教育學(xué)細(xì)胞生物學(xué)核糖體第1頁/共34頁第一章 緒論第二章 細(xì)胞基本知識(shí)概要第三章 細(xì)胞生物學(xué)研究方法第四章 細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面第五章 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸與信號(hào)傳遞第六章細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)第七章 細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換第八章 細(xì)胞核與染色體第九章 核糖體第十章細(xì)胞骨架第十一章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控第十二章 細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控第十三章 細(xì)胞衰老與凋亡第2頁/共34頁第九章核糖體(ribosome)

第3頁/共34頁Robinson＆Brown（1953）發(fā)現(xiàn)于植物細(xì)胞。Palacle（1955）發(fā)現(xiàn)于動(dòng)物細(xì)胞。Roberts（1958）建議命名為核糖核蛋白（ribosome），簡稱核糖體。核糖體是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的工廠，在一個(gè)旺盛生長的細(xì)菌中，大約有20000個(gè)核糖體，其蛋白占細(xì)胞總蛋白的10%，RNA占細(xì)胞總RNA的80%。第4頁/共34頁核糖體(ribosome)

：是核糖核蛋白體的簡稱，是一種顆粒狀的結(jié)構(gòu)，沒有被膜包裹，其直徑為25nm，主要成分是蛋白質(zhì)與RNA。其是合成蛋白質(zhì)的細(xì)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。附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等膜表面的稱附著核糖體；不在膜表面附著，而呈游離狀態(tài)，分布在細(xì)胞基質(zhì)內(nèi)的成游離核糖體。第5頁/共34頁第一節(jié)核糖體的類型與結(jié)構(gòu)根據(jù)沉降系數(shù)的不同分為70S和80S兩種類型。70S核糖體存在于細(xì)菌，線粒體和葉綠體中，80S核糖體存在于真核生物的細(xì)胞質(zhì)中。40%的蛋白質(zhì)、60%的RNA。由大小兩個(gè)亞基構(gòu)成，只在以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時(shí)才結(jié)合在一起，肽鏈合成終止后，大小亞單位又解離。原核和真核細(xì)胞的rRNA都具有甲基化現(xiàn)象，甲基化與RNA轉(zhuǎn)錄后加工過程的酶識(shí)別有關(guān)，另外原核5SrRNA和真核5.8SrRNA結(jié)構(gòu)高度保守，常用于研究生物進(jìn)化。一、核糖體的基本類型與成分第6頁/共34頁原核生物與真核生物核糖體成分的比較

第7頁/共34頁核糖體的組成第8頁/共34頁游離核糖體和附著游離核糖體第9頁/共34頁70S80Sd=25nmd=30nm第10頁/共34頁二、核糖體的結(jié)構(gòu)1、離子交換樹脂可分離純化各種r蛋白；2、純化的r蛋白與純化的rRNA進(jìn)行核糖體的重組裝，顯示核糖體中r蛋白與rRNA的結(jié)構(gòu)關(guān)系：蛋白質(zhì)結(jié)合到rRNA上具有先后層次性。

核糖體的重組裝是自我裝配過程3、雙功能的交聯(lián)劑和雙向電泳分離可用于研究r蛋白在結(jié)構(gòu)上的相互關(guān)系同一生物中不同種類的r蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)均不相同，在免疫學(xué)上幾乎沒有同源性。不同生物同一種類r蛋白之間具有很高的同源性，并在進(jìn)化上非常保守。（一）結(jié)構(gòu)與功能的分析方法第11頁/共34頁4、電鏡負(fù)染色與免疫標(biāo)記技術(shù)結(jié)合，研究r蛋白在核糖體的亞單位上的定位。5、對(duì)rRNA，特別是對(duì)16SrRNA結(jié)構(gòu)的研究

16SrRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是非常保守的16SrRNA的二級(jí)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)的三級(jí)結(jié)構(gòu)模型6、70S核糖體的小亞單位中rRNA與全部的r蛋白關(guān)系的空間模型

※雙向電泳（Two-dimensional（2D）gelelectrophoresis）是一項(xiàng)基于蛋白的兩種不同特性：電荷和質(zhì)量來分離蛋白的技術(shù)。首先基于蛋白固有電荷，通過等電聚焦（isoelectricfocusingIEF）進(jìn)行第一向蛋白分離，然后根據(jù)蛋白的質(zhì)量，在第二向中通過SDS電泳進(jìn)行蛋白分離。第12頁/共34頁E.coli核糖體小亞單位中rRNA與r蛋白的相互關(guān)系示意圖線條表示相互作用及作用力的強(qiáng)（粗線）與弱（細(xì)線）（引自Albertsetal，1989）第13頁/共34頁

