第九章-核糖体-新版

第九章核糖体(ribosome)

第一节核糖体的类型与结构 核糖体是合成蛋白质的细胞器，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。

核糖体的基本类型与成分

核糖体的结构

核糖体蛋白质与rRNA的功能分析一、核糖体的基本类型与成分

核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome)

核糖体的形态、大小、数量和分布

●形态结构

在电镜下，核糖体是一种电子密度较高的圆形或椭圆形致密小颗粒，直径25nm。每个核糖体由大、小两个亚基组成.●数量

一般几百到几百万个（与细胞种类和细胞内蛋白合成程度有关）●分布

几乎一切细胞内（成熟哺乳动物红细胞等除外）胞质、叶绿体、线绿体

一、核糖体的基本类型与成分

核糖体的形态、大小、数量和分布

基本类型

附着核糖体；游离核糖体

70S的核糖体；

80S的核糖体一、核糖体的基本类型与成分

核糖体的形态、大小、数量和分布

基本类型

附着核糖体；游离核糖体

70S的核糖体；

80S的核糖体

主要成分

r蛋白质：40%，核糖体表面

rRNA:60%，核糖体内部

原核生物与真核生物核糖体成分的比较

一、核糖体的基本类型与成分

核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome)

核糖体的形态、大小、数量和分布

基本类型

附着核糖体；游离核糖体

70S的核糖体；

80S的核糖体

主要成分

r蛋白质：40%，核糖体表面

rRNA:60%，核糖体内部

核糖体的重组装是自我装配过程（体内；体外）体内：在细胞质中二者常常呈游离状态，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。体外：Mg2+浓度二、核糖体的结构晶体的纯化以及X射线衍射约纳特（以色列人，2009年诺贝尔化学奖得主）1980年最先纯化出核糖体晶体，又通过X射线衍射得到了细菌50S,30S,70S的核糖体图谱。2009年诺贝尔化学奖万卡特拉曼-莱马克里斯南、托马斯-施泰茨和阿达-尤纳斯（从左至右）50S的大亚基

2个rRNA分子和31个r蛋白质

rRNA折叠成高度压缩的三维结构，构成了核糖体的核心，决定了核糖体的整体形态

r蛋白位于核糖体表面或填充于rRNA的缝隙核糖体活性位点只有rRNA，没有蛋白质

核糖体图谱分析表明：

每个核糖体有供tRNA结合的三个位点：A,P,E

在大小亚基的结合面，特别是mRNA和tRNA结合处，无r蛋白，只有rRNA

催化肽键形成的活性位点由rRNA组成

大多数r蛋白有一个球形结构域和伸展的尾部，球形结构域位于表面，伸展的尾部伸入到核糖体内折叠的rRNA分子中

16SrRNA的一级结构是非常保守的

16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：

臂环结构(stem-loopstructure)

rRNA的结构

核糖体小亚单位rRNA的二级结构(a)E.coli16SrRNA；（红色为高度保守区）(b)酵母菌18SrRNA，它们都具有类似的40个臂环结构(图中1～40)，其长度和位置往往非常保守；P、E分别代表仅在原核或真核细胞中存在的rRNA的二级结构。(Darnelletal.，1990)

16SrRNA的一级结构是非常保守的

16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：

臂环结构(stem-loopstructure)

rRNA臂环结构的高级结构模型rRNA的结构L11-23SrRNA复合物的三维结构(引自Porseet.al.,1999)三、核糖体蛋白质与rRNA的功能分析

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

在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究

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

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在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究

核糖体蛋白

在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分

r蛋白质的主要功能

核糖体蛋白

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的结构具有更高的保守性。在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究

核糖体蛋白

在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分在核糖体中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。在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究

核糖体蛋白

在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分

r蛋白质的主要功能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。第二节多聚核糖体与蛋白质的合成

多聚核糖体(polyribosome或polysome)

蛋白质的合成

RNA在生命起源中的地位及其演化过程一、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核糖体与

mRNA的聚合体称为多聚核糖体。

一、多聚核糖体

(polyribosome或polysome)

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。二、蛋白质合成蛋白质的合成过程比较复杂，由核糖体、mRNA和tRNA三者密切配合共同完成，一般要经过肽链合成的起始、延伸和终止三个阶段的反应，才能转译出多肽产物。三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程

生命是自我复制的体系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(ribosome)：具有催化作用的RNA。三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程

生命是自我复制的体系

DNA代替了RNA的遗传信息功能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。三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程