核糖体和核酶

核糖体和核酶1第1页，课件共59页，创作于2023年2月OUTLINERibosomestructureRibosomeFunctionPolyribosomeandProteinsynthesis2第2页，课件共59页，创作于2023年2月BackgroundaboutRibosome1953Robinsin,Brown(Plantcell)1955Palade(Animalcell)1958RobertsnameitasRIBOSOMERibosomesexistinalmostallkindsofcells.EukaryoticcellProkaryoticcellMycoplast(支原体）ChloroplastMitochondrionNomembranearoundit3第3页，课件共59页，创作于2023年2月Ribosomestructure

◆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%。4第4页，课件共59页，创作于2023年2月60S结构大亚基小亚基柄中心突嵴平台头部裂沟基部50S30SmRNA40SmRNAtRNA多肽中央管5，3，mRNAA部位

P部位G因子T因子核糖体的四个活性部位5第5页，课件共59页，创作于2023年2月Structureofribosome?/v/b/20860082-1402872485.html#208600826第6页，课件共59页，创作于2023年2月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:

沉降系数是80S，分子量为2.5x106,由60S和40S两个亚基组成。7第7页，课件共59页，创作于2023年2月Mg2+

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1mmol/L的溶液中易解离;◆当Mg2+

浓度大于10mmol/L,两个核糖体通常形成100S的二聚体。

8第8页，课件共59页，创作于2023年2月镁离子浓度对核糖体的影响9第9页，课件共59页，创作于2023年2月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(真核生物)80S60S(大亚基)28S40S(小亚基)18S，5.8S,5S细胞质(原核生物)70S50S(大亚基)23S30S(小亚基)16S，5S线粒体(哺乳动物)55-60S45S(大亚基)16S35S(小亚基)12S线粒体(酵母)75S53S(大亚基)21S 35S(小亚基)14S线粒体(高等植物)78S60S(大亚基)26S45S(小亚基)18S，5S叶绿体70S50S(大亚基)23S30S(小亚基)16S，5S 10第10页，课件共59页，创作于2023年2月核糖体的化学组成rRNA蛋白质原核细胞核糖体(70S)：1.5:1

真核细胞核糖体(80S):1:1化学组成70S核糖体50S30S80S核糖体60S40S23SRNA16SRNA5SRNA28SRNA5.8SRNA5SRNA18SRNA~34种蛋白质~21种蛋白质~45种蛋白质~33种蛋白质11第11页，课件共59页，创作于2023年2月12第12页，课件共59页，创作于2023年2月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:

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。13第13页，课件共59页，创作于2023年2月原核生物rRNA前体的加工14第14页，课件共59页，创作于2023年2月核糖体结合蛋白15第15页，课件共59页，创作于2023年2月核糖体的合成与装配16第16页，课件共59页，创作于2023年2月17第17页，课件共59页，创作于2023年2月RibosomeFunction

核糖体的功能

--蛋白质的合成18第18页，课件共59页，创作于2023年2月ThreebindingsitefortRNAsAsite:氨酰基-tRNA结合位点P-site:

肽酰基-tRNA结合位点E-site:

释放位点/v_show/id_XMTY1ODg5OTY4.html19第19页，课件共59页，创作于2023年2月20第20页，课件共59页，创作于2023年2月肽链合成的起始三元复合物的生成：起始因子(IF3)30S小亚基+mRNA（起始信号部位）+IF3

—IF3-mRNA-30S三元复合物30S前起始复合物的形成：起始因子(IF2)IF3-mRNA-30S三元复合物+IF2+fMet-tRNAf—IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf70S起始复合物的形成：GTP——GDP+PiIF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf+50S大亚基

