端粒与生物体衰老机制及自由基衰老
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4
Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009
Elizabeth Blackburn
Carol Greider
Jack Szostak
发现了“端粒和端粒酶如何保护染色体的”
5
Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009
◆主要成就：他们共同解决了生物学的一个重大
问题，即“在细胞分裂时染色体如何完整地自我 复制以及染色体如何受到保护以免于退化”。这 三位科学家向我们展示，解决办法存在于染色体 末端——端粒，以及形成端粒的酶——端粒酶。
6
端粒的结构和功能
端粒的结构 由富含G和T的6碱基重复序 列组成，结合一些蛋白质，构成染色 体的“末端保护帽”。
23
肿瘤发生:端粒--端粒酶学说
随着细胞分裂次数的增加，端粒逐渐 缩短，当其缩短到关键长度时，细胞停止 分裂，大部分细胞在基因调控下衰老死亡。 极少部分细胞通过病毒基因的整合或 抑癌基因的突变而逃脱死亡，通过某种机 制激活端粒酶，使端粒长度得以维持，成 为永生细胞，无限增殖，形成肿瘤
24
◆在正常人的体细胞中，检测不到端粒酶活 性； ◆85%-95%的肿瘤细胞中，检测到端粒酶活 性； ◆抑制端粒酶活性，可以使永生细胞转化为 正常细胞。
11
端粒的结构和功能
端粒的功能 1、稳定染色体末端结构； 2、保持染色体DNA遗传信息复制的完整性， 解决DNA末端复制问题；
12
端粒的结构和功能
端粒的功能 1、稳定染色体末端结构； 2、保持染色体DNA遗传信息复制的完整性， 解决DNA末端复制问题； 3、反映细胞分裂的能力与寿命。细胞愈年轻， 端粒愈长；细胞愈老，端粒愈短。
7
◆TTGGGG (T2G4)n序
列
（四膜虫端粒结构）
8
哺乳动物端粒模型—发卡结构
9
端粒的结构和功能
端粒的功能 1、稳定染色体末端结构；
10
1）端粒T环结构 (terminal loop) ， 使染色体末端封闭 起来，免遭破坏；
（2）端粒D环结构 (displacement loop) ，结合TRF2 等蛋白，阻止染色 体末端融合和损伤 反应。
13
端粒的合成机制
端粒酶的结构 由RNA组分和 蛋白质组分组 成
14
生物体衰老机制
免疫衰退学说 神经内分泌学说 自由基学说 蛋白质合成差错累积学说， 基因损伤的积累效应 基因调控学说 端粒假说 线粒体损伤学说
15
自由基衰老学说
◆由Denham Harman于 1956 年提出的。
◆此学说认为：当机体衰老时，自由基的产
端粒与生物体衰老机制
主要内容
一 端粒的定义
二 端粒的结构和功能 三 端粒的合成机制
四 细胞衰老机制
2
端粒的定义
端粒（telomere） 染色体末端由重复DNA序列和相关蛋 白组成的特殊结构，具有稳定染色体结构 和完整性的功能。
3
端粒酶的定义
端粒酶（telomerase） 是核蛋白逆转录酶，以自身RNA为模 板，合成端粒DNA，将端粒DNA加至真核 细胞染色体末端，为细胞持续分裂提供遗 传基础。 由于端粒和端粒酶与染色体保护、肿 瘤发生、细胞衰老等现象密切相关，所以 它成为科学家当前的研究热点
克隆多莉时，使用的是 6岁 成年羊的体细胞核。
28
这些假说为细胞衰老机制研究的 突破提供了极大的可能性，而且在肿瘤 的预防与治疗等方面也有广阔的前景。 可是能否使人类“青春永驻”甚至“返 老还童”还是未知
29
30
◆临床应用：1、直肠癌的早期诊断方法
2、治疗癌症：RNA干扰技术
25
细胞衰老的生命钟
人体细胞中，端粒酶延长端粒的作用 是在胚系完成的，当胚胎发育完成后，端 粒酶活性被抑制。 当人出生以后，端粒就象是一个伴随着 细胞分裂繁殖的“生命之钟”，历数着细 胞可分裂的次数，同时也见证了细胞由生 长到衰老死亡的整个生命历程。
A B A + B
共价键均裂
A
形成两个自由基
B A + B
17
18
自由基的产生及与疾病的关系
19
健康
抗自由基
自由基
生病
年青
老化
20
自由基是疾病和衰老的元凶
21
22
端粒学说
◆端粒学说由Olovnikov提出 认为细胞在每次分裂过程中都会由于 DNA聚合酶功能障碍而不能完全复制它们的 染色体，因此最后复制DNA序列可能会丢失， 最终造成细胞衰老死亡。
端粒阈值 细胞分裂
细胞停止分裂，走向死亡
26
不同年龄段
端粒长度
胎儿细胞株
基因探针检测
婴儿细胞株
青年细胞株 老年细胞株
长
短
端粒长短与细胞分裂次数呈正比 端粒长短 研究端粒丢失速率，预测人类寿命
27
端粒与生物体衰老的经典例证
1996年7月，克隆羊 多莉出生，6年后，她得 了一般老年时才会得的关 节炎和肺病而死亡。 羊的平均寿命是12岁
生增多 ；清除自由基的物质减少，清除能
力减弱。过多的自由基在体内蓄积，对机 体的损伤程度超过修复代偿能力时，组织 器官的机能就会逐步发生紊乱，导致衰老。
16
自由基的概念
共价键均裂，使均裂的两部分各带一个未
源自文库
成对独电子(自由电子)，这些带有未成对 独电子的部分称为自由基。
共价键异裂 形成阳离子和阴离子
Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009
Elizabeth Blackburn
Carol Greider
Jack Szostak
发现了“端粒和端粒酶如何保护染色体的”