核糖體小亞單位rRNA的二級(jí)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(gè)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(xì)胞中存在的rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。(Darnelletal.，1990)(stem-loopstructure)第14頁/共34頁E.coli（a）核糖體小亞單位中的部分r蛋白與rRNA的結(jié)合位點(diǎn)）（b）核糖體小亞單位中的部分r蛋白在小亞單位上的部位（引自Albertetal.，1989，圖a;Lewin,1997,圖b）第15頁/共34頁（二）蛋白質(zhì)合成過程中很多重要步

驟與50S核糖體大亞單位相關(guān)涉及的多數(shù)因子為G蛋白(具有GTPase活性)，核糖體上與之相關(guān)位點(diǎn)稱為GTPase相關(guān)位點(diǎn)。最近人們成功地制備L11-rRNA復(fù)合物的晶體，獲得了其空間結(jié)構(gòu)高分辨率的三維圖象。這一結(jié)果證實(shí)了前人用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)所獲得的種種結(jié)論提出直觀、可靠且比人們的預(yù)料更為精巧復(fù)雜和可能的作用機(jī)制，從而為揭開核糖體這一具有30多億年歷史的古老的高度復(fù)雜的分子機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)奧秘邁出了極重要的一步。第16頁/共34頁L11-rRNA復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)(引自Porseet.al.,1999)第17頁/共34頁

與mRNA的結(jié)合位點(diǎn)與新?lián)饺氲陌滨?tRNA的結(jié)合位點(diǎn)——氨?；稽c(diǎn)，又稱A位點(diǎn)。與延伸中的肽酰-tRNA的結(jié)合位點(diǎn)——肽?；稽c(diǎn)，又稱P位點(diǎn)。肽酰轉(zhuǎn)移后與即將釋放的tRNA的結(jié)合位點(diǎn)——E位點(diǎn)(exitsite)。與肽酰tRNA從A位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到P位點(diǎn)有關(guān)的轉(zhuǎn)移酶(即延伸因子EF-G)的結(jié)合位點(diǎn)肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點(diǎn)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(diǎn)（一）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(diǎn)與催化位點(diǎn)三、核糖體蛋白質(zhì)與rRNA的功能分析第18頁/共34頁第19頁/共34頁（二）在蛋白質(zhì)合成中肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性研究1、核糖體蛋白具有催化蛋白質(zhì)合成的活性？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并不完全抑制蛋白質(zhì)合成。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(gè)進(jìn)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。rRNA可能具有更重要的作用。第20頁/共34頁2、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(diǎn)(A位點(diǎn)、P位點(diǎn)和E位點(diǎn))；為多種蛋白質(zhì)合成因子提供結(jié)合位點(diǎn)；在蛋白質(zhì)合成起始時(shí)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)。第21頁/共34頁3、r蛋白質(zhì)的主要功能對(duì)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(duì)核糖體的構(gòu)象起“微調(diào)”作用；在核糖體的結(jié)合位點(diǎn)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22頁/共34頁第二節(jié)多聚核糖體與蛋白質(zhì)的合成第23頁/共34頁

概念核糖體在細(xì)胞內(nèi)并不是單個(gè)獨(dú)立地執(zhí)行功能，而是由多個(gè)甚至幾十個(gè)核糖體串連在一條mRNA分子上高效地進(jìn)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。

多聚核糖體的生物學(xué)意義 細(xì)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(shí)間內(nèi)所合成的多肽分子數(shù)目都大體相等。越長的mRNA

可以結(jié)合更多的核糖體，提高了蛋白質(zhì)合成的速度。 以多聚核糖體的形式進(jìn)行多肽合成，對(duì)mRNA的利用及對(duì)其濃度的調(diào)控更為經(jīng)濟(jì)和有效。一、多聚核糖體（polyribosome或polysome）第24頁/共34頁第25頁/共34頁二、蛋白質(zhì)的合成甲酰甲硫氨酸30S50S第26頁/共34頁EF-TuEF-G（移位酶）第27頁/共34頁P(yáng)roteinSynthesis第28頁/共34頁三、RNA在生命起源中的地位及其演化過程三種生物大分子，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(ribozyme)：具有催化作用的RNA。由RNA催化產(chǎn)生了蛋白質(zhì)1、生命是自我復(fù)制的體系第29頁/共34頁第30頁/共34頁核酶第31頁/共34頁2、DNA代