—30S-mRNA-50S-fMet-tRNAf+IF221第21页，课件共59页，创作于2023年2月IF230S-mRNA-50S-fMet-tRNAf5,3,AUG小亚基肽链合成的起始小亚基5,3,AUGIF3IF3IF3-mRNA-30S三元复合物IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAfIF2IF3UACfMet大亚基小亚基5,3,AUGUACfMetIF2GTPGDP+PiIF2大亚基小亚基5,3,AUGUACfMetA位IF3-mRNA-30S三元复合物IF3IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf大亚基IF2GTP小亚基IF3UACfMetIF2IF3小亚基5,3,AUGA位UACfMet大亚基GTPGDP+Pi22第22页，课件共59页，创作于2023年2月原核和真核生物蛋白质合成起始的区别内容原核生物真核生物完整核糖体70S80S核糖体亚基50S，30S60S，40S起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子三种至少七种起始复合物1.30S-mRNA1.40S-Met-tRNAiMet主要顺序2.30S-mRNA-fMet-tRNAfMe2.40S-mRNA-Met-tRNAiMet3.70S-mRNA-fMet-tRNAfMe3.80S-mRNA-Met-tRNAiMet23第23页，课件共59页，创作于2023年2月

肽链的延长1.氨酰基-tRNA进入A位肽链的延长2.肽键的形成3.移位循环重复过程参与的因子延长因子（EF)EF-T(EF-1):与氨基酰-tRNA和GTP结合形成一种复合物，并将其带到核糖体上。EF-G(EF-2):帮助肽酰基-tRNA由核糖体A位移向P位。GTP:提供能量24第24页，课件共59页，创作于2023年2月P位A位P位A位fMetCGG丙

肽链的延长UACfMetP位A位3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGG丙1.氨酰基-tRNA进入A位2.肽键的形成UAC肽基转移酶形成肽键P位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMet3.移位(由A位转移至P位）CGG丙fMet3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiUACfMetP位A位3,AUGGCCUCUGGAACG5,ACUUAGACUUAGACUUAGACUUAGEF-TGTP密25第25页，课件共59页，创作于2023年2月P位A位CGG丙EF-TGTPUACfMetCGG丙fMetUAC肽基转移酶形成肽键ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiAGA丝CGG

肽链合成的终止与释放P位A位RF释放因子UGA丝fMet丙甘苏ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,RFUGA30S50SRF

肽链的延长密P位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位fMetCGG丙ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,fMet丙AGA丝26第26页，课件共59页，创作于2023年2月IF3-mRNA-30S三元复合物IF3IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAfIF230S-mRNA-50S-fMet-tRNAf大亚基IF2GTP小亚基IF3UACfMetIF2IF3小亚基A位UACfMet大亚基GTPGDP+PiACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMetCGG丙EF-TGTPCGG丙肽基转移酶形成肽键fMetP位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACEF-G易位酶G因子GTPGDP+PiP位A位fMetCGG丙ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGGP位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝fMet丙P位A位UGARF释放因子UGA30S50SRFRF丝fMet丙甘苏ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,肽链合成的起始肽链的延长肽链合成的终止与释放多肽链的合成27第27页，课件共59页，创作于2023年2月核糖体合成的蛋白质

外输蛋白（分泌蛋白）：由附着核糖体合成，大多从细胞分泌出去。

结构蛋白：由游离核糖体合成，多分布细胞基质中。某些结构蛋白（膜镶嵌蛋白、溶酶体酶蛋白、等）是由附着核糖体合成的。完28第28页，课件共59页，创作于2023年2月核糖体蛋白与rRNA的功能

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29第29页，课件共59页，创作于2023年2月与mRNA的结合位点与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点，又称A位点与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点——肽酰基位点，又称P位点肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点——E位点(exitsite)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)的结合位点肽酰转移酶的催化位点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核糖体结合位点30第30页，课件共59页，创作于2023年2月在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分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。31第31页，课件共59页，创作于2023年2月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。

32第32页，课件共59页，创作于2023年2月问题如何证明在核糖体合成蛋白质过程中起主要功能作用的是RNA，而不是蛋白质？？33第33页，课件共59页，创作于2023年2月

