03 DNA複製

科目名稱：生物化學(一)

授課單元：DNA複製(DNA Replication)

(

p

)

Department of Nutrition and Health Science

Ching-Sheng Yeh Ph.D. Ching Sheng eh h. . E-mail：janson.yeh@msa.hinet.net Teachers’ Office: C533 Teachers’ Office: C533

課程大綱

課程大綱

DNA複製的特性

1

原核細胞DNA複製

2

原核細胞DNA複製

2

真核細胞DNA複製

33

一、DNA複製的特性

DNA複製的特性

• 細胞分裂過程中，生物遺傳訊息必須被忠 • 細胞分裂過程中，生物遺傳訊息必須被忠 實的複製兩套，才能分裂產生的兩個子細 胞依然具有完整的遺傳訊息，以確保子細 胞傳承母細胞的性狀與特徵。 1) 大腸桿菌環狀的基因體DNA在營養充足 時，約42分鐘就能複製一次，整條DNA 時 約42分鐘就能複製 次 整條DNA 含6,639,221 bp(約660萬)，總長度約1.4 mm 故每秒約合成1000 bp。 mm，故每秒約合成1000 bp。 2) 真核細胞有多條染色體，每條染色體皆有 一條雙股DNA，複製時以多個起始點同 時開始複製，以人類DNA而言，每秒約 合成100 bp，3×109_{bp約需要8小時。}

DNA

複製的步驟

DNA

複製的步驟

1)

兩股鬆開(解旋酶 h li

)

1)

兩股鬆開(解旋酶, helicases)。

2)

原有兩股為鑄模(template)。

3)

鹼基配對(base pairs)。

4)

DNA聚合酶催化。

4)

DNA聚合酶催化

複製的過程及方向

DNA複製的過程及方向

1

1.

雙向同步複製

雙向同步複製

• DNA複製開始的位置稱為複製起點(origin) 有時以ori表示 • DNA複製開始的位置稱為複製起點(origin)，有時以ori表示， 因起始點具有特殊的核苷酸序列，所以DNA的複製工作不 是在任何位置開始的。 • 每一個DNA複製起點的複製範圍稱為複製體(replicon)。 如大腸桿菌環狀基因體DNA只有一個ori 故此環狀DNA稱為一個複 如大腸桿菌環狀基因體DNA只有一個ori，故此環狀DNA稱為一個複 製體；大腸桿菌細胞中也有具有多個環狀質體DNA(plasmid DNA)， 各自含有自己的ori，故一個大腸桿菌細胞中可含有多個複製體。

複製起點有多個 分段同時

複製起點有多個，分段同時

→即可加速完成細菌染色體

複 過程

複製過程

原核和真核細胞的DNA複製模式

原核和真核細胞的DNA複製模式

雙向複製且能融合

2

半保留複製

2.

半保留複製

• 半保留複製(semiconservative replication)：一種雙鏈去核糖核酸(DNA)的半保留複製(semiconservative replication)： 種雙鏈去核糖核酸(DNA)的

複製模型，其中親代雙鏈分離後，每條單鏈均作為新鏈合成的模板。因此， 複製完成時將有兩個子代DNA分子 每個分子的核苷酸序列均與親代分子 複製完成時將有兩個子代DNA分子，每個分子的核苷酸序列均與親代分子 相同，是1953年華生(J. D. Watson)和克里克(F. H. C. Crick)在DNA雙螺旋 結構基礎上提出的假說，並在1958年得到半保留複製實驗證實。

半保留複製實驗

半保留複製實驗

• 1958年Meselson(梅爾森)和Stahl(史塔爾)利用氮標記技術在大腸桿菌中1958年Meselson(梅爾森)和Stahl(史塔爾)利用氮標記技術在大腸桿菌中 首次證實了DNA的半保留複製，他們將大腸桿菌放在含有15N標記的 NH₄Cl(氯化銨)培養基中繁殖了15代，使所有的大腸桿菌DNA被15_N所標 記，可以得到15_N-DNA。 • 然後將細菌轉移到含有14_N標記的NH 4Cl培養基中進行培養，在培養不同 代數時，收集細菌，裂解細胞，用氯化銫(CsCl)密度梯度離心法觀察DNA 代數時，收集細菌，裂解細胞，用氯化銫(CsCl)密度梯度離心法觀察DNA 所處的位置。由於15_{N-DNA的密度比普通DNA(}14_{N-DNA)的密度大，在氯}

