第六章 端粒与端粒酶2010
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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。
端粒与端粒酶端粒酶-简介细胞中有种酵素负责端粒的延长,其名为端粒酶。
端粒酶的存在,算是把 DNA 克隆机制的缺陷填补起来,藉由把端粒修复延长,可以让端粒不会因细胞分裂而有所损耗,使得细胞分裂克隆的次数增加。
端粒酶让人类看到长生不老的曙光。
端粒酶-定义端粒酶(Telomerase),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,端粒酶能延长缩短的端粒(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。
细胞中有种酵素负责端粒的延长,其名为端粒酶。
端粒酶的存在,算是把 DNA 克隆机制的缺陷填补起来,藉由把端粒修复延长,可以让端粒不会因细胞分裂而有所损耗,使得细胞分裂克隆的次数增加。
但是,在正常人体细胞中,端粒酶的活性受到相当严密的调控,只有在造血细胞、干细胞和生殖细胞,这些必须不断分裂克隆的细胞之中,才可以侦测到具有活性的端粒酶。
当细胞分化成熟后,必须负责身体中各种不同组织的需求,各司其职,于是,端粒酶的活性就会渐渐的消失。
对细胞来说,本身是否能持续分裂克隆下去并不重要,而是分化成熟的细胞将背负更重大的使命,就是让组织器官运作,使生命延续,但不是永续,这种世代交替的轮回即是造物者对于生命设计的巧思。
端粒酶-应用一般认为,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,是细胞朝向不老的关键步骤。
在表皮纤维母细胞中恢复端粒酶的活性确实可以延长细胞分裂的寿命,使细胞年轻的周期延长。
此外,在医疗方面的运用,以血管的内皮细胞为例,血管的内皮细胞在血流不断冲刷流动下,损伤极快,个体年轻时周围组织可以不断提供新的细胞来修补血管管壁的损伤,一旦个体年老以后,损伤周围无法提供新的细胞来修补,动脉也就逐渐走向硬化的病征。
中国热带医学2010年第10卷第6期CHINA TROPICAL M EDICINE Vol.10No.6June 2010[研究进展]现对端粒和端粒酶,其功能及其与衰老的关系作一概述。
1端粒及端粒酶1.1端粒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,在植物、微生物、动物的染色体中广泛存在,其端粒DNA 很相似,由简单的富含G 的串联重复序列组成。
不同物种的染色体端粒长度不同[1]。
人类端粒全长约5~10Kb ,小鼠50Kb 。
端粒的重复序列具有极性,一条链富含G ,称G 链,互补链富含C ,称C 链,G 链3’末端为单链悬突,单链端粒高度保守,末端形成特殊的环状结构(D-loop 、T-loop )以稳定端粒。
由于端粒序列富含鸟嘌呤,端粒可以在链内和链间形成非Watson-Crick 的G-G 碱基配对,并形成鸟嘌呤四联体,中间配位结合一个一价金属离子的二级结构,该结构有很大的动力学稳定性。
端粒的相关序列:在端粒重复序列的两侧,还经常有中等重复序列组成的端粒相关序列[2,3]。
人、酵母、果蝇中相关序列长度从几Kb 到几百个Kb 不等,是染色体内部端粒或端粒相关的重复序列。
相关序列对端粒的稳定性:如防止降解、染色体断裂后的修饰以及在减数分裂中染色体的联会起辅助作用。
端粒部分的DNA 受到蛋白质因子的保护。
端粒区DNA 并不与组蛋白结合形成核小体,有特殊的蛋白分子与之形成DNA-蛋白质复合体,免受核酸酶消化与剪切。
虽然端粒DNA 自身能形成巧妙的保护结构,但这种结构必须靠端粒DNA 与端粒结合蛋白结合成特殊的复合结构,才能保证染色体稳定性。
1.2端粒酶由于常规DNA 聚合酶不能完全复制端粒线性DNA 分子末端,端粒会随DNA 复制、细胞增殖而逐渐缩短,每次约50~200bp 。
端粒酶至少由3个亚单位组成,即RNA 亚单位HTR (Human telomerase RNA )、端粒酶催化亚单位TERT (Telomerase reverse transcriptase )和端粒酶蛋白亚单位TEP1(Telomerase associated protein 1)[4]。
端粒和端粒酶一、端粒的定义和功能端粒是染色体末端的DNA序列,它们在细胞分裂过程中起到保护染色体稳定性的重要作用。
端粒由重复的DNA序列重复单元组成,其中最典型的是人类端粒的DNA序列为(TTAGGG)n(n为重复次数)。
端粒的主要功能在于防止染色体末端的损失和减缩,并保护染色体免受DNA损伤和酶解攻击。
二、端粒酶的作用2.1 端粒酶的结构端粒酶是一种酶类,负责在细胞分裂过程中补充端粒的缺失。
它是由两个基本亚单位组成的复合酶,其中一个亚单位称为TERT(telomerase reverse transcriptase),负责提供酶的催化活性,另一个亚单位称为TERC(telomerase RNA component),是一种RNA分子,提供了端粒序列的模板。
2.2 端粒酶的功能端粒酶的功能主要是通过在DNA末端添加端粒序列来延长端粒。
在染色体复制过程中,DNA的末端由于DNA聚合酶的工作机制无法完全复制,因此每次细胞分裂时,染色体的末端会逐渐缩短。
而端粒酶通过添加端粒序列,可以提供一个模板,使得DNA末端得到延长,从而保护染色体的稳定性。
三、端粒和生物老化的关系3.1 生物老化的原因生物老化是指生物体随着年龄的增长而出现的功能下降和衰老的过程。
而端粒的缩短是导致生物老化的重要原因之一。
随着细胞分裂的进行,端粒的长度会逐渐减少,当端粒长度减到一定程度时,染色体末端的保护功能将会丧失,导致染色体的不稳定性和衰老。
3.2 端粒和细胞衰老的关系细胞的衰老也与端粒的缩短密切相关。
当细胞的端粒长度减小到一定程度时,细胞进入衰老状态,无法继续分裂和增殖。
这种细胞衰老被称为克隆老化。
克隆老化意味着细胞失去了再生能力,这在许多年龄相关疾病的发生过程中起到了重要的作用。
四、端粒酶与癌症的关系4.1 端粒酶在癌症中的表达在正常细胞中,端粒酶的表达很低,因此端粒长度会逐渐减少,导致细胞衰老。
而在癌细胞中,端粒酶表达水平显著增高。
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。