第八讲 端粒和端粒酶.ppt

线性DNA复制过程中会出现一个问题，复制结束时，随从链的5’末端的RNA引物会被细胞中的RNA酶所降解，因为缺乏3’-OH，缺口不能被补上，所以每复制一轮，RNA引物降解后新生成的5’末端都将缩短一个RNA引物的长度 ，尽管这个引物不长，但是细胞千千万万代地不断复制，如果不进行补偿，染色体不断缩短，最终就会消失 ！ 1972年，James Watson首先提出了染色体复制的末端隐缩问题 1939年，Barbara McClintock（因为发现玉米的转座子获得诺贝尔奖）发现玉米细胞的染色体断裂末端容易融合，而正常染色体的自然末端，为什么不容易相互融合呢？合理的推测是，染色体的自然末端不同于非正常的DNA断裂末端，它应该有一个特殊的结构来避免染色体之间的相互融合。 在逐渐明晰了染色体末端特殊结构的概念之后，人们给了它一个专有名称-端粒（telomere）。 二、端粒的基本性质 三、端粒的基本功能 四、端粒的研究历史 2009年10月5日，伊丽莎白?布莱克本、卡萝尔?格雷德和杰克?绍斯塔克三位美国科学家一起获得了今年的诺贝尔生理学或医学奖。关于他们获奖的原因，颁奖词中这样描述：“他们解决了生物学的一个重大问题：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。这三位诺贝尔奖获得者已经向我们展示，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。” 这是百年来诺贝尔奖第一次同时颁发给两位女性科学家，他们3人将分享1000万瑞典克朗（约合966．7万元人民币）奖金。 三位获奖科学家 3位获奖者中，布莱克本最具名望，2007年曾入选《时代》百大最具影响力人物。其余两位得主都是自她的研究得到启发，并与她合作取得成果。除了科研了得，她的敢言作风亦为人称道，她曾获美国前总统小布什委任入生物伦理委员会，但她在布什禁止干细胞研究后，公开批评他以意识形态干预科学研究，2004年被辞退。 布莱克本出生于澳大利亚，来自一个医生世家，家人期望她从医，但她却决意要走科研之路。1971年，她在英国剑桥大学攻读博士学位，师从诺贝尔得主桑格（Fred? Sanger）。 1975年获得博士学位后，她转到耶鲁大学，开始研究端粒。1978年在加利福尼亚大学伯克利分校建立实验室，经过不懈努力，终取得重大发现 。 布莱克本发现端粒序列所用到的简单模式生物四膜虫 四膜虫的小染色体众多，也就说端粒可能非常丰富。这就为端粒研究提供了得天独厚的材料。 1978年，布莱克本通过体外合成参入dNTP的实验，利用四膜虫的染色体发现端粒的秘密。推断四膜虫的端粒是由许多重复的5‘-CCCCAA-3’六个碱基序列组成的 。 1980年，在一次科学会议上，布莱克本为这个看似无趣的秘密找到了用武之地。这要感谢听她报告的绍斯塔克。当时绍斯塔克正打算给酵母细胞人工合成一条DNA。但是，光秃秃DNA的容易给酵母细胞中的核酸酶吃掉。布莱克本和绍斯塔克一拍即合，决定给DNA片段末端加上这些CCCCAA碱基序列结果让人大吃一惊——人工DNA能够稳定的存在于酵母细胞内。 1984年，布莱克本的实验室发现酵母的端粒序列是由不太规则的TG1-3/C1-3A重复序列组成的。 形象地说，线性DNA就像一条鞋带，端粒就像两头的塑胶套，没有塑胶套的保护，鞋带很容易劈叉，磨损，直至散架 1984年，格雷德作为博士生加盟了布莱克本的实验室。在捣碎无数的四膜虫之后，他们终于成功的分离了端粒酶 。 这个端粒酶的名字有点与众不同。我们一般在给酶命名时，都以它的作用对象命名。比如，分解淀粉的叫做淀粉酶，分解蛋白质的叫做蛋白酶。而端粒酶刚好相反，它是以产物命名。更有意思的是，它合成端粒的DNA片断是自带的。也就是说，端粒酶相当于一个小作坊，自己为合成端粒DNA提供复制所需的原材料，完成添加端粒所需的重任。 端粒和端粒酶发现大事记 1939年，Barbara McClintock发现玉米细胞的染色体断裂末端容易融合1972年，James Watson提出染色体复制的末端隐缩问题1978年，报道四膜虫的端粒序列1982年，端粒的发现导致人工染色体的发明1984年，报道酵母的端粒序列1985年，报道四膜虫的端粒酶活性1989年，报道四膜虫端粒酶的RNA亚基1994年，报道酵母端粒酶的RNA亚基1995年，报道酵母端粒酶活性1996年，纯化了四膜虫端粒酶的催化亚基,遗传筛选到酵母端粒酶的催化亚基1997年，证明了四膜虫和酵母端粒酶的催化亚基 端粒和端粒酶的一系列发现完美地解释了这两个问题： 染色体末端的DNA由简单重复的端粒序列构成，端粒（保护着染色体末端，使之区别于一般的断裂染色体末端，而不被各种酶降解，相互之间不会融合。 端粒酶负责端粒的复制，端粒酶的催化