細胞學(xué)第7講-核糖體和核酶.ppt

1,Chapter 7 Ribosome（核糖體） and Ribozyme（核酶）,7.1 Ribosome Structure(核糖體的結(jié)構(gòu)) 7.2 Ribosome Biogenesis (核糖體的生物發(fā)生) 7.3 Ribosome Function(核糖體的功能) 7.4 Ribozyme and Antisense RNA(核酶與反義RNA),2,核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu),3,核糖體是細胞內(nèi)一種核糖核蛋白顆粒(ribonucleoprotein(RNP) particle)，是細胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的細胞器。,7.1 Ribosome structure,核糖體的主要成分是核糖體RNA(rRNA)， 占60%，核糖體蛋白質(zhì)(r蛋白質(zhì))，占40%。,1,4,7.1.1 核糖體的類型,細胞有兩種主要類型的核糖體:,原核細胞的核糖體:,沉降系數(shù)為70S，分子量為2.5106，由50S和30S兩個亞基組成。,真核細胞(細胞質(zhì))的核糖體,沉降系數(shù)是80S，分子量為4.8106，由60S和40S兩個亞基組成。,2,5,各種來源的核糖體亞基組成,來源 完整核糖體 核糖體亞基 核糖體RNA 細胞質(zhì) 80S 60S(大亞基) 28S,5.8S,5S (真核生物) 40S(小亞基) 18S 細胞質(zhì) 70S 50S(大亞基) 23S,5S (原核生物) 30S(小亞基) 16S 線粒體 55-60S 45S(大亞基) 16S (哺乳動物) 35S(小亞基) 12S 線粒體 75S 53S(大亞基) 21S (酵母) 35S(小亞基) 14S 線粒體 78S 60S(大亞基) 26S,5S (高等植物) 45S(小亞基) 18S 葉綠體 70S 50S(大亞基) 23S,5S 30S(小亞基) 16S,6,核糖體的化學(xué)組成,7,7.2 Ribosome Biogenesis(核糖體的生物發(fā)生 ),在細胞內(nèi),核糖體是自我裝配的。 核糖體的生物發(fā)生包括蛋白質(zhì)和rRNA的合成、核糖體亞基的組裝。,8,7.2.1 核糖體rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工,7.2.1.1 真核生物核糖體rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工 7.2.1.2 原核生物核糖體rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工,9,7.2.1.1 真核生物18S、5.8S和28S rRNA基因的轉(zhuǎn)錄和加工,組織: 18S、5.8S和28S rRNA基因為一組串聯(lián)在 一起。對人來說，分布在13，14，15，21 和22號染色體上； 5S的rRNA基因則位于另一條染色體上。,3,10,轉(zhuǎn)錄 45S前RNA轉(zhuǎn)錄體； 不同種的生物，pre-rRNA的長度范圍在34S45S之間； 在轉(zhuǎn)錄單位中除了三個rRNA基因外，還包括一些間隔區(qū)。,11,rRNA的前體轉(zhuǎn)錄物,12,前體rRNA的修飾與加工：,甲基化修飾：甲基化的主要部位在核糖 2碳的 羥基上。,45S的前體rRNA在核酶的作用下，加工出成熟 的18S、5.8S和28S rRNA；,13,45SrRNA前體的加工,snoRNAs(核酶),14,真核生物中， 18S、5.8S和28S rRNA的基因在 核仁內(nèi)串連在一起轉(zhuǎn)錄，而5S rRNA 的基因在 核仁外轉(zhuǎn)錄。 某些生物3 端通常有多余的核苷酸，在加工時 被切除。, 5S rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工,15,原核生物rRNA基因轉(zhuǎn)錄 細菌的16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位，在染色體上的排列順序是16S-23S-5S。,7.2.1.2 原核生物核糖體rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工,16,原核生物rRNA前體的加工,17,原核生物rRNA前體的加工,18,7.2.2 核糖體的裝配,原核生物核糖體的裝配 小亞基的rRNA和蛋白質(zhì)的裝配關(guān)系: r蛋白質(zhì)和rRNA在大小亞基中均有一定的空間排布。,19,核糖體在組裝過程中，某些蛋白質(zhì)必須首先 結(jié)合到rRNA上，其他蛋白才能組裝上去即表現(xiàn) 出先后層次。根據(jù)同rRNA結(jié)合的順序，將核糖體 蛋白分為兩種: 初級結(jié)合蛋白(primary binding protein) 這些蛋白質(zhì)直接同rRNA結(jié)合， 次級結(jié)合蛋白(secondary binding protein) 這些蛋白質(zhì)不直接同rRNA結(jié)合, 而是同初級 結(jié)合蛋白結(jié)合。