5
Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009
◆主要成就：他们共同解决了生物学的一个重大
问题，即“在细胞分裂时染色体如何完整地自我 复制以及染色体如何受到保护以免于退化”。这 三位科学家向我们展示，解决办法存在于染色体 末端——端粒，以及形成端粒的酶——端粒酶。
6
端粒的结构和功能
端粒的结构 由富含G和T的6碱基重复序 列组成，结合一些蛋白质，构成染色 体的“末端保护帽”。
23
肿瘤发生:端粒--端粒酶学说
随着细胞分裂次数的增加，端粒逐渐 缩短，当其缩短到关键长度时，细胞停止 分裂，大部分细胞在基因调控下衰老死亡。 极少部分细胞通过病毒基因的整合或 抑癌基因的突变而逃脱死亡，通过某种机 制激活端粒酶，使端粒长度得以维持，成 为永生细胞，无限增殖，形成肿瘤
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◆在正常人的体细胞中，检测不到端粒酶活 性； ◆85%-95%的肿瘤细胞中，检测到端粒酶活 性； ◆抑制端粒酶活性，可以使永生细胞转化为 正常细胞。
11
端粒的结构和功能
端粒的功能 1、稳定染色体末端结构； 2、保持染色体DNA遗传信息复制的完整性， 解决DNA末端复制问题；
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端粒的结构和功能
端粒的功能 1、稳定染色体末端结构； 2、保持染色体DNA遗传信息复制的完整性， 解决DNA末端复制问题； 3、反映细胞分裂的能力与寿命。细胞愈年轻， 端粒愈长；细胞愈老，端粒愈短。
7
◆TTGGGG (T2G4)n序
列
（四膜虫端粒结构）
8
哺乳动物端粒模型—发卡结构
9
端粒的结构和功能
端粒的功能 1、稳定染色体末端结构；
10
1）端粒T环结构 (terminal loop) ， 使染色体末端封闭 起来，免遭破坏；
（2）端粒D环结构 (displacement loop) ，结合TRF2 等蛋白，阻止染色 体末端融合和损伤 反应。
13
端粒的合成机制
端粒酶的结构 由RNA组分和 蛋白质组分组 成
14
生物体衰老机制
免疫衰退学说 神经内分泌学说 自由基学说 蛋白质合成差错累积学说， 基因损伤的积累效应 基因调控学说 端粒假说 线粒体损伤学说
15
自由基衰老学说
◆由Denham Harman于 1956 年提出的。
◆此学说认为：当机体衰老时，自由基的产
端粒与生物体衰老机制
主要内容
一 端粒的定义
二 端粒的结构和功能 三 端粒的合成机制
四 细胞衰老机制
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端粒的定义
端粒（telomere） 染色体末端由重复DNA序列和相关蛋 白组成的特殊结构，具有稳定染色体结构 和完整性的功能。
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端粒酶的定义
端粒酶（telomerase） 是核蛋白逆转录酶，以自身RNA为模 板，合成端粒DNA，将端粒DNA加至真核 细胞染色体末端，为细胞持续分裂提供遗 传基础。 由于端粒和端粒酶与染色体保护、肿 瘤发生、细胞衰老等现象密切相关，所以 它成为科学家当前的研究热点
克隆多莉时，使用的是 6岁 成年羊的体细胞核。
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这些假说为细胞衰老机制研究的 突破提供了极大的可能性，而且在肿瘤 的预防与治疗等方面也有广阔的前景。 可是能否使人类“青春永驻”甚至“返 老还童”还是未知
29
30
◆临床应用：1、直肠癌的早期诊断方法
2、治疗癌症：RNA干扰技术
25
细胞衰老的生命钟
人体细胞中，端粒酶延长端粒的作用 是在胚系完成的，当胚胎发育完成后，端 粒酶活性被抑制。 当人出生以后，端粒就象是一个伴随着 细胞分裂繁殖的“生命之钟”，历数着细 胞可分裂的次数，同时也见证了细胞由生 长到衰老死亡的整个生命历程。
A B A + B
共价键均裂
A
形成两个自由基
B A + B
17
18
自由基的产生及与疾病的关系
19
健康
抗自由基
自由基
生病
年青
老化
20
自由基是疾病和衰老的元凶
21
22
端粒学说
◆端粒学说由Olovnikov提出 认为细胞在每次分裂过程中都会由于 DNA聚合酶功能障碍而不能完全复制它们的 染色体，因此最后复制DNA序列可能会丢失， 最终造成细胞衰老死亡。
端粒阈值 细胞分裂
细胞停止分裂，走向死亡
26
不同年龄段
端粒长度
胎儿细胞株
基因探针检测
婴儿细胞株
青年细胞株 老年细胞株
长
短
端粒长短与细胞分裂次数呈正比 端粒长短 研究端粒丢失速率，预测人类寿命
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端粒与生物体衰老的经典例证
1996年7月，克隆羊 多莉出生，6年后，她得 了一般老年时才会得的关 节炎和肺病而死亡。 羊的平均寿命是12岁
生增多 ；清除自由基的物质减少，清除能
力减弱。过多的自由基在体内蓄积，对机 体的损伤程度超过修复代偿能力时，组织 器官的机能就会逐步发生紊乱，导致衰老。
16
自由基的概念
共价键均裂，使均裂的两部分各带一个未
源自文库
成对独电子(自由电子)，这些带有未成对 独电子的部分称为自由基。
共价键异裂 形成阳离子和阴离子