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男友发来短信说:“诺贝尔被你们细胞学拿了,听着也不是啥重大突破啊……”

面对他对我一天16小时拼了小命也玩不转的学科赤裸裸的小视,我立刻精神抖擞地回复:“咋不重大?发现端粒可以和发现DNA结构相提并论,而且关系到我们是不是能一起变老。”为了不让他继续遭受鄙视,我得赶紧给他恶补一下。

爬在染色体的尽头——端粒

在细胞学家眼里,你和宋祖英一样美(套用崔永元语录)。

因为人都是由数以兆记的微小细胞组成,如果从你俩脸蛋儿上各取一颗细胞,不管看外皮还是内瓤,我敢保证没人能轻易分辨出它们的区别。现在你明白我们讨论的是什么量级的事儿了吧!

标准的细胞好像一个桃子,剖开桃子见桃核——“细胞核”;再剖之,里边塞满了几十条染色体,每条都是由一根很长的DNA链盘绕而成,这根链便记录了你所有的遗传信息(如果你不明白遗传信息如何记录,请想象“GAC”三个碱基代表“丑”,“ATC”代表“八”,“TGC”代表“怪”,你的DNA排出GACATCTGC,意思是你是“丑八怪”,以此类推)。细胞核里的染色体是可以通过显微镜观察到的(下图),经过特殊的染色,它们就显现成了图中那一根根蓝色的粗面条,注意,这不是卡通画,是货真价实的显微照片哦。你(或者宋祖英)的绝绝绝绝大多数细胞里都有23对这样的染色体粗面条……

打住!说了半天还没有扣题,“端粒”在哪儿呢?还是这张图,你一定无法忽视那一粒粒耀眼的黄色颗粒,很明显它们标记了染色体面条两个末端。它的本质和染色体一样,都是DNA序列,人们叫它Telomere,意思是染色体末端(telos)的部分(meros),中文翻译更是形象——“末端的颗粒”,简称“端粒”。

Telomere_image-prv

话说端粒这个概念早在七八十年前就诞生了,那时的人们观察到如果细胞核中的染色体失去了末端这一坨(knob),就好像没盖盖儿的胶棒,容易粘在一起,或者干脆折掉,然后细胞也遭殃了。至于端粒为什么能起到这种效果,不得而知。

此处快进五十年。诺贝尔奖得主Elisabeth Blackburn还是一名初出茅庐的助理教授,整天和一些名叫“四膜虫”的小生物打交道。四膜虫通体透明,一身只有一个细胞(和你自己比比,你一身有10^13—10^14个细胞!),一辈子的使命就是在水里不停地游来游去,边游边张着大嘴,把一路能吃的全扒拉到嘴里去(下图,是四膜虫在追吃可怜的大肠杆菌)。这位E.B.教授把可怜的四膜虫捣烂,取出染色体,把末端的碱基全破译出来(相当于上图黄色部分的DNA序列)。她发现这些末端只是TTGGGG这样一段序列的不断重复,却并不记录任何遗传信息。这难道就是“端粒”的全部秘密么?好奇怪啊!

Tetrahymena e coli

故事本可以就此打住,可是科学史上从来不乏幸运时刻——E.B.教授在开会的时候同另一位Jack Szostak教授插科打诨,J.S.教授哭诉说:“科学难做!酵母不听话,我把最喜爱的DNA塞给它们,结果不一会儿就被这些酵母给弄光了……”E.B.教授头脑风暴了一下:“咦?不如把我新发现的末端奇怪序列安在你最爱的DNA两端试试?”结果J.S.教授最喜爱的DNA在酵母中保住了,屡试不爽。

我们得到了什么结论?一条DNA两端的特殊重复序列——端粒,可以守护整条DNA!看,如果你早明白这个道理三十年,你也可以拿诺贝尔奖,真是失之交臂。

什么DNA啊,序列啊,如果上边这些复杂玩意儿你都没明白,那也不要紧!这么说吧,端粒之于染色体,好像鞋带两头儿的小塑料套和一根美丽鞋带的关系。如果没有小塑料套,由几股绳编起来的鞋带儿就要散架(下图);同理,如果没有端粒,你的染色体就劈叉儿、磨秃。你说这么重要的东西值不值一个诺贝尔奖?

shoelace-big

鞋带头上的塑料套必须非常牢固,染色体尽头的端粒也得制作精良。在许多低等的细胞中,端粒只是被一些蛋白抱住,好像染色体末端被胶粘起来;而在高等一点的生物中,端粒会折回,再固定一下(下图),好像DNA链的末梢给打了个活结。

clip_image008

有的端粒更牛,还编出复杂的三维“花样结”(见下图)。

300px-Parallel_telomere_quadruple

爬在端粒的尽头——端粒酶

前边提到的E.B.和J.S.都抱得诺奖归。别急,第三位Carol Greider也出场了,她做出重大发现的时候,还是E.B.的学生呢。

女子师徒二人档苦思冥想,细胞里究竟有什么神奇物质,可以给DNA的末端加上端粒?C.G.和她的老师一样,也把四膜虫捣烂了……只不过她要的不是DNA,而是“榨取液”。

