[教育学]细胞生物学-核糖体课件

,单击此处编辑母版标题样式,h,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,CELL BIOLOGY,细 胞 生 物 学,河南农业大学生命科学学院植物科学系,C,1,h,CELL BIOLOGY细 胞 生 物 学河南农业大学生命科,第一章,绪论,第二章,细胞基本知识概要,第三章,细胞生物学研究方法,第四章,细胞质膜与细胞表面,第五章,物质跨膜运输与信号传递,第六章,细胞质基质与内膜系统,第七章,细胞的能量转换,第八章,细胞核与染色体,第九章,核糖体,第 十 章,细胞骨架,第十一章,细胞增殖及其调控,第十二章,细胞分化与基因表达调控,第十三章,细胞衰老与凋亡,2,h,第一章 绪论2h,第九章 核糖体,(ribosome),3,h,第九章 核糖体(ribosome)3h,RobinsonBrown（1953）发现于植物细胞。,Palacle（1955）发现于动物细胞。,Roberts（1958）建议命名为核糖核蛋白（ribosome），简称核糖体。,核糖体是细胞内合成蛋白质的工厂，在一个旺盛生长的细菌中，大约有20000个核糖体，其蛋白占细胞总蛋白的10%，RNA占细胞总RNA的80%。,4,h,RobinsonBrown（1953）发现于植物细胞。4h,核糖体,(ribosome),：是,核糖核蛋白体的简称，,是一种颗粒状的结构，没有被膜包裹，其直径为25nm，主要成分是蛋白质与RNA。其是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。附着在内质网等膜表面的称附着核糖体；不在膜表面附着，而呈游离状态，分布在细胞基质内的成游离核糖体。,5,h,核糖体(ribosome)：是核糖核蛋白体的简称，是一种,第一节 核糖体的类型与结构,根据沉降系数的不同分为70S和80S两种类型。70S核糖体存在于细菌，线粒体和叶绿体中，80S 核糖体存在于真核生物的细胞质中。,40%的蛋白质、60%的RNA。,由大小两个亚基构成，只在以 mRNA 为模板合成蛋白质时才结合在一起，肽链合成终止后，大小亚单位又解离。,原核和真核细胞的 rRNA 都具有甲基化现象，甲基化与 RNA 转录后加工过程的酶识别有关，另外原核5S rRNA和真核5.8S rRNA结构高度保守，常用于研究生物进化。,一、核糖体的基本类型与成分,6,h,第一节 核糖体的类型与结构根据沉降系数的不同分为70,原核生物与真核生物核糖体成分的比较,7,h,原核生物与真核生物核糖体成分的比较 7h,核糖体的组成,8,h,核糖体的组成8h,游离核糖体和附着游离核糖体,9,h,游离核糖体和附着游离核糖体9h,70S,80S,d=25nm,d=30nm,10,h,70S80Sd=25nmd=30nm10h,二、核糖体的结构,1、,离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白；,2、,纯化的r蛋白与纯化的 rRNA 进行核糖体的重组装，显示核糖体中r蛋白与 rRNA的,结构关系,：,蛋白质结合到 rRNA 上具有先后层次性。,核糖体的重组装是自我装配过程,3、,双功能的交联剂和双向电泳分离可用于研究 r 蛋白在结构上的相互关系,同一生物中不同种类的 r 蛋白的一级结构均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。,不同生物同一种类 r 蛋白之间具有很高的同源性，并在进化上非常保守。,（一）结构与功能的分析方法,11,h,二、核糖体的结构1、离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白；（一）,4、电镜负染色与免疫标记技术结合，研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位。,5、,对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究,16SrRNA的一级结构是非常保守的,16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：,臂环结构,(stem-loop structure),rRNA臂环结构的三级结构模型,6、,70S核糖体的小亚单位中rRNA与全部的r蛋白关系的,空间模型,双向电泳（Two-dimensional（2D）gel electrophoresis）是一项基于蛋白的两种不同特性：电荷和质量来分离蛋白的技术。首先基于蛋白固有电荷，通过等电聚焦（isoelectric focusing IEF）进行第一向蛋白分离，然后根据蛋白的质量，在第二向中通过SDS-PAGE电泳进行蛋白分离。,12,h,4、电镜负染色与免疫标记技术结合，研究r蛋白在核糖体的亚单位,E.coli,核糖体小亚单位中rRNA与r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）,13,h,E.coli核糖体小亚单位中rRNA与r蛋白的相互关系示意图,核糖体小亚单位rRNA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),(stem-loop structure),14,h,核糖体小亚单位rRNA,E.coli,（a）核糖体小亚单位中的部分r蛋白与rRNA的结合位点）,（b）核糖体小亚单位中的部分r蛋白在小亚单位上的部位,（引自Albert et al.，1989，图a;Lewin,1997,图b）,15,h,E.coli （a）核糖体小亚单位中的部分r蛋白与r,（二）蛋白质合成过程中很多重要步 骤与50S核糖体大亚单位相关,涉及的多数因子为G蛋白(具有GTPase活性)，核糖体上与之相关位点称为GTPase相关位点。,最近人们成功地制备L11-rRNA复合物的晶体，获得了其空间结构高分辨率的三维图象。,这一结果证实了前人用各种实验技术所获得的种种结论,提出直观、可靠且比人们的预料更为精巧复杂和可能的作用机制，从,而为揭开核糖体这一具有30多亿年历史的古老的高度复杂的分子机器,的运转奥秘迈出了极重要的一步。