端粒健康與端粒檢測

楊梅

【摘 要】端粒作為一種真核生物的標志物，保持其正常的形態功能關系到了生長，健康，繁殖等人類的各項生理生化活動。但人們對端粒的研究并不深入，目前還有很多方方面面的端粒領域是人類無法觸及的，研究檢測端粒，是人類歷史上一個不了避免的趨勢

【關鍵詞】端粒；端粒酶；疾病；檢測

端粒是染色體上最末端的部分，具有對染色體的保護作用，能夠防止染色體在復制與互換的過程中變短，維持基因環境的穩定，保證表達產物的正常性，端粒的本質屬于染色體，是染色體末端3'的一段富含G鳥嘌呤的DNA重復序列加上蛋白質結合形成的核蛋白復合物。端粒是廣泛的存在于真核細胞中的，并且具有特殊的功能，維持真核生物的健康生長代謝。

1.1端粒的構成

端粒在不同物種的動物中存在，其DNA的排列順序自然不同，即使在同物種中也存在變異，在個體的不同細胞中，端粒的長度也是不一樣的。端粒的重復單位，大多數長為5-8bp，其一般會比互補鏈長度突出12-16個核苷酸的距離。人的端粒由5'TTAGGG3'的重復單位構成，長度在5-15kb的范圍內，迄今為止只有少數的生物中確定出了端粒的結構與工能的保守性，但可以推測出來這種結構與功能的保守行可能適用于普遍的微生物。

1.2端粒的意義

端粒在一定程度上具有保護作用，能夠有效的保護染色體末端，防止染色體復制時末端的丟失而引起的一系列問題，同時端粒也決定了細胞的壽命，固定了染色體的位置

1.3端粒的長度

端粒的長度在不同細胞中表現不一樣，并且在同種生物中的不同細胞中也存在著差異，主要是生殖細胞中端粒的長度大于體細胞，體外培養的細胞的在一定程度上長度隨著細胞的逐代相傳而縮短，每復制一代，有將近50-200nt的端粒丟失，當端粒丟失到一定的程度時細胞隨之會發生衰老與死亡，因此通過預測端粒的長度可以來預測細胞的壽命。人的細胞端粒的長度長短不一，而且存在個體差異，但是隨著年齡的增長，端粒每年減少15-40nt，最終使衰老細胞死亡，而在生殖細胞中端粒并不會由于生長分裂而導致長度減短，因此生殖細胞具有近似于無限的增殖能力，這是由于端粒酶的作用，端粒酶在漫長的進化中由胚胎期的活性逐漸關閉，而當某些細胞染色體端粒中逐漸減少時會發生眾多的變異，有少數變異會導致端粒酶被直接激活，使端粒長度恢復到原始長度，細胞具有增殖和存活的不死性。

1.4端粒酶的構成

端粒酶由端粒酶RNA（TR），端粒酶逆轉錄酶（TERT），端粒酶催化亞基這3個單位組成，其中以端粒酶RNA與端粒酶逆轉錄酶最為重要，端粒酶RNA是端粒序列（TTAGGG）的合成模板，對于端粒酶發揮作用生成端粒有十分重要的聯系。而端粒逆轉錄酶又由四個分別掌管N端連接，羧基延伸，RNA結合，反轉錄控制的功能元件構成。每個物種的端粒酶RNA都有大大小小的不同，但總的是由結點，模板翻譯處與模版邊界3部分共同構成。

1.5端粒酶的功能

端粒酶使RNA引物與DNA末端相結合，在酶的催化下發生逆轉錄，當逆轉錄完成后，DNA末端發生動態移位，然后開始下一輪的識別與逆轉錄，最后完成轉錄離開端粒酶。

2.1端粒與疾病的產生

端粒在隨著細胞的不斷增殖分化，會呈現越來越短的現象，而細胞的衰老可能與端粒的變短有關，因為端粒的變短，細胞開始無法維持正常的生理機能，不能以正常形態存在甚至出現基因突變頻率升高的現象，最終結果將會是導致各種疾病的產生