C.G.向得到的榨取液里加了点DNA引子(术语叫“引物”),结果榨取液就自动在引子后边续了端粒。听起来简单?你先别撇嘴。这件事情的神奇之处在于,我们都知道细胞中DNA不是凭空合成,需要先有一个模板,再照样合成,而C.G.实验中的端粒,可是在只有引子、没加模板的情况下生出来的——发生这件奇事正是在1984年的圣诞节,上帝估计想让C.G.赶紧做完实验回家过节。(苍天啊~可怜的生物博士生!)师徒二人继而在细胞榨取液里确定了专门负责加端粒的蛋白,起名为“端粒酶”(Telomerase)。

让我们把虚无缥缈的DNA、蛋白付诸一幅图:下图中绿色的双股绳代表细胞核中的双链DNA,扯住DNA末端的小作坊是端粒酶,它的生产线上自带模板(屋檐下的黄色序列,在四膜虫中这段应该是AACCC),照着这段模板的样儿就给DNA末端反复不断地延长了几截(也就是E.B.早年在四膜虫中发现的TTGGG重复)。因为小作坊自带模板长度有限,没有花样,所以被加上去的端粒只好是短序列的反复重复了。

Telomerase_illustration

端粒酶不是倒霉的总被碾碎的四膜虫的专利,你的细胞核里也有。它们为你的染色体续上端粒,就保护了你的染色体,你的细胞,也就是整个的你。

“What’s my age again?”

相信许多人在开心网上都玩过“你的真实年龄是多少?”的小测试。人们总是希望游戏算出的“真实年龄”比他们的生物学年龄小。实际上,你再怎么装嫩,再怎么整容,生物学年龄也无法掩饰,它早就被端粒写进了你的每个细胞里!

最早发现这个秘密的人竟是一位对端粒听也没听说过的苏联生物学家Alexey Olovnikov,当然这不怪他,那时E.B.才本科毕业,C.G.才上小学,四膜虫还在水中畅游。在一个莫斯科郊外的晚上,A.O.教授在站台上等地铁,他看到乘客总是在列车中段上下车,而因为司机不够专业,地铁的末节车厢恨不得都藏在隧道里(不像北京,所有车厢的门都能对准地上贴的小箭头);如果车启动时末节车厢脱钩,前边准是嗖嗖跑掉,根本不会注意到车厢都丢了(如下图),这个地铁系统,真糟糕!走神不忘老本行,A.O.转念一想:没准细胞分裂就像每次列车停站;染色体末端不携带遗传信息,好像没有乘客的末节车厢,每次停站可以允许丢掉一点;可要是丢的次数多了,总有一天细胞会受不了的——好像把中间有乘客的车厢也给丢了。他提出一个特别有前瞻性的假说:有多少“末节车厢”可以丢,决定了车能停靠几次;而染色体有多长的末端可以丢,最终必然决定细胞能分裂多少次。有点悲观……从乐观的角度考虑,有一个可供丢失的末端,不正起到了保护染色体的作用么。

你看,学习了前边的内容,连你都能把列车停站的故事翻译成现代生物学语言——端粒的长短预示了细胞寿命。这就是为什么,细胞不能无休止地分裂下去,换句话说:你我一定会一起慢慢变老,这是无法逃脱的宿命。

clip_image014

当然,用丢掉末节车厢来说明衰老,这只是理论猜想。1986年,人们第一次获得了实验的间接论证:科学家发现,精细胞里的端粒比成人身体其他细胞的端粒都长,这说明和需要保持生机的细胞比起来,年老色衰的体细胞的端粒确实是变短了(Thank God…体细胞老就老吧,精细胞还要去制造下一代呢。By the way,想不想生下个真实版本杰明·巴顿?)。你没有忘记此前一年发现了端粒酶的C.G.吧,此时的科学家,“站在前人的肩膀上”,就得出理所应当的推测:在端粒长长的生殖细胞里,端粒酶必定非常活跃,这在后来被证明是真的。

继续努力!证明端粒长短和人的衰老相关的实验结果频频传来。下边这幅图总结了人细胞中染色体端粒长短随着年龄的变化趋势,很明显,平均来说,人年龄越大,端粒越短。实际上,今天的科学家已经能够通过测量端粒长短,来判断死得面目全非的人的岁数了。

端粒长度,正如你寿命“生物钟”的指针。

age_telomere_length

至于端粒特别短为什么和细胞衰老有关,如今列车丢车厢的故事只能用来自娱自乐,取而代之的是一些听起来毫无游戏精神的模型。一个说:如果染色体的端粒短到特别短,“关键短”(critically short),那细胞就会把这条染色体当作DNA损伤来处理,细胞想:“我的DNA都坏了,如果我复制我自己,人体主人不是就多了一个像我一样的坏细胞么。牺牲小我,我自杀!”然后它就不再增生,然后它死了。另一个模型说:端粒附近一带本来是鞋带头儿区域,是被禁锢住的,磨短了,只好向前多禁锢一点,前边本来是有用的区域,携带了遗传信息的,你把它禁锢住,细胞当然就不干了。

说到这里,你是不是在犯嘀咕:细胞里明明有端粒酶,为什么新生成一个精细胞,染色体的端粒就毫无差池地保持,而生成一个体细胞,端粒却会缩短?

