核糖体医学宣教课件

资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第一节第一节 核糖体的类型与结构核糖体的类型与结构附着核糖体附着核糖体/游离核糖体游离核糖体70S70S核糖体核糖体/80S/80S核糖体核糖体大亚基大亚基/小亚基小亚基 第一节 核糖体的类型与结构附着核糖体/游离核糖1资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1.1 核糖体的基本类型与成分核糖体的基本类型与成分vv基本成分基本成分r r蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质：40%40%，核糖体表面，核糖体表面rRNArRNA：60%60%，核糖体内部，核糖体内部vv核糖体大小亚单位在细胞内常常游离于细胞质基质核糖体大小亚单位在细胞内常常游离于细胞质基质中，只有当中，只有当小亚单位与小亚单位与mRNAmRNA结合结合后，大小亚单位后，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小亚基按照1 1：1 1比例比例比例比例结合而成。结合而成。1.1 核糖体的基本类型与成分基本成分2资料仅供参考,不当之处，请联系改正。核糖体医学宣教课件3资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1.1.1 70S核糖体核糖体vv分布分布原核细胞的核糖体为原核细胞的核糖体为70S70S核糖体核糖体线粒体和叶绿体中的核糖体也近似于线粒体和叶绿体中的核糖体也近似于70S70S。vv50S50S大亚基大亚基大亚基大亚基23SrRNA23SrRNA、5SrRNA5SrRNA3131种蛋白质；种蛋白质；vv30S30S小亚基小亚基小亚基小亚基16 SrRNA16 SrRNA2121种蛋白质；种蛋白质；1.1.1 70S核糖体分布4资料仅供参考,不当之处，请联系改正。核糖体医学宣教课件5资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1.1.2 80S核糖体核糖体vv分布：真核细胞的核糖体为分布：真核细胞的核糖体为80S80S核糖体。核糖体。vv60S60S大亚基大亚基大亚基大亚基28SrRNA28SrRNA、5SrRNA5SrRNA、5.8SrRNA5.8SrRNA4949种蛋白质；种蛋白质；vv40S40S小亚基小亚基小亚基小亚基18 SrRNA18 SrRNA3333种蛋白质；种蛋白质；vv体外实验体外实验当当Mg2Mg2浓度降低时，浓度降低时，80S80S核糖体解离为大、小亚基；核糖体解离为大、小亚基；当当Mg2Mg2浓度增高时，则常常形成浓度增高时，则常常形成120S120S的二聚体。的二聚体。1.1.2 80S核糖体分布：真核细胞的核糖体为80S核糖6资料仅供参考,不当之处，请联系改正。原核生物与真核生物核糖体成分的比较原核生物与真核生物核糖体成分的比较 原核生物与真核生物核糖体成分的比较 7资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1.1.3 游离核糖体和附着核糖体游离核糖体和附着核糖体vv在真核细胞中很多核糖体附着在内质网的膜表面，在真核细胞中很多核糖体附着在内质网的膜表面，称为称为附着核糖体附着核糖体糙面内质网；糙面内质网；核外膜表面；核外膜表面；原核细胞的质膜内侧。原核细胞的质膜内侧。vv一些核糖体不附着在膜上，呈游离状态，分布在细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，称胞质基质内，称游离核糖体游离核糖体。vv附着核糖体与游离核糖体所合成的蛋白质种类不同，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学组成是完全相同的。但核糖体的结构与化学组成是完全相同的。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8资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1.2 核糖体的结构核糖体的结构 vv是同一生物中不同种类的是同一生物中不同种类的r r蛋白的一级结构均不相蛋白的一级结构均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。同，在免疫学上几乎没有同源性。vv不同生物同一种类不同生物同一种类r r蛋白之间具有很高的同源性，蛋白之间具有很高的同源性，并在进化上非常保守。并在进化上非常保守。