第九章核糖體(ribosome)

第一節(jié)核糖體的類型與結(jié)構(gòu) 核糖體是合成蛋白質(zhì)的細胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精確地合成多肽鏈。

核糖體的基本類型與成分

核糖體的結(jié)構(gòu)

核糖體蛋白質(zhì)與rRNA的功能分析一、核糖體的基本類型與成分

核糖核蛋白體,簡稱核糖體(ribosome)

核糖體的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布

●形態(tài)結(jié)構(gòu)

在電鏡下，核糖體是一種電子密度較高的圓形或橢圓形致密小顆粒，直徑25nm。每個核糖體由大、小兩個亞基組成.●數(shù)量

一般幾百到幾百萬個（與細胞種類和細胞內(nèi)蛋白合成程度有關(guān)）●分布

幾乎一切細胞內(nèi)（成熟哺乳動物紅細胞等除外）胞質(zhì)、葉綠體、線綠體

一、核糖體的基本類型與成分

核糖體的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布

基本類型

附著核糖體；游離核糖體

70S的核糖體；

80S的核糖體一、核糖體的基本類型與成分

核糖體的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布

基本類型

附著核糖體；游離核糖體

70S的核糖體；

80S的核糖體

主要成分

r蛋白質(zhì)：40%，核糖體表面

rRNA:60%，核糖體內(nèi)部

原核生物與真核生物核糖體成分的比較

一、核糖體的基本類型與成分

核糖核蛋白體,簡稱核糖體(ribosome)

核糖體的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布

基本類型

附著核糖體；游離核糖體

70S的核糖體；

80S的核糖體

主要成分

r蛋白質(zhì)：40%，核糖體表面

rRNA:60%，核糖體內(nèi)部

核糖體的重組裝是自我裝配過程（體內(nèi)；體外）體內(nèi)：在細胞質(zhì)中二者常常呈游離狀態(tài)，當(dāng)小亞基與

mRNA結(jié)合后，大亞基才與小亞基結(jié)合形成完整的核糖體。體外：Mg2+濃度二、核糖體的結(jié)構(gòu)晶體的純化以及X射線衍射約納特（以色列人，2009年諾貝爾化學(xué)獎得主）1980年最先純化出核糖體晶體，又通過X射線衍射得到了細菌50S,30S,70S的核糖體圖譜。2009年諾貝爾化學(xué)獎萬卡特拉曼-萊馬克里斯南、托馬斯-施泰茨和阿達-尤納斯（從左至右）50S的大亞基

2個rRNA分子和31個r蛋白質(zhì)

rRNA折疊成高度壓縮的三維結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了核糖體的核心，決定了核糖體的整體形態(tài)

r蛋白位于核糖體表面或填充于rRNA的縫隙核糖體活性位點只有rRNA，沒有蛋白質(zhì)

核糖體圖譜分析表明：

每個核糖體有供tRNA結(jié)合的三個位點：A,P,E

在大小亞基的結(jié)合面，特別是mRNA和tRNA結(jié)合處，無r蛋白，只有rRNA

催化肽鍵形成的活性位點由rRNA組成

大多數(shù)r蛋白有一個球形結(jié)構(gòu)域和伸展的尾部，球形結(jié)構(gòu)域位于表面，伸展的尾部伸入到核糖體內(nèi)折疊的rRNA分子中

16SrRNA的一級結(jié)構(gòu)是非常保守的

16SrRNA的二級結(jié)構(gòu)具有更高的保守性：

臂環(huán)結(jié)構(gòu)(stem-loopstructure)

rRNA的結(jié)構(gòu)

核糖體小亞單位rRNA的二級結(jié)構(gòu)(a)E.coli16SrRNA；（紅色為高度保守區(qū)）(b)酵母菌18SrRNA，它們都具有類似的40個臂環(huán)結(jié)構(gòu)(圖中1～40)，其長度和位置往往非常保守；P、E分別代表僅在原核或真核細胞中存在的rRNA的二級結(jié)構(gòu)。(Darnelletal.，1990)

16SrRNA的一級結(jié)構(gòu)是非常保守的

16SrRNA的二級結(jié)構(gòu)具有更高的保守性：

臂環(huán)結(jié)構(gòu)(stem-loopstructure)

rRNA臂環(huán)結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu)模型rRNA的結(jié)構(gòu)L11-23SrRNA復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)(引自Porseet.al.,1999)三、核糖體蛋白質(zhì)與rRNA的功能分析

