细胞学核糖体和核酶

细胞学核糖体和核酶第1页/共49页2◆核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein(RNP)particle)，是细胞内合成蛋白质的细胞器。7.1Ribosomestructure◆核糖体的主要成分是核糖体RNA(rRNA)，占60%，核糖体蛋白质(r蛋白质)，占40%。1第2页/共49页37.1.1核糖体的类型细胞有两种主要类型的核糖体:◆原核细胞的核糖体:沉降系数为70S，分子量为2.5×106，由50S和30S两个亚基组成。◆真核细胞(细胞质)的核糖体沉降系数是80S，分子量为4.8×106，由60S和40S两个亚基组成。2第3页/共49页4各种来源的核糖体亚基组成

来源完整核糖体核糖体亚基核糖体RNA

细胞质80S

60S(大亚基)

28S,5.8S,5S(真核生物)

40S(小亚基)

18S

细胞质70S50S(大亚基)23S,5S(原核生物)30S(小亚基)16S

线粒体55-60S45S(大亚基)16S(哺乳动物)35S(小亚基)12S

线粒体75S53S(大亚基)21S (酵母)35S(小亚基)14S线粒体78S60S(大亚基)26S,5S(高等植物)45S(小亚基)18S

叶绿体70S50S(大亚基)23S,5S30S(小亚基)16S 第4页/共49页5核糖体的化学组成第5页/共49页67.2RibosomeBiogenesis(核糖体的生物发生)

◆在细胞内,核糖体是自我装配的。

◆核糖体的生物发生包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装。第6页/共49页77.2.1核糖体rRNA基因的转录与加工7.2.1.1真核生物核糖体rRNA基因的转录与加工7.2.1.2原核生物核糖体rRNA基因的转录与加工第7页/共49页87.2.1.1真核生物18S、5.8S和28SrRNA基因的转录和加工◆组织:●18S、5.8S和28SrRNA基因为一组串联在一起。对人来说，分布在13，14，15，21

和22号染色体上；●5S的rRNA基因则位于另一条染色体上。3第8页/共49页9◆转录●45S前RNA转录体；●不同种的生物，pre-rRNA的长度范围在34S～45S之间；●在转录单位中除了三个rRNA基因外，还包括一些间隔区。第9页/共49页10rRNA的前体转录物第10页/共49页11前体rRNA的修饰与加工：◆甲基化修饰：甲基化的主要部位在核糖

2′碳的羟基上。◆45S的前体rRNA在核酶的作用下，加工出成熟的18S、5.8S和28SrRNA；第11页/共49页1245SrRNA前体的加工snoRNAs(核酶)第12页/共49页13◆真核生物中，18S、5.8S和28SrRNA的基因在核仁内串连在一起转录，而5SrRNA的基因在

核仁外转录。◆某些生物3’端通常有多余的核苷酸，在加工时被切除。5SrRNA基因的转录与加工第13页/共49页14原核生物rRNA基因转录●细菌的16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA基因组成一个转录单位，在染色体上的排列顺序是∶16S-23S-5S。7.2.1.2原核生物核糖体rRNA基因的转录与加工第14页/共49页15原核生物rRNA前体的加工第15页/共49页16原核生物rRNA前体的加工第16页/共49页177.2.2核糖体的装配原核生物核糖体的装配◆小亚基的rRNA和蛋白质的装配关系:r蛋白质和rRNA在大小亚基中均有一定的空间排布。第17页/共49页18

核糖体在组装过程中，某些蛋白质必须首先结合到rRNA上，其他蛋白才能组装上去即表现出先后层次。根据同rRNA结合的顺序，将核糖体蛋白分为两种:◆初级结合蛋白(primarybindingprotein)

这些蛋白质直接同rRNA结合，◆次级结合蛋白(secondarybindingprotein)

这些蛋白质不直接同rRNA结合,而是同初级结合蛋白结合。第18页/共49页19原核细胞核糖体结合蛋白第19页/共49页20真核生物核糖体装配模型◆80S前体颗粒形成●45SrRNA+5SrRNA+蛋白质●45SrRNA41SrRNA◆大小亚基前体形成:●大:32SrRNA和5SrRNA●小:20S的前体rRNA；◆小亚基成熟与运送:●20SrRNA18SrRNA◆大亚基成熟与运送●

32SrRNA28SrRNA+5.8SrRNA第20页/共49页21人细胞核糖体的合成与装配第21页/共49页227.3核糖体的功能◆核糖体的功能位点◆蛋白质合成的基本过程第22页/共49页23核糖体的功能位点第23页/共49页24核糖体的功能位点A位点：氨酰tRNA位点（Aminoacyl-tRNAsite）P位点：肽酰tRNA位点（Peptidyl-tRNAsite）E位点（Exitsite）：脱氨酰tRNA离开核糖体时的临时停留点

