核糖體細(xì)胞生物學(xué)

1、第第 二二 節(jié)節(jié)核核 糖糖 體體（ribosome）Protein-synthesizing machines一、核糖體的化學(xué)組成一、核糖體的化學(xué)組成二、核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)三、核糖體的類(lèi)型三、核糖體的類(lèi)型四、核糖體的形成與組裝四、核糖體的形成與組裝五、核糖體的功能五、核糖體的功能六、核糖體與醫(yī)學(xué)六、核糖體與醫(yī)學(xué)內(nèi)內(nèi) 容容一、核糖體的化學(xué)組成一、核糖體的化學(xué)組成化學(xué)組成化學(xué)組成原核細(xì)胞原核細(xì)胞真核細(xì)胞質(zhì)真核細(xì)胞質(zhì)真核細(xì)胞器真核細(xì)胞器總核糖體總核糖體70s80s55s亞單位亞單位大亞基大亞基（50s）小亞基小亞基（30s）大亞基大亞基（60s）小亞基小亞基（40s）大亞基大亞基（

2、35s）小亞基小亞基（25s）rRNA23s、5s16s28s、5.8s、5s18s蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)31種種21種種50種種33種種S (Svedberg units, sedimentation rate): a measure of the sedimentation rate of suspended particles centrifuged under standard conditions. related to their respective sizes. 核糖體由蛋白質(zhì)和核糖體由蛋白質(zhì)和rRNA組成。組成。二、核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)小亞基小亞基大亞基大亞基不規(guī)則顆粒

3、，不規(guī)則顆粒，直徑直徑25nm。50S核糖體大亞基核糖體大亞基 50S核糖體亞基是核糖體亞基是70S核糖體中較大的核糖體中較大的亞基，由多種核糖體蛋白質(zhì)（藍(lán)色）及亞基，由多種核糖體蛋白質(zhì)（藍(lán)色）及兩種兩種rRNA（桔黃色）結(jié)合形成。（桔黃色）結(jié)合形成。 在大亞基中央包含在大亞基中央包含“中央管中央管”，為新生，為新生多肽鏈釋放的通道。多肽鏈釋放的通道。 50S核糖體亞基中的蛋白質(zhì)大部分都位核糖體亞基中的蛋白質(zhì)大部分都位于該亞基的表面而離活性位點(diǎn)較遠(yuǎn)。于該亞基的表面而離活性位點(diǎn)較遠(yuǎn)。 mRNA 結(jié)合在大亞基中央的溝內(nèi)。結(jié)合在大亞基中央的溝內(nèi)。形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)30S核糖體小亞基核糖體小亞基 由多種

4、核糖體蛋白質(zhì)（藍(lán)色）及由多種核糖體蛋白質(zhì)（藍(lán)色）及一種一種rRNA（桔黃色）結(jié)合形成。（桔黃色）結(jié)合形成。 30S小亞基結(jié)構(gòu)靈活，使核糖體小亞基結(jié)構(gòu)靈活，使核糖體移位，從一個(gè)密碼子轉(zhuǎn)移到另一移位，從一個(gè)密碼子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)密碼子上。個(gè)密碼子上。 從從mRNA上識(shí)別翻譯信息（三聯(lián)上識(shí)別翻譯信息（三聯(lián)密碼），保證密碼），保證tRNA和和mRNA 的的準(zhǔn)確識(shí)別，因此掌握了蛋白質(zhì)翻準(zhǔn)確識(shí)別，因此掌握了蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程的信息。譯過(guò)程的信息。形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu) 核糖體上有五個(gè)重要的功能活性部位核糖體上有五個(gè)重要的功能活性部位: : . . A位點(diǎn)位點(diǎn) 氨?；滨；? -tRNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn) . . P位點(diǎn)位