化銫密度梯度離心(density gradient centrifugation)時，兩種密度不同的 DNA分布在不同的區帶。

DNA複製是半保留的形式

1) 在含有放射性15_N的培養

DNA複製是半保留的形式

1) 在含有放射性15_N的培養 基培養細菌 。 2) 接著移至含14_{N的培養基} 中，一次分裂後，發現只 中 次分裂後 發現只 15N和14N的DNA存在於培 養基 養基。 3)) 二次分裂後，DNA分子有 一半14N和15N，而另一半 是14_N和14_N。 是14_N和14_N。 因此，經過二次分裂後，半數的細菌具有N15和N14的DNA

3

複製起點(origin of replication)

3.

複製起點(origin of replication)

複製起點

具有特殊的核苷酸序

•

複製起點(origin of replication)具有特殊的核苷酸序

列 經常是由長度很短的序列重複並排而成；可被

列，經常是由長度很短的序列重複並排而成；可被

負責啟動DNA複製反應的複合體所辨識。

負責啟動DNA複製反應的複合體所辨識

大腸桿菌的DNA複製起點

大腸桿菌的DNA複製起點

大腸桿菌的基因體DNA上複製起點稱為Ori C 涵蓋約250 • 大腸桿菌的基因體DNA上複製起點稱為Ori C，涵蓋約250 bp，其中有3組含13 bp長度、富含AT的重複單元，稱為13-mers；隨後跟著4組9 bp長度的重複單元，稱為9-mers。

• 在DNA的複製過程中，會有各式各樣的蛋白質及核苷酸參 與，在DNA開始複製前，一些特殊的蛋白質會尋找到一個 叫作「複製起始點 的位置 叫作「複製起始點」的位置。 • 當複製開始時，雙股的DNA會如拉鏈般地打開，分開後的 • 當複製開始時，雙股的DNA會如拉鏈般地打開，分開後的 單股DNA會各自作為模板，因DNA具有方向性，故只會朝 某一個方向進行複製(5‘→3‘)。 • 參與DNA複製的 酵素包括有： 酵素包括有： 1) 解旋酶 2) 引子酶 3) DNA聚合酶 4) RNA聚合酶

4

遲緩股和領先股

4.

遲緩股和領先股

• DNA分 子 的 合 成 是 有 方 向 性 的 下 一 個 核 苷 三 磷 酸 • DNA分 子 的 合 成 是 有 方 向 性 的 ， 下 一 個 核 苷 三 磷 酸 (nucleotide triphosphate, NTP)一定以5’位置的三磷酸功能 基與上一個核苷酸的3’位置OH功能基反應，即由NTP的γ-酸 酸 酸 磷酸分子與合成中DNA的3’端核苷酸形成磷酸酯鍵，故合成 方向一定是5’→3’，但適用來複製DNA的模板股線是呈相反 方向 定是5 →3 但適用來複製DNA的模板股線是呈相反 的方向。 • 5’_→3’_{方向合成(以3’→5’方向合成(以} 為模版)能夠連續合成， 為連續性模式-先導性股 (Leading strand)。 (Leading strand)。 • 3’→5’方向合成(以5₍ ’_→3’ 為模版)以岡崎片段複製， 為不連續性模式-後遲性 股(Lagging strand)。 股(Lagging strand)。

DNA複製區的結構

DNA複製區的結構

5

引子

5.