,20,原核細胞核糖體結(jié)合蛋白,21,真核生物核糖體裝配模型,80S前體顆粒形成,45S rRNA+5S rRNA+蛋白質(zhì) 45S rRNA 41S rRNA,大小亞基前體形成:,大:32S rRNA和5S rRNA 小:20S的前體rRNA；,小亞基成熟與運送:, 20S rRNA18S rRNA,大亞基成熟與運送, 32S rRNA28S rRNA+5.8S rRNA,22,人細胞核糖體的合成與裝配,23,7.3 核糖體的功能,核糖體的功能位點 蛋白質(zhì)合成的基本過程,24,核糖體的功能位點,25,核糖體的功能位點,A位點：氨酰tRNA 位點（Aminoacyl-tRNA site）,P位點：肽酰tRNA 位點（Peptidyl-tRNA site）,E位點（Exit site）：脫氨酰tRNA離開核糖體時的臨時停留點,大亞基：,小亞基： 與mRNA結(jié)合位點,26,真核生物mRNA的5 端有帽子結(jié)構(gòu)，核糖體小亞基通過識別帽子結(jié)構(gòu)和mRNA結(jié)合。,原核生物mRNA起始密碼子AUG的上游5-10個堿基處有一段富含嘌呤的序列，稱為SD序列(Shine-Dalgarno sequence)。小亞基通過識別SD序列而與mRNA結(jié)合。,小亞基與mRNA的結(jié)合,27,Shine-Dalgarno sequence,28,蛋白質(zhì)合成的基本過程,蛋白質(zhì)合成起始 多肽鏈的延伸 蛋白質(zhì)合成終止,29,蛋白質(zhì)合成起始,30,真核細胞：小亞基通過識別5端甲基化帽子結(jié)構(gòu)與mRNA結(jié)合，并且滑動到含有AUG的典型識別序列5-CCACCAUGC-3, 此過程有10個起始因子eIF參與，其中eIF4同mRNA 5帽子結(jié)合。,小亞基與mRNA的結(jié)合,原核細胞：小亞基通過識別SD序列與mRNA結(jié)合，此過程有起始因子IF1、IF3幫助識別。,31,第一個氨酰tRNA進入核糖體的P位點,原核生物： 攜帶甲酰甲硫氨酸的tRNA通過反密碼子與mRNA中的AUG的識別進入核糖體。起始tRNA與GTP、IF2結(jié)合形成GTP-IF2-tRNAfmet復(fù)合物，復(fù)合物與mRNA的AUG結(jié)合后，結(jié)合小亞基的IF3釋放。,32,完整復(fù)合物的裝配,起始tRNA與AUG結(jié)合后，大亞基與GTP-IF2-tRNAfmet復(fù)合物結(jié)合，形成核糖體-mRNA起始復(fù)合物。 此過程伴隨GTP水解、IF1和IF2的釋放。,33,多肽鏈的延伸和終止,3,34,多肽鏈的延伸,氨酰tRNA進入A位 肽鍵形成肽酰轉(zhuǎn)移酶 轉(zhuǎn)位核糖體沿著mRNA 5 3方向 移動三個核苷酸 脫氨酰tRNA的釋放,3,35,蛋白質(zhì)合成終止,終止密碼子：UAA、UAG、UGA 任何一個終止密碼子進入A位點都會終止 蛋白質(zhì)的合成。,36,多聚核糖體,37,7.4 Ribozyme and Antisense RNA,核酶（ribozyme） 反義RNA（Antisense RNA）,38,大小:100300 bases 由RNA聚合酶或RNA聚合酶所合成 某些像mRNA一樣可被加帽 類別:scRNA snRNA,7.4.1 真核細胞中的小分子RNA( small RNA),39,scRNA(small cytoplasmic RNA): snRNA(small nuclear RNA)：,snRNPs(small nuclear ribonucleoproteins)顆粒； snRNPs分類: 由于snRNA富含尿嘧啶核苷，分類時把它分為 U1、U2、等。,40,7.4.2 Antisense RNA,反義RNA：指與mRNA互補結(jié)合，抑制該mRNA翻譯的RNA分子，也包括與其他RNA互補的RNA分子。 反義RNA分類 I類 直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或編碼區(qū); 類: 與mRNA的SD序列的上游非編碼區(qū)結(jié)合,從而抑制靶mRNA的翻譯； III類: 可直接抑制mRNA的轉(zhuǎn)錄,41,7.4.3 核酶(ribozyme),具有催化活性的RNA，其化學(xué)本質(zhì)是核糖核酸（RNA）。其功能很多，有的能切割RNA，有的能切割DNA，有些具有RNA連接酶、磷酸酶等活性； 與蛋白質(zhì)酶相比，核酶的催化效率較低，是一種較為原始的催化酶。,42,核酶的作用,43,核酶的發(fā)現(xiàn) 1980s Thomas Cech等 研究四膜蟲的26S rRNA前體加工 發(fā)現(xiàn):26S rRNA前體可進行自剪接 (self- splicing) 幾個基本概念 間隔區(qū)(spacer)：基因間的序列 內(nèi)含子(intron):基因內(nèi)的序列 外顯子(exon)：最后出現(xiàn)在成熟RNA中的序列,44,rRNA前體的自剪接,45,50S核糖體中23S rRNA核酶活性,肽酰轉(zhuǎn)移酶(peptidyl transferase)的化學(xué)本質(zhì) 是一種RNA 發(fā)現(xiàn)者: Harry Noller等，1992年 實驗過程: 用蛋白酶K、SDS、苯酚等破壞50S亞基核糖 體蛋白質(zhì):仍然有肽鍵生成 破壞rRNA 核酸酶處理50S亞基核糖體:無肽鍵生成