5、點(diǎn) 肽酰基肽?；? -tRNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn) . . T因子因子 肽?；D(zhuǎn)移酶位點(diǎn)肽?；D(zhuǎn)移酶位點(diǎn) . . G因子因子 GTPase位點(diǎn)位點(diǎn) . . E位點(diǎn)位點(diǎn) 空載空載tRNA離開(kāi)核糖體前暫時(shí)停留的位離開(kāi)核糖體前暫時(shí)停留的位點(diǎn)點(diǎn)形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)三、核糖體的類(lèi)型三、核糖體的類(lèi)型1.1.附著核糖體附著核糖體: : 合成外輸性蛋白，合成外輸性蛋白，如分泌蛋白；以及膜如分泌蛋白；以及膜蛋白、溶酶體酶及駐蛋白、溶酶體酶及駐留蛋白等。留蛋白等。2.2.游離核糖體游離核糖體: : 合成細(xì)胞本身所需合成細(xì)胞本身所需要的蛋白質(zhì)，如特定要的蛋白質(zhì)，如特定的酶或結(jié)構(gòu)蛋白等。的酶或結(jié)構(gòu)蛋白等。Some sorti

6、ng signalsFunctionSignal sequenceNuclear localization signal (NLS)-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Nuclear export signal (NES)-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-To mitochondria+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-To perioxisom

7、e-Ser-Lys-Leu-Coo-ER resident-Lys-Asp-Glu-Leu-COO- (KDEL)Nucleolar organizing region, NOR 四、核糖體的形成與自我組裝四、核糖體的形成與自我組裝28s rRNA 5.8s rRNArDNA45s rRNA18s rRNA 32s rRNA形成與自我組裝形成與自我組裝形成與自我組裝形成與自我組裝五、核糖體的功能五、核糖體的功能合成蛋白質(zhì)。合成蛋白質(zhì)。1. mRNA攜帶遺傳信息，在蛋白質(zhì)合成時(shí)充當(dāng)模板的攜帶遺傳信息，在蛋白質(zhì)合成時(shí)充當(dāng)模板的RNA。信使。信使RNA從脫氧核糖核酸（從脫氧核糖核酸（DNA）轉(zhuǎn)錄）轉(zhuǎn)

8、錄合成的帶有遺傳信息的一類(lèi)單鏈核糖核酸合成的帶有遺傳信息的一類(lèi)單鏈核糖核酸（RNA）。它在）。它在核糖體核糖體上作為蛋白質(zhì)合成的模上作為蛋白質(zhì)合成的模板，決定肽鏈的氨基酸排列順序。板，決定肽鏈的氨基酸排列順序。3 nucleotides = 1 amino acid of a protein蛋白合成所需蛋白合成所需RNA核糖體的功能核糖體的功能2. tRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transfer ribonucleic acid，tRNA）是）是具有攜帶并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸功能的一類(lèi)小分子核糖核具有攜帶并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸功能的一類(lèi)小分子核糖核酸。一種酸。一種tRNA只能攜帶一種氨基酸，如丙氨酸只能攜帶一種氨基酸

9、，如丙氨酸t(yī)RNA只攜帶丙氨酸。但一種氨基酸可被不止一種只攜帶丙氨酸。但一種氨基酸可被不止一種tRNA攜帶。攜帶。3. rRNA 核糖體的功能核糖體的功能肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始（Initiation）mRNA在起始因子和在起始因子和Mg的作用下，小亞基與的作用下，小亞基與mRNA的起始部位結(jié)合。的起始部位結(jié)合。甲硫氨酰（甲硫氨酰（UAC）tRNA的反密碼子與的反密碼子與mRNA上上的起始密碼的起始密碼AUG互補(bǔ)互補(bǔ)結(jié)結(jié)合，形成起始復(fù)合物。合，形成起始復(fù)合物。引發(fā)大亞基結(jié)合。引發(fā)大亞基結(jié)合。蛋白質(zhì)合成過(guò)程蛋白質(zhì)合成過(guò)程核糖體的功能核糖體的功能結(jié)合：結(jié)合：氨基酰氨基酰tRNA和和mRNA上密

10、碼子識(shí)別，結(jié)合于核糖體的上密碼子識(shí)別，結(jié)合于核糖體的A位。位。肽鏈延長(zhǎng)（肽鏈延長(zhǎng)（Elongation）移位移位：核糖體沿核糖體沿mRNA鏈鏈53移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，使移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，使 A位上位上的肽的肽 酰酰基基tRNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到移到P位，位，A位空位空出。出。新新的氨基酰的氨基酰tRNA結(jié)合到結(jié)合到A位，轉(zhuǎn)肽、移位，轉(zhuǎn)肽、移位，往復(fù)循環(huán)使肽鏈延伸。位，往復(fù)循環(huán)使肽鏈延伸。轉(zhuǎn)肽：轉(zhuǎn)肽：P位和位和A位的兩個(gè)氨基酰位的兩個(gè)氨基酰tRNA所攜帶的氨基酸之間形成肽所攜帶的氨基酸之間形成肽鍵，鍵， 同同時(shí)結(jié)合于時(shí)結(jié)合于P位上的位上的tRNA 脫落，脫落，P位空出。位空出。核糖體的功能核糖體的功