大亚基：小亚基：与mRNA结合位点第24页/共49页25◆真核生物mRNA的5’端有帽子结构，核糖体小亚基通过识别帽子结构和mRNA结合。◆原核生物mRNA起始密码子AUG的上游5-10个碱基处有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列(Shine-Dalgarnosequence)。小亚基通过识别SD序列而与mRNA结合。小亚基与mRNA的结合第25页/共49页26Shine-Dalgarnosequence第26页/共49页27蛋白质合成的基本过程◆蛋白质合成起始◆多肽链的延伸◆蛋白质合成终止第27页/共49页28蛋白质合成起始第28页/共49页29真核细胞：小亚基通过识别5’端甲基化帽子结构与mRNA结合，并且滑动到含有AUG的典型识别序列5’-CCACCAUGC-3’,此过程有10个起始因子eIF参与，其中eIF4同mRNA5’帽子结合。小亚基与mRNA的结合原核细胞：小亚基通过识别SD序列与mRNA结合，此过程有起始因子IF1、IF3帮助识别。第29页/共49页30第一个氨酰tRNA进入核糖体的P位点原核生物：携带甲酰甲硫氨酸的tRNA通过反密码子与mRNA中的AUG的识别进入核糖体。起始tRNA与GTP、IF2结合形成GTP-IF2-tRNAfmet复合物，复合物与mRNA的AUG结合后，结合小亚基的IF3释放。第30页/共49页31完整复合物的装配

起始tRNA与AUG结合后，大亚基与GTP-IF2-tRNAfmet复合物结合，形成核糖体-mRNA起始复合物。此过程伴随GTP水解、IF1和IF2的释放。第31页/共49页32多肽链的延伸和终止3第32页/共49页33多肽链的延伸◆氨酰tRNA进入A位◆肽键形成——肽酰转移酶◆转位——核糖体沿着mRNA5’3’方向移动三个核苷酸◆脱氨酰tRNA的释放3第33页/共49页34蛋白质合成终止◆终止密码子：UAA、UAG、UGA◆任何一个终止密码子进入A位点都会终止蛋白质的合成。第34页/共49页35多聚核糖体第35页/共49页367.4RibozymeandAntisenseRNA◆核酶（ribozyme）◆反义RNA（AntisenseRNA）第36页/共49页37◆大小:100～300bases◆由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成◆某些像mRNA一样可被加帽◆类别:scRNAsnRNA7.4.1真核细胞中的小分子RNA(smallRNA)第37页/共49页38scRNA(smallcytoplasmicRNA):snRNA(smallnuclearRNA)：◆snRNPs(smallnuclearribonucleoproteins)颗粒；◆snRNPs分类:

由于snRNA富含尿嘧啶核苷，分类时把它分为

U1、U2、……等。第38页/共49页39

7.4.2AntisenseRNA反义RNA：指与mRNA互补结合，抑制该mRNA翻译的RNA分子，也包括与其他RNA互补的RNA分子。反义RNA分类◆I类∶直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或编码区;◆Ⅱ类:

与mRNA的SD序列的上游非编码区结合,从而抑制靶mRNA的翻译；◆III类:

可直接抑制mRNA的转录第39页/共49页407.4.3核酶(ribozyme)

具有催化活性的RNA，其化学本质是核糖核酸（RNA）。其功能很多，有的能切割RNA，有的能切割DNA，有些具有RNA连接酶、磷酸酶等活性；与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。第40页/共49页41核酶的作用第41页/共49页42核酶的发现

●1980s

●ThomasCech等

●研究四膜虫的26SrRNA前体加工

●发现:26SrRNA前体可进行自剪接

(self-splicing)◆几个基本概念●间隔区(spacer)：基因间的序列

●内含子(intron):基因内的序列

●外显子(exon)：最后出现在成熟RNA中的序列第42页/共49页43rRNA前体的自剪接第43页/共49页4450S核糖体中23SrRNA核酶活性◆肽酰转移酶(peptidyltransferase)的化学本质是一种RNA◆发现者:HarryNoller等，1992年◆实验过程:

●用蛋白酶K、SDS、苯酚等破坏50S亚基核糖体蛋白质:仍然有肽键生成

●破坏rRNA

核酸酶处理50S亚基核糖体:无肽键生成

◆结论:

具有肽酰转移酶的活性分子是23SrRNA。第44页/共49页45核酶的类