端粒通常是由富含鳥嘌呤核苷酸(G)的短的串聯(lián)重復(fù)序列組成，伸展到染色體的3，端。一個(gè)基因組內(nèi)的所有端粒，即一個(gè)細(xì)胞里不同染色體的端粒都由相同的重復(fù)序列組成，但不同物種的染色體端粒的重復(fù)序列是各異的。哺乳動(dòng)物和其他脊椎動(dòng)物染色體端粒的重復(fù)序列中有一個(gè)TTAGGG保守序列，串聯(lián)重復(fù)序列的長(zhǎng)度在2 kb到20 kb之間。
端粒的重復(fù)序列不是在染色體DNA復(fù)制時(shí)連續(xù)合成的，而是由端粒酶(telomerase)合成后添加到染色體的末端。端粒酶最早是在四膜蟲(Tetrahymena)中發(fā)現(xiàn)的。1985年，Blackbaurn 和Greider發(fā)現(xiàn)人工合成四膜蟲端粒的DNA片段(TTGGGG)4，可被四膜蟲細(xì)胞抽提物中的一種活性物質(zhì)加長(zhǎng)，這種活性物質(zhì)對(duì)熱、蛋白酶K和RNA酶都敏感。端粒區(qū)內(nèi)的DNA重復(fù)序列的結(jié)構(gòu)是很特殊的，是一種單鏈斷開的結(jié)構(gòu)，可以不受DNA連接酶的作用。此外，最末端的一些堿基可能是“發(fā)夾”結(jié)構(gòu)，這樣就不會(huì)被核酸酶識(shí)別而免遭降解。
端粒酶將自身RNA模板合成的DNA重復(fù)序列加在后隨鏈親鏈的3’端，然后再以延長(zhǎng)了的親鏈為模板，由DNA聚合酶合成子鏈。即使如此，結(jié)果其末端同樣也是不完整的。換句話說，染色體每復(fù)制一次，也就是細(xì)胞每分裂一次，染色體的端粒重復(fù)序列就要丟失一些，長(zhǎng)度也就要縮短一些。
端粒重復(fù)序列的長(zhǎng)度可能起著一種分子鐘(molecularclock)的作用。不同年齡的人的體細(xì)胞的壽命明顯不同，其端粒的長(zhǎng)度也不相同。是隨著年齡的增長(zhǎng)而縮短。來自新生兒的體細(xì)胞可在體外傳代培養(yǎng)80—90代，來自70歲老人的體細(xì)胞在體外只能傳代培養(yǎng)20～30代，而且端粒的重復(fù)序列長(zhǎng)度也縮短很多。實(shí)驗(yàn)證明，體細(xì)胞里沒有端粒酶的活性，所以體細(xì)胞每分裂一次，端粒也就縮短一些。隨著細(xì)胞不斷地進(jìn)行分裂，端粒的長(zhǎng)度將越來越短，當(dāng)達(dá)到一個(gè)臨界長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞染色體會(huì)失去穩(wěn)定性，使細(xì)胞不能再進(jìn)行分裂而進(jìn)入凋亡(apoptosis)。端粒的長(zhǎng)度決定了細(xì)胞的壽命，因此可用丟失的端粒重復(fù)序列的長(zhǎng)度來推測(cè)細(xì)胞有絲分裂的次數(shù)，所以端粒被稱為分子鐘或有絲分裂鐘(mitotic clock)。
端粒除了與染色體的個(gè)體性和穩(wěn)定性密切相關(guān)外，還涉及到細(xì)胞的壽限、衰老和死亡，以及對(duì)腫瘤的發(fā)病和治療都有重大作用。生殖細(xì)胞不同于體細(xì)胞，人生殖細(xì)胞染色體的末端比體細(xì)胞染色體的末端長(zhǎng)出幾千個(gè)堿基對(duì)，這是因?yàn)樵谏臣?xì)胞里有端粒酶的活性，但包括干細(xì)胞(stemcell)在內(nèi)的所有體細(xì)胞里都未測(cè)得端粒酶的活性。惟一的例外是來源于體細(xì)胞的惡性腫瘤細(xì)胞卻又重新出現(xiàn)了端粒酶活性，發(fā)揮其合成端粒重復(fù)序列的功能，以補(bǔ)償正常的端粒序列丟失，使端粒的重復(fù)序列不會(huì)達(dá)到導(dǎo)致細(xì)胞死亡的臨界長(zhǎng)度，從而獲得細(xì)胞的“永生性”(immortality)。這樣，惡性腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)或體外都能無限制地分裂增殖。
