細胞學第7講-核糖體和核酶ppt課件

1、Chapter 7 Ribosome核糖體核糖體 and Ribozyme核酶核酶7.1 Ribosome Structure(核糖體的構(gòu)造)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)核糖體的形狀構(gòu)造核糖體的形狀構(gòu)造核糖體是細胞內(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

2、60%，核糖體蛋白質(zhì)(r蛋白質(zhì))，占40%。17.1.1 核糖體的類型核糖體的類型細胞有兩種主要類型的核糖體細胞有兩種主要類型的核糖體: 原核細胞的核糖體原核細胞的核糖體:沉降系數(shù)為沉降系數(shù)為70S，分子量為，分子量為2.5106，由，由50S和和30S兩個亞基組成。兩個亞基組成。 真核細胞真核細胞(細胞質(zhì)細胞質(zhì))的核糖體的核糖體沉降系數(shù)是沉降系數(shù)是80S，分子量為，分子量為4.8106，由，由60S和和40S兩個亞基組成。兩個亞基組成。2各種來源的核糖體亞基組成各種來源的核糖體亞基組成 來源 完好核糖體 核糖體亞基 核糖體RNA 細胞質(zhì) 80S 60S(大亞基) 28S,5.8S,5S(真核

3、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核糖體的化學組成核糖體的化學組成7.2 Ribosome Biogenesis(7.2 Ribosome Biogenesis(核糖體的核糖體的生物發(fā)生生物發(fā)生

4、) ) 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。7.2.1 核糖體核糖體rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工基因的轉(zhuǎn)錄與加工7.2.1.1 真核生物核糖體真核生物核糖體rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工基因的轉(zhuǎn)錄與加工7.2.1.2 原核生物核糖體原核生物核糖體rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工基因的轉(zhuǎn)錄與加工7.2.1.1 真核生物真核生物18S、5.8S和和28S rRNA基因基因的轉(zhuǎn)錄和加工的轉(zhuǎn)錄和加工組織組織:18S、5.8S和和28S rRNA基由于一組串聯(lián)在基由于一組串聯(lián)在 一同。對人來說，分布在一同。對人來說，分布在13，14，15，21 和和22號染色體上

5、；號染色體上；5S的的rRNA基因那么位于另一條染色體上。基因那么位于另一條染色體上。3轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄45S45S前前RNARNA轉(zhuǎn)錄體；轉(zhuǎn)錄體；不同種的生物，不同種的生物，pre-rRNApre-rRNA的長度范圍在的長度范圍在34S34S45S45S之間；之間；在轉(zhuǎn)錄單位中除了三個在轉(zhuǎn)錄單位中除了三個rRNArRNA基因外，還包括一基因外，還包括一些間隔區(qū)。些間隔區(qū)。rRNArRNA的前體轉(zhuǎn)錄物的前體轉(zhuǎn)錄物前體前體rRNA的修飾與加工：的修飾與加工：甲基化修飾：甲基化的主要部位在核糖甲基化修飾：甲基化的主要部位在核糖 2碳的碳的 羥基上。羥基上。45S的前體的前體rRNA在核酶的作用下，加工出成

6、熟在核酶的作用下，加工出成熟 的的18S、5.8S和和28S rRNA；45SrRNA45SrRNA前體的加工前體的加工snoRNAs(snoRNAs(核酶核酶) )真核生物中，真核生物中， 18S、5.8S和和28S rRNA的基因在的基因在 核仁內(nèi)串連在一同轉(zhuǎn)錄，而核仁內(nèi)串連在一同轉(zhuǎn)錄，而5S rRNA 的基因在的基因在 核仁外轉(zhuǎn)錄。核仁外轉(zhuǎn)錄。某些生物某些生物3 端通常有多余的核苷酸，在加工時端通常有多余的核苷酸，在加工時 被切除。被切除。 5S rRNA基因的轉(zhuǎn)錄與加工原核生物原核生物rRNArRNA基因轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄細菌的細菌的16SrRNA16SrRNA、23SrRNA23SrRNA

7、、5SrRNA5SrRNA基因組成一基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位，在染色體上的陳列順序是個轉(zhuǎn)錄單位，在染色體上的陳列順序是16S-16S-23S-5S23S-5S。7.2.1.2 原核生物核糖體原核生物核糖體rRNA基因的基因的轉(zhuǎn)錄與加工轉(zhuǎn)錄與加工原核生物原核生物rRNArRNA前體的加工前體的加工原核生物原核生物rRNArRNA前體的加工前體的加工7.2.2 7.2.2 核糖體的裝配核糖體的裝配原核生物核糖體的裝配原核生物核糖體的裝配小亞基的小亞基的rRNArRNA和蛋白質(zhì)的裝配關(guān)系和蛋白質(zhì)的裝配關(guān)系: : r r蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)和rRNArRNA在大小亞基中均有一定的在大小亞基中均有一定的空間排布。

