端粒酶,它能決定細胞的分裂與人類的壽命,帶來青春永駐的希望!

2020-12-06 海哲鍋鍋

人體衰老的本質——細胞分裂

我們每個人的生命過程都是從受精卵開始到死亡結束的,人體在沒有任何不利因素影響下的自然壽命是120歲,中間有幼年、少年、青年、中年、老年這幾個階段,看上去也非常符合時間箭頭有序向無序發展的趨勢,但人體的衰老不是一句時間箭頭就可以讓人信服的,畢竟是關乎生死的大事。

人體衰老的特徵主要表現為機體細胞和構成物質的喪失,機體代謝率的減緩,機體和器官功能減退,其本質上還是細胞的衰老,染色體無法繼續複製,細胞無法再次分裂宣告結構崩塌。一個人一生中細胞的分裂次數為50-100次,考慮到每種細胞自身的壽命,人體細胞相當於每2.4年更新一代,每年你會老一歲,可每2.4年你真的會向衰老邁進一步。

端粒——控制染色體複製

細胞會分裂就會有損耗,很容易推斷出就是因為有損耗因此才會有分裂次數限制,可是其中損耗的物質是什麼呢?科學家在研究生物死亡時,發現了一種叫做端粒的存在於染色體頂端的物質,他就像帽子一樣蓋在染色體頂端,屬於一小段DNA-蛋白質複合體,它就是控制細胞分裂周期的主要物質

細胞線性DNA複製時末端會消失,這會使端粒變短,分裂一次,縮短一點,由於端粒變短,染色體也會慢慢變得不穩定,當細胞端粒縮至一定長度時,因為沒有物質能供給細胞分裂時產生的損耗,細胞停止分裂,處於靜止狀態,因此也有人稱端粒為正常細胞的「分裂鍾」。端粒的長短和穩定性決定了細胞壽命,保證了末端染色體的完整性,並且因為有端粒的存在,染色體之間無法親密接觸,這也很好的防止了染色體相互融合

舉個形象點的例子,這就好比我們的鞋帶,每一條鞋帶兩端都由塑料殼將鞋帶綑紮為圓柱體,這個塑料殼就是端粒,因為長期繫鞋帶,塑料殼也在不斷磨損,當其開裂到一定程度,裡面的鞋帶展開,你這鞋帶想要從鞋孔中穿過也就難上加難了,如果不想重新換一根鞋帶,我們就只能尋找修復這個帽子的方法。

端粒酶——在端粒複製時彌補損失

近代研究發現,細胞中存在一種酶,它的作用就是合成端粒,因此它也就有了自己的名字,端粒酶。這是一種核糖核蛋白,由RNA與蛋白質構成,它可以將端粒DNA加至染色體末端,彌補染色體複製時的端粒損耗,修復並延長端粒。也就是說,有了端粒酶,細胞就可以無限制的分裂下去,器官也就永遠不會衰老,人也就能獲得永久的生命!

但這也只是理論上能成功的事情,現實中有個很嚴重的問題導致端粒酶的活性並沒有那麼強,這就是細胞的多樣性。在人體中,只有那些必須不斷複製的細胞中才能探測到活性端粒酶的身影,當細胞分化成熟後,會慢慢變得「志同道不合」。人體功能的需要使它們留在了各個器官中,用以器官日常物質交換,在這些細胞中端粒酶的活性就會逐漸消失,對於這些細胞來說,它們生存的目標從分裂變成了維持器官運作

不過工作重心的轉移也就導致細胞的生命縮短,這就好比為家庭奔波的人們,重心是維持家庭運轉,而不是養生來延長自己的壽命,有得必有失。

惡性腫瘤內部端粒酶活性極強

自從人類發現了端粒與端粒酶,人們就一直在研究如何讓這些分化成熟的細胞再次擁有無限複製的能力,因為人類需要的不是一直癱在病床上永遠不會去世,而是要永駐青春可以做更多的事,在此過程中科學家的目標逐漸放在了腫瘤身上。我們知道癌細胞最可怕的地方就在於它的複製能力,短期內就可以侵佔你身體的各個角落,因為它體內擁有極高活性的端粒酶,快速彌補端粒的長度,使其能夠無限擴增,但這種超強度的端粒酶也僅存在於惡性腫瘤中。

