1、1,CHAPTER 9,核糖體(Ribosome),2,OUTLINE,9.1 核糖體的結構(Ribosome structure) 9.2 核糖體的生物發(fā)生(Ribosome Biogenesis) 9.3 核糖體的功能(Ribosome Function),3,核糖體的形態(tài)結構,?,4,9.1 核糖體的結構 (Ribosome structure) 核糖體(ribosome)是細胞內一種核糖核蛋白顆粒(ribonucleoprotein partical),是細胞內合成蛋白質的細胞器。 核糖體的主要成分是核糖體RNA(rRNA), 占60%, 蛋白質(r蛋白質), 占40%。,5,9.1.

2、1 核糖體的類型,細胞有兩種主要類型的核糖體: 原核細胞的核糖體: 沉降系數(shù)為70S，分子量為2.5x106,由50S和30S兩個亞基組成。 真核細胞的核糖體: 沉降系數(shù)是80S，分子量為2.5x106,由60S和40S兩個亞基組成。,6,核糖體的大小亞基,7,Mg2+ 濃度對大小亞基的聚合和解離的影響: 70S核糖體在Mg2+的濃度小于1mmol/L的溶液中易解離。 當Mg2+ 濃度大于10mmol/L, 兩個核糖體通常形成100S的二聚體。,8,各種來源的核糖體亞基組成,來源 完整核糖體 核糖體亞基 核糖體rRNA 細胞質 80S 60S(大亞基) 28S,5.8S,5S (真核生物) 4

3、0S(小亞基) 18S 細胞質 70S 50S(大亞基) 23S,5S (原核生物) 30S(小亞基) 16S 線粒體 55-60S 45S(大亞基) 16S (哺乳動物) 35S(小亞基) 12S 線粒體 75S 53S(大亞基) 21S (酵母) 35S(小亞基) 14S 線粒體 78S 60S(大亞基) 26S (高等植物) 45S(小亞基) 18S，5S 葉綠體 70S 50S(大亞基) 23S 30S(小亞基) 16S，5S,9,核糖體的化學組成,10,9.2 核糖體的生物發(fā)生 (Biogenesis),在細胞內,核糖體是自我裝配的。 真核細胞和原核細胞的核糖體合成和裝配過程各不相同

4、。 核糖體的生物發(fā)生包括蛋白質和rRNA的合成、核糖體亞基的組裝。,11,9.2.1 核糖體基因,rRNA基因的擴增 在染色體上增加rRNA基因的拷貝數(shù): 細菌的E.coli的基因組中有七套rRNA基因; 典型的真核生物細胞含有幾百到幾千個18S、 5.8S和28S rRNA基因的拷貝; 5S rRNA基因的拷貝數(shù)多達50000個。,12,基因擴增 兩棲類卵母細胞的研究發(fā)現(xiàn): 基因擴增是通過形成幾千個核進行的，每個核里含有幾百拷貝的編碼18S、5.8S和28S的rRNA基因，最后卵母細胞中的這些rRNA基因的拷貝數(shù)幾乎達到50萬個。,13,卵母細胞中rRNA基因擴增機制 滾環(huán)復制(rollin

5、g circle replication) 卵母細胞中rRNA基因擴增的機制，有人認為歸因于從染色體上分離出來的環(huán)狀DNA分子，這種環(huán)狀DNA中含有rRNA基因。由于環(huán)狀DNA能夠通過滾環(huán)復制的方式進行復制，因而能夠產(chǎn)生大量的rRNA基因。,14,rRNA基因擴增,15,18S、5.8S和28S rRNA基因的轉錄和加工 組織: 18S、5.8S和28S rRNA基因為一組串聯(lián)在一起。 5S的rRNA基因則位于另一條染色體上。 人的rRNA基因 每組rRNA基因有200個拷貝串聯(lián)在一起。每一拷貝為一rDNA轉錄單位。 人的13、14、15、 21、22 等5條染色體上均有rRNA基因。在間期核