蛋白质合成抑制剂（抑制核糖体与tRNA结合）☆抗生素☆嘌呤霉素34第34页，课件共59页，创作于2023年2月多聚核糖体(polyribosome或polysome)蛋白质正在合成时的一种状态。35第35页，课件共59页，创作于2023年2月多聚核糖体36第36页，课件共59页，创作于2023年2月多聚核糖体(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核糖体与

mRNA的聚合体称为多聚核糖体。

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。37第37页，课件共59页，创作于2023年2月RNA在生命起源中的地位及其演化过程38第38页，课件共59页，创作于2023年2月生命是自我复制的体系三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA

可能是生命起源中最早的生物大分子。核酶(ribozyme)：具有催化作用的RNA。由RNA催化产生了蛋白质39第39页，课件共59页，创作于2023年2月DNA代替了RNA的遗传信息功能

DNA双链比RNA单链稳定；

DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复。40第40页，课件共59页，创作于2023年2月蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性；与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应，并提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。

41第41页，课件共59页，创作于2023年2月核糖体与癌症蛋白质是生命活动的最终执行者，核糖体担负着细胞中蛋白质的合成，因此核糖体在整个生命过程中发挥重要功能。核糖体的生物合成和转录控制在细胞处理过程中多个水平进行。目前已经发现一些肿瘤抑制子和前癌基因可以影响核糖体成熟，通过改变蛋白质合成机器中的某些组分而诱导肿瘤的发生。42第42页，课件共59页，创作于2023年2月单一蛋白质突变控制核糖体生物合成

低等生物L16：在酵母菌中进行的基因靶向试验表明单一一种蛋白质的去除如L16，导致60s核糖体大单位减少，这直接与多核糖体减少和细胞增殖缺陷相关。因此仅一种核糖体蛋白质的表达被破坏就能够引起核糖体产生的减少。其它的蛋白质：在果蝇中，单一的核糖体蛋白质突变就可以导致一组综合性突变，被称为minute。Mintue

苍蝇是以体积减少为特征，失去生育能力和隐性的致死性。许多直接和间接的证据已经证实minute细胞核糖体含量降低，因此蛋白质合成能力降低。蛋白质合成的减少导致了细胞生长和增殖的降低。43第43页，课件共59页，创作于2023年2月高等生物：S6：小鼠中去除40s核糖体蛋白质S6，直接导致了核糖体生物合成的缺陷和细胞增殖的降低。而S6磷酸化可以被癌细胞中失调的细胞外信号进行调节。S6磷酸化与特异的一组被称为TOP的mRNA翻译相关（TOP:aterminaloligopyrimidinebractinthe5’untranslatedregion(UTR)）。由TOP基因编码的蛋白质本身即为一种原癌基因，因此，TOP基因的表达失调也许启动了肿瘤的发生。哺乳动物中，S6磷酸化的调节是非常复杂的。这种复杂性提高归因于另一种激酶S6K2的存在。44第44页，课件共59页，创作于2023年2月S3a：在肿瘤细胞中过量表达。显然单个核糖体蛋白质删除在许多模型组织中可以直接影响细胞的生长，但是对核糖体蛋白质的过量表达还没有清晰明朗的认识。核糖体蛋白质S3a过量表达可以诱导NIH3T3细胞转型突变，并在裸鼠中诱导肿瘤的产生。S3a诱导转型突变的能力依赖于其抑制程序性死亡的作用，因此S3a也许引起了抗凋亡蛋白的上调。45第45页，课件共59页，创作于2023年2月癌症和核糖体的生物合成先天性角化不良症

DKC1编码假尿嘧啶合成酶，通过在特异位点将尿嘧啶转变成假尿嘧啶而介导了rRNA转录前的调节。DKC1基因的突变与DC相关。在酵母和苍蝇中，DKC1的缺陷导致了rRNA修饰的损伤与核糖体生物合成过渡有关

