2023学年完整版RNA和核糖体

RNA和核糖体核糖体（ribosome）亦称核蛋白体，由rRNA和蛋白质组成。单核糖体有二个亚基，分别称为大亚基和小亚基。在原核细胞和真核细胞中核糖体的组成见下表。一、原核细胞和真核细胞的核糖体组成原核细胞真核细胞（哺乳动物细胞）沉降常数近似分子量沉降常数近似分子量核蛋白体70S×10680S×106小亚基70S×10640S×106rRNA16S×10618S×106蛋白质21种×106约30种×106大亚基50S×10660S×106rRNA23S×10628S×106×1045S×1045S×104蛋白质34种×106约50种×104二、核糖体的组成哺乳动物细胞前体rRNA（pre-rRNA）链长45S（1300个核苷酸）。不同哺乳动物细胞来源的rRNA链长有种间差异，大鼠肝28SrRNA和18SrRNA链长分别为4718和1874个核苷酸。含156个核苷酸，正好与原核细胞的23SrRNA5'端的156个核苷酸序列组成相当。酵母细胞的25S和17SrRNA分别相当于哺乳动物细胞的28S和18SrRNA。5SrRNA为真核和原核细胞共有，含120个核苷酸。原核细胞的16SrRNA和23SrRNA的序列于1978年确定，分别含1542个核苷酸和2904个核苷酸。三、所有的rRNA均有其基本的特点（1）rRNA是单链RNA；（2）G-C碱基对与A-U碱基对的总量不等；（3）单股rRNA链可自行折叠，形成螺旋区和环区，所有螺旋区的碱基都是保守的；（4）所有来源rRNA均能形成4个结构域（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ），每个结构域均含许多茎（螺旋段）和环，它们通过无距离碱基对的相互反应彼此靠近；（5）绝大多数的rRNA碱基的特异功能尚不清楚。据说rRNA中不配对的碱基（环区或单股区）涉及到rRNA与其它RNA的结合，如16S的3'端不配对的碱基与mRNA的起始部位（SD顺序）形成碱基配对。与rRNA或核糖体亚基结合的蛋白质有二类。一类与rRNA或核糖体亚基紧密连接，需高浓度盐和强解离剂（如3mol/LLiCl或4mol/L尿素）才能将其分离，这类蛋白质称为"真"核糖体蛋白质（"realribosomalproteins"）或简称为核糖体蛋白质。如亚基上的21种蛋白质及50S亚基上的34种蛋白质（共54种，因为小亚基上的S20与大亚基上的L26是相同）；或者在真核细胞40S亚基上的30种蛋白质及60S亚基上的45-50种蛋白质（共约80种），即属此类。而另一类蛋白质则为与有功能的核糖体亚基疏松缔合，能被L单价阳离子（如K+，NH4+）从亚基上洗脱，并对核糖体循环发挥调节作用的蛋白质，如起始因子（IF或eIF）和延长因子（EF）等，称为核糖体相关蛋白质（proteinsassociatedwithribosome；简称PAR）。PAR不是构成核糖体的固有成分。四、核糖体的结构自六十年代以来，人们运用化学、物理学和免疫学方法，主要对核糖体进行了大量的研究，完成了对核糖体54种蛋白质氨基酸序列及三种rRNA一级和二级结构的测定，初步认识了核糖体颗粒的基本建造（architecture）。这些技术主要包括:（1）电子显微镜术（EM）；（2）免疫学方法；（3）中子衍射技术（neutonscattering）；（4）双功能试剂交联法；（5）不同染料间单态-单态能量转移（singlet-singletenergytransfer）测定（6）活性核糖体颗粒重建等方法。1.核糖体的颗粒的大小和形状早期的小角X─射线衍射研究和流体动力学测定结果显示，核糖体亚基可能是椭园形。