不停延长端粒,你看你愿不愿意

人会衰老。老了就容易患上癌症。这些都不是巧合。

癌症的定义是“不受控制的细胞增殖”,它逐渐漫布你全身,最后将整个躯体蚕食。这些坏蛋!万物终有尽时,它们凭什么能无数次分裂增殖,无数次靠站停车呢?答案是,在这些细胞中,端粒酶特别努力工作,把端粒加得很长,为细胞分裂增殖提供了充足的丢失余地。如果你英语够好,可以细看下表,其中最右边一列数字所表示的是:在所检测的这种细胞中,拥有较高端粒酶活性的细胞所占的百分比。毫无疑问,端粒酶在卵巢和睾丸中一贯活跃;而在体细胞中几乎销声匿迹;请注意最后一行,在可怕的癌变区域中,70-100%的细胞中都有端粒酶活性。

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要补充说明的是,体细胞中也有例外,比如制造新血和新骨头的造血干细胞和成骨干细胞,遇到外敌被活化的淋巴细胞,长头发用的毛囊细胞,更换皮肤用的上皮细胞……它们都要日日更新,随时戒备,因此端粒酶也很活跃,端粒茁壮成长。

癌症同衰老相关,它的产生是因为人体错误的不断积累,人越老,错误积累得越多,也就越容易达到阈值,以致不可收拾;但癌症的性状却正好和自然的“衰老”相反。正因了这种奇妙的矛盾关系,现在许多人都看好这样一个特别乌托邦的假说:端粒随着细胞分裂次数的增多(人的不断成长)变得越来越短,很可能是生物演化出的一种预防癌症的机制——为了长生不老而冒得癌症的危险,不值得,宁可短点儿——而这种保守的防卫措施是要付出代价的,那就是细胞自己的衰老和死去。看,生物在这个时候显得很不贪婪嘛。

我们是不是能“一起”变老,都是“命”中注定么?

上边几千字,基本上都围绕在小小的细胞核里的小小的染色体末端转悠。看来变老是由遗传物质决定的喽?坏消息是:more or less,果真如此……

为了说明这个问题,科学家曾经跟踪了六千个欧洲富婆。假设这些女人的富有程度不分高下,看她们的寿命和父母分别有什么样的关系。只选下图的“父女寿命关系”为代表,可以看出,爸爸寿命在75岁以上的,女儿寿命同爸爸寿命成正比——明确的遗传作用。那么另一个极端呢?有些不幸的人,由于基因的原因,他们的细胞只能生产一半剂量的端粒酶,这些人很年轻就会衰竭而死。

father

等等,这似乎有悖常识——人的衰老程度当然和后天因素有关!想象你成天在井下挖煤苦大仇深,或者每天看海天一色多么怡然自得,那衰老程度能一样么?

事实果然正如你料(甚至有点Too good to be true…):最近这些年,若干实验室进行了若干统计,尽管其中有些的取样量并不能令人满意,不过趋势已经慢慢显现,比如:吸烟、肥胖、胆固醇高血脂高、心肺功能不好,甚至常吃成品肉的人(!),端粒较短;闲暇时光常常用来锻炼的人,端粒较长。

不光有生理因素,诺贝尔奖得主E.B.近年的研究发现:那些需要常年照顾重病儿,承受巨大心理压力的妈妈,端粒就短;另外,整天关注自己体重,并致力于节食的人(通常的结局是体重反而增加,同时心理压力极大),端粒也会缩短……

端粒啊,这么容易就动摇了你的长度,你难道是橡皮筋儿么?

然而,想想上边所有这些现象,一个最基本的问题仍然没有得到确凿的答案:端粒变短,究竟是衰老的指标(衰老顺便导致端粒变短),还是衰老的诱因(端粒在细胞分裂中不可避免的变短导致了衰老)。更添乱的是,虽然遗传病患者同时拥有端粒短和细胞衰老的症状;然而自然界中却有种奇怪的鸟,越老端粒越长,直到老死为止——这个事实无疑朝坚称“端粒短导致衰老”的人打了一个大嘴巴。

别说大自然中的衰老,就算在实验室中,科学家们成天嚷嚷着克隆克隆,他们甚至没法控制自己究竟能克隆出一个老头羊还是少儿牛。著名的多莉羊是只倒霉的克隆,她明明同万物生灵一样,由一颗胚胎发育而来,却有着出乎人们意料的短端粒;后来克隆的一只牛就幸运多了,人们用的原料明明来自一头老牛,却不知怎么激活了端粒酶,重塑出一只端粒长的年轻牛。(我知道你在琢磨什么。克隆人你就别想了!)