1991年,Calvin Harley提出了端粒-端粒酶假說,其中認為細胞衰亡會經過兩個階段,第一致死期M1期與第二致死期M2期,當細胞中染色體端粒縮短到一定長度時,染色體會變得不穩定,細胞進入到M1期,此時細胞會退出分裂周期慢慢老化死亡,但如果此細胞已被病毒感染癌基因激活或者抑癌基因失活,細胞就會繞過M1期進入M2期,會再次分裂20-30次,端粒再次縮短,多數細胞會因端粒太短而死亡,但少數細胞中的端粒酶會被激活,逆境重生,並再次繞過M2期獲得永生

發現端粒酶的一種蛋白質

早年美國科學家傑裡·謝伊和伍德林·賴特在採集的包皮細胞中添加了某種基因,使細胞再次產生了端粒酶,奇蹟出現了,一般包皮細胞的分裂次數為60次,而這種產生了端粒酶的包皮細胞已經分裂了300次並毫無停止的意思,也沒有出現任何異常現象!在這之後他們的同事採用人體視網膜細胞做了相同的實驗,結果這些實驗細胞也可以像獲得永生一樣永久分裂,這也能夠說明端粒酶確實能在這些成熟細胞中起到本來的作用。

近年來科學家又發現了一種極似端粒酶的蛋白質,這為抗癌開闢了新的道路,並且如果能將端粒酶含有的所有蛋白質一一發現,細胞的無限分裂也就指日可待!

