核糖体精要部分

关于核糖体精要部分1第1页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五2第十一章核糖体和蛋白质合成

核糖体(ribosome)是合成蛋白质的无膜包被细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。核糖体几乎存在于一切细胞内，游离于细胞质基质中，或附着于内质网膜及核膜上（真核细胞）。

第一节核糖体的类型与结构

第二节多聚核糖体与蛋白质的合成第2页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五3第一节核糖体的类型与结构

一、核糖体的基本类型与成分二、核糖体的结构三、核糖体蛋白质与rRNA的功能分析第3页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五4一、核糖体的基本类型与成分（一）核糖体基本类型

附着核糖体 游离核糖体 原核细胞70S的核糖体 真核细胞80S的核糖体每种核糖体都由大小两个亚基组成，每个亚基都含有蛋白质和rRNA。

第4页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五51.70S核糖体原核细胞核糖体沉降系数为70S，2*106离子浓度对大小亚基的结合起重要作用，对70S核糖体体外实验表明：－Mg2＋浓度小于1mmol/ml时，解离成大（50S）小（30S）亚基解离；－Mg2＋浓度大于10mmol/ml时，两个70S核糖体构成100S的二聚体；真核细胞中线粒体和叶绿体内自身核糖体70S第5页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五6

大亚单位呈半圆形，一侧伸出三个突起，中央有一凹陷。小亚单位呈长条形，约于1/3长度处有一细的缢痕，使小亚单位分为大小两个部分。二者结合起来时，凹陷部位彼此对应，形成一隧道。第6页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五7核糖体大小亚基常常游离于细胞质基质中，只有当小亚基与mRNA结合后大亚基才与小亚基结合形成完整的核糖体。肽链终止后，大小亚基解离，又游离于细胞质基质中。第7页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五82.80S核糖体

80s核糖体和70s形态总体结构基本相似。大亚基中28SrRNA在不同的物种中大小有差别。60S：28S、5.8S、5SrRNA；40S：18SrRNA。》尽管原核生物与真核生物核糖体的蛋白质和rRNA差异很大，但结构总体相似，特别是负责与mRNA结合的小亚基。》原核和真核细胞的rRNA都具有甲基化现象，这种甲基化与RNA的转录后加工过程的酶识别有关。》另外原核5S、16SrRNA和真核5.8S、18SrRNA结构高度保守，常用于研究生物进化。第8页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五9第9页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五10（二）核糖体的主要成分

r蛋白质：40%，核糖体表面

rRNA:60%,，核糖体内部第10页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五111.核糖体RNA

原核生物的核糖体含有三种大小不同的rRNA，在小亚单位中的为16srRNA，在大亚单位中的为23Srenal和5SrRNA。真核生物的核糖体含有4种rRNA，在小亚单位中的为18SrRNA，在大亚单位中的为28S、5S和5.8SrRNA。rRNA具有高度复杂的二级结构，线性rRNA分子内部有70％的区段形成了双链螺旋。各种蛋白质则结合到折叠的rRNA分子上。

第11页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五122.核糖体蛋白大肠杆菌核糖体中共含有50多种蛋白质，其中小亚单位约有21种，大亚单位含有30余种，组成核糖体的蛋白质，在大小亚单位中均有一定的空间分布。真核生物的核糖体所含有蛋白质的种类比原核生物的要多一些，大亚单位含有49种，小亚单位含有33种，共计约80余种。第12页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五13第13页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五14第14页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五15二、核糖体的结构在电镜下，核糖体具有一定的三维形态，且每一核糖体均由大、小两个亚单位构成。大亚单位略呈半圆形，直径约为23纳米，在一侧伸出三个突起，中央为一凹陷；小亚单位呈长条形，在约1／3长度处有一细的缢痕，将小亚单位分为大小两个区域。当大小亚单位结合在一起成核糖体时，其凹陷部位彼此对应，从而形成一个隧道，为蛋白质翻译时mRNA的穿行通路。第15页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五166SrRNA基因的常用途径

细菌的rRNA具有高度的保守性，又具有高度的变异性。保守性反映物种的亲缘关系，高变性则揭示物种的特征核苷酸序列，rRNA是种属鉴定的基础。因此，可利用保守区设计通用引物扩增细菌的响应靶序列，再利用可变区的差异性鉴别菌种。16SrRNA基因存在于细菌、衣原体、支原体、放线菌等原核生物的染色体基因中，不存在于真菌、病毒等非原核生物中。几乎所有病原菌的16SrRNA基因测序已经完成。第16页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五17

