周俊宜中山医科大学生化教研室课件共70页文档
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n（GGGGTT）
3
（TTGGGG）n ’
（AACCCC）n
人端粒的分子组成：
5
n’（CCCTAA） n（GGGATT）
3
（TTAGGG）n ’
（AATCCC）n
端粒 染色体DNA
端粒
重复的CCCCAA链 3 ‘
重复的GGGGTT链
5 ‘
5’-CCCCAAOHCCCAACCCCAACCCCAAOHCCCAA----3’
染色体DNA X射线
断端降解、断端融合、结构功能破坏
端粒帽 染色体
端粒帽
从希腊字的末端“telos”和部分“meros”创造了一
个全新的单词：端粒—— telomere
2 端粒的精确组成
端粒的精确组成则是在七十年代末才首次被提出。 1978年，美国科学家Blackburn和Joseph G. Gall 发现，单细胞池塘生物四膜虫（Tetrahymena）的 端粒是由一种极短的简单重复序列TTGGGG多次重复 而成。
与细胞衰老和癌变
周俊宜 基础医学院生化教研室
AT
GC
A AT T亲代 Fra bibliotekNACG
TA
TA
AT GC AT AT CG TA TA
碱基互补
子代DNA
AT GC AT AT CG TA TA
按半保留复制的方式，子代保留了亲代 DNA 的全部遗传信息。
DNA
转录和翻译
复制
决定蛋白质的功能 将基因信息代代相传
主要内容
端粒的结构与功能 端粒酶的结构与功能 端粒、端粒酶与细胞衰老 端粒、端粒酶与恶性肿瘤
1 端粒的发现
二十世纪三十年代，两位著名的遗传学家 Barbava McClintock和Hermann J.Muller发现，染 色体的末端有一种能稳定染色体结构和功能的特殊 成分。如果缺少了这种成分，染色体之间就会互相 粘连、出现结构的变化或其它错误的行为，以致影 响到染色体的生存和正确复制并进一步威胁到细胞 的存亡。于是Muller从希腊文的"末端"（telos） 和"部分"（meros）二词为这种特殊的成分创造了 一个全新的术语"端粒"（telomere）。
3’-GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT-------5’
端粒末端回折结构
端粒结构的特征：
1) GT链的5’ 3’总是指向染色体的末端。 2) 重复次数不保守。 3) 链区内有缺口即游离的3’-端羟基存在。 4) DNA的最末端不能进行末端标记，推测其分子是 一个回折结构。
从那以后，包括动物、植物和微生物在内的多种 生物的端粒序列已被确定，它们均是由富含G和T的 简单重复序列不断重复而成。正是这些连接在染色 体末端的核苷酸重复序列和结合在其上的一些蛋白 质共同构成了真核生物染色体的“末端保护帽” 。
1978年首次发现四膜虫端粒的分子组成：
端粒 染色体DNA
端粒
5
n’（CCCCAA）
“人体的正常细胞经过有限的分裂次数后即进 入衰老阶段，停止增殖而最终走向衰亡。呈恶性生 长的癌细胞似乎摆脱了正常衰老过程的约束，在无 拘无束地高速生长中获得“永生”。衰老和肿瘤相 互对立却又同为人类的“天敌”，两者之间千丝万 缕的关联一直以来为人们所关注。
近年来端粒酶热点的出现被认为是联结着肿瘤 和衰老研究的一条全新纽带，国际权威期刊Cell、 Science等逐年递增地刊载相关论文和报道，对端 粒和端粒酶这一研究方向予以相当关注，认为有可 能对肿瘤、衰老等重大生命课题产生深远影响。”
5’-CCCCAACCC…… 3’-GTTGGG……
-32P-dNTP 末端标记物
5’-CCCCAACCC…… 3’-GGGGTTGGG……
3 端粒结合蛋白
端粒帽
染色体DNA
端粒帽
5
n’（CCCCAA）
n（GGGGTT）
3
（TTGGGG）n ’
（AACCCC）n
保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用 一般是紧密的非共价键结合
保护染色体结构和功能的完整性
染色体
对外: 抵御核酸酶等外界 因素的袭击
对内: 染色体DNA的 末端复制问题
染色体DNA的末端复制问题：
3’
5
’RNA引物
5’
3’ RNA引物水解
3
3’
’
即DNA复制过程不能"自始至终"完整地复制
整个线性染色体，而是每次都在其5'末端留下一
