生物化學(xué)核糖體

生物化學(xué)核糖體第1頁/共32頁教學(xué)目標(biāo)掌握:(重點(diǎn))

核糖體的類型與結(jié)構(gòu)、組成成分;

核糖體的功能活性位點(diǎn)。熟悉：

RNA在生命起源中的地位。第2頁/共32頁

核糖體核糖體是細(xì)胞不可缺少的基本結(jié)構(gòu)核糖體是在各類細(xì)胞中普遍存在的顆粒狀結(jié)構(gòu)，是一種非常重要的細(xì)胞器。核糖體是無膜的細(xì)胞器，存在于所有細(xì)胞中(除個(gè)別特化細(xì)胞）。

Robinson＆Brown（1953）發(fā)現(xiàn)于植物細(xì)胞。Palade（1955）發(fā)現(xiàn)于動(dòng)物細(xì)胞。Roberts（1958）建議命名為核糖核蛋白體（ribosome），簡(jiǎn)稱核糖體。第3頁/共32頁第一節(jié)核糖體的類型與結(jié)構(gòu)功能：核糖體是合成蛋白質(zhì)的細(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。

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4頁/共32頁一、核糖體的基本類型與成分核糖核蛋白體,簡(jiǎn)稱核糖體(ribosome) 基本類型存在方式： 附著核糖體： 游離核糖體：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體基質(zhì)第5頁/共32頁核糖體的直徑15～20nm。大、小兩個(gè)亞單位構(gòu)成,結(jié)合時(shí)，凹陷部位形成一隧道，mRNA通過。大亞基上還有一隧道與其垂直，新生成的肽鏈通過。柄中央突起脊頭縫70S核糖體核糖體的組成第6頁/共32頁第7頁/共32頁一、核糖體的基本類型與成分類型：

70S的核糖體(50S、30S)：原核細(xì)胞、葉綠體、線粒體80S的核糖體(60S、40S)：真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)主要成分r蛋白質(zhì)：40%，核糖體表面

rRNA:60%,，核糖體內(nèi)部，rRNA都具有甲基化現(xiàn)象第8頁/共32頁原核生物與真核生物核糖體成分的比較

第9頁/共32頁二、核糖體的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與功能的分析方法：離子交換樹脂----r蛋白、雙功能的交聯(lián)劑和雙向電泳分離----r蛋白在結(jié)構(gòu)上的相互關(guān)系、電鏡負(fù)染色與免疫標(biāo)記技術(shù)結(jié)合-----r蛋白在核糖體的亞單位上的定位

同一生物中不同種類的r蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)均不相同不同生物同一種類r蛋白之間具有很高的同源性，并在進(jìn)化上非常保守。蛋白質(zhì)結(jié)合到rRNA上具有先后層次性。

核糖體的重組裝是自我裝配過程第10頁/共32頁核糖體rRNA的結(jié)構(gòu)E.coli的16SrRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是非常保守的，二級(jí)結(jié)構(gòu)具有更高的保守性——臂環(huán)結(jié)構(gòu)。核糖體小亞單位rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)(a)E.coli16SrRNA；（紅色為高度保守區(qū)）(b)酵母菌18SrRNA，它們都具有類似的40個(gè)臂環(huán)結(jié)構(gòu)(圖中1～40)(Darnelletal.，1990)第11頁/共32頁核糖體大、小亞單位r蛋白核糖體大、小亞基的r蛋白分別記為L(zhǎng)蛋白和S蛋白，位于核糖體表面。r蛋白結(jié)合到rRNA具有先后層次性。細(xì)菌核糖體第12頁/共32頁三、核糖體蛋白質(zhì)與rRNA的功能分析

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)在蛋白質(zhì)合成中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性研究第13頁/共32頁

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)與mRNA的結(jié)合位點(diǎn):小亞基(16SrRNA)氨酰基位點(diǎn)，又稱A位點(diǎn)(受位)肽酰基位點(diǎn)，又稱P位點(diǎn)(供位)E位點(diǎn)(exitsite)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)肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點(diǎn):大亞基(23SrRNA)

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)主要位于大亞基與tRNA結(jié)合的位點(diǎn)第14頁/共32頁第15頁/共32頁在蛋白質(zhì)合成中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性研究核糖體中最主要的活性部位是肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點(diǎn).r蛋白和rRNA，誰是主要的功能分子

?在整個(gè)進(jìn)化過程中rRNA的結(jié)構(gòu)比核糖體蛋白的結(jié)構(gòu)具有更高的保守性。

rRNA是核糖體中起主要作用的結(jié)構(gòu)成分和功能成分第16頁/共32頁在核糖體中rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分和功能成分

具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性:70S核糖體的大亞基23SrRNA

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17頁/共32頁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18頁/共32頁第二節(jié)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程

第19頁/共32頁一、多聚核糖體

(polyribosome或polysome)

概念由多個(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)的核糖體與mRNA的聚合體稱為多聚核糖體。

第20頁/共32頁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，mRNA的利用及對(duì)其濃度的調(diào)控更為經(jīng)濟(jì)和有效。第21頁/共32頁二、蛋白質(zhì)的合成過程：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。特點(diǎn)：從mRNA的5‘3’tRNA的反密碼子識(shí)別

mRNA的密碼子。NH2-氨基酸開始，COOH-氨基酸結(jié)束。第22頁/共32頁第23頁/共32頁第24頁/共32頁三、RNA在生命起源中的地位及其演化過程生命是自我復(fù)制的體系DNA代替了RNA的遺傳信息功能蛋白質(zhì)取代了絕大部分RNA酶的功能

第25頁/共32頁第26頁/共32頁生命是自我復(fù)制的體系三種生物大分子，只有RNA既具有信息載體功能又具有酶的催化功能。因此，推測(cè)RNA

可能是生命起源中最早的生物大分子。核酶(ribosome)：具有催化作用的RNA。由RNA催化產(chǎn)生了蛋白質(zhì)第27頁/共32頁第28頁/共32頁DNA代替了RNA的遺傳信息功能DNA雙鏈比RNA單鏈穩(wěn)定；DNA鏈中胸腺嘧啶代替了RNA鏈中的尿嘧啶，使之易于修復(fù)。第29頁/共32頁蛋白質(zhì)取代了絕大部分RNA酶的功能蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的多樣性與構(gòu)象的多變性；與RNA相比，蛋白質(zhì)能更為有效地催化多種生化反應(yīng)，并提供更為復(fù)雜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分，逐漸演化成今天的細(xì)胞。第30頁/共32頁思考題1.以80S核糖體為例，說明核糖體的結(jié)構(gòu)成分