核糖體上具有一系列與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的結(jié)合位點與催化位點

在蛋白質(zhì)合成中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性研究

核糖體上具有一系列與蛋白質(zhì)

合成有關(guān)的結(jié)合位點與催化位點

與mRNA的結(jié)合位點

與新?lián)饺氲陌滨?tRNA的結(jié)合位點——氨酰基位點，又稱A位點

與延伸中的肽酰-tRNA的結(jié)合位點——肽酰基位點，又稱P位點

肽酰轉(zhuǎn)移后與即將釋放的tRNA的結(jié)合位點——E位點(exitsite)

與肽酰tRNA從A位點轉(zhuǎn)移到P位點有關(guān)的轉(zhuǎn)移酶

(即延伸因子EF-G)的結(jié)合位點

肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點

與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的其它起始因子、延伸因子和終止因子的結(jié)合位點在蛋白質(zhì)合成中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性研究

核糖體蛋白

在核糖體中rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分

r蛋白質(zhì)的主要功能

核糖體蛋白

很難確定哪一種蛋白具有催化功能：

在E.coli中核糖體蛋白突變甚至缺失對蛋白質(zhì)合成并沒有影響。

多數(shù)抗蛋白質(zhì)合成抑制劑的突變株，并非由于r蛋白的基因突變而往往是rRNA基因突變。

在整個進化過程中rRNA的結(jié)構(gòu)比核糖體蛋白的結(jié)構(gòu)具有更高的保守性。在蛋白質(zhì)合成中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性研究

核糖體蛋白

在核糖體中rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分在核糖體中rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分

具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性；

為tRNA提供結(jié)合位點(A位點、P位點和E位點)；

為多種蛋白質(zhì)合成因子提供結(jié)合位點；

在蛋白質(zhì)合成起始時參與同mRNA選擇性地結(jié)合以及在肽鏈的延伸中與mRNA結(jié)合；

核糖體大小亞單位的結(jié)合、校正閱讀(proofreading)、

無意義鏈或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都與rRNA有關(guān)。在蛋白質(zhì)合成中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性研究

核糖體蛋白

在核糖體中rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分

r蛋白質(zhì)的主要功能r蛋白質(zhì)的主要功能

對rRNA

折疊成有功能的三維結(jié)構(gòu)是十分重要的；

在蛋白質(zhì)合成中,某些r蛋白可能對核糖體的構(gòu)象起“微調(diào)”作用；

在核糖體的結(jié)合位點上甚至可能在催化作用中,核糖體蛋白與rRNA共同行使功能。第二節(jié)多聚核糖體與蛋白質(zhì)的合成

多聚核糖體(polyribosome或polysome)

蛋白質(zhì)的合成

RNA在生命起源中的地位及其演化過程一、多聚核糖體

(polyribosome或polysome)

概念核糖體在細胞內(nèi)并不是單個獨立地執(zhí)行功能，而是由多個甚至幾十個核糖體串連在一條mRNA分子上高效地進行肽鏈的合成，這種具有特殊功能與形態(tài)結(jié)構(gòu)的核糖體與

mRNA的聚合體稱為多聚核糖體。

一、多聚核糖體

(polyribosome或polysome)

多聚核糖體的生物學(xué)意義

細胞內(nèi)各種多肽的合成，不論其分子量的大小或是mRNA的長短如何，單位時間內(nèi)所合成的多肽分子數(shù)目都大體相等。

以多聚核糖體的形式進行多肽合成，對mRNA

的利用及對其濃度的調(diào)控更為經(jīng)濟和有效。二、蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)的合成過程比較復(fù)雜，由核糖體、mRNA和tRNA三者密切配合共同完成，一般要經(jīng)過肽鏈合成的起始、延伸和終止三個階段的反應(yīng)，才能轉(zhuǎn)譯出多肽產(chǎn)物。三、RNA在生命起源中的地位及其演化過程

生命是自我復(fù)制的體系生命是自我復(fù)制的體系

三種生物大分子，只有RNA既具有信息載體功能又具有酶的催化功能。因此，推測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過程

生命是自我復(fù)制的體系

DNA代替了RNA的遺傳信息功能DNA代替了RNA的遺傳信息功能

DNA雙鏈比RNA單鏈穩(wěn)定；

DNA鏈中胸腺嘧啶代替了RNA鏈中的尿嘧啶，使之易于修復(fù)。三、RNA在生命起源中的地位及其演化過程