備課素材：端粒酶的組成和功能-高一上學(xué)期生物人教版必修一

端粒酶的組成和功能人教2019版高中生物學(xué)必修一提到了“端?！保喝说捏w細(xì)胞中含有23對(duì)染色體，端粒覆蓋在染色體的末端，是特殊的結(jié)構(gòu)，保護(hù)染色體的穩(wěn)定性，同時(shí)避免與其他染色體融合，因此端粒對(duì)于維持人及其他生物細(xì)胞基因組的穩(wěn)定性至關(guān)重要。細(xì)胞分裂次數(shù)越多，端粒越短。一些不斷分裂的細(xì)胞通過端粒酶，讓端粒不會(huì)因細(xì)胞分裂而有所損耗，使得細(xì)胞分裂的次數(shù)增加。但教材對(duì)于端粒酶沒有提到，而考試中卻經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)。那么，端粒酶是一種什么酶？功能是什么？

端粒：人體染色體端粒是由幾百至數(shù)千個(gè)TTAGGG的短重復(fù)序列組成，總長(zhǎng)度約為5-20kb，由于出生時(shí)端粒的長(zhǎng)度就已經(jīng)確定，所以隨著時(shí)間的推移，端粒自身會(huì)有損耗。當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)DNA每復(fù)制一次，端粒就會(huì)縮短一點(diǎn)，當(dāng)端粒不能再縮短時(shí)，就意味著細(xì)胞的生命即將走到終點(diǎn)，細(xì)胞因?yàn)闊o法繼續(xù)分裂而老化甚至死亡。端粒會(huì)縮短的原因：真核DNA是線形DNA，復(fù)制時(shí)由于模板DNA起始端被RNA引物先占據(jù)，新生鏈隨之延伸；引物RNA脫落后，其空缺處的模板DNA無法再度復(fù)制成雙鏈。因此，每復(fù)制一次，末端DNA就縮短若干片段（約50-200bp）。端粒酶的組成和作用：有人認(rèn)為，端粒酶屬于化學(xué)本質(zhì)為RNA的酶，其實(shí)這是一個(gè)誤解?？赡苁且?yàn)槎肆Ｊ紫仁撬哪はx中發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)槊傅幕瘜W(xué)本質(zhì)是RNA就是從四膜蟲中發(fā)現(xiàn)的。1978年Blackburn和Gall首先在四膜蟲中發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了端粒結(jié)構(gòu)，端粒是由端粒DNA和端粒蛋白質(zhì)組成。他們發(fā)現(xiàn)這種rDNA每條鏈的末端均含有大量的重復(fù)片段，后來發(fā)現(xiàn)真核生物絕大多數(shù)DNA末端都是由特定的基本序列單元即端粒序列大量重復(fù)而構(gòu)成的。對(duì)于一個(gè)給定的真核生物物種，它一定具有特征性的端粒DNA序列。端粒酶是使端粒延伸的逆轉(zhuǎn)錄DNA合成酶,是由RNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核酸-蛋白復(fù)合物。其RNA組分為模板，蛋白組分具有催化活性，以端粒5'末端為引物，以自身RNA模板合成的DNA重復(fù)序列加在后隨鏈親鏈的3’端，，然后再以延長(zhǎng)了的親鏈為模板，由DNA聚合酶合成子鏈，合成端粒重復(fù)序列。端粒酶的存在，就是把DNA復(fù)制的缺陷填補(bǔ)起來，即把端粒修復(fù)延長(zhǎng)，可以讓端粒不會(huì)因細(xì)胞分裂而有所損耗，使得細(xì)胞分裂的次數(shù)增加。不同生物的端粒酶，其RNA模板不同，其合成的端粒序列也不同。端粒酶合成瑞粒示意圖四膜蟲端粒酶對(duì)端粒DNA復(fù)制體細(xì)胞沒有端粒酶的活性，所以體細(xì)胞中端粒長(zhǎng)度出生后是固定的。干細(xì)胞和癌細(xì)胞中可檢測(cè)到端粒酶活性，其合成染色體末端的端粒，使因每次細(xì)胞分裂而逐漸縮短的端粒長(zhǎng)度得以補(bǔ)償，進(jìn)而穩(wěn)定端粒長(zhǎng)度，保持細(xì)胞的永生狀態(tài)。細(xì)胞衰老的假說之一－端粒-端粒酶假說：在細(xì)胞有絲分裂的過程中端粒DNA不斷丟失而使端?？s短，當(dāng)端粒縮短到一定長(zhǎng)度（2kb-4kb）時(shí)，染色體的穩(wěn)定性遭到破壞，細(xì)胞出現(xiàn)衰老的表現(xiàn)。通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用在翻譯后水平對(duì)端粒酶活性及功能進(jìn)行調(diào)控，則是目前研究端粒酶調(diào)控機(jī)制的熱點(diǎn)之一。例1、控制細(xì)胞分裂次數(shù)的“時(shí)鐘”是位于染色體兩端的一種特殊結(jié)構(gòu)（端粒），它隨著細(xì)胞分裂而變短。癌細(xì)胞中，存在延長(zhǎng)染色體端粒的酶，正常人的生殖細(xì)胞中也有。據(jù)此你認(rèn)為體細(xì)胞不能無限分裂的原因是(

