端粒及端粒酶的主要结构特点及作用
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。
端粒与端粒酶
端粒是真核生物染色体末端的DNA重复片段，由许多个短的富含G重复序列组成的3撇端。
并突出于另一条DNA链的5撇端，和许多蛋白质构成。
这些重复序列并不含有遗传信息，形态上，染色体DNA末端膨大成粒状。
像两顶帽子盖在了染色体的两端，作为染色体末端的保护帽。
端粒存在戴帽和非戴帽两种状态，戴帽状态是端粒的功能状态。
细胞可以继续分裂；非戴帽状态会引发细胞周期的阻滞。
在正常的细胞分裂时，端粒可以在两种状态间变换，随着细胞分裂的继续，越来越多的细胞粒处于非戴帽状态，继而出现衰老与细胞死亡。
端粒的功能是完成染色体末端的复制，防止染色体相互融合、重组和降解，维持染色体的完整性。
端粒的DNA序列既有高度的保守性又有种属的特异性。
在生物体内，正常体细胞端粒的长度是有限的，随着细胞的持续分裂，端粒就会缓慢缩短，当端粒再也无法保护染色体免受伤害时，细胞就会停止分裂，或者变得不稳定。
因此，生物体细胞分裂的次数是有限的。
端粒的长度决定了细胞的寿命，所以端粒又被称为“生命的时钟”。
端粒酶的主要成分是RNA和蛋白质，即核糖核酸蛋白质复合体。
是端粒重复序列延伸的反转录DNA聚合酶。
真核细胞染色体末端DNA的复制不是由DNA聚合酶完成的，而是由端粒酶催化合成的。
以其自身RNA组分为模板，并且RNA上含有引物特异识别位点。
蛋白质具有催化活性，以端粒3撇端为引物，通过反复延伸与移位，又反复地将重复片段加到突出的3撇端上，而互补的富含C的延伸像后随链那样复制，未补偿由去除引物引起的末端缩短。
因此在端粒的保护中，端粒酶起着至关重要的作用。
但端粒的延长并非只有端粒酶一种途径，而是存在端粒酶依赖和非端粒酶依赖两种。
人端粒酶结构主要包括3部分：端粒酶RNA(hTR);端粒酶催化亚单位（hTERT）和端粒相关蛋白质（TPI/TLPI）人体细胞中端粒酶合成和延长端粒的作用是在胚胎发育过程中完成的，当胚胎发育完成后，端粒酶活性在大多数组织中消失，除生殖细胞、造血干细胞以及外周淋巴细胞的等少数几种细胞外。
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。
第八讲 端粒和端粒酶
2008年美国科学家利用X射线结晶学方法，揭示 了端粒酶（Telomerase）关键部位的三维结构图
端粒酶结构示意图。蛋白质（绿色） 与RNA（浅褐色）及DNA（紫色） 联合在一起。
第八讲 端粒与端粒酶
沈晗
一、端粒概念的提出
线性DNA复制过程中会出现一个问题，复制结束时，随从链的5’ 末端的RNA引物会被细胞中的RNA酶所降解，因为缺乏3’-OH， 缺口不能被补上，所以每复制一轮，RNA引物降解后新生成的5’ 末端都将缩短一个RNA引物的长度 ，尽管这个引物不长，但是细 胞千千万万代地不断复制，如果不进行补偿，染色体不断缩短， 最终就会消失 ！
真核细胞染色体末端会随着细胞分裂而缩短，这个缩 短的端粒再传给子细胞后，随细胞的再次分裂进一步 缩短。随着每次细胞分裂，染色体末端逐渐缩短，直 至细胞衰老。人类体细胞遵循这个规则从细胞出生到 衰老，单细胞生物遵循这个规则分裂后定有其它机制 保持单细胞生物传代存活，生殖细胞亦如此。
荧光原位杂交显示端粒和端粒 DNA序列
电镜下的端粒T环结构
大多数有机体的端粒DNA由非常短而且数目精确的串 联重复DNA排列而成，富含鸟嘌呤，人类及其它脊椎 动物染色体端粒的结构是5′TTAGGG3′的重复序列, 长 约15kb。体细胞的端粒有限长度大多数明显短于生殖 细胞，青年人的TRFs又显著长于年长者，提示TRFs随 着细胞分裂或衰老，在不断变短，主要是由于DNA聚 合酶不能完成复制成线性DNA末端所致。