2.2端粒與人體衰老

衰老分復制性衰老與基因填控的衰老，在衰老的過程中第一種衰老由于復制能力的缺乏引起的，而第二種衰老則是由于基因程序性表達產生的。經過87例19-77歲不同年齡人中的研究，發現人體中普遍白細胞的端粒最短，而肌纖維的端粒最長，在幼兒的成長過程中，由于端粒酶的存在，端粒是不會縮短的，所以科學家們推測端粒在各個體細胞中的長度不同是由于端粒酶在不同細胞內的選擇表達差異性引起的。而當人成年后，除生殖細胞哪種細胞，其增殖的數率是相近的，所以其端粒的縮短速率也是相近的，端粒的這個特性正是人們所說衰老是從18歲成年開始的依據之一，在衰老的給過程中，可以通過端粒的縮短速率來判斷細胞的衰老程度。

2.3端粒與生殖繁衍

在生殖細胞中。為了維持基因的穩定性，在增殖的過程中端粒酶會作用保證生殖細胞的穩定性，而當患者患上某種疾病或基因出現缺陷問題時，影響到了生殖細胞中端粒長度變短，在長度降低到1T/S時，便會引發生殖性障礙，在端粒減短時會造成各種不良反應，如染色體易斷裂，精子減數分裂過程中聯會分離錯誤，發生形成受阻現象，或者染色體功能異常，直接導致生殖細胞凋亡，最終導致精子數量降低，活性變弱。

3.1端粒與端粒酶的研究與測定

在細胞中，端粒酶與端粒的量十分微小，很難從微小的細胞中提取大量的端粒與端粒酶進行研究，因此必須采用一些全新的技術來了解端粒與端粒酶，去解決科學遇到的困難，促進端粒與端粒酶的研究進程。

3.2單分子熒光技術檢測法

單分子熒光技術與單分子操縱技術共稱為兩項單分子技術，與常用的單分子檢測不同的是，它的靈敏率更高，而且空間分辨率也十分出色，甚至可以達到納米級別，在應對端粒與端粒酶這種劑量少，濃度低的情況時有相當的妙用，可以通過電腦來對分子的軌跡進行記錄，無需過多的精力，除了分子動力學因素的干擾外，其它均不是明顯的問題，常用的單分子熒光技術為熒光雙色相應檢測技術，是由一個DNA分子團上標記的有兩個不同的熒光因子團，通過雪崩光電二級管對分子進行檢測，然后兩部分的光線進行重疊，極大的提高了靈敏力，能夠清晰的觀察雙熒光標記的DNA分子的結構變化，對端粒與酶的檢測具有重要進步意義

3.3鈉米金-Nafion修飾電極電化學阻法

鈉米金-Nafion修飾電極電化學阻抗測定人的端粒DNA是一種數學～物理模型的方式來進行測量的方法，不同于單分子熒光技術的直觀性，它通過了頻響函數值的方法進行測量與計算，期間也通過了構建數學模型的方法來輔助計算，出了動用大量的數據支持外，它具有靈敏性高，并且不需要熒光標記操作的影響的優勢，而且它不破壞被測試物的活性，保證了測試有更好的結果。

3.4 DNA印跡法測端粒長度

DNA印跡法由southern于1975年建立，顧名思義，即用復印一樣的技術，比較準確的保持了研究的DNA在電泳圖譜中的位置，不但可以檢測出特異的DNA分子片段，還能夠檢測定位測量分子量，通過橫豎坐標的方式，以已知DNA為參照物1進行標準曲線的繪制，由該實驗可以分辨近150個堿基對（bp），最大的缺點就是實驗品的要求較高，為沒有斷裂的優品質DNA，并且實驗周期長需要耗費5-7天的時間。

4.1小結

端粒的存在對我們的生活有很多影響，有利有弊，我們應該更多的去應用它有利的一面，如抗衰老，延長壽命等，盡全力為人類的生存謀福利。

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