第6章核糖體與核酶55

OUTLINE6.1Ribosomestructure6.2RibosomeBiogenesis6.3RibosomeFunction6.4RibozymeandAntisenseRNA本文檔共48頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\8點39分1核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)本文檔共48頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\8點39分26.1Ribosomestructure

◆核糖體(ribosome)是細(xì)胞內(nèi)一種核糖核蛋白顆粒(ribonucleoproteinpartical),是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器?！艉颂求w的主要成分是核糖體RNA(rRNA),占60%,蛋白質(zhì)(r蛋白質(zhì)),占40%。本文檔共48頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\8點39分36.1.1核糖體的類型細(xì)胞有兩種主要類型的核糖體:◆原核細(xì)胞的核糖體:沉降系數(shù)為70S，分子量為2.5x106,由50S和30S兩個亞基組成?！粽婧思?xì)胞的核糖體:6,由60S和40S兩個亞基組成。本文檔共48頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\8點39分4核糖體的大小亞基本文檔共48頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\8點39分5Mg2+濃度對大小亞基的聚合和解離的影響:◆70S核糖體在Mg2+的濃度小于1mm/L的溶液中易解離;◆當(dāng)Mg2+濃度大于10mm/L,兩個核糖體通常形成100S的二聚體。

本文檔共48頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\8點39分6各種來源的核糖體亞基組成

來源完整核糖體核糖體亞基核糖體RNAs

細(xì)胞質(zhì)80S60S(大亞基)28S,5.8S,5S(真核生物)40S(小亞基)18S細(xì)胞質(zhì)70S50S(大亞基)23S,5S(原核生物)30S(小亞基)16S線粒體55-60S45S(大亞基)16S(哺乳動物)35S(小亞基)12S線粒體75S53S(大亞基)21S (酵母)35S(小亞基)14S線粒體78S60S(大亞基)26S(高等植物)45S(小亞基)18S，5S葉綠體70S50S(大亞基)23S30S(小亞基)16S，5S 本文檔共48頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\8點39分7核糖體的化學(xué)組成本文檔共48頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\8點39分86.2核糖體的生物發(fā)生

(Biogenesis)◆在細(xì)胞內(nèi),核糖體是自我裝配的?！粽婧思?xì)胞和原核細(xì)胞的核糖體合成和裝配過程各不相同。

◆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。本文檔共48頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\8點39分9

6.2.1核糖體基因rRNA基因的擴(kuò)增1.在染色體上增加rRNA基因的拷貝數(shù)●細(xì)菌的E.coli的基因組中有7套rRNA基因;●典型的真核生物細(xì)胞含有幾百到幾千個18S、5.8S和28SrRNA基因的拷貝;●5SrRNA基因的拷貝數(shù)多達(dá)50000個。本文檔共48頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\8點39分102.TheselectiveamplificationofrDNA

●概念:●AmphibianoocytesrRNAgeneamplification

基因擴(kuò)增是通過形成幾千個核進(jìn)行的，每個核里含有幾百拷貝的編碼18S、5.8S和28S的rRNA基因，最后卵母細(xì)胞中的這些rRNA基因的拷貝數(shù)幾乎達(dá)到50萬個。本文檔共48頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\8點39分11

●卵母細(xì)胞中rRNA基因擴(kuò)增機制

滾環(huán)復(fù)制(rollingcirclereplication)

卵母細(xì)胞中rRNA基因擴(kuò)增的機制，有人認(rèn)為歸因于從染色體上分離出來的環(huán)狀DNA分子，這種環(huán)狀DNA中含有rRNA基因。由于環(huán)狀DNA能夠通過滾環(huán)復(fù)制的方式進(jìn)行復(fù)制，因而能夠產(chǎn)生大量的rRNA基因。本文檔共48頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\8點39分1218S、5.8S和28SrRNA基因的轉(zhuǎn)錄和加工◆組織:●18S、5.8S和28SrRNA基因為一組串聯(lián)在一起,人基因組中，分布在13、14、15、21、225條染色體上。人的均有rRNA基因。在間期核中,所有這5條染色體rRNA基因附著的區(qū)域,集合在一起,形成一個核仁?！?S的rRNA基因則位于另一條染色體上。分布在人類的1號染色體上，24000個拷貝。本文檔共48頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\8點39分13◆轉(zhuǎn)錄●18S、5.8S和28SrRNA基因首先轉(zhuǎn)錄成一個45S前rRNA;●不同種的生物，pre-rRNA的長度范圍在34S～45S之間；●在轉(zhuǎn)錄單位中除了三個rRNA基因外，還包括一些間隔區(qū)；●RNA聚合酶I