8、空間排布。 核糖體在組裝過程中，某些蛋白質(zhì)必需首先核糖體在組裝過程中，某些蛋白質(zhì)必需首先結(jié)合到結(jié)合到rRNA上，其他蛋白才干組裝上去即表現(xiàn)上，其他蛋白才干組裝上去即表現(xiàn)出先后層次。根據(jù)同出先后層次。根據(jù)同rRNA結(jié)合的順序，將核糖體結(jié)合的順序，將核糖體蛋白分為兩種蛋白分為兩種:初級結(jié)合蛋白初級結(jié)合蛋白(primary binding protein) 這些蛋白質(zhì)直接同這些蛋白質(zhì)直接同rRNA結(jié)合，結(jié)合，次級結(jié)合蛋白次級結(jié)合蛋白(secondary binding protein) 這些蛋白質(zhì)不直接同這些蛋白質(zhì)不直接同rRNA結(jié)合結(jié)合, 而是同初級而是同初級結(jié)合蛋白結(jié)合。結(jié)合蛋白結(jié)合。原核細胞核

9、糖體結(jié)合蛋白原核細胞核糖體結(jié)合蛋白真核生物核糖體裝配模型真核生物核糖體裝配模型80S前體顆粒構(gòu)成前體顆粒構(gòu)成45S rRNA+5S rRNA+蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)45S rRNA 41S rRNA大小亞基前體構(gòu)成大小亞基前體構(gòu)成:大大:32S rRNA和和5S rRNA小小:20S的前體的前體rRNA；小亞基成熟與運送小亞基成熟與運送: 20S rRNA18S rRNA大亞基成熟與運送大亞基成熟與運送 32S rRNA28S rRNA+5.8S rRNA人細胞核糖體的合成與裝配人細胞核糖體的合成與裝配7.3 7.3 核糖體的功能核糖體的功能核糖體的功能位點核糖體的功能位點蛋白質(zhì)合成的根本過程蛋白質(zhì)合成

10、的根本過程核糖體的功能位點核糖體的功能位點核糖體的功能位點核糖體的功能位點A位點：氨酰位點：氨酰tRNA 位點位點Aminoacyl-tRNA siteP位點：肽酰位點：肽酰tRNA 位點位點Peptidyl-tRNA siteE位點位點Exit site：脫氨酰：脫氨酰tRNA分開核糖體時的分開核糖體時的暫時停留點暫時停留點 大亞基：大亞基：小亞基：小亞基：與與mRNA結(jié)合位點結(jié)合位點真核生物真核生物mRNA的的5 端有帽子構(gòu)造，核糖體小端有帽子構(gòu)造，核糖體小亞基經(jīng)過識別帽子構(gòu)造和亞基經(jīng)過識別帽子構(gòu)造和mRNA結(jié)合。結(jié)合。原核生物原核生物mRNA起始密碼子起始密碼子AUG的上游的上游5-10

11、個個堿基處有一段富含嘌呤的序列，稱為堿基處有一段富含嘌呤的序列，稱為SD序列序列(Shine-Dalgarno sequence)。小亞基經(jīng)過識別。小亞基經(jīng)過識別SD序列而與序列而與mRNA結(jié)合。結(jié)合。小亞基與小亞基與mRNA的結(jié)合的結(jié)合Shine-Dalgarno sequence蛋白質(zhì)合成的根本過程蛋白質(zhì)合成的根本過程蛋白質(zhì)合成起始蛋白質(zhì)合成起始多肽鏈的延伸多肽鏈的延伸蛋白質(zhì)合成終止蛋白質(zhì)合成終止蛋白質(zhì)合成起始蛋白質(zhì)合成起始真核細胞：小亞基經(jīng)過識別真核細胞：小亞基經(jīng)過識別5端甲基化帽子構(gòu)造與端甲基化帽子構(gòu)造與mRNA結(jié)合，并且滑動到含有結(jié)合，并且滑動到含有AUG的典型識別序列的典型識別序列

12、5-CCACCAUGC-3, 此過程有此過程有10個起始因子個起始因子eIF參參與，其中與，其中eIF4同同mRNA 5帽子結(jié)合。帽子結(jié)合。小亞基與小亞基與mRNA的結(jié)合的結(jié)合原核細胞：小亞基經(jīng)過識別原核細胞：小亞基經(jīng)過識別SD序列與序列與mRNA結(jié)合，結(jié)合，此過程有起始因子此過程有起始因子IF1、IF3協(xié)助識別。協(xié)助識別。第一個氨酰第一個氨酰tRNA進入核糖體的進入核糖體的P位點位點原核生物：原核生物： 攜帶甲酰甲硫氨酸的攜帶甲酰甲硫氨酸的tRNA經(jīng)過反密碼子與經(jīng)過反密碼子與mRNA中的中的AUG的識別進入核糖體。起始的識別進入核糖體。起始tRNA與與GTP、IF2結(jié)合構(gòu)成結(jié)合構(gòu)成GTP-I