vv核糖体的重装配不需要其它大分子的参与，是一核糖体的重装配不需要其它大分子的参与，是一个个自我装配自我装配的过程。的过程。vv装配过程表现出装配过程表现出先后次序性先后次序性。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9资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1.2.1 核糖体结构与功能的分析核糖体结构与功能的分析离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂可分离纯化各种可分离纯化各种r r蛋白；蛋白；纯化的纯化的r r蛋白与纯化的蛋白与纯化的rRNArRNA进行核糖体的进行核糖体的重组装重组装重组装重组装，显示核糖体中显示核糖体中r r蛋白与蛋白与rRNArRNA的结构关系的结构关系双向电泳技术双向电泳技术双向电泳技术双向电泳技术可显示出可显示出E.coliE.coli核糖体在装配各阶段中，核糖体在装配各阶段中，与与rRNArRNA结合的蛋白质的类型结合的蛋白质的类型双功能的交联剂和双向电泳分离双功能的交联剂和双向电泳分离双功能的交联剂和双向电泳分离双功能的交联剂和双向电泳分离可用于研究可用于研究r r蛋白在蛋白在 结构上的相互关系结构上的相互关系 电镜负染色与免疫标记技术电镜负染色与免疫标记技术电镜负染色与免疫标记技术电镜负染色与免疫标记技术结合，研究结合，研究r r蛋白在核糖蛋白在核糖 体的亚单位上的定位。体的亚单位上的定位。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10资料仅供参考,不当之处，请联系改正。vv对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究 16SrRNA16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：臂环的二级结构具有更高的保守性：臂环结构结构(stem-loop structure)(stem-loop structure)rRNArRNA臂环结构的三级结构模型臂环结构的三级结构模型 70S70S核糖体的小亚单位中核糖体的小亚单位中rRNArRNA与全部的与全部的r r蛋白关蛋白关系的空间模型系的空间模型 16SrRNA16SrRNA的一级结构是非常保守的一级结构是非常保守的的对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究 11资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1.2.2 蛋白质合成过程中很多重蛋白质合成过程中很多重要步骤与要步骤与50S核糖体大亚单位相关核糖体大亚单位相关vv依赖延伸因子依赖延伸因子TuTu（EFEFTuTu）的氨酰）的氨酰tRNAtRNA的结合；的结合；vv延伸因子延伸因子GG（EFEFGG）介导的转位作用；）介导的转位作用；vv依赖于起始因子依赖于起始因子2 2的的fMetfMettRNAtRNA的结合；的结合；vv依赖于释放因子的蛋白合成终止作用；依赖于释放因子的蛋白合成终止作用；vv应急因子与核糖体结合产生应急因子与核糖体结合产生ppGppppGpp（p p）阻断蛋白合）阻断蛋白合成等。成等。上述过程中的多数因子为上述过程中的多数因子为GG蛋白，具有蛋白，具有GTPaseGTPase活性，活性，故将核糖体上与之相关位点称为故将核糖体上与之相关位点称为GTPaseGTPase相关位点。相关位点。1.2.2 蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大12资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1.3 核糖体蛋白质与核糖体蛋白质与rRNA的功能的功能vv核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与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催化位点催化位点催化位点与与mRNAmRNA的结合位点；的结合位点；氨酰基位点（氨酰基位点（A A位位位位）与新掺入氨酰与新掺入氨酰tRNAtRNA的结合位点的结合位点肽酰基位点（肽酰基位点（P P位位位位）与延伸中的肽酰与延伸中的肽酰tRNAtRNA的结合位点的结合位点E E位点位点位点位点肽酰转移后与即将释放的肽酰转移后与即将释放的tRNAtRNA的结合位点的结合位点与肽酰与肽酰tRNAtRNA从从A A位点转移到位点转移到P P位点有关的位点有关的转移酶转移酶转移酶转移酶（即延伸因（即延伸因子子EFEFGG）的结合位点；）的结合位点；肽酰转移酶肽酰转移酶肽酰转移酶肽酰转移酶的催化位点。