。本文檔共48頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\8點39分14不同種生物的前體rRNA

生物pre-rRNA的沉降系數(shù)

果蠅34S 裂殖酵母37S煙草38S 蛙40S雞45S鼠45S人45S 本文檔共48頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\8點39分15rRNA的前體轉(zhuǎn)錄物本文檔共48頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\8點39分16前體rRNA的加工與修飾：◆將45S的前體rRNA加工成成熟的18S、5.8S和28SrRNA；◆甲基化修飾：甲基化的主要部位在核糖第二位羥基上。本文檔共48頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\8點39分1745SrRNA前體的加工本文檔共48頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\8點39分18◆在前體rRNA加工過程中，rRNA的甲基化可能起指導(dǎo)作用：●實驗證明在前體rRNA被甲基化的部位在加工過程中并未被切除，而是一直保持到成熟的rRNA中;●另外還發(fā)現(xiàn)如果人為地阻斷前體rRNA的甲基化，前體rRNA的加工也被阻斷;●推測前體rRNA的甲基化對rRNA的加工具有指導(dǎo)作用。本文檔共48頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\8點39分195SrRNA的加工與修飾：◆真核生物的5SrRNA基因與其他3種rRNA基因不在同一條染色體上，它是由核仁以外的染色體基因轉(zhuǎn)錄的；在核仁裝配；基因數(shù)量多。◆5SrRNA基因是由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的，原始轉(zhuǎn)錄物的5’端與成熟的5SrRNA的5’端完全相同，3’端通常含有多余的核苷酸，在加工時要被切除。本文檔共48頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\8點39分205SrRNA基因本文檔共48頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\8點39分21◆RNA聚合酶III通常是與位于轉(zhuǎn)錄部分內(nèi)的啟動子結(jié)合，而不是與轉(zhuǎn)錄起點上游的啟動子結(jié)合，內(nèi)部啟動子。內(nèi)部啟動子的實驗證明:本文檔共48頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\8點39分22原核生物rRNA基因◆原核與真核生物的rRNA基因在組織結(jié)構(gòu)上的差異:●重復(fù)頻率：如E.coli，只重復(fù)了7次；●細(xì)菌的5SrRNA與16SrRNA、23SrRNA基因只組成一個轉(zhuǎn)錄單位，在染色體上的排列順序是∶16S-23S-5S。本文檔共48頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\8點39分23◆核酸酶RNaseⅢ將16S-23S-5SrRNA前體切割成單體;◆細(xì)菌中的rRNA轉(zhuǎn)錄單位除了三種rRNA外，同時有幾種tRNA分子。本文檔共48頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\8點39分24原核生物rRNA前體的加工本文檔共48頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\8點39分256.2.2核糖體的裝配核糖體是一種自組裝(self-assembly)的結(jié)構(gòu)。原核生物核糖體亞基的裝配在細(xì)胞質(zhì)；真核生物核糖體亞基的裝配地點在細(xì)胞核核仁部位。原核生物核糖體的裝配◆rRNA和蛋白質(zhì)的裝配關(guān)系:

組成核糖體的蛋白質(zhì)和rRNA在大小亞基中均有一定的空間排布和先后順序。本文檔共48頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\8點39分26核糖體RNA的位置關(guān)系本文檔共48頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\8點39分27

核糖體在組裝過程中,某些蛋白質(zhì)必須首先結(jié)合到rRNA上,其他蛋白才能組長上去即表現(xiàn)出先后層次。根據(jù)同rRNA結(jié)合的順序,將核糖體蛋白分為兩種:本文檔共48頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\8點39分28◆初級結(jié)合蛋白(primarybindingprotein)

