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试图在酵母中建构人工线性染色体，希望它能够像自
然染色体一样在细胞中复制。但他构建的人工染色体 转化入细胞后总是很快降解。
• 1980年，当伊丽莎白报道她关于端粒DNA的发现时，
引起了杰克的极大兴趣。于是二人合作将新发现的四
膜虫端粒序列和人工染色体连接到一起，而后导入酵
母细胞。奇迹出现了，人工染色体不再降解，可以在
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 长度也就决定了细胞的寿命，所以端粒又被称为 “生命的时钟”。
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三、 端粒酶的结构与功能
端粒酶(又称端粒体酶)是由端粒酶RNA 组 分和蛋白质组分共同构成的核糖核蛋白复 合物，这个酶复合物中的RNA是模板， 其上含有引物特异识别位点，而蛋白质成 分则具有催化活性。
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一、端粒与端粒酶的发现
• 端粒最早是由著名的遗传学家赫尔曼·缪勒 （Hermann Muller，因为发明用 X射线突变基因而 获得1946 年的诺贝尔生理或医学奖）于1938 年发现 的。
• 缪勒给这种天然末端结构取了个形象的名字—— telomere， 这是由希腊语“telos” (末端) 及“meros” (部分) 组成的。中文翻译为“ 末端的颗粒” ， 简称 “ 端粒” 。
• 1941年芭芭拉·麦克林托克 （Barbara McClintock， 因为发现玉米的转座子获得1983年诺贝尔生理或医 学奖 ）在玉米的遗传学研究中也证实端粒的存在。
4
端粒的位置
5
一、端粒与端粒酶的发现
• 1978 年伊丽莎白通过体外 DNA 复制实验，推断出模 式生物四膜虫（Tetrahymena thermophila）的端粒中 含有许多重复的 5’- CCCCAA- 3’六碱基序列，首次 阐明了四膜虫的端粒结构。同时，杰克·绍斯塔克正
长寿梦想的“天梯”
——端粒与端粒酶
主讲人：杨长友
重庆师范大学生命科学学院 生物化学与分子生物学专业
1
2009年诺贝尔生理学或医学奖
贡献：揭示了 “how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase” (染色体是如 何被端粒和端粒酶保护的)。
Elizabeth H. Blackburn Carol W. Greider
伊丽莎白·布莱克本 卡罗尔·格雷德
Jack W. Szostak
杰克·绍斯塔克
美国加利福尼亚 旧金山大学
美国巴尔的摩约
美国哈佛医学院
翰·霍普金斯医学院
2
主要内容
端粒与端粒酶的发现 端粒的结构与功能 端粒酶的结构与功能 端粒及端粒酶与衰老、癌症的关系 端粒与端粒酶的研究现状 影响端粒长度的因素
7
一、端粒与端粒酶的发现
8
一、端粒与端粒酶的发现
1984年，卡罗尔作为博士研究生进入伊丽 莎白实验室， 开始了端粒末端合成机制的 研究工作。
她们假设端粒是由某种酶合成 ， 那么在 细胞裂解液里应该有这种酶的存在， 如果 使用四膜虫细胞裂解液在体外能检测到端 粒序列的复制和延伸， 那无疑证实这种 “ 酶” 的存在。
9
一、端粒与端粒酶的发现
实验过程大致如下： 1、将底物寡聚核苷酸（端粒DNA、随机序列 DNA）进行放射性标记； 2、将高浓度的寡聚核苷酸底物与高浓度的四 膜虫细胞裂解液一起孵育； 3、通过放射性标记的核苷酸来检测体外端粒 序列的合成。
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一、端粒与端粒酶的发现
结果显示，当四膜虫细胞裂解液加入四膜虫或 酵母端粒序列DNA时，其明显被重新加上了 DNA碱基，而且以 6个碱基递增的方式延长， 与四膜虫端粒重复基本单位为 6个碱基正好吻 合，而对于随机序列的DNA底物并不发生延伸。
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二、端粒的结构与功能
• 端粒 (telomere)也称端区，是真核生物线性染色体的 天然两末端，呈膨大粒状，由染色体末端DNA重复 片断（富含G、C）与蛋白质组成（端粒结合蛋白和 端粒相关蛋白）。
• 端粒既有高度的保守性，又有种属特异性。 哺乳动 物端粒的重复序列为( TTAGGG／AATCCC) ， 其 中G链3’端是一段单链的悬突(overhang) 。电镜观察 发现， 端粒结构是一个双环结构， 由T环(T-loop， 端粒环) 和D环(D-loop，替代环) 构成， T环在染色 体末端形成一个帽子结构 ，可防止核酶以及连接酶 作用于端粒。同时， T环结构在端粒长度的维持机 制中起重要作用。