个空缺未能填补（即RNA引物降解），如果细胞
没有办法添补这些空隙，染色体DNA将随着每一
次的细胞分裂而不断缩短，直至这种缺隙侵蚀到
染色体的结构基因而使细胞消亡。
端粒 染色体DNA
端粒
3
5
’5
’3’
’
RNA引物水解
5 端粒的研究体系
1)纤毛原虫动物
生命活动的执行者 生命延续的物质基础
细胞永生化
5’ 端粒
端粒维持
染色体DNA
端粒消耗
端粒 5’
细胞衰老
研究概况
三十年代：端粒概念首次提出 七十年代：端粒分子组成确定 八十年代：端粒酶的发现 九十年代：端粒酶与细胞衰老和癌症
“端粒和端粒酶的研究历程就象不断伸缩 的端粒本身变幻无穷，并且不时带给人们某 些惊讶。从三十年代端粒概念首次提出，一 直到今天活跃在恶性细胞中的端粒酶研究热 潮的兴起，人们眼中的端粒和端粒酶已不仅 仅限于它们所形成的染色体的‘保护帽’， 它还显现出更加意味深长的内涵…… ”
纤毛虫类 人类
4 端粒的功能
随着对端粒分子组成结构的阐明，端粒对维 护染色体完整性的功能已不是一个笼统的概念。 活跃在细胞中枢并当担着延续生命重任的染色体 DNA其实面临的是一个“危机四伏”的境界，它 对外要抵御核酸酶等各种因素袭击，对内则有一 个难以“自圆其身”的所谓“末端复制问题”。 端粒的存在正是扮演了一个卫士的角色，它就象 是一个尽忠职守的“生命卫士”，不但避免了外 界因素的入侵，而且在复制过程中，把基因组序 列包裹在内部，以牺牲自身而避免染色体结构基 因被侵蚀，从而防止了遗传信息的丢失，维护了 染色体结构和功能的完整性。
5’ n（CCCTAA）
3’ n（GGGATT）
3 （TTAGGG）n ’ （AATCCC）n
5’
DNA聚合酶Ⅰ
-32P-dNTP
端粒DNA
缺口平移
5‘ 3’聚合酶
DNA聚合酶Ⅰ
5‘ 3’外切酶
5’ 5’
5’-CCCCAAOHCCCAACCCCAACCCCAAOHCCCAA----3’ 3’-GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT-------5’
3
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（AACCCC）n
人端粒的分子组成：
5
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端粒 染色体DNA
端粒
重复的CCCCAA链 3 ‘
重复的GGGGTT链
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染色体DNA X射线
断端降解、断端融合、结构功能破坏
端粒帽 染色体
端粒帽
从希腊字的末端“telos”和部分“meros”创造了一
个全新的单词：端粒—— telomere
2 端粒的精确组成
端粒的精确组成则是在七十年代末才首次被提出。 1978年，美国科学家Blackburn和Joseph G. Gall 发现，单细胞池塘生物四膜虫（Tetrahymena）的 端粒是由一种极短的简单重复序列TTGGGG多次重复 而成。
与细胞衰老和癌变
周俊宜 基础医学院生化教研室
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GC
A AT T亲代 Fra bibliotekNACG
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碱基互补
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AT GC AT AT CG TA TA
按半保留复制的方式，子代保留了亲代 DNA 的全部遗传信息。
DNA
转录和翻译
复制
决定蛋白质的功能 将基因信息代代相传
主要内容
端粒的结构与功能 端粒酶的结构与功能 端粒、端粒酶与细胞衰老 端粒、端粒酶与恶性肿瘤
1 端粒的发现
二十世纪三十年代，两位著名的遗传学家 Barbava McClintock和Hermann J.Muller发现，染 色体的末端有一种能稳定染色体结构和功能的特殊 成分。如果缺少了这种成分，染色体之间就会互相 粘连、出现结构的变化或其它错误的行为，以致影 响到染色体的生存和正确复制并进一步威胁到细胞 的存亡。于是Muller从希腊文的"末端"（telos） 和"部分"（meros）二词为这种特殊的成分创造了 一个全新的术语"端粒"（telomere）。