引子

• 引 子 (primer) ： 是一小段單鏈DNA或RNA，作爲DNA複製 的起始點，存在於自然中生物的DNA複製(RNA引子)和聚合 酶鏈式反應(PCR)中人工合成的引子(通常爲DNA引子) 。 酶鏈式反應(PCR)中人工合成的引子(通常爲DNA引子) 負責合成DNA的酵素稱為DNA聚合酶(DNA polymerase)，簡稱DNA pol。 在DNA正式複製之前，皆經由特殊的RNA聚合酶(有別於轉錄時使用 在DNA正式複製之前，皆經由特殊的RNA聚合酶(有別於轉錄時使用 的RNA聚合酶)合成一小段RNA，這段RNA與模板3’端形成一小段雙 股核酸結構，引導DNA聚合酶進入DNA複製起點，啟動DNA的複製 反應。這一小段RNA稱為引子 。

•

合成引子的RNA聚合

酶 稱 為 引 子 酶

(primase)

。 引 子 酶 一

般以原DNA股線為模

般以原DNA股線為模

板，合成約10~30 nts

板，合成約10~30 nts

長度的RNA，末端的

長度的

末端的

3’-OH基提供DNA聚合

酶接合下一個核苷酸。

二、原核細胞DNA複製

二、原核細胞DNA複製

• 原核細胞中DNA需要一系列的因子參與，才能完成複製的 工作 工作。 • 原核細胞中DNA複製的基因通稱為dna基因，在大腸桿菌中 • 原核細胞中DNA複製的基因通稱為dna基因，在大腸桿菌中 有13個dna基因，有的參與DNA複製的啟始複合體，有的是 DNA聚合酶的次單元。

1

複製起始複合體及相關酵素

1. 複製起始複合體及相關酵素

原核細胞DNA的複製啟始複合體的組合步驟：

步驟

原核細胞DNA的複製啟始複合體的組合步驟：

• 步驟一： 1. DnA(dnaA基因產物)辨識出OriC 中的4個9-mer，於是在9-mer區 聚集約20-40個DnaA分子。 2. 導致其上游的3個13-mer區範圍 內的DNA雙股結構的熔解(雙股 內的DNA雙股結構的熔解(雙股 分開呈單股)，形成開放附合體 (open comple ) 此 作 用 需 要 (open complex)， 此 作 用 需 要 ATP水解以提供能量(用以解開 負向超纏繞結構 負向超纏繞結構)。

• 步驟二： 1. DnaC(dnaC基因產物)類似護送子的角色， 先與DnaB附合體會合，再引導DnaB至開 放附合體。  DnaB以六倍體存在，兩個DnaB六倍 體分別圈住一條分開的DNA股線，朝 欲複製的方向(即5’→3’)解開DNA雙股 螺旋結構。  DnaB的功能是解旋酶，也需要ATP水解以提 供能量 供能量。 2. 被解開的單股DNA需要單股DNA接合蛋白

(single strand binding protein SSB)協 _{(讓d DNA維持分開狀態)} (single-strand binding protein, SSB)協

助，以穩定彼此的結構，SSB成排附著在 單股DNA上，使DNA股線不會自我纏繞。 (讓ds DNA維持分開狀態) 單股DNA上 使DNA股線不會自我纏繞

•

步驟三：

1. DnaG(dnaG基因產物)是大腸桿菌的引子酶，DnaG附著 DnaB附合體上 形成解旋酶-引子酶附合體，穩定且活化 引子酶參照模板DNA的核苷酸序列互補原則 合成 小 引子酶參照模板DNA的核苷酸序列互補原則，合成一小 段DNA，提供DNA聚合酶合成DNA所需的3’-OH基。

2

原核細胞DNA聚合酶

2.原核細胞DNA聚合酶

•

大腸桿菌之DNA聚合

酶：

新合成之 鏈由 ’往 新合成之DNA鏈由5’往 3’方向被合成，即DNA 3方向被合成 即DNA 鏈之3’端羥基為親核基， DNA聚 合 酶 將 新 的 核 苷酸之5’ 磷酸根與3’ 苷酸之5 磷酸根與3 -羥基連結，形成新的磷 酸酯鍵。

大腸桿菌DNA聚合酶之特性

1) DNA聚合酶 I (DNA pol I)

1). DNA聚合酶 I (DNA pol I)