不过……

想想几十年前被人们当作非正常现象的末端重复序列,如今已成为细胞生物学乃至医学界的宠儿;你和我可以自豪地大笑:“当年人们竟然想不出染色体的后边为什么要拖着端粒!”

未来的人也会说:“哈哈,他们那帮21世纪初的人竟然不会人为缩短癌细胞的端粒,他们根本就不会控制癌细胞!”

希望有这么一天。

再扭头看看身边仍然挣扎在生活中的不幸的你,我能听到你寿命的生物钟“滴答”的声响。我很遗憾,这个诺贝尔奖对于从来不沾实验台的你来说,确实无法称得上“重大”。

不过,希望你心情愉快,在心情愉快的前提下努力生活,努力锻炼。就让我们那弱不禁风的端粒,一起慢慢缩短吧。

“My friends say I should act my age. What’s my age again? What’s my age again?”

By Blink-182. (有裸男……)

链接在此

Reference:

Szostak JW, Blackburn EH. Cloning yeast telomeres on linear plasmid vectors. Cell 1982; 29:245-255.

Greider CW, Blackburn EH. Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts. Cell 1985; 43:405-13.

Greider CW, Blackburn EH. A telomeric sequence in the RNA of Tetrahymena telomerase required for telomere repeat synthesis. Nature 1989; 337:331-7.

Ban N, Nissen P, Hansen J, Moore PB, Steitz TA. The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4 A resolution. Science 2000; 289: 905-20.

Hansen JL, Oppolito JA, Ban N, Nissen P, Moore PB, Steitz TA. The structures of four macrolide antibiotics bound to the large ribosomal subunit. Molecular Cell 2002; 10:117-28.

Yonath A, Leonard KR, Wittmann HG. A tunnel in the large ribosomal subunit revealed by three-dimensional image reconstruction. Science 1987; 236:813-16.

Makowski I, Frolow F, Saper MA, Shoham M, Wittmann HG, Yonath A. Single crystals of large ribosomal particles from Halobacterium marismortui diffract to 6 A. Journal of Molecular Biology 1987; 193:819-22.

Auerbach T, Bashan A, Harms J, Schluenzen F, Zarivach R, Bartels H, Agmon I, Kessler M, Pioletti M, Franceschi F, Yonath A. Current Drug Targets-Infectious Disorders 2002; 2:169-86.

文字编辑:拇姬

科学编辑:Odette

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108 Responses to “端粒,好好看住别丢了!”

  1. williamjen说道:

    坐上端粒的沙发

    • williamjen说道:

      那现在关于癌症的研究方向,是不是主要考虑缩短癌细胞的端粒? 要把癌细胞变成和体细胞一样,分裂几下就挂掉了...............

  2. williamjen说道:

    或者说,诱导癌细胞自杀的手段,又多了一种?就是告诉癌细胞假消息说端粒磨完了...........
    不好意思,把地板也占了。。

  3. 说道:

    楼上极其贪心。

  4. 林乔说道:

    呵呵,怎么说也要谢谢桔子,这样的文章正是自己一直期待看到的。
    (在论坛中有过发“牢骚”)
    写的流畅,易懂。让我这个外行的家伙开始体会到微观世界那种种的点滴微妙!!
    原来是这样子的~~

    • 温和蜕变说道:

      人家明明沾过试验台~~不过桔子增厉害呀,写得贼好玩~

  5. jazzy说道:

    非常优秀的科普文。十分感谢作者把自己熟悉的专业领域知识以通俗易懂的方式共享给大家。

  6. 沐右说道:

    赞桔子
    写的好详细好灵动啊

  7. 黑色南极洲说道:

    通俗易懂,图文并茂,

  8. Ent说道:

    赞那个鞋带的比喻……再一次证明哪怕科学内容都知道,还是可以学文学的……

  9. 绵羊c说道:

    实验室里的一种用来跟癌细胞做对照的"正常"细胞就是一种拥有超强端粒酶的细胞.官方说法:RPE--cells with "telomerease immortalized"

  10. 对月说道:

    我想问个问题,为什么Y染色体就比X染色体短了一节,根据进化论肯定是有利才会短一节,那为什么呢?

    • 桔子说道:

      这个不一定吧,首先,现在留下的,不一定都是最优的,而且在这里你没法比较长还是短是优,这是在比较完全不同的两个性别。关键是,就是这样的不同的两条染色体,X和Y,上边携带了不同的基因,它们的存在与否,决定了性别,仅此而已了。

    • Ent说道:

      ……实际上,Y短一截是因为没人和它配对,自己很难检查和修复自己不出错,错误累积下来就……X在雌性里还有个XX配对的机会,Y就没戏了。不得已之下,偶尔Y的局部会自己和自己配对,但是还是不够用。

      • aland说道:

        照你的思路就很好的解释了为什么女人的平均寿命比男人的平均寿命要长啊,呵呵

  11. Gluto说道:

    写得很好!谢谢了!