這些蛋白質(zhì)直接同rRNA結(jié)合,其中同16SrRNA結(jié)合的初級蛋白有14種,它們是:S3,S4,S17,S20,S6,S15,S8,S18,S9,S11,S12,S13,S7,S1。同5SrRNA結(jié)合的有11種。◆次級結(jié)合蛋白(secondarybindingprotein)

這些蛋白質(zhì)不直接同rRNA結(jié)合,而是同初級結(jié)合蛋結(jié)合。它們是:S10,S16,S2,S6,S21,S14,S19。本文檔共48頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期三\8點39分29核糖體結(jié)合蛋白本文檔共48頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期三\8點39分30真核生物核糖體裝配模型◆80S前體顆粒形成

●45SrRNA+5SrRNA+蛋白質(zhì)●45SrRNA41SrRNA◆大小亞基前體形成:●大:32SrRNA和5SrRNA●小:20S的前體rRNA；◆小亞基成熟與運送:20SrRNA18SrRNA◆大亞基成熟與運送32SrRNA28SrRNA+5.8SrRNA+5SrRNA

編碼核糖體亞基的蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)錄后在細(xì)胞核中加工成熟，隨即運送到細(xì)胞質(zhì)中合成蛋白質(zhì)，再將合成的蛋白質(zhì)運回細(xì)胞核核仁裝配。本文檔共48頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期三\8點39分31核糖體的合成與裝配本文檔共48頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期三\8點39分32核糖體的功能位點6.3核糖體的功能本文檔共48頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期三\8點39分33真核與原核mRNA的差異本文檔共48頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期三\8點39分34SD(Shine-Dalgarno)sequence本文檔共48頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期三\8點39分35多聚核糖體本文檔共48頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期三\8點39分366.4核酶Ribozyme與反義RNA◆核酶：AnenzymeinwhichRNAratherthanproteinisresponsibleforcatalyticactivity.◆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?！舴戳xRNA是指與mRNA互補的RNA分子。是正鏈DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。I、II、III類。本文檔共48頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期三\8點39分37核酶的發(fā)現(xiàn)◆幾個基本概念●間隔序列(spacesequence)●內(nèi)含子(intron)●外顯子(exon)本文檔共48頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期三\8點39分38◆發(fā)現(xiàn)

●1980s●ThomasCech等●研究四膜蟲的26SrRNA前體加工●發(fā)現(xiàn):26SrRNA前體可進(jìn)行自剪切(self-splicing)◆證明●26SrRNA基因克隆●無細(xì)胞系統(tǒng)中轉(zhuǎn)錄●研究26SrRNA的前體分子剪切本文檔共48頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期三\8點39分3950S核糖體中23SrRNA核酶活性◆起因:肽酰轉(zhuǎn)移酶(peptidyltransferase)◆發(fā)現(xiàn)者:HarryNoller等,1992年◆實驗過程:●破壞50S亞基核糖體蛋白質(zhì)蛋白酶K、SDS、苯酚等●破壞rRNA核酸酶處理50S亞基核糖體◆結(jié)論:

具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性分子是23SrRNA。本文檔共48頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期三\8點39分40●即從pre-mRNA中切除內(nèi)含子●剪接發(fā)生在細(xì)胞核中●加工成熟的mRNA被運送到細(xì)胞質(zhì)。6.4.1核剪接(nuclearsplicing)本文檔共48頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期三\8點39分41●GU-AG規(guī)則：P256●剪接體（Spliceosomes）:在剪接過程中形成的剪接復(fù)合物稱為剪接體，剪接體的主要組成是：蛋白質(zhì)和小分子的核RNA（snRNA)(100～300bp).例如：U1,U2,U4,U5和U6.●套索的形成和釋放。

核剪接的作用機制

本文檔共48頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期三\8點39分42核剪接本文檔共48頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期三\8點39分43●結(jié)構(gòu)特點