• DNA聚合酶 I (DNA polymerase I,

DNA pol I)這是1956年由Arthur Kornberg(阿瑟·科恩伯格)首先發現的 DNA聚合酶，又稱Kornber酶。 DNA聚合酶，又稱Kornber酶

• DNA pol I 由一條多peptide鏈組成， 約含1,000個氨基酸殘基(MW＝109 KD)) 。分子含有一個二硫鍵和一個-SH基。通過二個酶分子上的-SH基與 Hg2+_{結合産生二聚體 仍有活性 每} Hg2+_{結合産生二聚體，仍有活性。每} 個酶分子中含有一個Zn2+_，在DNA聚 合反應起著很重要的作用。

•

DNA聚合酶 I (DNA polymerase I DNA pol I )具有兩

•

DNA聚合酶 I (DNA polymerase I, DNA pol I )具有兩

種核酸外切酶的活性：

1)

)

5’→3’核酸外切酶(5’→3’ exonuclease)：位於N端。

(

)

2)

3’→5’核酸外切酶(3’→5’ exonuclease)：位於分

子中段。

核酸外切酶切點

核酸外切酶切點

單鏈缺口 切除修復示意圖 聚合酶 可經由 白酶切割成兩個片段 分別為 • DNA聚合酶 I 可經由蛋白酶切割成兩個片段，分別為36 KD 及67 KD。 及67 KD 67 KD稱 為 klenow 片 段 「 克 列 諾 片 段 」 (klenow fragment)，或稱克列諾酶(Klenow enzyme)，其保留了 核酸外切酶和 聚合酶活性 催化去除 引子 3’→5’核酸外切酶和DNA聚合酶活性(催化去除RNA引子 並填入DNA的作用)。 並填入DNA的作用) 主要功能是校正新合成的DNA。 若新加入錯誤的核苷酸，則新舊兩股的雙股螺旋結構 將無法維持，此時就由3’→5’核酸外切酶往回切除剛 合成的片段，再由DNA聚合酶活性重新合成DNA。 合成的片段，再由DNA聚合酶活性重新合成DNA

DNA聚合酶 I 5‘ 3’和3‘ 5'外切酶活性比較 DNA聚合酶 I 5‘→3’和3‘→5'外切酶活性比較 特性 5‘ → 3‘ 3‘ → 5‘ 受質末端 特異性不高：DNA或RNA中配對 非常特異：只識別D-核糖的3‘- 的或錯配的鹼基均可，5‘端帶有-OH或帶有一磷酸、二磷酸、三磷 酸 OH 酸 二級結構 雙股DNA的配對鹼基末端 單股或雙股DNA中不配對的末 端 産物 5‘-單核苷酸占80%，寡核苷酸20% 只有5‘-單核苷酸 內切酶作用 可切割從末端起8-100個核苷酸處 無 內切酶作用 可切割從末端起8 100個核苷酸處 的二酯鍵 無 聚合作用對其 活性的影響 可提高活性10倍，而且寡核苷酸産物增多 完全抑制 活性的影響 物增多 功能作用 缺口轉譯，切去DNA末端的RNA 引子 複製校正確度) (增加DNA複製之準 引子 確度)

2) DNA聚合酶 II (DNA pol II)

2). DNA聚合酶 II (DNA pol II)

•

1970年，德國科學家羅爾夫·克尼佩爾斯

(Rolf Knippers)發現DNA聚合酶 II (DNA Pol

II)，編碼基因稱為polB基因，基因產物為分

子量88 KD的多肽鏈，與DNA聚合酶 I 類似，

具有單股5’→3’方向合成新DNA股線的活性，

也 有

核酸外切酶的活性 故也 有校

也具有3’→5’核酸外切酶的活性，故也具有校

正功能

正功能。

•

DNA聚合酶 II (DNA Pol II)合成DNA的過程亦需要

SSB蛋白穩定單股DNA模版，也需要DNA聚合酶 III

的 次單元複合體及β次單元的協助

的γσ次單元複合體及β次單元的協助。



DNA聚合酶 II (DNA Pol II)合成DNA的活性不受



DNA聚合酶 II (DNA Pol II)合成DNA的活性不受

低離子(ionic strength)強度的影響。

低離子(ionic strength)強度的影響



DNA聚合酶 III (DNA Pol III)合成DNA的活性受低

DNA聚合酶 III (DNA Pol III)合成DNA的活性受低

離子(ionic strength)強度的影響，當低離子強度

降低時，會抑制DNA聚合酶 III 的活性。

3) DNA聚合酶 III (DNA pol III)