11、能結(jié)合結(jié)合核糖體移位核糖體移位肽鏈形成肽鏈形成核糖體的功能核糖體的功能當(dāng)核糖體移動(dòng)到當(dāng)核糖體移動(dòng)到mRNA鏈上的終鏈上的終止密碼（止密碼（UGA, UAA或或UGA）時(shí)）時(shí)，無(wú)無(wú)對(duì)應(yīng)的氨基酸運(yùn)入核糖體對(duì)應(yīng)的氨基酸運(yùn)入核糖體，肽肽鏈合鏈合成停止。成停止。釋放因子使釋放因子使多肽鏈與多肽鏈與tRNA之間之間水解，多肽鏈順?biāo)猓嚯逆滍樦髞喕醒牍苤髞喕醒牍茚尫?，離開(kāi)核糖體。釋放，離開(kāi)核糖體。大、小大、小亞亞基解離?；怆x。mRNA從核糖從核糖體小亞基上脫落。核糖體大、小體小亞基上脫落。核糖體大、小亞基可再與亞基可再與mRNA起始密碼處結(jié)起始密碼處結(jié)合，也可游離于胞質(zhì)中或被降解。合，也可游離于

12、胞質(zhì)中或被降解。mRNA可被降解?？杀唤到?。 肽鏈合成的終止（肽鏈合成的終止（Termination）核糖體的功能核糖體的功能以多聚核糖體（以多聚核糖體（polyribosomepolyribosome）的形式存在。）的形式存在。核糖體的功能核糖體的功能1. . 電鏡下，多聚核糖體的解聚和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的脫粒都可看作電鏡下，多聚核糖體的解聚和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的脫粒都可看作是蛋白質(zhì)合成降低或停止的一個(gè)形態(tài)指標(biāo)。是蛋白質(zhì)合成降低或停止的一個(gè)形態(tài)指標(biāo)。 多聚核糖體的解聚：是指多聚核糖體分散為單體，失去正多聚核糖體的解聚：是指多聚核糖體分散為單體，失去正常規(guī)律，排列孤立地分散在胞質(zhì)中或附在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。常規(guī)律

13、，排列孤立地分散在胞質(zhì)中或附在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。六、核糖體與醫(yī)學(xué)六、核糖體與醫(yī)學(xué) 在急性藥物中毒性（四氯化碳）在急性藥物中毒性（四氯化碳）肝炎和病毒性肝炎后肝炎和病毒性肝炎后, ,以及肝硬化以及肝硬化病人的肝細(xì)胞中，經(jīng)?？梢?jiàn)到大病人的肝細(xì)胞中，經(jīng)?？梢?jiàn)到大量多聚核糖體解聚呈離散單體狀，量多聚核糖體解聚呈離散單體狀，固著多聚核糖體脫落，分布稀疏、固著多聚核糖體脫落，分布稀疏、導(dǎo)致分泌蛋白合成下降。所以病導(dǎo)致分泌蛋白合成下降。所以病人血漿白蛋白含量下降。人血漿白蛋白含量下降。2.2.藥物直接抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的不同階段，有些抗生素，藥物直接抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的不同階段，有些抗生素，如鏈霉素、氯霉素、

14、紅霉素等對(duì)原核與真核生物的敏感性如鏈霉素、氯霉素、紅霉素等對(duì)原核與真核生物的敏感性不同，能直接抑制細(xì)菌核糖體上蛋白質(zhì)的合成作用。不同，能直接抑制細(xì)菌核糖體上蛋白質(zhì)的合成作用。四環(huán)素類(lèi)抗生素四環(huán)素類(lèi)抗生素: :四環(huán)素類(lèi)抗生素能進(jìn)入四環(huán)素類(lèi)抗生素能進(jìn)入70S70S核糖體核糖體封閉封閉A A位點(diǎn)位點(diǎn)，使，使氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA上的反密碼子不再能在該位點(diǎn)內(nèi)與上的反密碼子不再能在該位點(diǎn)內(nèi)與mRNAmRNA結(jié)合，令肽鏈延伸結(jié)合，令肽鏈延伸受阻。這類(lèi)抗生素包括四環(huán)素、氯四環(huán)素、氧四環(huán)素及吡甲四環(huán)素等。受阻。這類(lèi)抗生素包括四環(huán)素、氯四環(huán)素、氧四環(huán)素及吡甲四環(huán)素等。核糖體與醫(yī)學(xué)核糖體與醫(yī)學(xué) 酰胺醇