端粒的重復(fù)序列不是在染色體DNA復(fù)制時(shí)連續(xù)合成的，而是由端粒酶(telomerase)合成后添加到染色體的末端。端粒酶最早是在四膜蟲(Tetrahymena)中發(fā)現(xiàn)的。1985年，Blackbaurn 和Greider發(fā)現(xiàn)人工合成四膜蟲端粒的DNA片段(TTGGGG)4，可被四膜蟲細(xì)胞抽提物中的一種活性物質(zhì)加長(zhǎng)，這種活性物質(zhì)對(duì)熱、蛋白酶K和RNA酶都敏感。端粒區(qū)內(nèi)的DNA重復(fù)序列的結(jié)構(gòu)是很特殊的，是一種單鏈斷開的結(jié)構(gòu)，可以不受DNA連接酶的作用。此外，最末端的一些堿基可能是“發(fā)夾”結(jié)構(gòu)，這樣就不會(huì)被核酸酶識(shí)別而免遭降解。
端粒酶將自身RNA模板合成的DNA重復(fù)序列加在后隨鏈親鏈的3’端，然后再以延長(zhǎng)了的親鏈為模板，由DNA聚合酶合成子鏈。即使如此，結(jié)果其末端同樣也是不完整的。換句話說，染色體每復(fù)制一次，也就是細(xì)胞每分裂一次，染色體的端粒重復(fù)序列就要丟失一些，長(zhǎng)度也就要縮短一些。
端粒重復(fù)序列的長(zhǎng)度可能起著一種分子鐘(molecularclock)的作用。不同年齡的人的體細(xì)胞的壽命明顯不同，其端粒的長(zhǎng)度也不相同。是隨著年齡的增長(zhǎng)而縮短。來自新生兒的體細(xì)胞可在體外傳代培養(yǎng)80—90代，來自70歲老人的體細(xì)胞在體外只能傳代培養(yǎng)20～30代，而且端粒的重復(fù)序列長(zhǎng)度也縮短很多。實(shí)驗(yàn)證明，體細(xì)胞里沒有端粒酶的活性，所以體細(xì)胞每分裂一次，端粒也就縮短一些。隨著細(xì)胞不斷地進(jìn)行分裂，端粒的長(zhǎng)度將越來越短，當(dāng)達(dá)到一個(gè)臨界長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞染色體會(huì)失去穩(wěn)定性，使細(xì)胞不能再進(jìn)行分裂而進(jìn)入凋亡(apoptosis)。端粒的長(zhǎng)度決定了細(xì)胞的壽命，因此可用丟失的端粒重復(fù)序列的長(zhǎng)度來推測(cè)細(xì)胞有絲分裂的次數(shù)，所以端粒被稱為分子鐘或有絲分裂鐘(mitotic clock)。
端粒除了與染色體的個(gè)體性和穩(wěn)定性密切相關(guān)外，還涉及到細(xì)胞的壽限、衰老和死亡，以及對(duì)腫瘤的發(fā)病和治療都有重大作用。生殖細(xì)胞不同于體細(xì)胞，人生殖細(xì)胞染色體的末端比體細(xì)胞染色體的末端長(zhǎng)出幾千個(gè)堿基對(duì)，這是因?yàn)樵谏臣?xì)胞里有端粒酶的活性，但包括干細(xì)胞(stemcell)在內(nèi)的所有體細(xì)胞里都未測(cè)得端粒酶的活性。惟一的例外是來源于體細(xì)胞的惡性腫瘤細(xì)胞卻又重新出現(xiàn)了端粒酶活性，發(fā)揮其合成端粒重復(fù)序列的功能，以補(bǔ)償正常的端粒序列丟失，使端粒的重復(fù)序列不會(huì)達(dá)到導(dǎo)致細(xì)胞死亡的臨界長(zhǎng)度，從而獲得細(xì)胞的“永生性”(immortality)。這樣，惡性腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)或體外都能無限制地分裂增殖。