    细小comment“关键短”(critically short)=‘临界短’?

  12. 变态辣说道:

    那个鞋带的比喻真的非常精彩!

  13. 变态辣说道:

    鞋带的比喻相当棒!

  14. 孤竹牧狼人说道:

    相当相当赞~端粒......

  15. mysky说道:

    赶紧照了照镜子,原来我的端粒已经开始变短了啊。
    人越老,错误积累得越多,也就越容易达到阈值,以致不可收拾。如果能够像windows一样重启恢复就好了。

  16. 鸟袅说道:

    正在看这篇文的时候,知道了一个好朋友得了癌症。

    看完文章,我似乎看到一些些的希望。

    科学是伟大的,科学家们加油加油,快快找出治疗癌症的方法,让她年轻美丽的生命持续鲜活灿烂。

  17. siGn说道:

    好文章,好得好激动! 以前高中时学生物的,那时对生物学是相当的痴迷。

  18. meso说道:

    必须顶下这篇。喜欢这种文科生也能看懂的科普文章。那个鞋带的比方一下把我从迷雾中解救了出来。另外,what's my age 很好听也很好看啊,呵呵。

  19. g说道:

    有没有可能有两全的方法?

    • 桔子说道:

      既控制癌细胞又保持体细胞旺盛活力?
      现在是没有一种普适的方法,控制癌细胞的研究,都在强调“靶向治疗”,不管用的是什么思路来控制癌细胞。
      至于控制人的衰老,这个领域还处在相当初期,人才开始明白衰老和什么相关,是什么导致的,端粒也不是和衰老相关的唯一因素。另外提高端粒酶活性延长培养细胞寿命,目前只是在实验平皿中的水平,到人,到临床还差很远(不过此领域欣欣向荣~)。

  20. sasa说道:

    写的好好啊,连一个法学学生都看得很明白,很有意思!赞!

  21. fairy说道:

    如果说 能把癌细胞变成健康细胞 是不是有可能返老还童?

    • 桔子说道:

      我不知道是不是准确理解了你的意思。
      如果能让癌细胞恢复成正常细胞(控制了他们的疯长),就可以治疗癌症!大成果!想想许多上了年纪的人饱受癌症之苦,如果能控制癌症,自然解决了威胁寿命的一个难题,可以延长寿命。
      或许你的意思是,让健康细胞获得癌细胞的一些能力,一直有旺盛生命力。不过这是度的问题了,现在的科学还没法把细胞控制到想怎么着就怎么着的程度,宗旨常常是过犹不及。如果将来有这么一天,人能对自己的细胞进行精确的微调,估计许多疾病都能迎刃而解了。

  22. 人神之间说道:

    桔子的这篇文章,我不得不说,写得实在是太好了!!!既能达到科普的作用,又没有失去太多科学的准确性和严密性。这才是我理想中的松鼠会,太好了~~~

  23. 说道:

    通俗易懂,很喜欢:)

  24. sunny0302说道:

    叫好又叫座的桔子,As Always!

  25. 八错,很生动,看完文章我的断离长了好多

  26. maokk说道:

    写得好,读得不累人。看来我是越来越懒了。

  27. 说道:

    大师就是可以把复杂科学简单描述

    不少名词都见过,但这次印象比较深刻

  28. 暖暖说道:

    必须要表扬,必须要顶一个:)写得真好,好久没有看到这么生动的科普文章了。

  29. 小姬说道:

    此情书好高级!!~~~~我好喜欢!!!~~~~~~~~~~

  30. silymore说道:

    吸烟、肥胖、胆固醇高血脂高、心肺功能不好,甚至常吃成品肉的人(!),端粒较短;闲暇时光常常用来锻炼的人,端粒较长

    why?

    • 桔子说道:

      这种研究基本上还停留在统计现象的水平。先得得到一定的稳定可重复的规律,估计才好下手找机制吧。

  31. 八爪鱼说道:

    大伙儿都是沾小鹿同学的光,哈哈

    • lalunasun说道:

      如果我是男的我一定要把张撞鹿同志踢走~
      话说,这一条短信也不便宜吧?

  32. laplaceme说道:

    写得很好啊~
    一个问题:那个长度和年龄的图为什么只有65岁以后的而且波动很大?从图上看关系不很明显。拿这个判断年龄,误差搞不好有20年吧。

    • 在下一个图(也就是和父母寿命关系那幅)能反映出同样的问题,那就是:一定岁数之前,影响你是死是活的因素很多,比如意外死亡,事故,生活习惯不好……而到了一定岁数之后(因为如果生活健康,没有意外,很大一部分人都能活到那个时候),就能更好地反映出遗传的因素。还有一个原因是,端粒长短等变化,到了年龄大就能趋势更明显,前边也许没有很好的相关性,所以这种统计,比较集中在大岁数。
      至于上下波动,这个不能用眼睛看的,统计学的存在就是去除人感觉的误差,一切是统计结果说了算,你能不能相信它,是由可信度、置信区间决定的。

      • laplaceme说道:

        你的意思是说年轻的端粒长度都差不多,年老了才变短?还是说端粒长度跟寿命相关,而不是年龄相关?统计上相关是没问题,但用来估计年龄的话误差太大也意义不大啊。

  33. 阿塔说道:

    那个三维花样结的图里面,看起来不像是结尾,每个角都有枝杈的样子。
    这图怎么理解?

