寿命长短它决定？端粒体究竟有何来头

原标题：寿命长短它决定？端粒体究竟有何来头

端粒的缩短被认为是细胞衰老的生物学标记。端粒的长度决定了细胞分裂的次数，控制着细胞衰老和死亡的过程，进而决定人的寿命长短。那么有什么物质可以控制端粒长度，以此来增加细胞分裂次数呢？

2009年，因为”发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的“这一研究成果，Elizabeth Blackburn、Carol Greider以及Jack Szostak获得了诺贝尔生理学或医学奖。也让大众第一次听说了“端粒”这个词汇。

那么端粒是如何被发现的呢？这就要从DNA复制说起了~

一、DNA复制是什么？

亲代的DNA分子在解螺旋酶的作用下，从复制起点开始，双链之间的氢键断开，成为两条单股的多核苷酸链。在DNA聚合酶的作用下，单核苷酸串联成多聚核苷酸片段，再经过DNA连接酶的作用聚合成一条完整的DNA链。在DNA复制过程中，依据碱基互补原则合成新的DNA链，由此合成的新链和旧链之间呈现互补关系，从而构成了一个完整的DNA双链。因此，在复制完成后，两条模板链就分别成为新链中的一条链，一般将这种复制方式称为半保留复制。

简单来说，就是一个DNA分子变成两个DNA，这两个DNA分子一模一样。

二、细胞中的遗传信息是怎么被完整地复制下去的？

1、起始阶段：DNA要复制前，首先要解开双链，这一步由DNA解旋酶来完成，双链之间的氢键断开，成为两条单股的多核苷酸链，两条链是反向平行的，一条链的方向是5‘-3’，另一条是3‘-5’。

2、DNA片段的生成：接着DNA聚合酶开始干活，但两条DNA链复制过程其实并不对称。因为DNA聚合酶有一个怪癖，它只能从DNA的5'端开始向3'端合成，并且前面必须要有DNA或者RNA为引物。其中一条旧链的起点是3'， 那么聚合酶用它做为模板合成一条5'->3'的新链，可以一直顺着开始复制。

但是，另一条旧链的起点是5'，如果也从起点合成DNA的话就会违反了从5'端开始向3'端合成的规律，所以DNA聚合酶在DNA模板的不同位置加入，其复制点前面会被加上一段RNA引物，然后在RNA引物的引发下向相反方向开始合成DNA小片段，采用此方法一直重复合成，因此就形成了数以千计的DNA片段，并且被RNA引物分隔开，这些片段叫做冈崎片段。

3、RNA引物的替换：以滞后链为模板的新链上的RNA引物会被核酸外切酶剪贴下来，再被另一种聚合酶添上DNA。

4、DNA连接酶将DNA片段连接起来，形成完整的DNA分子，这样就形成了一条完整的DNA新链。

那么这条新链就完整吗了？并不是这样的，然而，由于聚合酶在添补RNA空出来的位置时，依旧需要前面有DNA，它才能往上填。这对于中间位置的空缺来说没有问题，但是链条最末端却没有DNA，因此末端的空缺就无法添补。所以只要DNA每进行一次复制，DNA链末端就会丢失一小截。

但是，DNA所携带的遗传信息对人体至关重要，如果这样复制下去，那就会导致DNA链上存在的遗传信息遭到丢失，从而导致无法维持机体的长期稳定。

三、端粒的发现

通俗点来讲就是：我们的遗传物质大都藏在细胞的染色体中，染色体就像一条长长的鞋带，在鞋带的两头，各有一段 “保护装置”来确保细胞内的DNA以及遗传信息能够稳定完整的存在，这种保护装置就是端粒。

在染色体进行复制时，每次丢失一小段这种末端DNA，这样就不会对染色体所携带的遗传信息造成丢失，解决了复制过程中丢失遗传信息的问题。当端粒无法再缩短时，细胞就会因为无法分裂而死亡，端粒也因此被科学家们称为“生命时钟”。

因此，端粒的缩短被认为是细胞衰老的生物学标记。端粒的长度决定了细胞分裂的次数，控制着细胞衰老和死亡的过程，进而决定人的寿命长短。

那么有什么物质可以控制端粒长度，以此来增加细胞分裂次数呢？2009年诺贝尔奖获得者的另一个发现是，在细胞中有一种叫端粒酶的蛋白质，能修复端粒，它可以在细胞内合成端粒DNA，维持端粒的长度，增加细胞的分裂次数，从而使细胞具有无限增殖的能力。

然而遗憾的是，端粒酶在人体正常体细胞中活性却很低，起不到什么作用，但是在生殖细胞、干细胞以及绝大多数癌细胞中，端粒酶的活性却维持在较高的水平，从而保证了这些细胞具有无限增殖的潜力。而且在超过85%的癌症中，科学家都观察到了端粒酶的活性增高。

营养+为食品补充剂科普平台，成分党聚集地，团队成员均有医学药学背景，本文由复旦大学公共卫生学院硕士dyson整理。

参考文献：

【1】 de Lange, T. Shelterin: the protein complex that shapes and safeguards human telomeres. Genes Dev. 19, 2100–2110 (2005).

【2】 Shay, J. W. & Wright, W. E. Hayflick, his limit, and cellular ageing. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 1, 72–76 (2000)

【3】 Muller, H. J. The remaking of chromosomes. Collect.Net 8, 182–195 (1938).

【4】 Creighton, H. B. & McClintock, B. A correlation of cytological and genetical crossing- over in Zea mays. Proc. Natl Acad. Sci. USA 17, 492–497 (1931).

【5】 J.W. Shay. Role of telomeres and telomerase in aging and cancer. Cancer Discov, 6 (2016), pp. 584-593.

【6】 J. Shay, W.E. Wright, H. Werbin. Defining the molecular mechanisms of human cell immortalization Biochim Biophys Acta, 1072 (1991), pp. 1-7

【7】 M.A. Blasco. The epigenetic regulation of mammalian telomeres Nat Rev Genet, 8 (2007), pp. 299-309

【8】 Marcand, S.; Brevet, V.; Mann, C.; Gilson, E. Cell cycle restriction of telomere elongation. Curr. Biol. 2000, 10, 487–490.

【9】 Harley, C.B.; Futcher, A.B.;Greider, C.W. Telomeres shorten during ageing of human broblasts. Nature1990, 345, 458–460.

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