端粒和端粒酶 端粒酶的结构和功能

端粒和端粒酶

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TTAGGG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。

端粒酶的结构和功能

端粒的作用是保护什么

端粒（telomere）是染色体末端的一段重复的核苷酸序列，它的主要作用是保护染色体重要的功能片段在复制时不会丢失，而端粒自身的长度会随着细胞分裂代数的增加不断变短。当端粒长度降低至一定水平后，细胞分裂会随即停止，这也是为何大部分细胞正常分裂的代数都存在一个极限（即“海夫利克极限”）。然而，部分细胞可以借助端粒酶（telomerase）不断延续端粒长度，继而实现无限分裂。端粒在控制细胞乃至个体寿命、影响肿瘤发生等方面都具有重要的功能。ElizabethBlackburn,CarolGreider和JackSzostak三位科学家因发现端粒和端粒酶而荣获了2009年诺贝尔生理与医学奖。  

端粒的结构  

端粒是存在于大多数真核生物细胞染色体末端的一段核苷酸重复序列。在脊椎动物中，这段序列是（TTAGGG）n。在人类中，这段序列大约重复了2500次。大部分植物的端粒序列为（TTTAGGG）n，少数为（TTAGGG）n或其他代替序列。端粒序列的末端有一段未成对的序列，这段序列反向插入前面的一段双链中，在其他蛋白质的协同下，在染色体的末端折叠成一个环状结构（T-loop）。  

端粒缩短的机理  

由于DNA复制是半保留-半不连续复制，后随链的合成是一个一个片段拼接起来的，这种片段被称为冈崎片段（Okazakifragment）。冈崎片段的前面总需要一段RNA引物。在复制完成后，RNA剪切酶、DNA聚合酶和DNA连接酶可以将这些RNA引物去掉并填补冈崎片段之间的空隙，但后随链5'端第一个冈崎片段的RNA引物降解之后的空隙却无法得到填补，故而每次DNA复制都会造成末端的一小部分DNA丢失，留下一段未成对的单链DNA。如果这段DNA包含重要的遗传信息，那么随着复制次数的增加，重要的遗传信息就会不断丢失，导致细胞无法完成正常的生命活动。端粒的作用，相当于给染色体的末端加了一个帽子，以自身长度的不断减少，来“牺牲性”保护染色体内部重要遗传信息在复制时免于丢失。  

端粒与细胞分裂极限  

当端粒长度缩短到一定长度以下后，端粒将无法再折叠成较为稳定的环状结构。开环的末端会被当做DNA损伤被细胞识别，并引发一连串的反应，包括停止分裂和增殖（细胞衰老）和程序性凋亡。开环的染色体末端还会导致染色体融合，由于细胞无法修复这样的错误，这也会导致细胞凋亡。故而，对于大部分细胞而言，都存在一个分裂代数的极限，即“海夫利克极限”。然而，在少部分正常细胞，例如精细胞、一些干细胞和白细胞中，一种叫做“端粒酶”的酶可以不断延续端粒的长度，使细胞分裂的代数超过海夫利克极限，以行使特殊的生理功能。而在大部分癌细胞中，端粒酶的活性普遍很高，使得癌细胞拥有无限增殖的能力。最典型的例子，是提取自20世纪50年代宫颈癌患者海拉的癌细胞系（Helacells），目前仍在全球各大实验室广泛使用。因此，可以通过抑制端粒酶的活性达到选择性杀死癌细胞的目的，以端粒酶为靶点的抗肿瘤疗法是药物化学的研究热点之一。  

端粒与寿命的关系  

由于端粒控制着细胞分裂的极限，端粒与寿命之间的关联很早就引起科学家的关注。在早期的研究中，科学家在一些低等的模式生物（如线虫C.elegans）中发现，延长端粒长度可以延长个体的寿命。然而，越来越多的研究表明，端粒初始长度与物种寿命之间并不存在简单的正相关。例如，一项对许多不同种类哺乳动物的端粒初始长度和寿命的统计学分析表明，在不同物种间，端粒初始长度与物种的平均寿命甚至呈一定程度的负相关。又例如，人类的端粒长度只有5到15kb，而小鼠则有50kb，但小鼠的自然寿命（2到3年）远远低于人类的自然寿命（~100年）。这可能是因为虽然小鼠的端粒更长，但小鼠端粒的缩短速度要远大于人类。另一项研究表明，端粒的缩短速度，而不是端粒的初始长度，与物种寿命的相关性更大。端粒缩短越快的物种，寿命相对也越短。  

在人体中，由于实验设计的复杂性，端粒与个体寿命之间的关联证据非常有限。理论上，端粒虽然起到了延缓细胞衰老的作用，但端粒本身相当于一种“熔断”机制，如果端粒不适当地延长，可能会使得一些出现异常的细胞继续增殖并最终导致癌变。因此，用端粒长度或缩短速度来预测同种多细胞生物个体之间的寿命是很困难的。