1984年，布莱克本的实验室发现酵母的端粒序列是由 不太规则的TG1-3/C1-3A重复序列组成的。
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。
端粒和端粒酶分析解析ppt课件
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 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）另 一个单位；3’端单链又可回折作为引物合成相应的 互补链。
其活性只需dGTP和dTTP，组装时需要DNA聚合酶的 参与。
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。
小结
除端粒的功能外，端粒的发现过程也带给我们很多启 示，首先，科学工作者不能将自己的思路禁锢在自己相对 较窄的研究领域，与不同领域的人多加交流，换角度思考 问题都会使人的思想更为开阔。 其次，在进行高风险、高回报研究时要勇于设想、敢于 实践。 再则，对新鲜有趣的事物要积极探究真相，即便最初可 能看不到它的利用价值。因为人类了解世界的过程就像盲 人摸象，人们最先看到的往往是零散无序的事物，但在这 种零散的背后，却是环环相扣、密不可分的真实世界。
前言
端粒是染色体末端由重复DNA序列和相关 蛋白组成的一种特殊结构，具有稳定染色体结 构及完整性的功能，会随染色体复制与细胞分 裂而缩短。端粒酶是一种核糖核蛋白，能以自 身RNA模板合成端粒DNA，为细胞持续分裂提 供遗传基础。由于端粒和端粒酶与细胞衰老、 肿瘤发生等现象密切相关，所以它也成为了科 学家们当前的研究热点。
生命钟说
人体细胞中端粒酶合成和延长端粒的作用是在 胚系细胞中完成的，当胚胎发育完成以后，端 粒酶活性就被抑制。即在胚胎发育时期获得的 端粒，应已足够维系人体的整个生命过程中因 细胞分裂所致的端粒缩短。
所以， 当人体出生以后，染色体端粒就象是一 个伴随着细胞分裂繁殖的“生命之钟”，它历 数着细胞可分裂的次数同时也见证了细胞由旺 盛地生长繁殖到走向衰老死亡的整个生命历 程。”
《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)。
细胞生物学热点-端粒酶调控
目
CONTENCT
录
• 端粒与端粒酶概述 • 端粒酶调控机制 • 端粒酶在细胞周期中作用 • 端粒酶与人类疾病关系 • 端粒酶研究前沿动态 • 总结与展望
01
端粒与端粒酶概述
端粒结构与功能
端粒是真核生物染色体末端的特殊结构，由DNA重 复序列和端粒结合蛋白组成。
端粒的主要功能是保护染色体末端免受降解和融合 ，确保遗传信息的稳定传递。
端粒酶与神经炎症
神经炎症可加速神经元端粒的缩短和端粒酶的失活，从而加剧神经 退行性变。
端粒酶作为神经保护靶点
通过激活端粒酶或提高端粒稳定性，可延缓神经元的衰老和死亡， 从而治疗神经退行性疾病。
其他人类疾病中端粒酶作用
80%
端粒酶与心血管疾病
心血管疾病中端粒酶的活性降低 ，导致血管内皮细胞衰老和功能 障碍。
端粒还参与细胞分裂过程中染色体的正确分离和复 制。
端粒酶组成及作用
端粒酶是一种特殊的核糖核蛋 白复合物，具有逆转录酶活性 。
端粒酶主要由RNA模板和催化 蛋白组成，能够合成端粒DNA 并添加到染色体末端。
端粒酶在细胞分裂过程中维持 端粒长度和稳定性，防止细胞 衰老和凋亡。
端粒长度与细胞衰老关系
02
01
03
随着细胞分裂次数的增加，端粒长度逐渐缩短，导致 细胞衰老和凋亡。
端粒长度的缩短与DNA损伤、氧化应激等细胞压力因 素有关。
通过激活端粒酶活性或提高端粒结合蛋白的表达，可 以延缓细胞衰老和延长细胞寿命。
02
端粒酶调控机制
基因表达水平调控
转录因子调控
