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1、第一节 核糖体的类型与结构,附着核糖体/游离核糖体 70S核糖体/80S核糖体 大亚基/小亚基,1.1 核糖体的基本类型与成分,基本成分 r蛋白质：40%，核糖体表面 rRNA：60%，核糖体内部 核糖体大小亚单位在细胞内常常游离于细胞质基质中，只有当小亚单位与mRNA结合后，大小亚单位才与小亚单位结合形成完整的核糖体。由大亚基和小亚基按照1：1比例结合而成。,1.1.1 70S核糖体,分布 原核细胞的核糖体为70S核糖体 线粒体和叶绿体中的核糖体也近似于70S。 50S大亚基 23SrRNA、5SrRNA 31种蛋白质； 30S小亚基 16 SrRNA 21种蛋白质；,1.1.2 80S核糖
2、体,分布：真核细胞的核糖体为80S核糖体。 60S大亚基 28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA 49种蛋白质； 40S小亚基 18 SrRNA 33种蛋白质； 体外实验 当Mg2浓度降低时，80S核糖体解离为大、小亚基； 当Mg2浓度增高时，则常常形成120S的二聚体。,原核生物与真核生物核糖体成分的比较,1.1.3 游离核糖体和附着核糖体,在真核细胞中很多核糖体附着在内质网的膜表面，称为附着核糖体 糙面内质网； 核外膜表面； 原核细胞的质膜内侧。 一些核糖体不附着在膜上，呈游离状态，分布在细胞质基质内，称游离核糖体。 附着核糖体与游离核糖体所合成的蛋白质种类不同，但核糖体的结构与化
3、学组成是完全相同的。,1.2 核糖体的结构,是同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。 不同生物同一种类r蛋白之间具有很高的同源性， 并在进化上非常保守。 核糖体的重装配不需要其它大分子的参与，是一个自我装配的过程。 装配过程表现出先后次序性。,1.2.1 核糖体结构与功能的分析,离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白； 纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重组装， 显示核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系 双向电泳技术可显示出E.coli核糖体在装配各阶段中， 与rRNA结合的蛋白质的类型 双功能的交联剂和双向电泳分离可用于研究r蛋白在 结构上的相互关系 电镜负染
4、色与免疫标记技术结合，研究r蛋白在核糖 体的亚单位上的定位。,对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究 16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：臂环结构(stem-loop structure) rRNA臂环结构的三级结构模型 70S核糖体的小亚单位中rRNA与全部的r蛋白关系的空间模型 16SrRNA的一级结构是非常保守的,1.2.2 蛋白质合成过程中很多重 要步骤与50S核糖体大亚单位相关,依赖延伸因子Tu（EFTu）的氨酰tRNA的结合； 延伸因子G（EFG）介导的转位作用； 依赖于起始因子2的fMettRNA的结合； 依赖于释放因子的蛋白合成终止作用； 应急因子与核糖体结合产生
5、ppGpp（p）阻断蛋白合成等。 上述过程中的多数因子为G蛋白，具有GTPase活性，故将核糖体上与之相关位点称为GTPase相关位点。,1.3 核糖体蛋白质与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 与mRNA的结合位点； 氨酰基位点（A位） 与新掺入氨酰tRNA的结合位点 肽酰基位点（P位） 与延伸中的肽酰tRNA的结合位点 E位点肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点 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EFG）的结合位点； 肽酰转移酶的催化位点。 与tRNA结合的P位点、A位点或E位点各自都涉及一套rRNA上不同的区域。,E.col
6、i核糖体小亚单位中rRNA与r蛋白的相互关系示意图 线条表示相互作用及作用力的强（粗线）与弱（细线）（引自Alberts et al，1989）,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、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、无意义链或框架漂移的校正、以及抗生素的作用等。,E.coli （a）核糖体小亚单位中的部分r蛋白与rRNA的结合位点 （b）核糖体小亚单位中的部分r蛋白在小亚单位上的部位 （引自Albe
7、rt et al.，1989，图a; Lewin,1997,图b）,核糖体小亚单位rRNA的二级结构 (a) E.coli 16S rRNA；（红色为高度保守区） (b) 酵母菌18S rRNA，它们都具有类似的40个臂环结构(图中140)， 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。(Darnell et al.，1990),L11-rRNA复合物的三维结构 (引自Porse et.al.,1999),r蛋白在翻译过程中也起着重要的作用； 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，核糖体的空间构象发生一系列的变化，某些r蛋白
8、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，r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,2.1 多聚核糖体,由mRNA分子将许多核糖体串联而成的结构 每种多聚核糖体的数目取决于mRNA的长度,无论是附着核糖体还是游离核糖体，都常常以多聚核糖体形式存在,多聚核糖体的意义 大大提高多肽合成速度，特别是对于相对分子质量较大的多肽。 以多聚核糖体的形式进行多肽的合成，对mRNA的利用及对其数量的调控更为经济和有效。,2.2 蛋白质的合成,起始阶段 延伸阶段 释放阶段,2.2.1 起始阶段,70S起始复合物,小亚基对mRNA的识别 16SrRNA
9、与mRNA上起始密码AUG上游6个核苷酸结合序列配对并结合； 30S起始复合物 甲酰甲硫氨酸tRNA的反密码子识别mRNA上的AUG并配对结合； 70S起始复合物 50S大亚单位与30S起始复合物中小亚单位结合，GTP水解、IF1、IF2、IF3释放，甲酰甲硫氨酸tRNA占据P位，确定阅读框架。,进位：氨酰tRNA与延伸因子EFTu和GTP形成复合物；氨酰tRNA进入A位点； 肽键生成：肽酰转移酶催化； 移位：延伸因子EFG（移位酶），结合在EFG上的GTP水解。肽酰tRNA从A位转移到P位，mRNA移动3个核苷酸的距离。原P位点无负载的tRNA移到E位点后脱落，A位点空出。,2.2.2 延伸
10、阶段,2.2.3 蛋白质合成的终止,释放 如A位是UAA、UAG、UGA，氨基酰tRNA通常不能结合到核糖体上 A位点的终止密码与释放因子结合 释放因子RF1可识别UAA或UAG 释放因子RF2可识别UAA或UGA 释放因子活化肽链转移酶，水解P位点的多肽与tRNA之间的连键，多肽脱离核糖体 核糖体随即解离为大小亚单位。,2.3 RNA在生命起源中的地位,在蛋白质的合成过程中，rRNA表现出肽酰转移酶活性； 生命是自我复制的体系，原始生命体中的大分子，应兼具遗传信息载体功能和酶的催化功能； 在DNA、RNA和蛋白质三种大分子中，只有RNA分子既具有遗传信息载体功能又具有酶的催化功能； 结论：RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。,核酶 具有自我催化能力的RNA分子,2.3.1 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 可能储存大量信息并能更稳定地遗传。,2.3.2 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 提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。,