的催化位点。vv与与tRNAtRNA结合的结合的P P位点、位点、A A位点或位点或E E位点各自都涉及一套位点各自都涉及一套rRNArRNA上不同的区域。上不同的区域。1.3 核糖体蛋白质与rRNA的功能核糖体上具有一系列与蛋13资料仅供参考,不当之处，请联系改正。核糖体医学宣教课件14资料仅供参考,不当之处，请联系改正。E.coliE.coli核糖体小亚单位中核糖体小亚单位中rRNArRNA与与r r蛋白的相互关系示意图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）E.coli核糖体小亚单位中rRNA与r蛋白的相互关系示意图15资料仅供参考,不当之处，请联系改正。vv在核糖体中在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分是起主要作用的结构成分具有肽酰转移酶的活性；具有肽酰转移酶的活性；为为tRNAtRNA提供结合位点（提供结合位点（A A位点、位点、P P位点、位点、E E位点）；位点）；为多种蛋白质合成因子提供结合位点；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在蛋白质合成起始时参与同mRNAmRNA选择性地结合选择性地结合以及在肽链的延伸中与以及在肽链的延伸中与mRNAmRNA结合。结合。核糖体大小亚单位的结合、校正阅读、无意义链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。或框架漂移的校正、以及抗生素的作用等。在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分16资料仅供参考,不当之处，请联系改正。E.coli E.coli （a a）核糖体小亚单位中的部分）核糖体小亚单位中的部分r r蛋白与蛋白与rRNArRNA的结合位点的结合位点（b b）核糖体小亚单位中的部分核糖体小亚单位中的部分r r蛋白蛋白在小亚单位上的部位在小亚单位上的部位 （引自（引自Albert et al.Albert et al.，19891989，图，图a;Lewin,1997,a;Lewin,1997,图图b b）E.coli 17资料仅供参考,不当之处，请联系改正。核糖体小亚单位核糖体小亚单位rRNA的二级结构的二级结构(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)核糖体小亚单位rRNA18资料仅供参考,不当之处，请联系改正。L11-rRNA复合物的三维结构复合物的三维结构(引自Porse et.al.,1999)L11-rRNA复合物的三维结构19资料仅供参考,不当之处，请联系改正。vvr蛋白在翻译过程中也起着重要的作用；蛋白在翻译过程中也起着重要的作用；对对rRNArRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要折叠成有功能的三维结构是十分重要的；的；在蛋白质合成中，核糖体的空间构象发生一在蛋白质合成中，核糖体的空间构象发生一系列的变化，某些系列的变化，某些r r蛋白可能对核糖体的构象蛋白可能对核糖体的构象起起“微调微调”作用；作用；在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中，中，r r蛋白与蛋白与rRNArRNA共同行使功能。共同行使功能。r蛋白在翻译过程中也起着重要的作用；20资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第二节第二节 多聚核糖体多聚核糖体与蛋白质的合成与蛋白质的合成 第二节 多聚核糖体21资料仅供参考,不当之处，请联系改正。2.1 多聚核糖体多聚核糖体vv由由mRNAmRNA分子将许多核糖体分子将许多核糖体串联而成的结构串联而成的结构vv每种多聚核糖体的数目取决每种多聚核糖体的数目取决于于mRNAmRNA的长度的长度2.1 多聚核糖体由mRNA分子将许多核糖体串联而成的结构22资料仅供参考,不当之处，请联系改正。vv无论是附着核糖体还是无论是附着核糖体还是游离核糖体，都常常以游离核糖体，都常常以多聚核糖体形式存在多聚核糖体形式存在vv多聚核糖体的意义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。量较大的多肽。以多聚核糖体的形式进行多肽的合成，对以多聚核糖体的形式进行多肽的合成，对mRNAmRNA的利用及对其数量的调控更为经济和有效。的利用及对其数量的调控更为经济和有效。