相關焦點

  • PNAS 促進癌症的端粒酶也能保護健康細胞
    2019年9月3日訊 /生物谷BIOON /——馬裡蘭大學和美國國立衛生研究院的新研究揭示了端粒酶的新作用。端粒酶在正常組織中唯一已知的作用是保護某些定期分裂的細胞,如胚胎細胞、精子細胞、成體幹細胞和免疫細胞。科學家們認為,端粒酶在所有其他細胞中都是關閉的,除了在惡性腫瘤中,端粒酶可以促進細胞無限分裂。
  • 人類能否實現真正的「永生」,端粒酶的發現,為人類帶來了希望
    ,比如說生物學,數學物理學等等人類從古到今全都嚮往長生不老,然而這種思想下,我們化學領域則漸漸向這個方面發展,不管是放在現代還是古代,人們都有一個非常好的思想,那就是永葆青春,但是科學發展到今,在這個領域上也沒有比較完美的進展,但是人類卻是發現了細胞衰老死亡的具體原因,科學研究發現,我們人體的細胞中有細胞核,細胞核之內有染色體,如果說細胞衰老的話,他的死亡原因是因為染色體,所以說科學家發現染色體的末端有一團特殊的物質
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    有幾個方式可以推測一個物種的大致壽命,主要可以用生長周期或者細胞分裂次數來推測平均壽命,而且這個數值還是可以參考的,不妨來了解下:生物學規律推算根據哺乳動物生長周期推測:一般哺乳動物的壽命,大約是生長周期的5-7倍,人類的生長周期大約在18-19年,所以壽命最高可達130歲左右,最低也能活到90歲以上,當然這個範圍有點大
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    ,可隨著細胞分裂而逐漸縮短。把端粒當作一件絨線衫袖口脫落的線段,絨線衫像是結構嚴密的DNA,排在線上的DNA決定人體性狀。它們決定人頭髮的直與曲,眼睛的藍與黑,人的高與矮等等,甚至性格的暴躁和溫和。科學家們在尋找導致細胞死亡的基因時,發現了一種叫端粒的存在於染色體頂端的物質。端粒本身沒有任何密碼功能,它就像一頂高帽子置於染色體頭上。
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    但請允許我在此先列舉一下人類社會及文明進步帶來的壽命的巨大變化,因為有些數據(預期壽命)實在有些讓現代人大跌眼鏡:舊石器時代:33歲新石器時代:20-33歲青銅和鐵器時代:26歲古典希臘時期:25-28歲古典羅馬時期:20-30歲中世紀的伊斯蘭世界:35歲以上
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  • 端粒酶在衰老過程中的有益作用
    在經典觀點中,端粒酶唯一的已知作用是保護正常組織中某些經常分裂的細胞,如胚胎細胞、精子細胞、成體幹細胞和免疫細胞,但在其他細胞中它們是被關閉的,除了在惡性腫瘤中,端粒酶可以促進細胞無限分裂。眾所周知,端粒酶是一種酶促核糖核蛋白複合物,可防止端粒縮短。當細胞大量分裂時,端粒酶在胚胎發育和幹細胞分化過程中起著關鍵作用。
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    近日來自美國德克薩斯大學西南醫學中心的癌症研究人員在新研究中解析了端粒酶的作用機制,研究結果表明細胞中的端粒酶可通過兩種不同的方式合成修復染色體上的端粒:這取決於細胞是否正常分裂
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    它的活性是人類健康的關鍵決定因素,影響著衰老、癌症以及幹細胞更新。但是由於缺乏端粒酶、尤其是結合著端粒DNA的端粒酶的原子模型,我們對端粒DNA反覆合成的機制並不是很清楚。為了解決這個問題,來自加州大學洛杉磯分校等單位的科學家們在Z.
  • 青春永駐?科學家用藥清除衰老細胞後小鼠壽命延長了36%
    衰老是一個完美的自然過程,但這並不意味著人類不會盡其所能來減緩衰老。近年來,研究衰老的研究人員對延緩衰老的想法很感興趣,他們想通過清除體內的衰老細胞來延緩衰老。下一階段的研究中,他對那些具有衰老細胞的小鼠使用達沙替尼,這是一種治療癌症的藥物,還有槲皮素,這是一種存在於水果和蔬菜中的類黃酮(如甘藍、紅洋蔥、花椰菜、紅茶和綠茶),它們可以起到消炎和抗氧化的作用,對抗可以導致組織老化的氧化損傷。這些藥物尤其具有吸引力,因為它們剝奪了衰老細胞的細胞保護,因此它們將會受到自身所分泌的能傷害其他細胞的化學物質的傷害。
  • 端粒酶——藏在身體裡的生命時鐘
    (端粒酶介紹視頻)隨著年齡的增加,細胞愈老,其端粒長度愈短;衰老細胞中的一些端粒丟失了大部分端粒重複序列。當細胞端粒的功能受損時,就出現衰老,而當端粒縮短至關鍵長度後,衰老加速,臨近死亡。端粒是存在於真核生物細胞線狀染色體末端的一小段DNA-蛋白質複合體,它與端粒結合蛋白一起構成了特殊的「帽子」結構,作用是保持染色體的完整性和控制細胞分裂周期。
  • 龍蝦的壽命近乎永恆,那麼人類能效仿龍蝦長生不老嗎?
    人類為什麼無法實現長生不老?看過西遊記的朋友都知道,大多神仙都有著長生不老的本領,而長生不老也是眾多妖精追求的終極目標,其實這個目標不僅是吸引著神話中的人物,包括現實中也有很多人希望長生不老,尤其是對於擁有財富的人就更加渴望,但是截止目前,人類的壽命是相當有限的,這到底是為什麼呢?
  • 有人說人類理論上能活1000歲,剩下的900多歲為何無故消失了?
    但是說實話目前來看這只是一個美好的幻想,雖然隨著科技水平的進步讓人類的生活水平提高,醫療技術的發展,讓我們面對病魔並非毫無還手之力。現在人類的平均壽命已經達到了七八十歲左右,當然一些落後、戰亂紛飛的國家,人均壽命還是不高。人類歷史上有據可查的氣功師李慶遠活到了256歲(1677年~1933年)。
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    因為正常的人類細胞大約每2.4年分裂一次,所以根據「海弗裡克極限」所計算出的結果就是,人類壽命的上限為144年。從表面上來看,促使人類衰老的原因很多,但從更深入的層次來看,真正的原因只有一個——基因。我們簡單舉個例子來說明,細胞染色體末端存在著一種名為「端粒」的DNA-蛋白質複合體,它可以有效地保護染色體的完整,細胞每分裂一次,這個「端粒」就會縮短一些,當「端粒」縮短到極限時,細胞就無法再分裂了。
  • 龍蝦的壽命近乎永恆,那麼人類能效仿龍蝦長生不老嗎?
    看過西遊記的朋友都知道,大多神仙都有著長生不老的本領,而長生不老也是眾多妖精追求的終極目標,其實這個目標不僅是吸引著神話中的人物,包括現實中也有很多人希望長生不老,尤其是對於擁有財富的人就更加渴望,但是截至目前,人類的壽命是相當有限的,這到底是為什麼呢?