    • 恩。观察真仔细。这个“枝杈”的形容很好,我试试能不能把这个描述一下。
      DNA不是光秃秃的一条线,就像你说的,好像一根树枝上冒着好多小枝杈(这些小枝杈不用管,不影响DNA主干)。来看这幅图,最粗的那道蓝绳是DNA主干,只要看这个,它大致形成个四边形,从左下角出发,逆时针转,向右,向上,向左,再向下,就绕回来结尾了。想象你把一根带着小枝杈的树枝折成四边形,外边和中心都是细枝末节。
      如果再说深一点,DNA为什么会形成这个四边形呢?你仔细看它每条边,其实都有三个小枝杈伸向四边形的中心,这每一个小枝杈伸到中间的又分别是一个六边形连着个五边形,好像小枝杈上连着一堆小扇子,彼此平行地摆在中间(好像小姑娘们围成一圈跳扇子舞啊……)。平行的小扇子之间互相有吸引力,就把那个粗蓝绳盘成了个四边形。
      总结:就看粗蓝绳,就能看出头尾了……

      • lalunasun说道:

        这是几级结构?俺们生化刚讲完核苷酸。。。
        桔子我好爱你啊!!!!!!!

  34. PeterKang说道:

    写的非常好,赞一个!

  35. Hui JIN说道:

    才华横溢~~

  36. 红猪说道:

    好看!

  37. 蔓蔓说道:

    写得太好了~~~~我都不知道怎么说了!!

  38. me0000000000说道:

    文章基本没看懂,除了what`s my age again

  39. nico说道:

    一直以为生物医学不堪大用,其实,并非我所想的那么简单~

  40. sheldon.li说道:

    re,果然要努力锻炼!

  41. TOTORO说道:

    你好,看了你的文章很有收获。我上高三,本科希望学习生物。我想问你是生物专业的吗?谢谢。

  42. future冷泉港说道:

    桔子说的很有意思,我一看就忍不住看完了每个字,谢谢你的文章,让我更了解鞋带和鞋带头头。期待更多这样的文章啊,我也要尝试向你学习哦!

  43. 沉沉说道:

    写的真好。赞一个!~~

  44. Abyssx说道:

    边看文章边吃桔子……文章好看桔子好吃……

  45. 真旺财说道:

    超赞啊,沾你男友的光,我们也一同补了一课。

  46. 吸血鬼乌贼说道:

    人们总是说积劳成疾,是不是因为想得太多,促进了脑部的供血,促进了血液循环,促进了细胞的分裂和衰老,促进了端粒的变短,促进了生命的缩短?
    那患上癌症的人,是不是因为外界的刺激刺激了端粒酶的活性?

  47. 吸血鬼乌贼说道:

    很喜欢那些图片(特别是四膜虫追吃大肠杆菌),很喜欢你的比喻,很喜欢你让我们这些非专业的对诺贝尔奖望而生畏的人也理解了科学的价值~

  48. 大长杆君说道:

    “四膜虫在追吃可怜的大肠杆菌”
    真欺负人……下次吃火锅一定要点四膜虫,一定要吃回来!

  49. 小3说道:

    非常有意思,比我们老师讲的有意思多了
    非常喜欢,还有那么多思考的余地

  50. 白左说道:

    不错不错~谢谢桔子~~
    早就听说端粒,一直想详细了解,专业文献看着又头大。。

    ls很可爱。。

  51. 心飞翔说道:

    这样简单易懂的文章要多看看,对大家都有帮助的,顶。呵呵

  52. xuby说道:

    写的真好。
    赞一个。

  53. Echo说道:

    小桔:您好,看完之后,稍有些愚见,望不吝赐教
    1、关于端粒变短与衰老的关系。余以为,对于特定生物,应该都有它自己的一个端粒长度范围,超出这个范围,无论是变长或变短,都有可能与衰老有关,细胞就会把这个不正常值处理掉了。可能有些物种偏向于端粒变成而有的偏向于端粒变短,这都是在物种长期进化中出现分歧的,我们有时太偏于以人作为参考系了,而人只不过是这个星球上丰富多彩的物种中的一个。
    2、说到衰老,无论是程序性的还是非程序性的,当然非程序性因素会加快或减慢衰老,或者引发癌变,这都涉及基因自我调控机制,通过表达产物影响细胞中端粒酶的数量或活性,进而影响下一次细胞分裂合成染色体时端粒长短了,当然不仅是端粒酶,细胞中还有许多其它的调节因子,太精细了。
    3、关于癌症,细胞基因自我调控“走岔道”了,没有走向正常的衰老凋亡,而是继续翻译表达合成正常端粒的染色体。在想,影响细胞基因自我调控不走寻常路的因素太多,以平时预防癌症为主,要治疗癌症,可以考虑将人为变短端粒长度作为研究方向。若从端粒酶下手,也可能会影响正常的细胞活性,说到底,治疗癌症的方法理论上有很多,但大多都对正常组织有损伤。
    4、延缓衰老,涉及端粒,应该就是延长细胞端粒正常合成的时期。不过细胞最后终要走向衰亡或是癌变,这是细胞基因自我调控机制的作用了

