白 TRF2蛋白催化下，端 粒（人）的3’单链末 端（G尾）重复取代 了双链体DNA中的同 源重复以形成一个环。 TRF2蛋白与其它蛋白 一起形成能稳定染色 体端部的复合物。
没有游离的末端可能是使染色体末端稳定的关键 右图真实的显 示出端粒在染 色体末端形成 一个特殊的 DNA环 DNA环。
端粒以GT富集的形式延伸在CA富集链上。 端粒以GT富集的形式延伸在CA富集链上。G GT富集的形式延伸在CA富集链上 尾部由于CA富集链的有限降解而产生。 CA富集链的有限降解而产生 尾部由于CA富集链的有限降解而产生。
几乎所有生物的端粒重 复序列可以写成： Ｃ n(Ａ/Ｔ)m的形式。
人的端粒重复序列为 TTAGGG
肿瘤细胞的两个特点
端粒酶被激活，个体细胞端粒长度虽然不同， 端粒酶被激活，个体细胞端粒长度虽然不同，但 比分化了的体细胞长。 比分化了的体细胞长。 细胞复制周期失调， 细胞复制周期失调，周期的失调同时影响端粒调 控复制机制。 控复制机制。 因此我们可以从这两方面现象入手，运用细胞生 因此我们可以从这两方面现象入手，运用细胞生 物学方法和分子生物学技术来寻找相关因子推断 物学方法和分子生物学技术来寻找相关因子推断 调控机制。 调控机制。
《癌生物学》第十章（2）端粒和端粒酶
《癌生物学》第十章（2）端粒和端粒酶前言：上一期我们已经介绍了肿瘤细胞无限增殖面临的两个障碍。
今天我们主要是学习“端粒”和“端粒酶”的相关内容。
相信通过本期的学习，我们对端粒和端粒酶的理解会更上一层楼~端粒的结构在哺乳动物细胞（以及许多其他后生动物细胞）中，端粒由重复的六核苷酸序列组成，其中一条链(富含G)上为5'-TTAGGG-3', 互补链上(富含C)为5'-CCCTAA-3'。
在正常人体细胞中，端粒DNA由数千个重复的六核苷酸序列组成，在染色体末端形成5-10kb 长的序列重复片段。
端粒DNA通常为5-10kb长。
在功能性端粒DNA(中间)与非端粒染色体DNA(最左侧）之间还存在着亚端粒DNA区域。
亚端粒DNA 区域里含有TTAGGG类似片段，但并没有染色体末端保护功能。
然而，由于亚端粒DNA含有端粒类似序列，它通常也是端粒限制性片段(TRF)的组成部分。
但是只有单纯的端粒重复片段能够保护染色体DNA末端：当单纯串联重复片段的重复次数减少到12次以下时就会丧失末端保护功能。
因此，即使仍然有数kb长度的TRF存在，但端粒已经丧失了阻止染色体DNA末端融合的能力。
图1：端粒DNA的结构特殊的是，富G链多出一百至数百个核苷酸，导致该链3'单链端外悬。
这种凸出的链会形成一种最不寻常的分子构型——t环。
当时通过电子显微镜分析端粒DNA时发现了一种环形结构，实质上是套索结构。
这种构型的形成依赖于三链DNA复合体的形成。
有可能所有端粒DNA的末端均含有 t 环，但是由于在电子显微镜下保存和观察此结构的技术上的限制，只有一部分端粒在电子显微镜下可以观察到t 环。
t 环有助于保护线性DNA分子未端，因为单链末端的外悬区被巧妙地塞进双链区域，以保护其免受损伤。
下图为t 环的示意图，显示了3'端凸出的富G链(粉色)与富C链(蓝色)的小段区域退火形成詈换(D环)(粉色链)。
浅谈端粒及端粒酶
浅谈端粒、端粒酶及其应用领域2009年，美国加利福尼亚旧金山大学的伊丽莎白·布莱克本、美国巴尔的摩约翰·霍普金斯医学院的卡罗尔·格雷德、美国哈佛医学院的杰克·绍斯塔克因发现端粒和端粒酶保护染色体的机理而获此殊荣。
他们的这一发现解答了生物学上的一个重大问题，即染色体在细胞分裂时是如何以完整的形式自我复制的，以及它们是如何受到保护而免于降解的。
3位科学家揭示了其答案就在染色体的末端——端粒，以及形成端粒的酶——端粒酶。
简单的说，端粒是染色体末端的一种特殊结构，它是由许多简单短重复序列和端粒结合蛋白组成。
端粒是染色体末端的一段DNA片段。
端粒酶是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端。
端粒在不同物种细胞中对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用，端粒酶能延长缩短端粒（缩短的端粒其细胞复制能力受限），从而增强体外细胞的增殖能力。
端粒酶在正常人体组织中的活性被抑制，在肿瘤中被重新激活，端粒酶可能参与恶性转化。
端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。
端粒是染色体末端的结构。
染色体DNA 末端膨大成粒状，像帽子那样盖在每条染色单体的两端。
因此，每对染色体有 2 个染色单体 4 个端粒，人类有23 对染色体，46 条染色单体，各种生物所具有的遗传信息均蕴藏在这些染色体的DNA 中。
通常情况下染色体不会发生互相融合、信息丢失，或在某些情况下被降解。
究其原因，以往并不太清楚。
加利福尼亚大学伯克利分校的布莱克本在研究染色体时发现其末端有大量的DNA 重复序列，即CCCCAA，该序列重复可达数十至过百次，并折成二级结构。
1980 年布莱克本将其公布，这引起了哈佛医学院的绍斯塔克的重视。
1982 年他们将进一步的研究结果公布，该结果证实端粒DNA 的重复序列对维护染色体的稳定性和DNA 复制的完整性并且不被降解，具有重要的作用。