◇◇新语丝(www.xys.org)(xys4.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇ 端粒究竟是怎么一回事？ ·方舟子· 今年诺贝尔生理学或医学奖授予了3名美国科学家，以表彰他们“发现端粒 和端粒酶是如何保护染色体的”，让一般公众第一次听说“端粒”这个术语。 这几天在网上搜索这个名词解释的人想必不少。虽然曾经有一位知名时评家 教育我们，现而今维基百科完全可以替代科普文章了，但是还是有资深科技记者 抱怨说，看了半天维基百科有关端粒的解释也没看懂。如果没有相应的生物学知 识，的确是不容易看懂的。于是国内报道纷纷以讹传讹说端粒酶“这种染色体的 自然脱落物将引发衰老和癌症”云云。 端粒酶并不是什么“染色体的自然脱落物”，三位获奖科学家的研究当初也 不是抱着揭开人类衰老和癌症之谜这么实际的动机，而是想要解决遗传学上的一 个难题，它涉及到细胞中的遗传信息是怎么被完整地复制下去的。 每个细胞中都有一整套遗传信息，它们是用一类叫做核苷酸的化学物质来编 写的。这样的核苷酸共有四种，分别简称A、T、G、C，这就是编写遗传信息的 “字母”，它们的排列组合就是遗传信息的编码。许许多多“字母”一个挨一个 互相连接，组成一条长长的链条，也就是我们经常听到的遗传物质DNA。 每个DNA分子实际上是两条链条绞在了一起。这两条链条并不是随随便便放一 块的，而是按照A配T，G配C的方式一一对应起来，也就是说，如果一条链上的某 个位置是A，那么在另一条链上的相应位置必然是T。如果已有了一条DNA链，就可 以根据配对的原则，用零散的“字母”合成另一条链，遗传信息就是这么复制下 去的。 组成DNA的“字母”是核苷酸。核苷酸的基本结构是一个5个碳原子组成的环， 环上连着碱基、磷酸基和羟基。它们各有用处：碱基决定了这个核苷酸是什么 “字母”，而磷酸基和羟基是连接各个核苷酸的桥梁。某个核苷酸的磷酸基和前 面核苷酸的羟基结合，一个个地串起来形成DNA链。这样，在这条链的一端，就 剩下一个磷酸基没有结合，根据磷酸基在碳环上的位置，我们把它叫做5'端；而在 链的另一端，则剩下一个羟基没有结合，我们把它叫做3'端。如果一条DNA链的 走向是5'端到3'端，那么和它配对的另一条链的走向就是3'端到5'端。 细胞分裂的时候，一分为二变成两个子细胞，原来的遗传信息也要复制一分 传给子细胞。这时，原先结合在一起的两条DNA链在中间分开，一边分开，一边各 以其中的一条旧链做为模板，按配对的原则合成新的DNA链，组成两个DNA分子。 这个过程需要一种叫做聚合酶的蛋白质来完成。聚合酶只能合成5'->3'方向的DNA， 而且前面必须已先有DNA或RNA（和DNA类似但不完全相同的物质）做为引物才能开 始合成。问题就来了。其中一条旧链的起点是3'，聚合酶用它做为模板合成一条 5'->3'的新链，可以一直合成下去。但是另一条旧链的起点是5'，聚合酶没法用 它做模板合成3'->5'方向的DNA。 怎么办呢？细胞解决这个问题的办法是在这条旧链的起点前面的某个地方 放一小段RNA做为引物，聚合酶就从这个引物开始合成一小段5'->3'的DNA，一直 合成到复制起点。然后在前面再放一段RNA引物，再合成一小段DNA……最后就出 现了许多小段的DNA，被许多RNA引物分隔开。然后，这些RNA引物被清除掉，由 另一种聚合酶填补上DNA，这样就形成了一条完整的DNA新链了。 这条DNA新链真的就完整了吗？并没有。聚合酶在填补引物留下的空缺时，前 面必须已有DNA在那里，它才能往上填。对那些在中间的空缺，这没有问题。但是 在最末端的那段空缺，前面没有DNA，它就填不了了。这样，DNA每复制一次，末 端就会丢失一截。 人体细胞的遗传信息分布在46条染色体上，一条染色体就是一条DNA双链。 细胞每分裂一次，染色体也复制一次，染色体末端就要丢失一截，相当于遗传 信息少了一小段文字。遗传信息的复制必须非常忠实，有时改变一个字母都会引起 突变导致大麻烦，何况每复制一次少一段文字呢？ 所以细胞必定有某种办法来保护染色体末端的信息不丢失。这个巧妙的办法 就是今年诺贝尔奖获得者发现的：在染色体末端有一长串不带遗传信息的DNA， 叫做端粒。这样染色体每次复制时丢失的是一小段端粒，不会影响到染色体携带的 遗传信息的完整性。 但是染色体每复制一次端粒就短一截，复制几十次后端粒就没了，这时如果 继续复制下去，遗传信息就要开始丢失了，细胞就会病变、死亡。所以一般细胞只 能分裂几十次就衰老、死亡，不能无限分裂下去。有一个学说认为细胞分裂次数有 限就是衰老的原因，而这是由于端粒越来越短导致的。 如果有办法修复端粒，是不是就能永葆青春了呢？今年诺贝尔奖获得者的 另一个发现是，在细胞中有一种叫端粒酶的蛋白质，能修复端粒。但是在一般的细 胞中端粒酶的活性非常低，起不到什么作用。不过有一类细胞的端粒酶活性倒是非 常强，因此它们可以无限地分裂下去，长生不老，那就是——癌细胞！ 所以如果我们想要长生不老而去增强端粒酶的活性，反而可能搞得到处长癌。 不过，我们可以根据癌细胞的这个特点，研制出针对端粒酶的疫苗，就有可能用来 预防、治疗癌症。现在就有一些这类药物在进行临床研究。这是当初意料不到的。 对端粒的研究，本来只是科学家们出于好奇，要解决遗传学的一个难题而已。 2009.10.12. （《中国青年报》2009.10.14.） (XYS20091014) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys4.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