    • 1、这一点Echo是在想那些海鸟的反例么?端粒合成得太长,这是消耗能量的行为,一般生物都不会做太多吃力不讨好的事;而从保护染色体这个用途来看,保持一定长度的端粒确实是有价值的。所以如果一个物种拼命合成端粒,或者放任端粒损耗不管,都是不好。不过没有定论。或许端粒长短只是一个不起决定作用的指标,而且端粒即使是衰老的原因,也肯定不是细胞衰老的唯一原因。
      2、同意。影响细胞寿命的原因是很复杂的。
      3、也同意。治疗癌症,不管用什么方法,定位治疗一直是难点。
      4、和上边倒是差不多的意思,细胞衰老这个过程有几个途径,你只控制了端粒这么一点,确实不能起到万能的决定性作用。可以想象哪怕端粒啊,蛋白表达合成啦,都特别正常,突然来了好多外界刺激,细胞同样也会死。所以其实不好说细胞要活到最后,究竟是什么因素让它死。说“基因自我调控”,也是一个相当广泛的名词,里边包含了很多内容。

  54. 海风说道:

    生动而不失知识含金量,人才啊

  55. Squall说道:

    那个鸟是什么鸟啊?

    • 都是海鸟,一种是白腰叉尾海燕,随着寿命增加端粒变长,文献在这里:http://www3.interscience.wiley.com/journal/118795069/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0
      另一种是小军舰鸟,40岁之后端粒的变短明显减慢,文献在这里:http://www.bioone.org/doi/abs/10.1642/0004-8038(2006)123[775:TSIALM]2.0.CO;2

  56. xianzhazhi说道:

    写的太帅了!向桔子学习!(心中窃喜:不久前才决定从临床转移至基础)实在太喜欢了…鼓掌!

  57. 夏天说道:

    也许端粒的变短也只是体现机体被控制的现象,找到控制端粒变长、变短的指令发布源头,才能解决衰老呀、癌症治疗什么的。
    其实有生有死才是符合这个世界的规律的吧,为什么要去改变呢?也许改变这一点,会带来的破坏力,远远大于人类智力、能力的控制范围,也许会是毁灭性的,也许就是潘多拉的魔盒。
    人类科学研究是不是应该研究一个不可研究的方向范围,避免我们走向灭亡。

  58. 青竹说道:

    一口气看完,似懂非懂之间,但知道了端粒的重要性。谢谢,桔子。能把繁复变简单也是艺术。

  59. spring说道:

    起立、鼓掌
    彷徨的人找到了光明。

  60. BillLiv说道:

    写得太好了,又学了一课。

  61. BillLiv说道:

    希望在将来能够通过控制端粒的长度来控制和治疗癌症

  62. veraz说道:

    就是需要这种讲解通俗易懂的科普文章!

  63. edward说道:

    第一次来哦~

  64. tiger1981说道:

    那你男友是什么专业呢?

  65. tiger1981说道:

    神经科学的复杂程度远远超过这些微观生物学,现在是你们的黄金时代,但你们的远远不是全部

  66. joesonw说道:

    好像电脑上面的网络协议 每条命令都有一条分隔符

  67. 说道:

    “四膜虫在追吃可怜的大肠杆菌”那张图太可爱了⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

  68. 不懂说道:

    我有个不明白的地方,需要解释。

    文中提到,精细胞的端粒长度很长。这说明,人体是有机制制造出长端丽的细胞的。为什么不能把周身所有细胞的端粒变长呢。就像制造精子那样

  69. Judy说道:

    赞一个!
    很喜欢!
    虽然从没接触过这门学科,
    可是从中学到了一些知识

  70. future冷泉港说道:

    我想问问桔子帮小帮主介意不,我将这篇文章,转帖到了其他的论坛,想让更多的人了解一下,同时也在给科学松鼠会宣传,希望不要反对哦

  71. FCperson说道:

    好文章,有水准。

  72. 天天说道:

    赞一个!!!

