核糖體精要部分

關(guān)于核糖體精要部分1第1頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五2第十一章核糖體和蛋白質(zhì)合成

核糖體(ribosome)是合成蛋白質(zhì)的無(wú)膜包被細(xì)胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精確地合成多肽鏈。核糖體幾乎存在于一切細(xì)胞內(nèi)，游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，或附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜及核膜上（真核細(xì)胞）。

第一節(jié)核糖體的類型與結(jié)構(gòu)

第二節(jié)多聚核糖體與蛋白質(zhì)的合成第2頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五3第一節(jié)核糖體的類型與結(jié)構(gòu)

一、核糖體的基本類型與成分二、核糖體的結(jié)構(gòu)三、核糖體蛋白質(zhì)與rRNA的功能分析第3頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五4一、核糖體的基本類型與成分（一）核糖體基本類型

附著核糖體 游離核糖體 原核細(xì)胞70S的核糖體 真核細(xì)胞80S的核糖體每種核糖體都由大小兩個(gè)亞基組成，每個(gè)亞基都含有蛋白質(zhì)和rRNA。

第4頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五51.70S核糖體原核細(xì)胞核糖體沉降系數(shù)為70S，2*106離子濃度對(duì)大小亞基的結(jié)合起重要作用，對(duì)70S核糖體體外實(shí)驗(yàn)表明：－Mg2＋濃度小于1mmol/ml時(shí)，解離成大（50S）?。?0S）亞基解離；－Mg2＋濃度大于10mmol/ml時(shí)，兩個(gè)70S核糖體構(gòu)成100S的二聚體；真核細(xì)胞中線粒體和葉綠體內(nèi)自身核糖體70S第5頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五6

大亞單位呈半圓形，一側(cè)伸出三個(gè)突起，中央有一凹陷。小亞單位呈長(zhǎng)條形，約于1/3長(zhǎng)度處有一細(xì)的縊痕，使小亞單位分為大小兩個(gè)部分。二者結(jié)合起來(lái)時(shí)，凹陷部位彼此對(duì)應(yīng)，形成一隧道。第6頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五7核糖體大小亞基常常游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，只有當(dāng)小亞基與mRNA結(jié)合后大亞基才與小亞基結(jié)合形成完整的核糖體。肽鏈終止后，大小亞基解離，又游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。第7頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五82.80S核糖體

80s核糖體和70s形態(tài)總體結(jié)構(gòu)基本相似。大亞基中28SrRNA在不同的物種中大小有差別。60S：28S、5.8S、5SrRNA；40S：18SrRNA?！繁M管原核生物與真核生物核糖體的蛋白質(zhì)和rRNA差異很大，但結(jié)構(gòu)總體相似，特別是負(fù)責(zé)與mRNA結(jié)合的小亞基?！吩撕驼婧思?xì)胞的rRNA都具有甲基化現(xiàn)象，這種甲基化與RNA的轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程的酶識(shí)別有關(guān)?！妨硗庠?S、16SrRNA和真核5.8S、18SrRNA結(jié)構(gòu)高度保守，常用于研究生物進(jìn)化。第8頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五9第9頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五10（二）核糖體的主要成分

r蛋白質(zhì)：40%，核糖體表面

rRNA:60%,，核糖體內(nèi)部第10頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五111.核糖體RNA

原核生物的核糖體含有三種大小不同的rRNA，在小亞單位中的為16srRNA，在大亞單位中的為23Srenal和5SrRNA。真核生物的核糖體含有4種rRNA，在小亞單位中的為18SrRNA，在大亞單位中的為28S、5S和5.8SrRNA。rRNA具有高度復(fù)雜的二級(jí)結(jié)構(gòu)，線性rRNA分子內(nèi)部有70％的區(qū)段形成了雙鏈螺旋。各種蛋白質(zhì)則結(jié)合到折疊的rRNA分子上。

