核糖體精要部分

關于核糖體精要部分1第1頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五2第十一章核糖體和蛋白質合成

核糖體(ribosome)是合成蛋白質的無膜包被細胞器，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胞內，游離于細胞質基質中，或附著于內質網膜及核膜上（真核細胞）。

第一節(jié)核糖體的類型與結構

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

一、核糖體的基本類型與成分二、核糖體的結構三、核糖體蛋白質與rRNA的功能分析第3頁，共38頁，2022年，5月20日，1點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 原核細胞70S的核糖體 真核細胞80S的核糖體每種核糖體都由大小兩個亞基組成，每個亞基都含有蛋白質和rRNA。

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

大亞單位呈半圓形，一側伸出三個突起，中央有一凹陷。小亞單位呈長條形，約于1/3長度處有一細的縊痕，使小亞單位分為大小兩個部分。二者結合起來時，凹陷部位彼此對應，形成一隧道。第6頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五7核糖體大小亞基常常游離于細胞質基質中，只有當小亞基與mRNA結合后大亞基才與小亞基結合形成完整的核糖體。肽鏈終止后，大小亞基解離，又游離于細胞質基質中。第7頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五82.80S核糖體

80s核糖體和70s形態(tài)總體結構基本相似。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和rRNA差異很大，但結構總體相似，特別是負責與mRNA結合的小亞基?！吩撕驼婧思毎膔RNA都具有甲基化現(xiàn)象，這種甲基化與RNA的轉錄后加工過程的酶識別有關?！妨硗庠?S、16SrRNA和真核5.8S、18SrRNA結構高度保守，常用于研究生物進化。第8頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五9第9頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五10（二）核糖體的主要成分

r蛋白質：40%，核糖體表面

rRNA:60%,，核糖體內部第10頁，共38頁，2022年，5月20日，1點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具有高度復雜的二級結構，線性rRNA分子內部有70％的區(qū)段形成了雙鏈螺旋。各種蛋白質則結合到折疊的rRNA分子上。

第11頁，共38頁，2022年，5月20日，1點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，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，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，共計約80余種。第12頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五13第13頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五14第14頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五15二、核糖體的結構在電鏡下，核糖體具有一定的三維形態(tài)，且每一核糖體均由大、小兩個亞單位構成。大亞單位略呈半圓形，直徑約為23納米，在一側伸出三個突起，中央為一凹陷；小亞單位呈長條形，在約1／3長度處有一細的縊痕，將小亞單位分為大小兩個區(qū)域。當大小亞單位結合在一起成核糖體時，其凹陷部位彼此對應，從而形成一個隧道，為蛋白質翻譯時mRNA的穿行通路。第15頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五166SrRNA基因的常用途徑

細菌的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。因此，可利用保守區(qū)設計通用引物擴增細菌的響應靶序列，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基因測序已經完成。第16頁，共38頁，2022年，5月20日，1點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與蛋白質之間可以自行裝配，但詳細機理尚未查清，根據目前的研究，至少可以肯定以下事實。

（1）30S亞單位的蛋白專同16SrRNA結合，50S亞單位的蛋白專同23SrRNA結合，若將其混合，則裝配不成有功能的亞單位。（2）從不同細菌提取出30S亞單位的蛋白質和16SrRNA，混合后可裝配成有功能的30S亞單位，說明無種間差異。（3）原核細胞與真核細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，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五18三、核糖體蛋白質與rRNA的功能（一）核糖體上具有一系列與蛋白質合成有關的結合位點與催化位點（二）在核糖體中rRNA是起主要作用的結構成分（三）r蛋白質的主要功能第18頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五19（一）核糖體上具有一系列與蛋白質合成有關的結合位點與催化位點1.與mRNA的結合位點：蛋白質的起始合成位點首先需要mRNA與小亞基結合。原核生物中，核糖體與mRNA結合的位點位于16SrRNA的3’端，其準確識別的基礎是細菌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’端序列互補結合。真核生物沒有SD序列，核糖體小亞基準確識別mRNA的基礎主要依賴于mRNA5’端的甲基化帽子。結構。第19頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五20（一）核糖體上具有一系列與蛋白質合成有關的結合位點與催化位點2.與新?lián)饺氲陌滨?tRNA的結合位點——氨?；稽c，又稱A位點3.與延伸中的肽酰-tRNA的結合位點——肽?；稽c，又稱P位點4.肽酰轉移后與即將釋放的tRNA的結合位點——E位點(exitsite)5.與肽酰tRNA從A位點轉移到P位點有關的轉移酶(即延伸因子EF-G)的結合位點6.肽酰轉移酶的催化位點（核糖體中最主要的活性部位）7.與蛋白質合成有關的其它起始因子、延伸因子和終止因子的結合位點