  73. [...] 可惜较大的衰老机制的作用仍然不甚清楚,只有一些猜想。譬如端粒,这是染色体末端的一个小结构,复制一次短一点,短到没有的时候细胞就玩完了,跟定时炸弹似的。(曾经很多人觉得只要把这炸弹引线掐了就能永生,现在发现没那么简单。端粒故事的详解,请见桔子的精彩文章 )因此,大多数体细胞都有一定寿命。但是癌细胞几乎都不吃这一套,它们突变之后有高活性端粒酶修复端粒,从而永生下去。端粒酶基因本来在体细胞是有的,但是除了少数需要不停分裂的组织之外,大都没多少活性,所以我们不得不怀疑,这个失活是不是抵抗癌症的一个机制,癌细胞必须突破它才能嚣张……当然,是牺牲了永生的可能性来抵抗。 [...]

  74. [...] 可惜较大的衰老机制的作用仍然不甚清楚,只有一些猜想。譬如端粒,这是染色体末端的一个小结构,复制一次短一点,短到没有的时候细胞就玩完了,跟定时炸弹似的。(曾经很多人觉得只要把这炸弹引线掐了就能永生,现在发现没那么简单。端粒故事的详解,请见桔子的精彩文章 )因此,大多数体细胞都有一定寿命。但是癌细胞几乎都不吃这一套,它们突变之后有高活性端粒酶修复端粒,从而永生下去。端粒酶基因本来在体细胞是有的,但是除了少数需要不停分裂的组织之外,大都没多少活性,所以我们不得不怀疑,这个失活是不是抵抗癌症的一个机制,癌细胞必须突破它才能嚣张……当然,是牺牲了永生的可能性来抵抗。 [...]

  75. [...] 可惜較大的衰老機制的作用仍然不甚清楚,只有一些猜想。譬如端粒,這是染色體末端的一個小結構,復制一次短一點,短到沒有的時候細胞就玩完了,跟定時炸彈似的。(曾經很多人覺得只要把這炸彈引線掐了就能永生,現在發現沒那么簡單。端粒故事的詳解,請見桔子的精彩文章 )因此,大多數體細胞都有一定壽命。但是癌細胞幾乎都不吃這一套,它們突變之后有高活性端粒酶修復端粒,從而永生下去。端粒酶基因本來在體細胞是有的,但是除了少數需要不停分裂的組織之外,大都沒多少活性,所以我們不得不懷疑,這個失活是不是抵抗癌癥的一個機制,癌細胞必須突破它才能囂張……當然,是犧牲了永生的可能性來抵抗。 [...]

  76. 暗黑破坏熊说道:

    为什么癌细胞的端粒酶会这么活跃?

  77. benjohnket说道:

    心肌细胞中的端粒也有这种现象么???

  78. 夏孝原说道:

    比喻的目的应该是帮助理解,实际上这里有很多比喻反倒对理解造成了很大的干扰。我想主调还是以平铺直叙为上策。
    科普科普,应该不是文风俏一点就是普及,我想条理清晰,深入浅出应该是重中之重。
    祝科学松鼠会越办越好

  79. 夏孝原说道:

    看来今晚我要耗在这个“端粒”上了。
    之所以对楼主的文章感兴趣是因为不久前我也读过方舟子的相关的文章,说实话,当时并没有看明白。原以为楼主的这篇文章会提供一些新的信息,可惜没有。反倒对楼主的这种“漫游”的写作方式相当不适应。
    今晚读完这篇后我又回过头仔仔细细,仔仔细细地把方舟子的那篇“端粒究竟是怎么一回事?”又读了五六遍,谢天谢地,总算弄明白了,我觉得最大的问题在于方舟子有两句话描述得很有问题,第一句:“这条旧链的起点前面的某个地方放一小段核糖核酸作为引物”,第二句:“然后在前面再放一段RNA引物,再合成一小段DNA”,这两句话所指的位置关系相当令人费解,这两句没整明白,通篇也就没法理解。当然,相对于本人,也许方舟子的文风更适于我阅读,信息量也更多一些。
    不过看完楼主这篇文章收获也有的,图文并茂,一眼就知道这个“端粒”在染色体的哪个地方了。

  80. 夏孝原说道:

    还有,我看到有些留言,很猛啊,哲学家们。其实细胞的衰老跟人体的衰老不是一回事,楼主应该明示的。

  81. 土人龙说道:

    文章简直太棒了!

  82. benhuan说道:

    究竟是原因还是结果,难道因为那种鸟就定下来了吗?

  83. water112232说道:

    我一直不明白的是既然可以用端粒酶长短来测试人的年龄。那所谓的爱运动的人,端粒酶长,压力大的人端粒酶短又是怎么回事?
    正如文中所说,端粒酶像牛皮筋一样,可以随意拉伸的话,人的年龄长短怎么用端粒酶来测试的?

  84. 依米说道:

    生动形象 很有趣~

  85. 耍家天堂成都说道:

    昨晚看了一篇文章,关于痣多的人端粒比常人长,所以痣多的人通常比常人年轻。以前虽然知道端粒,但不知其所以然,今天看了楼主的文章感觉自己对自己的身体又了解了好多,谢谢!!

  86. lcy说道:

    越老端粒越长的鸟是什么啊 求来源

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