端粒学说问题释疑

端粒学说问题释疑
人教2019版高中生物学必修一提到了“端粒学说”:
但对“端粒学说”的关键内容却未做进一步介绍,很多老师和同学有疑惑。
1.端粒概念有什么变化?
旧教材中关于“端粒”的概念为“每条染体的两端都有一段特殊序列的DNA",而新教材中的概念为“每条染体的两端都有一段特殊序列的DNA-蛋白质复合体”。显然,染体主要由DNA 和蛋白质组成,将端粒改为染体两端的"DNA-蛋白质复合体”更为严谨、科学,有利于建立科学概念。
2.端粒有什么功能?
端粒DNA通常是由富含鸟嘌呤脱氧核苷酸(G)的短串联重复序列组成。人的端粒DNA重复序列为TTAGGG,串联重复300~500
次,序列长度在2-20kb不等。哺乳动物的端粒DNA通常会通过双链折回,形成环状结构(D-T环),用于封闭染体的末端,没有游离的末端可以使染体免遭核酸酶降解,防止与其他染体片段发生融合,从而保持染体结构的完整性。可见,端粒是保护染体结构稳定的重要结构。但是,端粒DNA序
金铸成列在DNA每复制一次就会缩短一截,这样随着复制次数的增加,串联重复序列就会越来越短,最后使得染体上正常基因结构被破坏,从而导致细胞走向衰老,端粒也因此被称为“生命沙漏”或“生命时钟"。
3.端粒DNA序列在每次细胞分裂后为何会缩短?
“端粒学说”的关键内容是“端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截”,但新教材对该内容未做进一步阐释。对于该内容的理解,可以从DNA聚合酶的功能特点入手。
所有的DNA聚合酶都需要3’羟基端起始DNA合成。因此,在DNA复制的先导链和后随链开始DNA合成时,都需要引物来提供3’羟基。我们知道先导链是连续合成的,只需要一次引物起始,而后随链是不连续的,每个冈崎片段都需要引物起始,胞内DNA复制需要的引物是一段RNA片段,为DNA聚合酶提供延伸的3’羟基。一般真核生物是用DNA聚合酶α催化RNA引物的合成用于复制起始,然后用两种核酸酶FEN1和RNAseHI切除RNA引物,再用DNA 聚合酶δ或ε来填补这两个冈崎片段之间的缺口,最后用DNA 连接酶将两个冈崎片段连接起来。由于DNA聚合酶δ或ε都无
血清铁蛋白
法起始合成,所以无法填补子链5’末端RNA引物被去除之后留下的缺口,从而导致DNA复制一次,端粒DNA就避免不了缩短一截(图1)。
4.“端粒学说”为什么不适用于癌细胞?
“端粒学说”很好地解释了正常细胞走向衰老的原因,但学生很快发现其并不适用于癌细胞,癌细胞在正常情况下不会衰老与凋亡。癌细胞可以对端粒DNA进行填补与修复,而这依赖于端粒酶。学生对端粒酶的结构特性与作用机制产生了浓厚兴趣。
端粒酶延长端粒的机制,教师有必要进行正确的阐释,否则学生很容易进入思维误区,进行错误解读(图2)。迄今为止,只在生殖系细胞和部分干细胞里有端粒酶活性,所有体细胞中尚未发现端粒酶具有活性,但85%~90%的癌细胞端粒酶却能够进行特异性表达。端粒酶是一种由RNA和蛋白质组成的核糖核蛋白复合物,
以内源RNA为模板(人的端粒RNA约由450个核苷酸组成,其中,第47-52个核苷酸5'-UAACCC-3'序列是真正的模板,通过端粒酶内相关蛋白进行逆转录,将端粒DNA进行延伸,从而进一步将RNA 引物缺口进行填补与修复(图3)。教师进行端粒学说相关教学时,简单介绍端粒酶的结构特性与端粒延长机制,除了帮助学生构建完整的知识体系外,还有利于学生进一步形成“结构与功能观”的生命观念。
结合教材内容,学生对端粒学说的内容不难“知其然”,但对相关问题的理解更要注重“知其所以然”,从而构建正确和完整的知识体系。同时,在倡导学生核心素养培养的背景下,对端粒DNA序列复制后缩短一截的原因、端粒酶结构特性与端粒延长机制的介绍,有利于学生进一步形成“结构与功能观"的生命观念。
丙烯酸酯例、端粒酶由RNA和蛋白质组成,该酶能结合到端粒上,以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链.下列叙述正确的是()A.端粒酶中的蛋白质为RNA聚合酶
g革命B.大肠杆菌拟核的DNA中含有端粒
C.正常体细胞的端粒DNA随细胞分裂次数增加而变长
D.正常人细胞的每条染体两端都含有端粒DNA
控制变量法解析:本题考查了端粒的相关知识。
测针分析题意可知:端粒酶能结合到端粒子上,以自身的RNA为模板合成端粒子DNA的一条链,可见端粒酶是一种逆转录酶.端粒是真核生物染体末端的一种特殊结构,实质上是一重复序列,作用是保持染体的完整性.细胞分裂一次,由于DNA复制时的方向必须从5'方向到3'方向,DNA每次复制端粒就缩短一点,所以端粒其长度反映细胞复制潜能,被称作细胞寿命的“有丝分裂钟”.
A、根据试题分析可知:端粒酶中的蛋白质可能为逆转录酶,A 错误;
B、端粒是真核生物染体末端的一种特殊结构,大肠杆菌没有染体,没有端粒,B错误;
C、正常体细胞的端粒DNA随细胞分

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