3). DNA聚合酶 III (DNA pol III)

• DNA聚合酶III (DNA pol III)是大腸桿菌催化基因體DNA複製反應的主要

酵素，於1971年由Gefter(格夫特)等人發現。

• DNA聚合酶 III 是由多個次單元組成的蛋白質具核體，總分子量600 KD 左右 全酵素(holoen me)所包含的次單元(如下所示)

大腸桿菌三種DNA聚合酶的特性

大腸桿菌三種DNA聚合酶的特性

功能 Pol I Pol II Pol III

功能 Pol I Pol II Pol III

5’ →3’聚合作用 + + + 外切酶活性3’ →5’ + + + 外切酶活性3 →5 外切酶活性5’ →3’ + - + 焦磷酸解作用和焦磷酸交換作用 + - + 焦磷酸解作用和焦磷酸交換作用 模版及引子的選擇 完整的DNA雙鏈 - - -帶引子的長單股DNA + - -帶缺口的雙股DNA + - -雙股而有間障的DNA + + + 一般性質 分子量 109 KD 120 KD >140KD 每細胞中的分子量 400 17-100 10-20

結構基因 polA polB polC

3 DNA複製反應

3. DNA複製反應

※解開雙股螺旋

•

DNA

複製時分開雙股DNA所遭遇的兩個問題：

•

DNA

複製時分開雙股DNA所遭遇的兩個問題：

1

如何連續的將DNA之雙股螺旋鬆開

1.

如何連續的將DNA之雙股螺旋鬆開。

如何保護

於核酸酶之

域

2.

如何保護暴露於核酸酶之單股DNA區域。

• DNADNA旋轉酶在DNA複製時所扮演之角色為在DNA鏈上形成旋轉酶在DNA複製時所扮演之角色為在DNA鏈上形成 一個缺口，造出一個旋轉點(swivel point)，此旋轉點在複製 叉(replication fork)之前端不斷的打開及封閉DNA鏈。 解旋酶 促進雙股鬆開 包含有 蛋白質 • 解旋酶(helicase)促進雙股鬆開，包含有：DnaB蛋白質、 rep蛋白質。 rep蛋白質 • 單股DNA結合蛋白(SSB蛋白)可保護單股DNA。 DNA旋轉酶(DNA gyrase)之催化作用

三、真核細胞DNA複製

三、真核細胞DNA複製

•

真核細胞的基因體在細胞核中，且呈線型DNA結構，

由於真核細胞的分裂較慢，且每一個細胞週期(cell

cycle)染色體(基因體)才複製一次，故在複製速度上

也不需要像細菌 樣快 伴隨著正確性也提高

也不需要像細菌一樣快，伴隨著正確性也提高。

真核細胞與原核細胞的DNA複製因子與反應程序

•

真核細胞與原核細胞的DNA複製因子與反應程序，

皆源於相同的原始DNA複製機制，且以類似方法解

皆源於相同的原始DNA複製機制，且以類似方法解

決遲緩股複製方向的問題。

決遲緩股複製方向的問題

真核細胞與原核細胞DNA複製因子的比較

真核細胞與原核細胞DNA複製因子的比較

(delta) (epsilon) (epsilon)

1

真核細胞DNA複製因子

1.