3’-GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT-------5’
端粒末端回折结构
端粒结构的特征：
1) GT链的5’ 3’总是指向染色体的末端。 2) 重复次数不保守。 3) 链区内有缺口即游离的3’-端羟基存在。 4) DNA的最末端不能进行末端标记，推测其分子是 一个回折结构。
从那以后，包括动物、植物和微生物在内的多种 生物的端粒序列已被确定，它们均是由富含G和T的 简单重复序列不断重复而成。正是这些连接在染色 体末端的核苷酸重复序列和结合在其上的一些蛋白 质共同构成了真核生物染色体的“末端保护帽” 。
1978年首次发现四膜虫端粒的分子组成：
端粒 染色体DNA
端粒
5
n’（CCCCAA）
“人体的正常细胞经过有限的分裂次数后即进 入衰老阶段，停止增殖而最终走向衰亡。呈恶性生 长的癌细胞似乎摆脱了正常衰老过程的约束，在无 拘无束地高速生长中获得“永生”。衰老和肿瘤相 互对立却又同为人类的“天敌”，两者之间千丝万 缕的关联一直以来为人们所关注。
近年来端粒酶热点的出现被认为是联结着肿瘤 和衰老研究的一条全新纽带，国际权威期刊Cell、 Science等逐年递增地刊载相关论文和报道，对端 粒和端粒酶这一研究方向予以相当关注，认为有可 能对肿瘤、衰老等重大生命课题产生深远影响。”
5’-CCCCAACCC…… 3’-GTTGGG……
-32P-dNTP 末端标记物
5’-CCCCAACCC…… 3’-GGGGTTGGG……
3 端粒结合蛋白
端粒帽
染色体DNA
端粒帽
5
n’（CCCCAA）
n（GGGGTT）
3
（TTGGGG）n ’
（AACCCC）n
保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用 一般是紧密的非共价键结合
保护染色体结构和功能的完整性
染色体
对外: 抵御核酸酶等外界 因素的袭击
对内: 染色体DNA的 末端复制问题
染色体DNA的末端复制问题：
3’
5
’RNA引物
5’
3’ RNA引物水解
3
3’
’
即DNA复制过程不能"自始至终"完整地复制
整个线性染色体，而是每次都在其5'末端留下一
个空缺未能填补（即RNA引物降解），如果细胞
没有办法添补这些空隙，染色体DNA将随着每一
次的细胞分裂而不断缩短，直至这种缺隙侵蚀到
染色体的结构基因而使细胞消亡。
端粒 染色体DNA
端粒
3
5
’5
’3’
’
RNA引物水解
5 端粒的研究体系
1)纤毛原虫动物
生命活动的执行者 生命延续的物质基础
细胞永生化
5’ 端粒
端粒维持
染色体DNA
端粒消耗
端粒 5’
细胞衰老
研究概况
三十年代：端粒概念首次提出 七十年代：端粒分子组成确定 八十年代：端粒酶的发现 九十年代：端粒酶与细胞衰老和癌症
“端粒和端粒酶的研究历程就象不断伸缩 的端粒本身变幻无穷，并且不时带给人们某 些惊讶。从三十年代端粒概念首次提出，一 直到今天活跃在恶性细胞中的端粒酶研究热 潮的兴起，人们眼中的端粒和端粒酶已不仅 仅限于它们所形成的染色体的‘保护帽’， 它还显现出更加意味深长的内涵…… ”
纤毛虫类 人类
4 端粒的功能
随着对端粒分子组成结构的阐明，端粒对维 护染色体完整性的功能已不是一个笼统的概念。 活跃在细胞中枢并当担着延续生命重任的染色体 DNA其实面临的是一个“危机四伏”的境界，它 对外要抵御核酸酶等各种因素袭击，对内则有一 个难以“自圆其身”的所谓“末端复制问题”。 端粒的存在正是扮演了一个卫士的角色，它就象 是一个尽忠职守的“生命卫士”，不但避免了外 界因素的入侵，而且在复制过程中，把基因组序 列包裹在内部，以牺牲自身而避免染色体结构基 因被侵蚀，从而防止了遗传信息的丢失，维护了 染色体结构和功能的完整性。
5’ n（CCCTAA）
3’ n（GGGATT）
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5’
DNA聚合酶Ⅰ
-32P-dNTP
端粒DNA
缺口平移
5‘ 3’聚合酶
DNA聚合酶Ⅰ
5‘ 3’外切酶
5’ 5’
5’-CCCCAAOHCCCAACCCCAACCCCAAOHCCCAA----3’ 3’-GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT-------5’