備課素材：端粒和端粒酶及其生理作用-高一上學(xué)期生物人教版必修1

1、端粒和端粒酶及其生理作用 高中生物學(xué)必修一介紹了端粒：一些試題中也常出現(xiàn)端粒和端粒酶：如，端粒學(xué)說目前為大家普遍接受的用來解釋細(xì)胞衰老機(jī)制的一種學(xué)說。端粒是染色體末端的一種特殊序列DNA，每次分裂后會縮短一截。端粒酶能以自身的RNA為模板合成端粒序列加到染色體DNA末端而修復(fù)縮短部分。下列敘述正確的是（）A.正常細(xì)胞中端粒酶的活性普遍高于癌細(xì)胞B.端粒酶是一種RNA聚合酶，能延緩細(xì)胞的衰老C.染色體DNA末端修復(fù)過程中有A-T、T-A堿基配對D.胚胎干細(xì)胞中的端粒可能普遍比口腔上皮細(xì)胞中的端粒短答案：C解析：分析題干可知，端粒是染色體末端的一段DNA序列，每次分裂后會縮短一截，故正常細(xì)胞的分裂

2、次數(shù)是有限的；端粒酶能以自身的RNA為模板合成端粒DNA，此過程為逆轉(zhuǎn)錄，可見端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶；合成后的序列加到染色體DNA末端而修復(fù)縮短部分，可延長細(xì)胞的壽命。癌細(xì)胞能無限增殖，可能是因?yàn)槠涠肆Ｃ傅幕钚愿撸苄迯?fù)因分裂而縮短的端粒序列，A錯誤；端粒酶能以自身的RNA為模板合成端粒DNA，說明端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，B錯誤；染色體DNA末端修復(fù)過程中，端粒酶先以自身的RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成端粒DNA的一條鏈，再通過DNA復(fù)制合成另一條鏈，故會出現(xiàn)A-T、T-A堿基配對，C正確；胚胎干細(xì)胞分裂能力較強(qiáng)，其中的端粒普遍比口腔上皮細(xì)胞中的端粒長，D錯誤。故選C。端粒酶在細(xì)胞中負(fù)責(zé)端粒的延長的一種

3、酶，是基本的核蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶，可將端粒DNA加至真核細(xì)胞染色體末端，把DNA復(fù)制損失的端粒填補(bǔ)起來，使端粒修復(fù)延長，可以讓端粒不會因細(xì)胞分裂而有所損耗，使得細(xì)胞分裂的次數(shù)增加。端粒（Telomere）是存在于真核細(xì)胞線狀染色體末端的一小段DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它與端粒結(jié)合蛋白一起構(gòu)成了特殊的“帽子”結(jié)構(gòu)，作用是保持染色體的完整性和控制細(xì)胞分裂周期。染色體（示端粒）1938年，Hermann Muller（因?yàn)榘l(fā)明用X射線突變基因而獲得諾獎）利用X射線照射果蠅產(chǎn)生突變體，注意到染色體的末端跟其它區(qū)域的染色體不同，它非常穩(wěn)定，從未觀測到斷裂缺失或者倒位。他因此先見性地認(rèn)為染色體的末端比較特殊，它需要

4、被封閉起來，并給它一個專有的名稱-端粒（telomere）。20世紀(jì)70年代初，對DNA聚合酶特性的深入了解引申出了一個染色體的復(fù)制問題。DNA聚合酶在復(fù)制DNA的時候必須要有引物來起始，而且它的酶活性具有方向性，只能沿著DNA5到3的方向合成。染色體復(fù)制之初可以由小RNA作為引物起始合成，之后細(xì)胞的修復(fù)機(jī)器啟動，DNA聚合酶能夠以反鏈DNA為模板，以之前合成的DNA為引物，合成新的DNA取代染色體中間的RNA引物。但是線性染色體最末端的RNA引物因?yàn)闆]有另外的引物起始，沒有辦法被DNA取代。所以線性染色體DNA每復(fù)制一輪，RNA引物降解后末端都將縮短一個RNA引物的長度。染色體復(fù)制時末端隱縮

5、示意圖盡管這個引物不長，但是細(xì)胞千千萬萬代地不斷復(fù)制，如果不進(jìn)行補(bǔ)償，染色體不斷縮短，最終就會消失。James Watson（因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)獲得諾獎）最早就明確指出了這個“末端隱縮問題”，并猜想染色體也許可以通過在復(fù)制前聯(lián)體（染色體末端跟末端連起來）的方式來解決末端復(fù)制的問題。1.什么是端粒？端粒是位于真核細(xì)胞線性染色體末端的帽狀結(jié)構(gòu)，由保守的重復(fù)核苷酸序列（如人的端粒序列TTAGGG）與特異結(jié)合蛋白構(gòu)成。端粒的總長度約為515Kb。在新細(xì)胞中，細(xì)胞每分裂一次，染色體頂端的端粒就縮短一次，當(dāng)端粒不能再縮短時，細(xì)胞就無法繼續(xù)分裂了。這時候細(xì)胞也就到了普遍認(rèn)為的分裂100次的極限并開始死

6、亡。因此，端粒被科學(xué)家們視為“生命時鐘”。2.端粒的主要功能（1）維持基因組的穩(wěn)定，保護(hù)染色體不被核酸酶降解。（2）可以防止染色體的斷端出現(xiàn)融合，防止染色體發(fā)生降解或重組，從而使遺傳信息保持正確和完整，正常人的體細(xì)胞每分裂一次，端粒的長度就縮短一段，當(dāng)端粒縮短到臨界長度時，就會失去保護(hù)染色體的功能，因而造成細(xì)胞遺傳上的不穩(wěn)定性，最終引起“復(fù)制性衰老”，因而端粒的長度和穩(wěn)定性決定了細(xì)胞的壽命。（3）為端粒酶提供底物，解決DNA復(fù)制的末端隱縮，保證染色體的完全復(fù)制。3.端粒和細(xì)胞衰老的關(guān)系衰老的端粒假說關(guān)于衰老的端粒假說最早起源于1986年，當(dāng)時Cooke首先在人類性染色體長臂末端發(fā)現(xiàn)了端粒，并根

7、據(jù)體細(xì)胞的端粒長度明顯短于干細(xì)胞。進(jìn)而提出端粒長度減少引起的保護(hù)能力的下降會限制細(xì)胞的增殖能力。例、人體細(xì)胞中的染色體DNA會隨著復(fù)制次數(shù)增加而逐漸縮短。在生殖系細(xì)胞和癌細(xì)胞中存在端粒酶（由RNA和蛋白質(zhì)形成的復(fù)合體），能夠?qū)⒆兌痰腄NA末端重新加長。端粒酶作用機(jī)理如圖所示。下列相關(guān)敘述錯誤的是（ ）A.人體生殖系細(xì)胞以外的其他細(xì)胞不含端粒酶基因B.端粒酶中的蛋白質(zhì)能夠催化染色體DNA的合成C.細(xì)胞衰老與染色體DNA隨復(fù)制次數(shù)增加而縮短有關(guān)D.抑制端粒酶的作用可抑制癌細(xì)胞增殖解析：人體生殖系細(xì)胞以外的其他細(xì)胞也含有端粒酶基因，A項錯誤；端粒酶能以自身的RNA為模板合成端粒DNA的一條鏈，說明端粒酶中蛋白質(zhì)為逆轉(zhuǎn)錄酶，能夠催化染色體DNA的合