真核細胞DNA複製因子

• DNA複製的起點(酵母菌為自主性複製序列, autonomously replicationDNA複製的起點(酵母菌為自主性複製序列, autonomously replication sequence, ARS)在細胞週期G1期即接合由6個次單元組成的起點辨識複

合體(origin recognition complex，分子量約400 KD)，進入S期之前，關

鍵因子Cdc6(Cell Division Control Protein 6 Homolog)的加入，使Mcm 複合體 迷你染色體維持複合體 得以進入起點的位置 啟動 系列的 複合體(迷你染色體維持複合體)得以進入起點的位置，啟動一系列的 DNA複製反應。 DNA複製反應 Cdc6是一種半衰期很短(只有數分鐘)的的蛋白質，可確保每一個細胞 週期染色體只複製一次，故Cdc6-Mcm被稱為是DNA複製的執照因子 (licensing factor)。

 Mcm複 合 體 (minichromosomal maintain complex, Mcm

complex，迷你染色體維持複合體)具有解旋酶活性，能形成 一個複製叉(replication fork)，可容許後續的因子與酵素進個複製叉(replication fork)，可容許後續的因子與酵素進 入複製點。 Mcm10和Cdc45蛋白因子：引導DNA聚合酶α (DNA polymerase α, Pol α)與引子酶的複合體至複製起點，啟 動DNA複製反應。 動DNA複製反應。  複製蛋白A：是真核細胞的單股DNA接合蛋白(single-strand( g binding protein, SSB)，負責穩定暴露出來的單股DNA分子。

 增 殖 細 胞 核 抗 原 (replicating cell

l f t PCNA) 可在複製

nuclear factor, PCNA)：可在複製

因子C(replication factor C, RFC)的( p , ) 協助下，附著在準備複製DNA上， 擔任滑行鉗的角色，使DNA合成反 應 能 持 續 性 進 行 (processing 應 能 持 續 性 進 行 (processing replication)。

2

真核細胞DNA聚合酶

2.

真核細胞DNA聚合酶

• 真核細胞具有三種主要的聚合酶：

1) DNA聚合酶α (Pol α)( l h )：有4個次單元 包括具有DNA

1) DNA聚合酶α (Pol α)(alpha)：有4個次單元，包括具有DNA 合成酶活性的Pol 12 (79 KD)、Pol 1 (140 KD)以及具引子 酶活性的Pri 2 (58 KD)、Pri 1 (48 KD)。

2) DNA聚合酶δ (Pol δ)(delta)：有3個次單元，包括具有DNA合 成酶活性的Pol 3 (125 KD)、Pol 31 (55 KD)以及Pol 32 (40 成酶活性的Pol 3 (125 KD)、Pol 31 (55 KD)以及Pol 32 (40 KD)。

3) DNA聚合酶ε (Pol ε)(epsilon)：有4個次單元，包括Pol 2 (256 KD)、Dpb 2 (78 KD)、Dpb 3 (23 KD)、Dpb 4 (22 KD)。

真核細胞三種聚合酶的功能

真核細胞三種聚合酶的功能

真核細胞

聚合酶的生化特性

真核細胞DNA聚合酶的生化特性

(epsilon) (delta)

遲鍰股的複製

3.遲鍰股的複製

•

以哺乳動物細胞而言，岡崎片段長度在100~200

nts之間，整個基因體的複製大約需要合成超過十萬

nts之間 整個基因體的複製大約需要合成超過十萬

個岡崎片段。

個岡崎片段。

•

岡崎片段延伸到接觸前一個引子時即終止，接下來

的工作就是移除引子，並修補下來的缺口。

真核細胞DNA遲緩股的複製模式

真核細胞DNA遲緩股的複製模式

_•

_{缺 口 修 補 是 由 翼 片 核 酸 內 切 酶}

_{缺 口 修 補 是 由 翼 片 核 酸 內 切 酶 -1 (flap}

d

l

1 FEN1)及RN

H1完成

endonuclease 1, FEN1)及RNase H1完成，

翼片的產生主要由於P l δ

遇到引子之後

翼片的產生主要由於Pol δ

(delta)