13、F2-tRNAfmet復合物，復合物，復合物與復合物與mRNA的的AUG結(jié)合后，結(jié)合小亞基的結(jié)合后，結(jié)合小亞基的IF3釋放。釋放。完好復合物的裝配完好復合物的裝配 起始起始tRNA與與AUG結(jié)合后，大亞基與結(jié)合后，大亞基與GTP-IF2-tRNAfmet復合物結(jié)合，構(gòu)成核糖體復合物結(jié)合，構(gòu)成核糖體-mRNA起始復合物。起始復合物。 此過程伴隨此過程伴隨GTP水解、水解、IF1和和IF2的釋放。的釋放。多肽鏈的延伸和終止多肽鏈的延伸和終止3多肽鏈的延伸多肽鏈的延伸氨酰氨酰tRNA進入進入A位位肽鍵構(gòu)成肽鍵構(gòu)成肽酰轉(zhuǎn)移酶肽酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位核糖體沿著核糖體沿著mRNA 5 3方向方向 挪動三個核苷酸

14、挪動三個核苷酸脫氨酰脫氨酰tRNA的釋放的釋放3蛋白質(zhì)合成終止蛋白質(zhì)合成終止終止密碼子：終止密碼子：UAA、UAG、UGA任何一個終止密碼子進入任何一個終止密碼子進入A位點都會終止位點都會終止 蛋白質(zhì)的合成。蛋白質(zhì)的合成。多多聚聚核核糖糖體體7.4 Ribozyme and Antisense RNA核酶核酶ribozymeribozyme反義反義RNARNAAntisense RNAAntisense RNA大小大小:100:100300 bases300 bases由由RNARNA聚合酶聚合酶或或RNARNA聚合酶聚合酶所合成所合成某些像某些像mRNAmRNA一樣可被加帽一樣可被加帽類別類

15、別:scRNA snRNA:scRNA snRNA7.4.1 真核細胞中的小分子真核細胞中的小分子RNA( small RNA)scRNA(small cytoplasmic RNA):snRNA(small nuclear RNA)：snRNPs(small nuclear ribonucleoproteins)顆粒；顆粒；snRNPs分類分類: 由于由于snRNA富含尿嘧啶核苷，分類時把它分為富含尿嘧啶核苷，分類時把它分為 U1、U2、等。等。 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R

16、NA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7.4.3 核酶核酶(ribozyme) 具有催化活性的具有催化活性的RNA，其化學本質(zhì)是核糖，其化學本質(zhì)是核糖核酸核酸RNA。其功能很多，有的能切割。其功能很多，有的能切割RNA，有的能切割有的能切割DNA，有些具有，有些具有RNA銜接酶、磷酸銜接酶、磷酸酶等活性；酶等活性； 與蛋白質(zhì)酶相比，核酶的催化效率較低，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。是一種較為原始的催化酶。核核酶酶的的作作用用核酶的發(fā)現(xiàn)核

17、酶的發(fā)現(xiàn) 1980s 1980s Thomas CechThomas Cech等等 研討四膜蟲的研討四膜蟲的26S rRNA26S rRNA前體加工前體加工 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn):26S rRNA:26S rRNA前體可進展自剪接前體可進展自剪接 (self- splicing) (self- splicing)幾個根本概念幾個根本概念間隔區(qū)間隔區(qū)(spacer)(spacer)：基因間的序列：基因間的序列 內(nèi)含子內(nèi)含子(intron):(intron):基因內(nèi)的序列基因內(nèi)的序列 外顯子外顯子(exon)(exon)：最后出如今成熟：最后出如今成熟RNARNA中的序列中的序列rRNA前體的自剪接前體的自剪接50S核糖體中核糖體中23S rRNA核酶活性核酶活性肽酰轉(zhuǎn)移酶肽酰轉(zhuǎn)移酶(peptidyl transferase)的化學本質(zhì)的化學本質(zhì) 是一種是一種RNA發(fā)現(xiàn)者發(fā)現(xiàn)者: Harry Noller等，等，1992年年實驗過程實驗過程: 用蛋白酶用蛋白酶K、SDS、苯酚等破壞、苯酚等破壞50S亞基核糖亞基核糖 體蛋白質(zhì)體蛋白質(zhì):依然有肽鍵生成依然有肽鍵生成 破壞破壞rRNA 核酸酶處置核酸酶處置50S亞基核糖體亞基核糖體:無肽鍵生成無肽鍵生成 結(jié)論結(jié)論: 具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性分子是具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性分