备课素材：端粒酶的组成和功能-高一上学期生物人教版必修一

端粒酶的组成和功能人教2019版高中生物学必修一提到了“端粒”：人的体细胞中含有23对染色体，端粒覆盖在染色体的末端，是特殊的结构，保护染色体的稳定性，同时避免与其他染色体融合，因此端粒对于维持人及其他生物细胞基因组的稳定性至关重要。细胞分裂次数越多，端粒越短。一些不断分裂的细胞通过端粒酶，让端粒不会因细胞分裂而有所损耗，使得细胞分裂的次数增加。但教材对于端粒酶没有提到，而考试中却经常会出现。那么，端粒酶是一种什么酶？功能是什么？

端粒：人体染色体端粒是由几百至数千个TTAGGG的短重复序列组成，总长度约为5-20kb，由于出生时端粒的长度就已经确定，所以随着时间的推移，端粒自身会有损耗。当细胞分裂时DNA每复制一次，端粒就会缩短一点，当端粒不能再缩短时，就意味着细胞的生命即将走到终点，细胞因为无法继续分裂而老化甚至死亡。端粒会缩短的原因：真核DNA是线形DNA，复制时由于模板DNA起始端被RNA引物先占据，新生链随之延伸；引物RNA脱落后，其空缺处的模板DNA无法再度复制成双链。因此，每复制一次，末端DNA就缩短若干片段（约50-200bp）。端粒酶的组成和作用：有人认为，端粒酶属于化学本质为RNA的酶，其实这是一个误解。可能是因为端粒首先是四膜虫中发现的，因为酶的化学本质是RNA就是从四膜虫中发现的。1978年Blackburn和Gall首先在四膜虫中发现并证实了端粒结构，端粒是由端粒DNA和端粒蛋白质组成。他们发现这种rDNA每条链的末端均含有大量的重复片段，后来发现真核生物绝大多数DNA末端都是由特定的基本序列单元即端粒序列大量重复而构成的。对于一个给定的真核生物物种，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转录DNA合成酶,是由RNA和蛋白质组成的核糖核酸-蛋白复合物。其RNA组分为模板，蛋白组分具有催化活性，以端粒5'末端为引物，以自身RNA模板合成的DNA重复序列加在后随链亲链的3’端，，然后再以延长了的亲链为模板，由DNA聚合酶合成子链，合成端粒重复序列。端粒酶的存在，就是把DNA复制的缺陷填补起来，即把端粒修复延长，可以让端粒不会因细胞分裂而有所损耗，使得细胞分裂的次数增加。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图四膜虫端粒酶对端粒DNA复制体细胞没有端粒酶的活性，所以体细胞中端粒长度出生后是固定的。干细胞和癌细胞中可检测到端粒酶活性，其合成染色体末端的端粒，使因每次细胞分裂而逐渐缩短的端粒长度得以补偿，进而稳定端粒长度，保持细胞的永生状态。细胞衰老的假说之一－端粒-端粒酶假说：在细胞有丝分裂的过程中端粒DNA不断丢失而使端粒缩短，当端粒缩短到一定长度（2kb-4kb）时，染色体的稳定性遭到破坏，细胞出现衰老的表现。通过蛋白质-蛋白质相互作用在翻译后水平对端粒酶活性及功能进行调控，则是目前研究端粒酶调控机制的热点之一。例1、控制细胞分裂次数的“时钟”是位于染色体两端的一种特殊结构（端粒），它随着细胞分裂而变短。癌细胞中，存在延长染色体端粒的酶，正常人的生殖细胞中也有。据此你认为体细胞不能无限分裂的原因是(

)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发生突变

D．控制端粒酶合成的基因没有表达解析：考查细胞分裂和细胞分化。体细胞不能无限分裂，因为细胞中没有端粒酶，但正常人的生殖细胞中有，说明体细胞中存在控制端粒酶合成的基因，只是没有表达。故答案为D。例2、阅读、分析下列材料，并结合你所学的知识回答问题：细胞衰老是一种正常的生命现象。科学家提出的“端粒学说”阐述了细胞衰老的某些可能的机制。端粒是染色体末端的一种特殊结构，其DNA末端含有由简单的串联重复序列（如－TTAGGG－）组成的单链突出段，它们在细胞分裂时不能被完全复制，因而随分裂次数的增加而缩短，除非有端粒酶的存在。端粒酶由RNA和蛋白质组成，其RNA含有与端粒DNA重复序列互补的一个片段（如－AAUCCC－），是合成端粒DNA的模板；其蛋白质催化端粒DNA的合成，催化的一种机制如下图。研究表明：如果细胞中不存在端粒酶的活性，染色体将随每次分裂而变得越来越短，而且由于细胞的后代因必需基因的丢失，最终死亡。培养中少数变得长生不老的癌细胞表现出有活性的端粒酶和稳定长度的端粒。（1）下图中“聚合”过程需要

种脱氧核苷酸。端粒酶中，蛋白质成分的功能类似于

（酶）。(2)正常体细胞中没有端粒酶的活性，你认为新复制出的DNA与亲代DNA完全相同吗？

。体外培养正常成纤维细胞，细胞中的端粒长度与细胞增殖能力呈

关系。(3)从材料分析可知，正常体细胞不断走向衰老的生理学原因是

。(4)依据“端粒学说”，请提出一种可以抗肿瘤药物的作用机制。

。答案：（1）3

逆转录酶（2）不相同

正相关（3）端粒酶活性的丧失（4）抑制端粒酶基因的表达（或剔除端粒酶基因，或抑制端粒酶的活性）（只要合理即给2分）解析：本题需要学生根据提供的新材料，在理解新信息和基础上分析具体问题，结合已有的关于逆转录酶的功能、DNA复制的结果等已有知识，做出新的判断，得出与新材料相应的结论。（1）正常的情况下DNA聚合需要4种脱氧核苷酸，但题中显示是TAG三种碱基，所以图中聚合需要3种脱氧核苷酸。以RNA为模板合成DNA，所以端粒酶属于逆转录酶。（2）可根据题干中信息“研究表明：如果细胞中不存在端粒酶的活性，染色体将随每次分裂而变得越来越短，而且由于细胞的后代因必需基因的丢失，最终死亡。”判断新复制出的DNA与亲代DNA不相同。细胞中的端粒长度与细胞增殖能力呈正相关关系，而正常细胞的衰老就是因