,16,h,（二）蛋白质合成过程中很多重要步 骤,L11-rRNA复合物的三维结构,(引自Porse et.al.,1999),17,h,L11-rRNA复合物的三维结构17h,与mRNA的结合位点,与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点氨酰基位点，又称A位点。,与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点肽酰基位点，又称P位点。,肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点E位点(exit site)。,与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点,肽酰转移酶的催化位点,与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点,（一）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,三、核糖体蛋白质与rRNA的功能分析,18,h,与mRNA的结合位点（一）核糖体上具有一系列与蛋白,19,h,19h,（二）在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究,1、核糖体蛋白具有催化蛋白质合成的活性,？,很难确定哪一种蛋白具有催化功能：,在,E.coli,中核糖体蛋白突变甚至缺失并不完全抑制蛋白质合成。,多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，并非由于 r 蛋白的基因突变而往往是 rRNA 基因突变。,在整个进化过程中 rRNA 的结构比核糖体蛋白的结构具有更高的保守性。rRNA 可能具有更重要的作用。,20,h,（二）在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究1、核糖体蛋白具有催,2、在核糖体中 rRNA 是起主要作用的结构成分,具有肽酰转移酶的活性；,为 tRNA 提供结合位点(A位点、P位点和E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 mRNA 选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA 结合；,核糖体大小亚单位的结合、校正阅读（proofreading）、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与 rRNA 有关。,21,h,2、在核糖体中 rRNA 是起主要作用的结构成分具有肽酰转,3、r 蛋白质的主要功能,对 rRNA 折叠成有功能的三维结构是十分重要的；,在蛋白质合成中，某些 r 蛋白可能对核糖体的构象起“微调”作用；,在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中，核糖体蛋白与 rRNA 共同行使功能。,22,h,3、r 蛋白质的主要功能对 rRNA 折叠成有功能的三维结,第二节 多聚核糖体与蛋白质的合成,23,h,第二节 多聚核糖体与蛋白质的合成23h,概念,核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个,核糖体串连在一条 mRNA 分子,上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的,核糖体与 mRNA 的聚合体,称为多聚核糖体。,多聚核糖体的生物学意义,细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是 mRNA 的长短如,何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。越长的 mRNA,可以结合更多的核糖体，提高了蛋白质合成的速度。,以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对 mRNA 的利用及对其浓度的,调控更为经济和有效。,一、多聚核糖体（polyribosome或polysome）,24,h,概念一、多聚核糖体（polyribosome或poly,25,h,25h,二、蛋白质的合成,甲酰甲硫氨酸,30S,50S,26,h,二、蛋白质的合成甲酰甲硫氨酸30S50S26h,EF-Tu,EF-G（移位酶）,27,h,EF-TuEF-G（移位酶）27h,Protein Synthesis,28,h,Protein Synthesis28h,三、RNA在生命起源中的,地位及其演化过程,三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体功能又具有酶的催化功能。因此，推测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催化产生了蛋白质,1、生命是自我复制的体系,29,h,三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程三种生物大分子，只,30,h,30h,核酶,31,h,核酶31h,2、DNA代替了RNA的遗传信息功能,DNA双链比RNA单链稳定；,DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复。,3、蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能,蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性；,与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应，并提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。,32,h,2、DNA代替了RNA的遗传信息功能DNA双链比RNA单链,（完）,33,h,（完）33h,