特定的转录因子可以结合到端粒酶基因的启动子区 域，激活或抑制其转录，从而影响端粒酶的表达水 平。
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端粒及端粒酶的主要结构特点及作用
端粒是真核生物线性染色体末端重要的DNA-蛋白质复合结构，由TTAGG重复序列和大量的端粒结合蛋白组成。
主要是由六个端粒结合蛋白TRF1、TRF2、POT1TIN2、TPP1和Rap1组成的复合体起着保护端粒的作用，被称为是遮蔽蛋白。
其中端粒重复序列结合因子TRF1和TRF2是两个主要的端粒结合蛋白，它们通过相互作用来维持端粒的正常结构和功能。
端粒的功能：1、保护染色体末端：真核生物的端粒DNA-蛋白复合物，如帽子一般，保护染色体末端免于被化学修饰或被核酶降解，同时可能还有防止端粒酶对端粒进行进一步延伸的作用。
改变端粒酶的模板序列将导致端粒的改变，从而诱导细胞衰老和死亡。
2、防止染色体复制时末端丢失：细胞分裂、染色体进行半保留复制时，存在染色体末端丢失的问题。
随着细胞的不断分裂，DNA丢失过多，将导致染色体断端彼此发生融合，形成双中心染色体、环状染色体或其他不稳定形式。
端粒的存在可以起到缓冲保护的作用，从而防止染色体在复制过程中发生丢失或形成不稳定结构。
3、决定细胞的寿命：染色体复制的上述特点决定了细胞分裂的次数是有限的，端粒的长度决定了细胞的寿命，故而被称为“生命的时钟”。
4、固定染色体位置：染色体的末端位于细胞核边缘，人类端粒DNA和核基质中的蛋白相互作用，以′TTAGGG′结构附着于细胞核基质。
端粒酶的结构及功能：端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，由端粒逆转录酶(hTERT)、端粒酶RNA组分(hTR)以及端粒酶相关蛋白组成。
端粒酶利用其自身hTR所携带的RNA为模板，在hTERT的逆转录催化下，将端粒重复序列合成到染色体末端，延长或稳定了随着细胞分裂而进行性缩短的端粒，在细胞永生化及恶性肿瘤的发生和发展中起到了重要的作用。
总之，端粒酶是一种特殊的反转录酶，是一种能延长端粒末端并保持端粒长度的核糖蛋白酶，由RNA和蛋白质亚单位组成，每个RNA均含有一段短的与端粒互补的序列，能以自身RNA模板合成端粒DNA添加到染色体末端，避免染色体复制丢失端粒DNA以使端粒延长从而延长细胞寿命。
蛋白质的一二三四级结构
一级结构：指多肽中从N-端到C-端的氨基酸序列,包括二硫键的位置。
二级结构：多肽链借助氢键排列自己特有的a螺旋和b折叠片断。
三级结构：指一条多肽链在二级结构或者超二级结构甚至结构域的基础上，进一步盘绕，折叠，依靠共价键的维系固定所形成的特定空间结构成为蛋白质的三级结构。
四级结构：指蛋白质的多条多肽链之间相互作用所形成的更为复杂聚合物的一种结构形式，主要描述蛋白质亚基空间排列以及亚基之间的连接和相互作用，不涉
及亚基内部结构。
蛋白质家族及其进化上的特点
Edman降解法
蛋白质功能分析的方法
B型DNA双螺旋结构的特点
比较a b z型螺旋的结构特点
核小体的主要结构
CpG甲基化及其功能
DNA半保留复制的特点
原核生物和真核生物DNA复制的主要特点DNA复制忠实性的策略
简述常见的突变剂及其引起的突变类型重组修复的定义，重要酶系及功能
Sos修复的过程及特点
简述同源重组的主要过程
参与同源重组主要酶系及其功能
大肠杆菌RNA聚合酶的结构及功能
原核生物终止的主要类型
抗终止和抗终止因子
RNA转录后加工的主要类型
增强子的特点及功能
mRNA加工及修饰
密码子的简并性及其特征
核糖体结构及功能
氨酰tRNA活化的过程
原核真核生物的终因子
蛋白质合成后加工的主要类型
信号肽的特点
蛋白质前体加工的主要类型
简述乳糖操纵子的调控原理的过程色氨酸操纵子中衰减子的作用原理衰减子的普遍性及生物学意义。