第11頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五122.核糖體蛋白大腸桿菌核糖體中共含有50多種蛋白質(zhì)，其中小亞單位約有21種，大亞單位含有30余種，組成核糖體的蛋白質(zhì)，在大小亞單位中均有一定的空間分布。真核生物的核糖體所含有蛋白質(zhì)的種類比原核生物的要多一些，大亞單位含有49種，小亞單位含有33種，共計(jì)約80余種。第12頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五13第13頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五14第14頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五15二、核糖體的結(jié)構(gòu)在電鏡下，核糖體具有一定的三維形態(tài)，且每一核糖體均由大、小兩個(gè)亞單位構(gòu)成。大亞單位略呈半圓形，直徑約為23納米，在一側(cè)伸出三個(gè)突起，中央為一凹陷；小亞單位呈長(zhǎng)條形，在約1／3長(zhǎng)度處有一細(xì)的縊痕，將小亞單位分為大小兩個(gè)區(qū)域。當(dāng)大小亞單位結(jié)合在一起成核糖體時(shí)，其凹陷部位彼此對(duì)應(yīng)，從而形成一個(gè)隧道，為蛋白質(zhì)翻譯時(shí)mRNA的穿行通路。第15頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五166SrRNA基因的常用途徑

細(xì)菌的rRNA具有高度的保守性，又具有高度的變異性。保守性反映物種的親緣關(guān)系，高變性則揭示物種的特征核苷酸序列，rRNA是種屬鑒定的基礎(chǔ)。因此，可利用保守區(qū)設(shè)計(jì)通用引物擴(kuò)增細(xì)菌的響應(yīng)靶序列，再利用可變區(qū)的差異性鑒別菌種。16SrRNA基因存在于細(xì)菌、衣原體、支原體、放線菌等原核生物的染色體基因中，不存在于真菌、病毒等非原核生物中。幾乎所有病原菌的16SrRNA基因測(cè)序已經(jīng)完成。第16頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五17

核糖體大小亞基與rRNA之間，以及大小亞基之間，rRNA與蛋白質(zhì)之間可以自行裝配，但詳細(xì)機(jī)理尚未查清，根據(jù)目前的研究，至少可以肯定以下事實(shí)。

（1）30S亞單位的蛋白專同16SrRNA結(jié)合，50S亞單位的蛋白專同23SrRNA結(jié)合，若將其混合，則裝配不成有功能的亞單位。（2）從不同細(xì)菌提取出30S亞單位的蛋白質(zhì)和16SrRNA，混合后可裝配成有功能的30S亞單位，說(shuō)明無(wú)種間差異。（3）原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的亞單位不能形成有功能的核糖體。（4）E.coli的核糖體和（玉米中）葉綠體的核糖體相似，相互交換亞單位仍具功能。（5）E.coli的核糖體和線粒體的核糖體不同，相互交換后不能裝配。第17頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五18三、核糖體蛋白質(zhì)與rRNA的功能（一）核糖體上具有一系列與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的結(jié)合位點(diǎn)與催化位點(diǎn)（二）在核糖體中rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分（三）r蛋白質(zhì)的主要功能第18頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五19（一）核糖體上具有一系列與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的結(jié)合位點(diǎn)與催化位點(diǎn)1.與mRNA的結(jié)合位點(diǎn)：蛋白質(zhì)的起始合成位點(diǎn)首先需要mRNA與小亞基結(jié)合。原核生物中，核糖體與mRNA結(jié)合的位點(diǎn)位于16SrRNA的3’端，其準(zhǔn)確識(shí)別的基礎(chǔ)是細(xì)菌mRNA有一段特殊的SD序列，位于起始密碼子上有5-10bp處。SD序列能與核糖體小亞基16SrRNA的3’端序列互補(bǔ)結(jié)合。真核生物沒(méi)有SD序列，核糖體小亞基準(zhǔn)確識(shí)別mRNA的基礎(chǔ)主要依賴于mRNA5’端的甲基化帽子。結(jié)構(gòu)。第19頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五20（一）核糖體上具有一系列與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的結(jié)合位點(diǎn)與催化位點(diǎn)2.與新?lián)饺氲陌滨?tRNA的結(jié)合位點(diǎn)——氨?；稽c(diǎn)，又稱A位點(diǎn)3.與延伸中的肽酰-tRNA的結(jié)合位點(diǎn)——肽?；稽c(diǎn)，又稱P位點(diǎn)4.肽酰轉(zhuǎn)移后與即將釋放的tRNA的結(jié)合位點(diǎn)——E位點(diǎn)(exitsite)5.與肽酰tRNA從A位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到P位點(diǎn)有關(guān)的轉(zhuǎn)移酶(即延伸因子EF-G)的結(jié)合位點(diǎn)6.肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點(diǎn)（核糖體中最主要的活性部位）7.與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的其它起始因子、延伸因子和終止因子的結(jié)合位點(diǎn)