用X线衍射术测定30S亚基的大小为×22×22nm，50S亚基为×23×23nm.其后，用小角中子衍射术和电子显微镜证明50S亚基呈三叶半球形（trilobalhemisphericalmodel）。RNA和蛋白质的分布相对集中，RNA主要定位于核糖体中央，蛋白质在颗粒外围。电子显微镜是研究核糖体形状和大体结构的最直接方法，在这方面已使用了不同的电子显微镜技术，如常规亮视野透射EM，暗视野EM，扫描透射EM和三维EM。尽管不同的方法存在差异，但有结论认为:小亚基是一扁平不对称颗粒，由头和体组成，分别占小亚基的1/3和2/3。在头和体之间的部分是颈，并有1-2个突起称为叶或平台。不同EM获得的核糖体模式差异主要是:亚基的不对称的程度，突起的数目、大小和形状以及头和体之间部分的深度。大亚基呈半对称性皇冠状（quasi-symmetric"crowm"）和对称性肾状。大亚基由半球形主体和三个大小与形状不同的突起组成。中间的突起称为"鼻"，呈杆状；两侧的突起分别称为柄（stalk）和脊（ridge）。柄含二种蛋白质L7/L12，向颗粒外伸出8-12nm。脊含蛋白质L1，故脊又称为L1肩（L1shoulder）。电镜下的70S核糖体大体是圆形颗粒，直径约23nm。小亚基斜（45°角）卧在50S亚基的L1，肩和中心突之间。衍射（diffraction），如X射线衍射术是确定核糖体精细模型的非常有效的方法。1979-1982年间，已获得了大肠杆菌核糖体亚基的螺旋和二维矩阵，并被用三维映象重构建技术对这些矩阵进行了分析。2.蛋白质的空间排列用免疫电镜法观察到蛋白质位于核糖体的表面。正如前述，在大亚基柄上含L7/L12，其C末端远离50S，而N末端定位在柄的基底部，并与L10相结合（L10与23SrRNA结合）。免疫电镜法也对核糖体的功能域进行了研究，已定位了mRNA、tRNA、抗菌素、起始因子、延长因子及肽酰转移酶的结合部位。抗菌素与起始因子或延长因子能竞争性（或相互拮抗性）地与核糖结合。用双功能试剂进行蛋白质-蛋白质RNA之间交联，已鉴定了许多核糖体蛋白质之间的联系。在分离单个蛋白质的过程中，可获得2种或3种蛋白质形成的复合物，如二聚体（L7/L12）2，或者四个分子聚在一起形成四聚体（L7/L12）4，甚至该四聚体可与L10结合成五聚体（L7/L12）4-L10。亦分离到许多其它蛋白质的复合物，如S13-S19，S3-S4，S3-S5，S3-S5-S10，S4-S5，S4-S20，S5-S8和S5-S10。这些蛋白质交联起来形成复合物，表示有可能在功能上密切相关。的空间排列测定rRNA的空间排列方式的方法主要有电镜法和交联法。其功能部位通过几种方法确定在70S核糖体图中显示了rRNA分子的结合部位和方向。在电镜下，16SrRNA的排列呈V型，一个臂比一个臂稍厚和长。23S的大小和形状可与50S"皇冠"式样很好匹配。有结论认为，rRNA形成了核糖体亚基的骨架，蛋白质与其结合。一般来说，rRNA骨架不发生大的构象改变。用免疫电镜法已确定在亚基内rRNA的某些特征。使用抗N6，6-二甲基腺苷（位于16SrRNA3'末端24和25位）抗体，确定了修饰碱基区段（指16SrRNA3'端约25个碱基）位于30S亚基头和体之间。16SrRNA的第526位的m7G处于30S上1/3和下2/3交界处。16S、5S和23SrRNA的内部交联已被研究。证明在5SrRNA内G41和G72交联，这种交联属三级结构反应，利用此反应已经构建了一处改进的5SrRNA分子三维模型。此外，RNA-蛋白质交联研究也是测定亚基内rRNA分子空