15、類(lèi)抗生素：酰胺醇類(lèi)抗生素：酰胺醇類(lèi)抗生素能選擇性與原核細(xì)胞內(nèi)70S核糖體的50S核糖體亞基或真核細(xì)胞線粒體核糖體核糖體亞基結(jié)合，抑制其中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性抑制其中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性，從而阻斷肽鍵的形成。但這類(lèi)抗生素不會(huì)抑制真核細(xì)胞線粒體外的蛋白質(zhì)合成。這類(lèi)抗生素包括氯霉素、疊氮氯霉素、甲砜霉素及氟甲砜霉素氯霉素、疊氮氯霉素、甲砜霉素及氟甲砜霉素等。 大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素：大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素：大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素也能與50S亞基結(jié)合，但它抑制的是翻譯中的移位翻譯中的移位過(guò)程。這類(lèi)抗生素包括紅霉素、紅霉素、麥迪霉素、螺旋霉素及梭鏈孢酸。麥迪霉素、螺旋霉素及梭鏈孢酸。核糖體與醫(yī)學(xué)核糖體與醫(yī)學(xué)To summariz

16、eRibosome: protein synthesizer consisting of two subunits, 50S and 30S (prokaryocyte), 50S and 30S made primarily of RNA and protein. 50S has rather rigid structure, while 30S has fairly flexible one;Each ribosome has five active sites for association with transfer RNA (tRNA);Ribosome translates nuc

17、leotide triplets on mRNA into proteins;RNAs are required for the process. mRNA, tRNA, rRNA;Synthesis of a polypeptide chain is divided into three distinct activities: initiation, elongation, and termination of the chain; Polyribosome; proteins cotranslational or posttranslational;Not all about them

18、has been discovered yet, but significant progress has been made in that respect.氨基酸的活化和轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的活化和轉(zhuǎn)運(yùn)核糖體的功能核糖體的功能肽鏈合成起肽鏈合成起始始肽鏈延長(zhǎng)肽鏈延長(zhǎng)核糖體的功能核糖體的功能核糖體的功能核糖體的功能肽鏈合成終肽鏈合成終止止核糖體的功能核糖體的功能進(jìn)位進(jìn)位核糖體移核糖體移位位肽鏈的形成肽鏈的形成密碼子及其特性密碼子及其特性 無(wú)標(biāo)點(diǎn)、不重疊無(wú)標(biāo)點(diǎn)、不重疊 簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并(degeneracy) 通用性通用性 兼職性兼職性起始密碼子起始密碼子AUGAUG；終止密碼子終止密碼子UAA(ochre U

19、AA(ochre 赭石密碼赭石密碼子子) ) UAG(amber UAG(amber 琥珀密碼琥珀密碼子子) ) UGA(opal UGA(opal 蛋白石密碼子蛋白石密碼子) )研究歷史George Palade, Romanian cell biologist 1958年, Richard B. Roberts,將此微粒命名為“核糖體”。1936年，Albert Claude用暗視野顯微鏡觀察細(xì)胞的勻漿物時(shí)發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為微體(Microsomes)。1955年，George Palade在電子顯微鏡下觀察到細(xì)胞質(zhì)中這種顆粒的存在，尤其在進(jìn)行蛋白質(zhì)合成的細(xì)胞中特別多，次年證明微粒體富含核糖核酸（RNA） 。(1974 Nobel Prize for medicine, Lasker Award, the Gairdner Special Award, the Hurwitz Prize.)Prof. George Palade1912.11-2008. 10電鏡下的核糖體電鏡下的核糖體 1953 1953年年RibinsonRibinson和和BrounBroun用電鏡觀察用電鏡