实验结果证明，端粒 DNA的延伸是通过“ 酶” 来完成的，且这种酶的活性不依赖于DNA模板。 这种酶后来被命名为“端粒酶” （telomerase）。
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一、端粒与端粒酶的发现
1985年，卡罗尔和伊丽莎白在四膜虫细 胞核提取物中首先发现并纯化了端粒酶。 之后 ，耶鲁大学 Morin于 1989年在人宫 颈癌细胞中也发现了人体端粒酶。
Biblioteka Baidu13
端粒及其基本结构
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二、端粒的结构与功能
• 端粒的主要功能
①保护染色体末端免遭融合、重组，防止染色体在细 胞内被化学修饰或被核酶降解；维持染色体的完 整性。
②阻止细胞对染色体末端的DNA损伤反应。 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。 ④决定细胞的寿命。当端粒再也无法保护染色体免
细胞内正常复制。这一方面证实了端粒对染色体的保
护作用，也使 DNA的大片段克隆成为可能，为后来
的人类基因组测序奠定了基础。
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一、端粒与端粒酶的发现
1984年，伊丽莎白在试验中发现了一 个有趣的现象：不论是四膜虫还是酵 母自身的端粒序列都可以在酵母中被 保护和延伸。而带着四膜虫端粒DNA 的人工染色体进入到酵母后，复制后 被加上的是酵母端粒序列而非四膜虫 的端粒序列。
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三、端粒酶的结构与功能
目前认为端粒酶主要由3个部分构成，即端粒 酶 RNA(telomerase RNA，TR)、端粒酶相关蛋 白质(telomerase — associated protein， TP1/ TP2) 和端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)。
然染色体一样在细胞中复制。但他构建的人工染色体 转化入细胞后总是很快降解。
• 1980年，当伊丽莎白报道她关于端粒DNA的发现时，
引起了杰克的极大兴趣。于是二人合作将新发现的四
膜虫端粒序列和人工染色体连接到一起，而后导入酵
母细胞。奇迹出现了，人工染色体不再降解，可以在
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 长度也就决定了细胞的寿命，所以端粒又被称为 “生命的时钟”。
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三、 端粒酶的结构与功能
端粒酶(又称端粒体酶)是由端粒酶RNA 组 分和蛋白质组分共同构成的核糖核蛋白复 合物，这个酶复合物中的RNA是模板， 其上含有引物特异识别位点，而蛋白质成 分则具有催化活性。
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一、端粒与端粒酶的发现
• 端粒最早是由著名的遗传学家赫尔曼·缪勒 （Hermann Muller，因为发明用 X射线突变基因而 获得1946 年的诺贝尔生理或医学奖）于1938 年发现 的。
• 缪勒给这种天然末端结构取了个形象的名字—— telomere， 这是由希腊语“telos” (末端) 及“meros” (部分) 组成的。中文翻译为“ 末端的颗粒” ， 简称 “ 端粒” 。
• 1941年芭芭拉·麦克林托克 （Barbara McClintock， 因为发现玉米的转座子获得1983年诺贝尔生理或医 学奖 ）在玉米的遗传学研究中也证实端粒的存在。
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端粒的位置
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一、端粒与端粒酶的发现
• 1978 年伊丽莎白通过体外 DNA 复制实验，推断出模 式生物四膜虫（Tetrahymena thermophila）的端粒中 含有许多重复的 5’- CCCCAA- 3’六碱基序列，首次 阐明了四膜虫的端粒结构。同时，杰克·绍斯塔克正
长寿梦想的“天梯”
——端粒与端粒酶
主讲人：杨长友
重庆师范大学生命科学学院 生物化学与分子生物学专业
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2009年诺贝尔生理学或医学奖
贡献：揭示了 “how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase” (染色体是如 何被端粒和端粒酶保护的)。
Elizabeth H. Blackburn Carol W. Greider