第20頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五21r蛋白和rRNA，誰(shuí)是主要的功能分子？》最初，人們認(rèn)為是r蛋白執(zhí)行核糖體主要的催化功能，因?yàn)椤懊傅谋举|(zhì)是蛋白質(zhì)”；》很難確定哪一種蛋白具有催化功能：在E.coli中核糖體蛋白突變甚至缺失對(duì)蛋白質(zhì)合成并沒(méi)有表現(xiàn)出“全”或“無(wú)”的影響。》多數(shù)抗蛋白質(zhì)合成抑制劑的突變株，并非由于r蛋白的基因突變而往往是rRNA基因突變?！吩谡麄€(gè)進(jìn)化過(guò)程中rRNA的結(jié)構(gòu)比核糖體蛋白結(jié)構(gòu)具有更高的保守性。第21頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五22（二）在核糖體中rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分

其主要功能是：具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性；為tRNA提供結(jié)合位點(diǎn)(A位點(diǎn)、P位點(diǎn)和E位點(diǎn))；為多種蛋白質(zhì)合成因子提供結(jié)合位點(diǎn)；在蛋白質(zhì)合成起始時(shí)參與同mRNA選擇性地結(jié)合以及在肽鏈的延伸中與mRNA結(jié)合；核糖體大小亞單位的結(jié)合、校正閱讀(proofreading)、無(wú)意義鏈或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都與rRNA有關(guān)。第22頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五23（三）r蛋白質(zhì)的主要功能對(duì)rRNA折疊成有功能的三維結(jié)構(gòu)是十分重要的；在蛋白質(zhì)合成中,某些r蛋白可能對(duì)核糖體的構(gòu)象起“微調(diào)”作用；在核糖體的結(jié)合位點(diǎn)上甚至可能在催化作用中,核糖體蛋白與rRNA共同行使功能。

第23頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五24核糖體之功能是合成蛋白質(zhì)具體作用可能在于：一是與mRNA的連接，在16SrRNA的3′端有一段順序同多數(shù)原核生物的mRNA的核糖體結(jié)合部位有互補(bǔ)關(guān)系，從而使30S亞單位能識(shí)別mRNA的起始端。二是為多肽鏈的形成提供表面位置，由大亞單位行使。三是供tRNA結(jié)合位點(diǎn)1.mRNA和小亞基的識(shí)別與結(jié)合；2.翻譯起始；3.肽鏈延伸；4.肽鏈合成終止；第24頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五25第二節(jié)多聚核糖體與蛋白質(zhì)的合成一、多聚核糖體(polyribosome或polysome)二、蛋白質(zhì)的合成三、RNA在生命起源中的地位及其演化過(guò)程

第25頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五26一、多聚核糖體

(polyribosome或polysome)

概念核糖體在細(xì)胞內(nèi)并不是單個(gè)獨(dú)立地執(zhí)行功能，而是由多個(gè)甚至幾十個(gè)核糖體串連在一條mRNA分子上高效地進(jìn)行肽鏈的合成，這種具有特殊功能與形態(tài)結(jié)構(gòu)的多個(gè)核糖體與mRNA的聚合體稱為多聚核糖體。

第26頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五27在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中,同一條mRNA分子能夠同多個(gè)核糖體結(jié)合，同時(shí)合成若干條蛋白質(zhì)多肽鏈，結(jié)合在同一條mRNA上的核糖體就稱為多聚核糖體第27頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五28