多聚核糖体的意义23资料仅供参考,不当之处，请联系改正。2.2 蛋白质的合成蛋白质的合成 v起始阶段v延伸阶段v释放阶段2.2 蛋白质的合成 24资料仅供参考,不当之处，请联系改正。2.2.1 起始阶段起始阶段70S70S起始复合物起始复合物起始复合物起始复合物vv小亚基对小亚基对小亚基对小亚基对mRNAmRNA的识别的识别的识别的识别16SrRNA16SrRNA与与mRNAmRNA上起始密码上起始密码AUGAUG上游上游6 6个核苷酸结合序列个核苷酸结合序列配对并结合；配对并结合；vv30S30S起始复合物起始复合物起始复合物起始复合物甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸tRNAtRNA的反密码子的反密码子识别识别mRNAmRNA上的上的AUGAUG并配对结并配对结合；合；vv70S70S起始复合物起始复合物起始复合物起始复合物 50S50S大亚单位与大亚单位与30S30S起始复合物起始复合物中小亚单位结合，中小亚单位结合，GTPGTP水解、水解、IF1IF1、IF2IF2、IF3IF3释放，甲酰甲硫释放，甲酰甲硫氨酸氨酸tRNAtRNA占据占据P P位，确定阅读位，确定阅读框架。框架。2.2.1 起始阶段70S起始复合物小亚基对mRNA的识别25资料仅供参考,不当之处，请联系改正。v进位进位：氨酰tRNA与延伸因子EFTu和GTP形成复合物；氨酰tRNA进入A位点；v肽键生成肽键生成：肽酰转移酶催化；v移位移位：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 延伸阶段延伸阶段2.2.2 延伸阶段26资料仅供参考,不当之处，请联系改正。2.2.3 蛋白质合成的终止蛋白质合成的终止vv释放释放vv如如A A位是位是UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA，氨基酰，氨基酰tRNAtRNA通常不通常不能结合到核糖体上能结合到核糖体上vvA A位点的终止密码与位点的终止密码与释放因子释放因子释放因子释放因子结合结合释放因子释放因子RFRF1 1可识别可识别UAAUAA或或UAGUAG释放因子释放因子RFRF2 2可识别可识别UAAUAA或或UGAUGAvv释放因子活化肽链转移酶，水解释放因子活化肽链转移酶，水解P P位点的多肽与位点的多肽与tRNAtRNA之间的连键，多肽脱离核糖体之间的连键，多肽脱离核糖体vv核糖体随即解离为大小亚单位。核糖体随即解离为大小亚单位。2.2.3 蛋白质合成的终止释放27资料仅供参考,不当之处，请联系改正。2.3 RNA在生命起源中的地位在生命起源中的地位vv在蛋白质的合成过程中，在蛋白质的合成过程中，rRNArRNA表表现出肽酰转移酶活性；现出肽酰转移酶活性；vv生命是自我复制的体系，原始生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；息载体功能和酶的催化功能；vv在在DNADNA、RNARNA和蛋白质三种大分和蛋白质三种大分子中，只有子中，只有RNARNA分子既具有遗传分子既具有遗传信息载体功能又具有酶的催化功信息载体功能又具有酶的催化功能；能；结论：结论：结论：结论：RNARNA可能是生命起源中最早的可能是生命起源中最早的可能是生命起源中最早的可能是生命起源中最早的生物大分子。生物大分子。生物大分子。生物大分子。2.3 RNA在生命起源中的地位在蛋白质的合成过程中，rR28资料仅供参考,不当之处，请联系改正。v核酶 具有自我催化能力的RNA分子核酶29资料仅供参考,不当之处，请联系改正。2.3.1 DNA代替了代替了RNA的遗传信息功能的遗传信息功能vDNA双链比RNA单链稳定vDNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复v可能储存大量信息并能更稳定地遗传。2.3.1 DNA代替了RNA的遗传信息功能DNA双链比RN30资料仅供参考,不当之处，请联系改正。2.3.2 蛋白质取代了绝大部分蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能酶的功能vv蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性；vv与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应vv提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。2.3.2 蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能蛋白质化学结31