伊丽莎白·布莱克本 卡罗尔·格雷德
Jack W. Szostak
杰克·绍斯塔克
美国加利福尼亚 旧金山大学
美国巴尔的摩约
美国哈佛医学院
翰·霍普金斯医学院
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主要内容
端粒与端粒酶的发现 端粒的结构与功能 端粒酶的结构与功能 端粒及端粒酶与衰老、癌症的关系 端粒与端粒酶的研究现状 影响端粒长度的因素
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一、端粒与端粒酶的发现
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一、端粒与端粒酶的发现
1984年，卡罗尔作为博士研究生进入伊丽 莎白实验室， 开始了端粒末端合成机制的 研究工作。
她们假设端粒是由某种酶合成 ， 那么在 细胞裂解液里应该有这种酶的存在， 如果 使用四膜虫细胞裂解液在体外能检测到端 粒序列的复制和延伸， 那无疑证实这种 “ 酶” 的存在。
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一、端粒与端粒酶的发现
实验过程大致如下： 1、将底物寡聚核苷酸（端粒DNA、随机序列 DNA）进行放射性标记； 2、将高浓度的寡聚核苷酸底物与高浓度的四 膜虫细胞裂解液一起孵育； 3、通过放射性标记的核苷酸来检测体外端粒 序列的合成。
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一、端粒与端粒酶的发现
结果显示，当四膜虫细胞裂解液加入四膜虫或 酵母端粒序列DNA时，其明显被重新加上了 DNA碱基，而且以 6个碱基递增的方式延长， 与四膜虫端粒重复基本单位为 6个碱基正好吻 合，而对于随机序列的DNA底物并不发生延伸。
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二、端粒的结构与功能
• 端粒 (telomere)也称端区，是真核生物线性染色体的 天然两末端，呈膨大粒状，由染色体末端DNA重复 片断（富含G、C）与蛋白质组成（端粒结合蛋白和 端粒相关蛋白）。
• 端粒既有高度的保守性，又有种属特异性。 哺乳动 物端粒的重复序列为( TTAGGG／AATCCC) ， 其 中G链3’端是一段单链的悬突(overhang) 。电镜观察 发现， 端粒结构是一个双环结构， 由T环(T-loop， 端粒环) 和D环(D-loop，替代环) 构成， T环在染色 体末端形成一个帽子结构 ，可防止核酶以及连接酶 作用于端粒。同时， T环结构在端粒长度的维持机 制中起重要作用。
实验结果证明，端粒 DNA的延伸是通过“ 酶” 来完成的，且这种酶的活性不依赖于DNA模板。 这种酶后来被命名为“端粒酶” （telomerase）。
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一、端粒与端粒酶的发现
1985年，卡罗尔和伊丽莎白在四膜虫细 胞核提取物中首先发现并纯化了端粒酶。 之后 ，耶鲁大学 Morin于 1989年在人宫 颈癌细胞中也发现了人体端粒酶。
Biblioteka Baidu13
端粒及其基本结构
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二、端粒的结构与功能
• 端粒的主要功能
①保护染色体末端免遭融合、重组，防止染色体在细 胞内被化学修饰或被核酶降解；维持染色体的完 整性。
②阻止细胞对染色体末端的DNA损伤反应。 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。 ④决定细胞的寿命。当端粒再也无法保护染色体免
细胞内正常复制。这一方面证实了端粒对染色体的保
护作用，也使 DNA的大片段克隆成为可能，为后来
的人类基因组测序奠定了基础。
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一、端粒与端粒酶的发现
1984年，伊丽莎白在试验中发现了一 个有趣的现象：不论是四膜虫还是酵 母自身的端粒序列都可以在酵母中被 保护和延伸。而带着四膜虫端粒DNA 的人工染色体进入到酵母后，复制后 被加上的是酵母端粒序列而非四膜虫 的端粒序列。
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三、端粒酶的结构与功能
目前认为端粒酶主要由3个部分构成，即端粒 酶 RNA(telomerase RNA，TR)、端粒酶相关蛋 白质(telomerase — associated protein， TP1/ TP2) 和端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)。