1、第十一章 核糖體 核糖體(ribosome)又稱核蛋白體或核糖核蛋白體。它是所有細胞必定具備的一種細胞器。原核細胞比較原始，沒有其他的細胞器，但是必須具有核糖體，因為核糖體是合成蛋白質的場所，是細胞中合成蛋白質的細胞器。 一、核糖體的類型與結構 (一)核糖體的基本類型與化學組成 核糖體幾乎存在于一切細胞內，不論是原核細胞，還是真核細胞，均含有大量的核糖體。核糖體是一種顆粒狀的結構，沒有被膜包裹，主要成分是蛋白質與RNA，核糖體RNA稱為rRNA(約60，主要位于內部)，蛋白質稱為r蛋白(約占40，主要分布在核糖體的表面)，二者以非共價鍵形式結合在一起。 生物有機體細胞內有兩種基本類型的核糖體：

2、一種是70S(S為Sverdberg沉降系數單位)的核糖體，其相對分子量為25106，原核細胞的核糖體為70S，真核細胞線粒體與葉綠體內的核糖體也近似于70S；另一種是80S的核糖體，相對分子量為48106，真核細胞的核糖體(除線粒體與葉綠體核糖體外)均為80S。不論70S或80S的核糖體，均由大小不同的兩個亞單位(subunit)構成。 核糖體大小亞單位在細胞內常常游離于細胞質基質中，只有當小亞單位與mRNA結合后大亞單位才與小亞單位結合形成完整的核糖體。肽鏈合成終止后，大小亞單位解離，又游離存在于細胞質基質中。 (二)核糖體的結構 核糖體是核糖體RNA(rRNA)和核糖體蛋白(r蛋白)復合

3、物，分子量又大，因此它的空間結構相當復雜。目前對于核糖體三維精細結構的研究仍然在繼續(xù)中。 (三)核糖體蛋白質與rRNA的功能 核糖體中更關鍵的部分是rRNA，它是蛋白質合成的催化機器，而核糖體蛋白更多地是作為一種骨架幫助rRNA維持正確的構想，以及在蛋白質合成中起微調作用。 核糖體上具有一系列與蛋白質合成有關的結合位點與催化位點： (1)與mRNA的結合位點。 (2)與新摻入的氨酰-tRNA的結合位點氨?；稽c，又稱A位點。 (3)與延伸中的肽酰-tRNA的結合位點肽?；稽c，又稱P位點。 (4)肽酰轉移后與即將釋放的tRNA的結合位點E位點(exit site)。 (5)與肽酰tRNA從A位

4、點轉移到P位點有關的轉移酶(即延伸因子EF-G)的結合位點。 (6)肽酰轉移酶的催化位點。 此外還有與蛋白質合成有關的其他起始因子、延伸因子和終止因子的結合位點。 二、多聚核糖體與蛋白質合成 (一)多聚核糖體 核糖體(polyribosome或polysome)在細胞內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)結構的核糖體與mRNA的聚合體稱為多聚核糖體。 多聚核糖體的生物學意義： (1)細胞內各種多肽的合成，不論其分子量的大小或是mRNA的長短如何，單位時間內所合成的多肽分子數目都大體相等。 (2)以多聚核糖體的形

5、式進行多肽合成，對mRNA的利用及對其濃度的調控更為經濟和有效。 (二)蛋白質的合成 蛋白質合成的過程是以核糖體為基地并被其催化完成的。以原核細胞為例，肽鏈合成的基本環(huán)節(jié)與主要步驟如下： (1)在mRNA起始密碼AUG上游有長達6個堿基的核糖體結合序列可與核糖體小亞單位中的16s rRNA的3端堿基配對，使mRNA與30S的核糖體小亞單位結合，接著甲酰甲硫氨酸-tRNA的反密碼子識別并與mRNA的AUG配對形成起始復合物。 形成起始復合物還需要GTP和三種蛋白起始因子即IF1、IF2和IF3。IF3參與mRNA同30S小亞單位的結合并阻止50S大亞單位與30S小亞單位結合。起始因子IF1和IF

6、2促使tRNA結合到mRNA的30S小亞單位復合物上。 (2)50S的核糖體亞單位與起始復合物中的30S亞單位結合，形成70S的完整的核糖體與mRNA的起始復合物。GTP水解，IF1、IF2和IF3釋放，甲酰甲硫氨酸分子占據核糖體的P位點(肽酰位)并通過其反密碼子和mRNA上的起始密碼配對，確定讀碼框架。 (3)肽鏈延伸主要包括三個步驟： 1)氨酰-tRNA與延伸因子EF-Tu和GTP形成的復合物相結合。 2)延伸因子EF-Tu將氨酰-tRNA安置到A位點，由mRNA上的密碼子決定氨酰-tRNA的種類，到位后，結合在EF-Tu上的GTP水解，EF-Tu連同結合在一起的GDP離開核糖體。EF-T

7、u不與甲酰甲硫氨酸反應，因此起始的tRNA不能送到A位，而甲硫氨酸-tRNA和其他的氨酰-tRNA都可與EF-Tu結合，這就解釋了為什么中間的AUG不能被起始的tRNA識讀。 3)肽鏈生成與移位，由肽酰轉移酶催化形成二肽酰-RNA，移位需要第三個延伸因子EF-G (移位酶)及結合在EF-G上的GTP水解。肽酰-tRNA從A位轉移到P位，mRNA移動3個核苷酸的距離。原P位點無負載的tRNA移到E位點后脫落，A位點空出。肽鏈以同樣的方式不斷延伸。 (4)蛋白質合成的終止。 如A位是UAA、UGA、UAG，氨基酰-tRNA通常不能結合到核糖體上，釋放因子RF-1可識別UAA或UAG，RF-2識別U

8、AA或UGA。A位點的終止密碼與釋放因子結合，活化肽鏈轉移酶，水解P位點的多肽與tRNA之間的連鍵，水代替了氨基成為活化肽?；氖荏w，多肽脫離核糖體，核糖體隨即離解成30S和50S亞單位。 真核細胞中核糖體小亞單位與mRNA 5一端的cap識別并結合在一起，然后沿mRNA移動直至遇到起始密碼AUG，其蛋白質合成與原核細胞的基本相同。 (三)RNA與生命起源 “RNA世界”假說：該假說認為RNA是生命起源中最早的大分子。生命是自我復制的體系，而三種生物大分子，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。直至現在，仍然有很多RNA具有催化功能，具有催化作用的RNA又稱為核酶(ribosome)。 生命進化后期DNA代替了RNA作為遺傳信息載體的原因是：DNA雙鏈比RNA單