2009年，因為」發現端粒和端粒酶是如何保護染色體的「這一研究成果，Elizabeth Blackburn、Carol Greider以及Jack Szostak獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。也讓大眾第一次聽說了「端粒」這個辭彙。

那麼端粒是如何被發現的呢？這就要從DNA複製說起了~

DNA複製是什麼？

親代的DNA分子在解螺旋酶的作用下，從複製起點開始，雙鏈之間的氫鍵斷開，成為兩條單股的多核苷酸鏈。在DNA聚合酶的作用下，單核苷酸串聯成多聚核苷酸片段，再經過DNA連接酶的作用聚合成一條完整的DNA鏈。在DNA複製過程中，依據鹼基互補原則合成新的DNA鏈，由此合成的新鏈和舊鏈之間呈現互補關係，從而構成了一個完整的DNA雙鏈。因此，在複製完成後，兩條模板鏈就分別成為新鏈中的一條鏈，一般將這種複製方式稱為半保留複製。

簡單來說，就是一個DNA分子變成兩個DNA，這兩個DNA分子一模一樣。

細胞中的遺傳信息是怎麼被完整地複製下去的？

1、起始階段：DNA要複製前，首先要解開雙鏈，這一步由DNA解旋酶來完成，雙鏈之間的氫鍵斷開，成為兩條單股的多核苷酸鏈，兩條鏈是反向平行的，一條鏈的方向是5『-3』，另一條是3『-5』。

2、DNA片段的生成：接著DNA聚合酶開始幹活，但兩條DNA鏈複製過程其實並不對稱。因為DNA聚合酶有一個怪癖，它只能從DNA的5端開始向3端合成，並且前面必須要有DNA或者RNA為引物。其中一條舊鏈的起點是3， 那麼聚合酶用它做為模板合成一條5->3的新鏈，可以一直順著開始複製。

但是，另一條舊鏈的起點是5，如果也從起點合成DNA的話就會違反了從5端開始向3端合成的規律，所以DNA聚合酶在DNA模板的不同位置加入，其複製點前面會被加上一段RNA引物，然後在RNA引物的引發下向相反方向開始合成DNA小片段，採用此方法一直 重複合成，因此就形成了數以千計的DNA片段，並且被RNA引物分隔開，這些片段叫做岡崎片段。

3、RNA引物的替換：以滯後鏈為模板的新鏈上的RNA引物會被核酸外切酶剪貼下來，再被另一種聚合酶添上DNA。

4、DNA連接酶將DNA片段連接起來，形成完整的DNA分子，這樣就形成了一條完整的DNA新鏈。

那麼這條新鏈就完整嗎了？並不是這樣的，然而，由於聚合酶在添補RNA空出來的位置時，依舊需要前面有DNA，它才能往上填。這對於中間位置的空缺來說沒有問題，但是鏈條最末端卻沒有DNA，因此末端的空缺就無法添補。所以只要DNA每進行一次複製，DNA鏈末端就會丟失一小截。

但是，DNA所攜帶的遺傳信息對人體至關重要，如果這樣複製下去，那就會導致DNA鏈上存在的遺傳信息遭到丟失，從而導致無法維持機體的長期穩定。

端粒的發現

所以有沒有某種辦法來保護染色體末端的信息不丟失呢？這個巧妙的辦法就是2009年諾貝爾獎獲得者發現的：在染色體末端有一長串不帶遺傳信息的DNA序列，就是端粒。這樣染色體每次複製時丟失的是一小段端粒，並不會影響到染色體攜帶的遺傳信息的完整性，也就解決了複製過程中丟失遺傳信息的問題。

通俗點來講就是：我們的遺傳物質大都藏在細胞的染色體中，染色體就像一條長長的鞋帶，在鞋帶的兩頭，各有一段 「保護裝置」來確保細胞內的DNA以及遺傳信息能夠穩定完整的存在，這種保護裝置就是端粒。

在染色體進行複製時，每次丟失一小段這種末端DNA，這樣就不會對染色體所攜帶的遺傳信息造成丟失，解決了複製過程中丟失遺傳信息的問題。當端粒無法再縮短時，細胞就會因為無法分裂而死亡，端粒也因此被科學家們稱為「生命時鐘」。

因此，端粒的縮短被認為是細胞衰老的生物學標記。端粒的長度決定了細胞分裂的次數，控制著細胞衰老和死亡的過程，進而決定人的壽命長短。

那麼有什麼物質可以控制端粒長度，以此來增加細胞分裂次數呢？2009年諾貝爾獎獲得者的另一個發現是，在細胞中有一種叫端粒酶的蛋白質，能修復端粒，它可以在細胞內合成端粒DNA，維持端粒的長度，增加細胞的分裂次數，從而使細胞具有無限增殖的能力

然而遺憾的是，端粒酶在人體正常體細胞中活性卻很低，起不到什麼作用，但是在生殖細胞、幹細胞以及絕大多數癌細胞中，端粒酶的活性卻維持在較高的水平，從而保證了這些細胞具有無限增殖的潛力。而且在超過85%的癌症中，科學家都觀察到了端粒酶的活性增高。

讀完這篇文章，你是不是不禁有這樣的疑惑：如果延長端粒或者激活體細胞中的端粒酶是否可以達到延長壽命、永葆青春的目的呢？可是增強端粒酶的活性有沒有可能會搞得到處長癌呢？

在下一篇文章中，我們再來好好說說吧，持續關注喲，如果您有什麼不懂或不解的地方也可以在評論區留言，共同探討~

營養+為食品補充劑科普平台，成分黨聚集地，團隊成員均有醫學藥學背景，本文由復旦大學公共衛生學院碩士dyson整理。

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