在mRNA的起始密碼子部位,核糖體亞基裝配成完整的起始復(fù)合物,然后向mRNA的3＇端移動(dòng),直到到達(dá)終止密碼子處。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)核糖體離開(kāi)起始密碼子后,空出的起始密碼子的位置足夠與另一個(gè)核糖體結(jié)合時(shí),第二個(gè)核糖體的小亞基就會(huì)結(jié)合上來(lái),并裝配成完整的起始復(fù)合物,開(kāi)始蛋白質(zhì)的合成。同樣,第三個(gè)核糖體、第四個(gè)核糖體、……依次結(jié)合到mRNA上形成多聚核糖體。根據(jù)電子顯微照片推算,多聚核糖體中,每個(gè)核糖體間相隔約80個(gè)核苷酸。第28頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五29多聚核糖體的生物學(xué)意義 細(xì)胞內(nèi)各種多肽的合成，不論其分子量的大小或是mRNA的長(zhǎng)短如何，單位時(shí)間內(nèi)所合成的多肽分子數(shù)目都大體相等。 以多聚核糖體的形式進(jìn)行多肽合成，對(duì)mRNA的利用及對(duì)其濃度的調(diào)控更為經(jīng)濟(jì)和有效。第29頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五30第30頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五31一般說(shuō)來(lái)，核糖體在細(xì)胞內(nèi)遠(yuǎn)較mRNA穩(wěn)定，可以反復(fù)用來(lái)進(jìn)行多肽的合成，而且核糖體本身的特異性小，同一核糖體由于同它結(jié)合的mRNA不同，可以合成不同種類的多肽。第31頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五32二、蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成過(guò)程比較復(fù)雜，由核糖體、mRNA和攜帶各種氨基酸的tRNA、多種蛋白質(zhì)因子、以及GTP等的共同完成，一般要經(jīng)過(guò)：起始延伸終止三個(gè)階段的反應(yīng)，才能轉(zhuǎn)譯出多肽產(chǎn)物。第32頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五33翻譯的起始

第一步，mRNA只能與細(xì)胞質(zhì)中游離的核糖體30S小亞基結(jié)合，此時(shí)的結(jié)合部位是mRNA的起始密碼子AUG（如何識(shí)別第一個(gè)AUG是起始密碼子。

第二步，第一個(gè)氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體。當(dāng)mRNA與小亞基結(jié)合后，攜帶有甲酰甲硫氨酸的tRNA（fMet-tRNAfMet）通過(guò)反密碼子與mRNA上的起始密碼AUG識(shí)別并進(jìn)入核糖體，入小亞基的P位。

第三步，一旦起始tRNA與AUG密碼子結(jié)合，核糖體大亞基便與起始復(fù)合物結(jié)合，形成完整的70S復(fù)合物。該過(guò)程伴隨與IF2結(jié)合的GTP水解，釋放翻譯起始因子。第33頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五34肽鏈的延伸生成起始復(fù)合物，第一個(gè)氨基酸（fMet/Met-tRNA）與核糖體結(jié)合以后，肽鏈開(kāi)始伸長(zhǎng)。按照mRNA模板密碼子的排列，氨基酸通過(guò)新生肽鍵的方式被有序地結(jié)合上去。肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個(gè)氨基酸就是一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括：AA-tRNA進(jìn)入核糖體A位點(diǎn)肽鍵的生成移位脫-氨酰tRNA的釋放第34頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)42分，星期五35肽鏈的終止肽鏈的延伸過(guò)程中，當(dāng)終止密碼子UAA、UAG或UGA出現(xiàn)在核糖體的A位時(shí)，沒(méi)有相應(yīng)的AA-tRNA能與之結(jié)合，而釋放因子能識(shí)別這些密碼子并與之結(jié)合，水解P位上多肽鏈與tRNA之間的二酯鍵。接著，新生的肽鏈和tRNA從核糖體上釋放，核糖體大、小亞基解離，蛋白質(zhì)合成結(jié)束。釋放因子RF具有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽鏈與核糖體解離。