DKC1也与端粒酶中的RNA合成相关，是否核糖体功能障碍引起了DC的病理过程仍需在动物模型中进一步验证。46第46页，课件共59页，创作于2023年2月先天性障碍性贫血：这种疾病已经被确定与核糖体蛋白质S19突变相关，一种由于核糖体合成缺陷而使机体具有癌症易感性的疾病。在Drosophila中，仅一个核糖体蛋白质的突变既可以造成minutue表型。先天性障碍性贫血病人，在出生时有一个生长不足，表现为严重的生长迟缓现象。两这是否具有相同的发生机制还需要进一步阐明。47第47页，课件共59页，创作于2023年2月AproteinboundtoaspecificDNAsequencewillinterferewiththedigestionofthatregionbyDNaseI.Anend-labelledDNAprobeisincubatedwithaproteinextractorapurifiedDNA-bindingfactor.TheunprotectedDNAisthenpartiallydigestedwithDNaseIsuchthatonaverageeveryDNAmoleculeiscutonce.Digestionproductsarethenresolvedbyelectrophoresis.ComparisonoftheDNaseIdigestionpatterninthepresenceandabsenceofproteinwillallowtheidentificationofafootprint(protectedregion)****DenaturingPAGEFootprintExp.IdentificationofTFbindingsite:DNase1Footprinting48第48页，课件共59页，创作于2023年2月

RNApol在DNA上结合位点的鉴定足迹法原理：

•限制酶切割结合有RNApol的DNA→大分子DNA•末端标记该DNA（Klenow片段标记3’,碱性磷酸酯酶标记5’）

•用内切酶降解DNA（控制反应条件）

•凝胶电泳分离，放射自显影观察49第49页，课件共59页，创作于2023年2月限制酶切分离大片段DNA50第50页，课件共59页，创作于2023年2月末端标记大分子DNA重新结合RNApol

作对照直接用DNase进行降解电泳用微量DNase降解电泳51第51页，课件共59页，创作于2023年2月52第52页，课件共59页，创作于2023年2月

•用足迹法鉴定出来的RNApol与DNA的结合区域为

+20~－50（－40），大约60~70bp

53第53页，课件共59页，创作于2023年2月核酶(ribozyme)：有催化活性的RNA1982年，美国ThomasCech在研究四膜虫rRNA自我剪接时发现，在没有任何蛋白酶参与下，含有413bp干扰序列（IVS）的前体rRNA发生了自切割.

同时加拿大的SidneyAltman发现RNaseP分子中的RNA组分有催化活性；1989年分享了Noble化学奖。不仅拓宽了生物催化剂的领域，而且对RNA的生物学功能开创了一种历史性的新认识：RNA不仅具有储存和传递遗传信息的功能，而且还具有生物催化剂的功能，在一定程度上可以说，RNA一身兼有DNA和蛋白质两大类生物大分子的功能。54第54页，课件共59页，创作于2023年2月●核酶真核生物rRNA的自身剪切

四膜虫

26SrRNA核酶（ribozyme）应用

前体6.4kb414bp内含子

5.986kb

无酶催化，自身剪接具有催化功能的RNA

切割特异性RNA序列具特定的二级结构槌头结构人工合成核酶的槌头结构破坏HIV病毒

55第55页，课件共59页，创作于2023年2月底物催化部分图13-1156第56页，课件共59页，创作于2023年2月酶底物图13-1257第57页，课件共59页，创作于2023年2月Matchthefollowingwiththeirroleintranslation._____AseriesofthreetRNAbasescomplementarytoamRNAcodon.(ans)

_____Theribozymethatformspeptidebondsbetweenaminoacidsduringtranslation.(ans)

_____TheribosomalsubunitthatbindstomRNAtoformtheinitiationcomplex.(ans)

_____Theribosomalsitewhereanaminoacyl-tRNAfirstattachesduringtranslation.(ans)

_____TheribosomalsitewherethegrowingaminoacidchainistemporarilybeingheldbyatRNAasthenextcodoninthemRNAisbeingread.(ans)

_____AcomplexofanaminoacidandatRNAmolecule.(ans)

_____ThesequenceofbasesonmRNAtowhicha30Sor40Sribosomalsubunit