核糖体大小亚基与rRNA之间，以及大小亚基之间，rRNA与蛋白质之间可以自行装配，但详细机理尚未查清，根据目前的研究，至少可以肯定以下事实。

（1）30S亚单位的蛋白专同16SrRNA结合，50S亚单位的蛋白专同23SrRNA结合，若将其混合，则装配不成有功能的亚单位。（2）从不同细菌提取出30S亚单位的蛋白质和16SrRNA，混合后可装配成有功能的30S亚单位，说明无种间差异。（3）原核细胞与真核细胞的亚单位不能形成有功能的核糖体。（4）E.coli的核糖体和（玉米中）叶绿体的核糖体相似，相互交换亚单位仍具功能。（5）E.coli的核糖体和线粒体的核糖体不同，相互交换后不能装配。第17页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五18三、核糖体蛋白质与rRNA的功能（一）核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点（二）在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分（三）r蛋白质的主要功能第18页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五19（一）核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点1.与mRNA的结合位点：蛋白质的起始合成位点首先需要mRNA与小亚基结合。原核生物中，核糖体与mRNA结合的位点位于16SrRNA的3’端，其准确识别的基础是细菌mRNA有一段特殊的SD序列，位于起始密码子上有5-10bp处。SD序列能与核糖体小亚基16SrRNA的3’端序列互补结合。真核生物没有SD序列，核糖体小亚基准确识别mRNA的基础主要依赖于mRNA5’端的甲基化帽子。结构。第19页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五20（一）核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点2.与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点，又称A位点3.与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点——肽酰基位点，又称P位点4.肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点——E位点(exitsite)5.与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点6.肽酰转移酶的催化位点（核糖体中最主要的活性部位）7.与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点

第20页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五21r蛋白和rRNA，谁是主要的功能分子？》最初，人们认为是r蛋白执行核糖体主要的催化功能，因为“酶的本质是蛋白质”；》很难确定哪一种蛋白具有催化功能：在E.coli中核糖体蛋白突变甚至缺失对蛋白质合成并没有表现出“全”或“无”的影响。》多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，并非由于r蛋白的基因突变而往往是rRNA基因突变。》在整个进化过程中rRNA的结构比核糖体蛋白结构具有更高的保守性。第21页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五22（二）在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分

其主要功能是：具有肽酰转移酶的活性；为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)；为多种蛋白质合成因子提供结合位点；在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合；核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与rRNA有关。第22页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五23（三）r蛋白质的主要功能对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的；在蛋白质合成中,某些r蛋白可能对核糖体的构象起“微调”作用；在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中,核糖体蛋白与rRNA共同行使功能。

第23页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五24核糖体之功能是合成蛋白质具体作用可能在于：一是与mRNA的连接，在16SrRNA的3′端有一段顺序同多数原核生物的mRNA的核糖体结合部位有互补关系，从而使30S亚单位能识别mRNA的起始端。二是为多肽链的形成提供表面位置，由大亚单位行使。三是供tRNA结合位点1.mRNA和小亚基的识别与结合；2.翻译起始；3.肽链延伸；4.肽链合成终止；第24页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五25第二节多聚核糖体与蛋白质的合成一、多聚核糖体(polyribosome或polysome)二、蛋白质的合成三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程

第25页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五26一、多聚核糖体

(polyribosome或polysome)

概念核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的多个核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。

第26页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五27在蛋白质合成过程中,同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体第27页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五28

在mRNA的起始密码子部位,核糖体亚基装配成完整的起始复合物,然后向mRNA的3＇端移动,直到到达终止密码子处。当第一个核糖体离开起始密码子后,空出的起始密码子的位置足够与另一个核糖体结合时,第二个核糖体的小亚基就会结合上来,并装配成完整的起始复合物,开始蛋白质的合成。同样,第三个核糖体、第四个核糖体、……依次结合到mRNA上形成多聚核糖体。根据电子显微照片推算,多聚核糖体中,每个核糖体间相隔约80个核苷酸。第28页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五29多聚核糖体的生物学意义 细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。 以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。第29页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五30第30页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五31一般说来，核糖体在细胞内远较mRNA稳定，可以反复用来进行多肽的合成，而且核糖体本身的特异性小，同一核糖体由于同它结合的mRNA不同，可以合成不同种类的多肽。第31页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五32二、蛋白质的合成蛋白质的合成过程比较复杂，由核糖体、mRNA和携带各种氨基酸的tRNA、多种蛋白质因子、以及GTP等的共同完成，一般要经过：起始延伸终止三个阶段的反应，才能转译出多肽产物。第32页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五33翻译的起始

第一步，mRNA只能与细胞质中游离的核糖体30S小亚基结合，此时的结合部位是mRNA的起始密码子AUG（如何识别第一个AUG是起始密码子。

第二步，第一个氨酰-tRNA进入核糖体。当mRNA与小亚基结合后，携带有甲酰甲硫氨酸的tRNA（fMet-tRNAfMet）通过反密码子与mRNA上的起始密码AUG识别并进入核糖体，入小亚基的P位。

第三步，一旦起始tRNA与AUG密码子结合，核糖体大亚基便与起始复合物结合，形成完整的70S复合物。该过程伴随与IF2结合的GTP水解，释放翻译起始因子。第33页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五34肽链的延伸生成起始复合物，第一个氨基酸（fMet/Met-tRNA）与核糖体结合以后，肽链开始伸长。按照mRNA模板密码子的排列，氨基酸通过新生肽键的方式被有序地结合上去。肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA进入核糖体A位点肽键的生成移位脱-氨酰tRNA的释放第34页，共38页，2022年，5月20日，1点42分，星期五35肽链的终止肽链的延伸过程中，当终止密码子UAA、UAG或UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AA-tRNA能与之结合，而释放因子能识别这些密码子并与之结合，水解P位上多肽链与tRNA之间的二酯键。接着，新生的肽链和tRNA从核糖体上释放，核糖体大、小亚基解离，蛋白质合成结束。释放因子RF具有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽链与核糖体解离。