6、中, 所有這5條染色體rRNA基因附著的區(qū)域,集合在一起, 形成一個核仁。,16,轉錄 45S 前rRNA ; 在轉錄單位中除了三個rRNA基因外，還包括一些間隔區(qū)； RNA聚合酶I 參與了三個rRNA基因的轉錄 不同種的生物，pre-rRNA的長度范圍在34S45S之間;,17,不同種生物的前體rRNA,生物 pre-rRNA的 沉降系數(shù) 果蠅 34S 裂殖酵母 37S 煙草 38S 蛙 40S 雞 45S 鼠 45S 人 45S,18,rRNA的前體轉錄物,19,前體rRNA的加工與修飾： 將45S的前體rRNA加工成成熟的 18S、5.8S和28S rRNA； 甲基化修飾：甲基化的主要部

7、位在核糖第二位羥基上。,20,45SrRNA前體的加工,21,rRNA的甲基化,22,在前體rRNA加工過程中，rRNA的甲基化可能起指導作用： 另外還發(fā)現(xiàn)如果人為地阻斷前體rRNA的甲基化，前體rRNA的加工也被阻斷; 推測前體rRNA的甲基化對rRNA的加工具有指導作用。 幫助裝配,23,5SrRNA的轉錄與加工 在真核生物, 5S rRNA 被大量相同基因編碼, 而這些基因與其它三種rRNA基因不在同一染色體上 ,被定位到核仁以外。 5SrRNA基因被RNA聚合酶III轉錄，原初轉錄物5端與成熟5SrRNA 5端完全相同,但3端 通常含有多余的核苷酸，在加工時需被切除。,24,5S rR

8、NA基因,25,RNA 聚合酶 III與其它幾種不同，該酶通常是與轉錄部分內的啟動子結合，而不與轉錄起始位點上游的啟動子結合，也就是說該酶使用的是內部啟動子。 內部啟動子的實驗證明: ?,26,確定內部啟動子的實驗,27,原核生物rRNA基因 原核與真核生物的rRNA基因在組織結構上的差異: 重復頻率：如E.coli，只重復了7次； 細菌的5S rRNA與16SrRNA 、23S rRNA基因組成一個轉錄單位，在染色體上的排列順序是16S-23S-5S。,28,核酸酶RNase將16S-23S-5S rRNA 前體切割成單體; 細菌中的rRNA轉錄單位除了三種 rRNA外，同時有幾種tRNA分

9、子。,29,原核生物rRNA前體的加工,30,9.2.2 核糖體的裝配,原核生物核糖體的裝配 小亞基的rRNA和蛋白質的裝配關系: 組成核糖體的蛋白質和rRNA在大小亞基中均有一定的空間排布。,31,核糖體RNA的位置關系,32,核糖體在組裝過程中,某些蛋白質必須首先結合到rRNA上,其他蛋白才能組長上去即表現(xiàn)出先后層次。根據(jù)同rRNA結合的順序,將核糖體蛋白分為兩種:,33,初級結合蛋白(primary binding protein) 這些蛋白質直接同rRNA結合, 其中同16S rRNA結合的初級蛋白有14種, 它們是: S3, S4, S17, S20, S6, S15, S8, S1

10、8, S9, S11, S12, S13, S7, S1。 同5S rRNA結合的有11種。 次級結合蛋白(secondary binding protein) 這些蛋白質不直接同rRNA結合, 而是同初級結合蛋結合。它們是: S10, S16, S2, S6, S21, S14, S19。,34,核糖體結合蛋白,35,真核生物核糖體裝配模型,80S前體顆粒形成 45S rRNA+5S rRNA+蛋白質 45S rRNA 41S rRNA 大小亞基前體形成: 大:32S rRNA和5S rRNA 小:20S的前體rRNA； 小亞基成熟與運送: 20S rRNA18S rRNA 大亞基成熟與運送 32S rRNA28S rRNA+5.8S rRNA,?,36,核糖體的合成與裝配,37,9.3 核糖體的功能,