第20頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五21r蛋白和rRNA，誰是主要的功能分子？》最初，人們認為是r蛋白執(zhí)行核糖體主要的催化功能，因為“酶的本質是蛋白質”；》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蛋白質合成并沒有表現(xiàn)出“全”或“無”的影響。》多數(shù)抗蛋白質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€進化過程中rRNA的結構比核糖體蛋白結構具有更高的保守性。第21頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五22（二）在核糖體中rRNA是起主要作用的結構成分

其主要功能是：具有肽酰轉移酶的活性；為tRNA提供結合位點(A位點、P位點和E位點)；為多種蛋白質合成因子提供結合位點；在蛋白質合成起始時參與同mRNA選擇性地結合以及在肽鏈的延伸中與mRNA結合；核糖體大小亞單位的結合、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。第22頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五23（三）r蛋白質的主要功能對rRNA折疊成有功能的三維結構是十分重要的；在蛋白質合成中,某些r蛋白可能對核糖體的構象起“微調”作用；在核糖體的結合位點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，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五24核糖體之功能是合成蛋白質具體作用可能在于：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的核糖體結合部位有互補關系，從而使30S亞單位能識別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結合位點1.mRNA和小亞基的識別與結合；2.翻譯起始；3.肽鏈延伸；4.肽鏈合成終止；第24頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五25第二節(jié)多聚核糖體與蛋白質的合成一、多聚核糖體(polyribosome或polysome)二、蛋白質的合成三、RNA在生命起源中的地位及其演化過程

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

(polyribosome或polysome)

概念核糖體在細胞內并不是單個獨立地執(zhí)行功能，而是由多個甚至幾十個核糖體串連在一條mRNA分子上高效地進行肽鏈的合成，這種具有特殊功能與形態(tài)結構的多個核糖體與mRNA的聚合體稱為多聚核糖體。

第26頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五27在蛋白質合成過程中,同一條mRNA分子能夠同多個核糖體結合，同時合成若干條蛋白質多肽鏈，結合在同一條mRNA上的核糖體就稱為多聚核糖體第27頁，共38頁，2022年，5月20日，1點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合物,然后向mRNA的3＇端移動,直到到達終止密碼子處。當?shù)谝粋€核糖體離開起始密碼子后,空出的起始密碼子的位置足夠與另一個核糖體結合時,第二個核糖體的小亞基就會結合上來,并裝配成完整的起始復合物,開始蛋白質的合成。同樣,第三個核糖體、第四個核糖體、……依次結合到mRNA上形成多聚核糖體。根據電子顯微照片推算,多聚核糖體中,每個核糖體間相隔約80個核苷酸。第28頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五29多聚核糖體的生物學意義 細胞內各種多肽的合成，不論其分子量的大小或是mRNA的長短如何，單位時間內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行多肽合成，對mRNA的利用及對其濃度的調控更為經濟和有效。第29頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五30第30頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五31一般說來，核糖體在細胞內遠較mRNA穩(wěn)定，可以反復用來進行多肽的合成，而且核糖體本身的特異性小，同一核糖體由于同它結合的mRNA不同，可以合成不同種類的多肽。第31頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五32二、蛋白質的合成蛋白質的合成過程比較復雜，由核糖體、mRNA和攜帶各種氨基酸的tRNA、多種蛋白質因子、以及GTP等的共同完成，一般要經過：起始延伸終止三個階段的反應，才能轉譯出多肽產物。第32頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五33翻譯的起始

第一步，mRNA只能與細胞質中游離的核糖體30S小亞基結合，此時的結合部位是mRNA的起始密碼子AUG（如何識別第一個AUG是起始密碼子。

第二步，第一個氨酰-tRNA進入核糖體。當mRNA與小亞基結合后，攜帶有甲酰甲硫氨酸的tRNA（fMet-tRNAfMet）通過反密碼子與mRNA上的起始密碼AUG識別并進入核糖體，入小亞基的P位。

第三步，一旦起始tRNA與AUG密碼子結合，核糖體大亞基便與起始復合物結合，形成完整的70S復合物。該過程伴隨與IF2結合的GTP水解，釋放翻譯起始因子。第33頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五34肽鏈的延伸生成起始復合物，第一個氨基酸（fMet/Met-tRNA）與核糖體結合以后，肽鏈開始伸長。按照mRNA模板密碼子的排列，氨基酸通過新生肽鍵的方式被有序地結合上去。肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包括：AA-tRNA進入核糖體A位點肽鍵的生成移位脫-氨酰tRNA的釋放第34頁，共38頁，2022年，5月20日，1點42分，星期五35肽鏈的終止肽鏈的延伸過程中，當終止密碼子UAA、UAG或UGA出現(xiàn)在核糖體的A位時，沒有相應的AA-tRNA能與之結合，而釋放因子能識別這些密碼子并與之結合，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，蛋白質合成結束。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。