遇到引子之後，

繼 續 向 前 合 成 DNA 取 代 不 穩 定 的 RNA

繼 續 向 前 合 成 DNA ， 取 代 不 穩 定 的

RNA-DNA雜合結構 以及少數前端的DNA DNA

DNA雜合結構，以及少數前端的DNA-DNA

片 段

導 致 RNA 引 子 懸 掛 的 翼 片

於 是

片 段 ， 導 致 RNA 引 子 懸 掛 的 翼 片 ， 於 是

RNase H1從RNA與DNA接合點附近產生切

RNase H1從RNA與DNA接合點附近產生切

點，FEN1再將翼片整段切除。

點，FEN1再將翼片整段切除

遲緩股複製反應的終止與RNA引子的移除

遲緩股複製反應的終止與RNA引子的移除

(翼片核酸內切酶-1 )

4

端粒與端粒酶

4.

端粒與端粒酶

• DNA的端粒(Telomeres)： 端粒存在於染色體的末梢 (開頭跟結尾) 。 端粒存在於染色體的末梢 (開頭跟結尾) 。 果蠅學家Hermann J. Muller命名 Telos(末端) + Meros (部分) 合併而成。 端粒的重要意義： • 端粒的重要意義： 末端染色粒。 避免染色體碰撞或融合。 具有 定特性的鹼基 具有一定特性的鹼基。 不能與其他端粒或染色粒融合。

顯微鏡下的染色體，染色體末端的粉紅色

點，就是端粒(telomeres)

參考資料：Telomeres and Telomerase: Their Implications in Human Health and Disease, iBioSeminars: Elizabeth Blackburn, June 2008.

端粒(t l

)

是真核細胞染色體的尾端 人類染

•

端粒(telomere)是真核細胞染色體的尾端，人類染

色體的端粒長度在4~14 Kb左右，端粒的結構非常特

色體的端粒長度在4~14 Kb左右，端粒的結構非常特

殊，呈現重複的核苷酸序列 (TTAGGG)n。

殊 呈現重複的核苷酸序列 (

GGG)

•

此外，端粒DNA的3’端還「懸掛」一段約100~200

nts長度的單股DNA，這段DNA富含guanidine(G)，

且呈現回捲的套環結構，稱為t-套環(t-loop)。

1)

保護DNA末端，免於受到核酸分解酶的攻擊而逐

漸分解。

防止染色體之

相融合 首 接合

2)

可防止染色體之間互相融合(首尾接合)。

端粒酶(telomerase)

端粒酶(telomerase)

端粒酶是典型的核糖核酸蛋白( ib

l

t i )

•

端粒酶是典型的核糖核酸蛋白(ribonucleoprotein)，

基本結構包括一條RNA(TER)及一個具有反轉錄酵

基本結構包括 條RNA(TER)及 個具有反轉錄酵

素活性的蛋白質次單元(TERT)。

(

)

1. RNA部分稱為TER ：一個整合RNA。 2. 反轉錄酵素部分稱為TERT ：是一種反轉錄酶，是一種 自身的 當作模板 創造出新的 可用自身的單股RNA當作模板，創造出新的單股DNA， 在脊椎動物中，新的DNA序列為5‘-TTAGGG-3’，其他 在脊椎動物中 新的DNA序列為5 TTAGGG 3 其他 動物種類則又不相同，這些重複的DNA序列就是新端粒 的DNA序列。

端粒如何被端粒酶活化機制

端粒如何被端粒酶活化機制

端粒 以鹼基互相排列 端粒 端粒DNA以鹼基互相排列 端粒酶 端粒酶 RNA模板 端粒酶是一種反轉錄酶 種由 白質和 是一種由蛋白質和RNA 構成的核糖核蛋白體 構成的核糖核蛋白體 • 在端粒酶延長3’-端後，可以藉由正常的 RNA引子啟動(priming)、利用DNA聚合(p g) 酶延伸和接合酶(ligase)相連，補入配對 股。端粒重複片段也可以保護染色體末 股 端粒重複片段也可以保護染色體末 端，以防被外切酶降解。 缺乏telomerase的真核細胞： 造成染色體長度變短 造成染色體長度變短

端粒酶與癌症

端粒酶與癌症