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探索2009诺贝尔奖解读

作者：史军叶安平

  生理学或医学奖：基因保卫者

  作为DNA包装载体的染色体是我们身体的蓝图，承载了所有建造生命体的信息。不过，科学家在研究中发现，这张“蓝图”上的有些“词句”（DNA序列）就像“垃圾信息”，它们既不能编码蛋白质的合成，也不是掌控合成起始或结束的“开关”。染色体的端粒看起来就像是这样的序列构成的。这类DNA序列位于染色体DNA末端，以6个碱基（TTAGGG）为一个单元重复数次。由于这段序列没有像染色体上的其他DNA序列那样缠绕在组蛋白上，所以在用染料给染色体染色的时候，会被着上很深的颜色，在整个染色体上分外醒目。因为它们身处染色体顶端，因而得名“端粒”。至于作用，端粒的发现者缪勒（Muller）猜测，这个特殊结构可能是用于防止染色体间互相融合，至于详细作用过程一直是个谜。
  染色体不仅要指导其他蛋白质的合成，同时，这张蓝图也需要被不断地拷贝，分配到新的细胞中去。这时，问题就出现了。在合成新的DNA链的时候，需要有一个起始物先与原有的DNA模板结合，接下来后续的核苷酸才能接在这个起始物后面，并且按照和相应碱基配对的原则，形成新的DNA链，如同两条拉链一样与模板结合在一起。而这个起始物（引物）就像拉锁最先端的那个扣，不过在生物体内这个引导DNA合成的“扣”并不是DNA，而是一小段RNA序列，这段序列会在DNA新链合成后被切除。也就是说，与最初的DNA模板相比，新合成的链就短了这节由RNA替代的序列。
  更要命的是，DNA是有方向性的，DNA聚合酶是个直性子，在模板链上只会向一个方向移动（从5’端到3’端）复制新链，而不能左右兼顾。如果，被RNA替代的序列出现在DNA模板的中段，从其上游向下进行合成工作的DNA聚合酶会补充这些缺失部位。但是如果这种缺失发生在最先端的话，那DNA聚合酶就无能为力了。这么看来，新复制出的DNA必将越来越短，最终必然会导致重要基因失去活性，其中，处境最危险还是位于DNA末端的“端粒”。不过，也正是因为它们大无畏的牺牲精神才换来了DNA和染色体完整的结构和功能。这种保护功能，最终在杰克·绍斯塔克（Jack Szostak）“使用线性质粒和端粒构建人工染色体不会被降解”的工作中，得以证明。
  不过，端粒的长度毕竟是有限的，在复制过程中会不断缺失，最终影响DNA的正常功能。特别是对于一些分裂频繁的细胞（如血细胞），这种影响更大，那么这些细胞是如何避免问题产生的呢？在后来的观察中发现，这些细胞的端粒在缩短到一定程度后，会重新恢复长度，那么又是哪个神奇的“裁缝”在做这项“修补工作”呢？

  　……

  （更多精彩图片及完整内容请阅览《科学世界》2009年11月号）

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