第6章核糖体与核酶55

OUTLINE6.1Ribosomestructure6.2RibosomeBiogenesis6.3RibosomeFunction6.4RibozymeandAntisenseRNA本文档共48页；当前第1页；编辑于星期三\8点39分1核糖体的形态结构本文档共48页；当前第2页；编辑于星期三\8点39分26.1Ribosomestructure

◆核糖体(ribosome)是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoproteinpartical),是细胞内合成蛋白质的细胞器。◆核糖体的主要成分是核糖体RNA(rRNA),占60%,蛋白质(r蛋白质),占40%。本文档共48页；当前第3页；编辑于星期三\8点39分36.1.1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2.5x106,由50S和30S两个亚基组成。◆真核细胞的核糖体:6,由60S和40S两个亚基组成。本文档共48页；当前第4页；编辑于星期三\8点39分4核糖体的大小亚基本文档共48页；当前第5页；编辑于星期三\8点39分5Mg2+浓度对大小亚基的聚合和解离的影响:◆70S核糖体在Mg2+的浓度小于1mm/L的溶液中易解离;◆当Mg2+浓度大于10mm/L,两个核糖体通常形成100S的二聚体。

本文档共48页；当前第6页；编辑于星期三\8点39分6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RNAs

细胞质80S60S(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(高等植物)45S(小亚基)18S，5S叶绿体70S50S(大亚基)23S30S(小亚基)16S，5S 本文档共48页；当前第7页；编辑于星期三\8点39分7核糖体的化学组成本文档共48页；当前第8页；编辑于星期三\8点39分86.2核糖体的生物发生

(Biogenesis)◆在细胞内,核糖体是自我装配的。◆真核细胞和原核细胞的核糖体合成和装配过程各不相同。

◆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。本文档共48页；当前第9页；编辑于星期三\8点39分9

6.2.1核糖体基因rRNA基因的扩增1.在染色体上增加rRNA基因的拷贝数●细菌的E.coli的基因组中有7套rRNA基因;●典型的真核生物细胞含有几百到几千个18S、5.8S和28SrRNA基因的拷贝;●5SrRNA基因的拷贝数多达50000个。本文档共48页；当前第10页；编辑于星期三\8点39分102.TheselectiveamplificationofrDNA

●概念:●AmphibianoocytesrRNAgeneamplification

基因扩增是通过形成几千个核进行的，每个核里含有几百拷贝的编码18S、5.8S和28S的rRNA基因，最后卵母细胞中的这些rRNA基因的拷贝数几乎达到50万个。本文档共48页；当前第11页；编辑于星期三\8点39分11

●卵母细胞中rRNA基因扩增机制

滚环复制(rollingcirclereplication)

卵母细胞中rRNA基因扩增的机制，有人认为归因于从染色体上分离出来的环状DNA分子，这种环状DNA中含有rRNA基因。由于环状DNA能够通过滚环复制的方式进行复制，因而能够产生大量的rRNA基因。本文档共48页；当前第12页；编辑于星期三\8点39分1218S、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,人基因组中，分布在13、14、15、21、225条染色体上。人的均有rRNA基因。在间期核中,所有这5条染色体rRNA基因附着的区域,集合在一起,形成一个核仁。●5S的rRNA基因则位于另一条染色体上。分布在人类的1号染色体上，24000个拷贝。本文档共48页；当前第13页；编辑于星期三\8点39分13◆转录●18S、5.8S和28SrRNA基因首先转录成一个45S前rRNA;●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；●RNA聚合酶I

。本文档共48页；当前第14页；编辑于星期三\8点39分14不同种生物的前体rRNA

生物pre-rRNA的沉降系数

果蝇34S 裂殖酵母37S烟草38S 蛙40S鸡45S鼠45S人45S 本文档共48页；当前第15页；编辑于星期三\8点39分15rRNA的前体转录物本文档共48页；当前第16页；编辑于星期三\8点39分16前体rRNA的加工与修饰：◆将45S的前体rRNA加工成成熟的18S、5.8S和28SrRNA；◆甲基化修饰：甲基化的主要部位在核糖第二位羟基上。本文档共48页；当前第17页；编辑于星期三\8点39分1745SrRNA前体的加工本文档共48页；当前第18页；编辑于星期三\8点39分18◆在前体rRNA加工过程中，rRNA的甲基化可能起指导作用：●实验证明在前体rRNA被甲基化的部位在加工过程中并未被切除，而是一直保持到成熟的rRNA中;●另外还发现如果人为地阻断前体rRNA的甲基化，前体rRNA的加工也被阻断;●推测前体rRNA的甲基化对rRNA的加工具有指导作用。本文档共48页；当前第19页；编辑于星期三\8点39分195SrRNA的加工与修饰：◆真核生物的5SrRNA基因与其他3种rRNA基因不在同一条染色体上，它是由核仁以外的染色体基因转录的；在核仁装配；基因数量多。◆5SrRNA基因是由RNA聚合酶III转录的，原始转录物的5’端与成熟的5SrRNA的5’端完全相同，3’端通常含有多余的核苷酸，在加工时要被切除。本文档共48页；当前第20页；编辑于星期三\8点39分205SrRNA基因本文档共48页；当前第21页；编辑于星期三\8点39分21◆RNA聚合酶III通常是与位于转录部分内的启动子结合，而不是与转录起点上游的启动子结合，内部启动子。内部启动子的实验证明:本文档共48页；当前第22页；编辑于星期三\8点39分22原核生物rRNA基因◆原核与真核生物的rRNA基因在组织结构上的差异:●重复频率：如E.coli，只重复了7次；●细菌的5SrRNA与16SrRNA、23SrRNA基因只组成一个转录单位，在染色体上的排列顺序是∶16S-23S-5S。本文档共48页；当前第23页；编辑于星期三\8点39分23◆核酸酶RNaseⅢ将16S-23S-5SrRNA前体切割成单体;◆细菌中的rRNA转录单位除了三种rRNA外，同时有几种tRNA分子。本文档共48页；当前第24页；编辑于星期三\8点39分24原核生物rRNA前体的加工本文档共48页；当前第25页；编辑于星期三\8点39分256.2.2核糖体的装配核糖体是一种自组装(self-assembly)的结构。原核生物核糖体亚基的装配在细胞质；真核生物核糖体亚基的装配地点在细胞核核仁部位。原核生物核糖体的装配◆rRNA和蛋白质的装配关系:

组成核糖体的蛋白质和rRNA在大小亚基中均有一定的空间排布和先后顺序。本文档共48页；当前第26页；编辑于星期三\8点39分26核糖体RNA的位置关系本文档共48页；当前第27页；编辑于星期三\8点39分27

核糖体在组装过程中,某些蛋白质必须首先结合到rRNA上,其他蛋白才能组长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:本文档共48页；当前第28页；编辑于星期三\8点39分28◆初级结合蛋白(primarybindingprotein)

这些蛋白质直接同rRNA结合,其中同16SrRNA结合的初级蛋白有14种,它们是:S3,S4,S17,S20,S6,S15,S8,S18,S9,S11,S12,S13,S7,S1。同5SrRNA结合的有11种。◆次级结合蛋白(secondarybindingprotein)

这些蛋白质不直接同rRNA结合,而是同初级结合蛋结合。它们是:S10,S16,S2,S6,S21,S14,S19。本文档共48页；当前第29页；编辑于星期三\8点39分29核糖体结合蛋白本文档共48页；当前第30页；编辑于星期三\8点39分30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+5SrRNA

编码核糖体亚基的蛋白质基因转录后在细胞核中加工成熟，随即运送到细胞质中合成蛋白质，再将合成的蛋白质运回细胞核核仁装配。本文档共48页；当前第31页；编辑于星期三\8点39分31核糖体的合成与装配本文档共48页；当前第32页；编辑于星期三\8点39分32核糖体的功能位点6.3核糖体的功能本文档共48页；当前第33页；编辑于星期三\8点39分33真核与原核mRNA的差异本文档共48页；当前第34页；编辑于星期三\8点39分34SD(Shine-Dalgarno)sequence本文档共48页；当前第35页；编辑于星期三\8点39分35多聚核糖体本文档共48页；当前第36页；编辑于星期三\8点39分366.4核酶Ribozyme与反义RNA◆核酶：AnenzymeinwhichRNAratherthanproteinisresponsibleforcatalyticactivity.◆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。◆反义RNA是指与mRNA互补的RNA分子。是正链DNA的转录产物。I、II、III类。本文档共48页；当前第37页；编辑于星期三\8点39分37核酶的发现◆几个基本概念●间隔序列(spacesequence)●内含子(intron)●外显子(exon)本文档共48页；当前第38页；编辑于星期三\8点39分38◆发现

●1980s●ThomasCech等●研究四膜虫的26SrRNA前体加工●发现:26SrRNA前体可进行自剪切(self-splicing)◆证明●26SrRNA基因克隆●无细胞系统中转录●研究26SrRNA的前体分子剪切本文档共48页；当前第39页；编辑于星期三\8点39分3950S核糖体中23SrRNA核酶活性◆起因:肽酰转移酶(peptidyltransferase)◆发现者:HarryNoller等,1992年◆实验过程:●破坏50S亚基核糖体蛋白质蛋白酶K、SDS、苯酚等●破坏rRNA核酸酶处理50S亚基核糖体◆结论:

具有肽酰转移酶的活性分子是23SrRNA。本文档共48页；当前第40页；编辑于星期三\8点39分40●即从pre-mRNA中切除内含子●剪接发生在细胞核中●加工成熟的mRNA被运送到细胞质。6.4.1核剪接(nuclearsplicing)本文档共48页；当前第41页；编辑于星期三\8点39分41●GU-AG规则：P256●剪接体（Spliceosomes）:在剪接过程中形成的剪接复合物称为剪接体，剪接体的主要组成是：蛋白质和小分子的核RNA（snRNA)(100～300bp).例如：U1,U2,U4,U5和U6.●套索的形成和释放。

核剪接的作用机制

本文档共48页；当前第42页；编辑于星期三\8点39分42核剪接本文档共48页；当前第43页；编辑于星期三\8点39分43●结构特点