)A．缺少合成端粒酶的氨基酸

B．缺少控制端粒酶合成的基因C．控制端粒酶合成的基因發(fā)生突變

D．控制端粒酶合成的基因沒有表達(dá)解析：考查細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化。體細(xì)胞不能無限分裂，因?yàn)榧?xì)胞中沒有端粒酶，但正常人的生殖細(xì)胞中有，說明體細(xì)胞中存在控制端粒酶合成的基因，只是沒有表達(dá)。故答案為D。例2、閱讀、分析下列材料，并結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)回答問題：細(xì)胞衰老是一種正常的生命現(xiàn)象?？茖W(xué)家提出的“端粒學(xué)說”闡述了細(xì)胞衰老的某些可能的機(jī)制。端粒是染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，其DNA末端含有由簡(jiǎn)單的串聯(lián)重復(fù)序列（如－TTAGGG－）組成的單鏈突出段，它們?cè)诩?xì)胞分裂時(shí)不能被完全復(fù)制，因而隨分裂次數(shù)的增加而縮短，除非有端粒酶的存在。端粒酶由RNA和蛋白質(zhì)組成，其RNA含有與端粒DNA重復(fù)序列互補(bǔ)的一個(gè)片段（如－AAUCCC－），是合成端粒DNA的模板；其蛋白質(zhì)催化端粒DNA的合成，催化的一種機(jī)制如下圖。研究表明：如果細(xì)胞中不存在端粒酶的活性，染色體將隨每次分裂而變得越來越短，而且由于細(xì)胞的后代因必需基因的丟失，最終死亡。培養(yǎng)中少數(shù)變得長(zhǎng)生不老的癌細(xì)胞表現(xiàn)出有活性的端粒酶和穩(wěn)定長(zhǎng)度的端粒。（1）下圖中“聚合”過程需要

種脫氧核苷酸。端粒酶中，蛋白質(zhì)成分的功能類似于

（酶）。(2)正常體細(xì)胞中沒有端粒酶的活性，你認(rèn)為新復(fù)制出的DNA與親代DNA完全相同嗎？

。體外培養(yǎng)正常成纖維細(xì)胞，細(xì)胞中的端粒長(zhǎng)度與細(xì)胞增殖能力呈

關(guān)系。(3)從材料分析可知，正常體細(xì)胞不斷走向衰老的生理學(xué)原因是

。(4)依據(jù)“端粒學(xué)說”，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N可以抗腫瘤藥物的作用機(jī)制。

。答案：（1）3

逆轉(zhuǎn)錄酶（2）不相同

正相關(guān)（3）端粒酶活性的喪失（4）抑制端粒酶基因的表達(dá)（或剔除端粒酶基因，或抑制端粒酶的活性）（只要合理即給2分）解析：本題需要學(xué)生根據(jù)提供的新材料，在理解新信息和基礎(chǔ)上分析具體問題，結(jié)合已有的關(guān)于逆轉(zhuǎn)錄酶的功能、DNA復(fù)制的結(jié)果等已有知識(shí)，做出新的判斷，得出與新材料相應(yīng)的結(jié)論。（1）正常的情況下DNA聚合需要4種脫氧核苷酸，但題中顯示是TAG三種堿基，所以圖中聚合需要3種脫氧核苷酸。以RNA為模板合成DNA，所以端粒酶屬于逆轉(zhuǎn)錄酶。（2）可根據(jù)題干中信息“研究表明：如果細(xì)胞中不存在端粒酶的活性，染色體將隨每次分裂而變得越來越短，而且由于細(xì)胞的后代因必需基因的丟失，最終死亡?！迸袛嘈聫?fù)制出的DNA與親代DNA不相同。細(xì)胞中的端粒長(zhǎng)度與細(xì)胞增殖能力呈正相關(guān)關(guān)系，而正常細(xì)胞的衰老就是因