端粒究竟是怎麼一回事？
今年諾貝爾生理學或醫學獎授予了3名美國科學家，以表彰他們「發現端粒和端粒酶是如何保護染色體的」，讓一般公眾第一次聽說「端粒」這個術語。
這幾天在網上搜索這個名詞解釋的人想必不少。雖然曾經有一位知名時評家教育我們，現而今維基百科完全可以替代科普文章了，但是還是有資深的科技記者抱怨說，看了半天維基百科有關端粒的解釋也沒看懂。如果沒有相應的生物學知識，的確是不容易看懂的。於是國內報導紛紛以訛傳訛說端粒酶「這種染色體的自然脫落物將引發衰老和癌症」云云。
端粒酶並不是什麼「染色體的自然脫落物」，3位獲獎科學家的研究當初也不是抱著揭開人類衰老和癌症之謎這麼實際的動機，而是想要解決遺傳學上的一個難題。它涉及細胞中的遺傳信息是怎麼被完整地複製下去的。
每個細胞中都有一整套遺傳信息，它們是用一類叫做核苷酸的化學物質來編寫的。這樣的核苷酸共有四種，分別簡稱A、T、G、C，這就是編寫遺傳信息的「字母」，它們的排列組合就是遺傳信息的編碼。許許多多「字母」一個挨一個互相連接，組成一條長長的鏈條，也就是我們經常聽到的遺傳物質脫氧核糖核酸(簡稱 DNA)。每個DNA分子實際上是兩條鏈條絞在了一起。這兩條鏈條並不是隨隨便便放一塊的，而是按照A配T，G配C的方式一一對應起來，也就是說，如果一條鏈上的某個位置是A，那麼在另一條鏈上的相應位置必然是T。如果已有了一條DNA鏈，就可以根據配對的原則，用零散的「字母」合成另一條鏈，遺傳信息就是這麼複製下去的。
組成DNA的「字母」是核苷酸。核苷酸的基本結構是一個5個碳原子組成的環，環上連著鹼基、磷酸基和羥基。它們各有用處：鹼基決定了這個核苷酸是什麼「字母」，而磷酸基和羥基是連接各個核苷酸的橋梁。某個核苷酸的磷酸基和前面核苷酸的羥基結合，一個個地串起來形成DNA鏈。這樣，在這條鏈的一端，就剩下一個磷酸基沒有結合，根據磷酸基在碳環上的位置，我們把它叫做5＇端；而在鏈的另一端，則剩下一個羥基沒有結合，我們把它叫做3＇端。如果一條DNA鏈的走向是5＇端到3＇端，那麼和它配對的另一條鏈的走向就是3＇端到5＇端。
細胞繁殖的時候，一分為二變成兩個子細胞，原來的遺傳信息也要複製一份傳給子細胞。這時，原先結合在一起的兩條DNA鏈在中間分開，一邊分開，一邊各以其中的一條舊鏈作為模板合成新DNA鏈，按配對的原則合成新的DNA鏈，組成兩個DNA分子。這個過程需要一種叫做聚合酶的蛋白質來完成。聚合酶只能合成5＇3＇方向的DNA。問題就來了——其中一條舊鏈的起點是3＇，聚合酶用它作為模板合成一條5＇3＇的新鏈，可以一直合成下去，但是另一條舊鏈的起點是5＇，聚合酶沒法用它做模板合成3＇5＇方向的DNA。
怎麼辦呢？細胞解決這個問題的辦法是，在這條舊鏈的起點前面的某個地方放一小段核糖核酸(簡稱RNA，是一種和DNA類似但不完全相同的物質)作為引物，聚合酶就從這個引物開始合成一小段5＇3＇的DNA，一直合成到複製起點。然後在前面再放一段RNA引物，再合成一小段DNA……最後就出現了許多小段的DNA，被許多RNA引物分隔開。然後，這些RNA引物被清除掉，由另一種聚合酶填補上DNA，這樣就形成了一條完整的DNA新鏈了。
這條DNA新鏈真的就完整了嗎？並沒有。聚合酶在填補引物留下的空缺時，前面必須已有DNA在那裡，它才能往上填。對那些在中間的空缺，這沒有問題。但是在最末端的那段空缺，前面沒有DNA，它就填不了了。這樣，DNA每複製一次，末端就會丟失一截。
人體細胞的遺傳信息分布在46條染色體上，一條染色體就是一條DNA雙鏈。細胞每分裂一次，染色體也複製一次，染色體末端就要丟失一截，相當於遺傳信息少了一小段文字。遺傳信息的複製必須非常忠實，有時改變一個字母都會引起突變導致大麻煩，何況每複製一次少一段文字呢？
所以細胞必定有某種辦法來保護染色體末端的信息不丟失。這個巧妙的辦法就是今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，叫做端粒。這樣染色體每次複製時丟失的是一小段端粒，不會影響到染色體攜帶的遺傳信息的完整性。
但是染色體每複製一次端粒就短一截，複製幾十次後端粒就沒了，這時如果繼續複製下去，遺傳信息就要開始丟失了，細胞就會病變、死亡。所以一般細胞只能分裂幾十次就衰老、死亡，不能無限分裂下去。有一個學說認為細胞分裂次數有限就是衰老的原因，而這是由於端粒越來越短導致的。
如果有辦法修復端粒，是不是就能永葆青春了呢？今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。但是在一般的細胞中端粒酶的活性非常低，起不到什麼作用。不過有一類細胞的端粒酶活性倒是非常強，因此它們可以無限地分裂下去，長生不老，那就是——癌細胞！
所以如果我們想要長生不老而去增強端粒酶的活性，反而可能搞得到處長癌。不過，我們可以根據癌細胞的這個特點，研製出針對端粒酶的疫苗，就有可能用來預防、治療癌症。現在就有一些這類藥物在進行臨床研究。這是當初意料不到的。對端粒的研究，本來只是科學家們出於好奇，要解決遺傳學的一個難題而已。
□方舟子