第七章 核糖体

第七章核糖体第七章核糖体►在1953年由Ribinson和Broun用电镜观察植物细胞时发现胞质中存在一种颗粒物质。►1955年Palade在动物细胞中也看到同样的颗粒,进一步研究了这些颗粒的化学成份和结构。►1958年Roberts根据化学成份命名为核糖核蛋白体,简称核糖体Ribosome。又称核蛋白体。第七章核糖体►核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，主要由rRNA和蛋白质构成。►它是所有细胞必定具备的一种细胞器。核糖体除哺乳类成熟的红细胞外，一切活细胞中均有。►原核细胞比较原始，没有其它的细胞器，但是必须具有核糖体。第七章核糖体►第一节核糖体的类型与结构►第二节多聚核糖体与蛋白质合成第一节核糖体的类型与结构一、核糖体的基本类型与化学组成►原核细胞的核糖体较小，沉降系数为70S，相对分子质量为2.5x103kDa，由50S大亚基和30S小亚基组成的。►离子浓度对大小亚基的结合起重要作用，对70S核糖体体外实验表明：Mg2+浓度小于1mmol/ml时，大小亚基解离；Mg2+浓度大于10mmol/ml时，两个核糖体构成二聚体。第一节核糖体的类型与结构一、核糖体的基本类型与化学组成第一节核糖体的类型与结构一、核糖体的基本类型与化学组成►真核细胞含有较多的核糖体。►真核细胞核糖体体积较大，沉降系数为80S，相对分子质量为3.9-4.5x103kDa，大亚基为60S，小亚基为40S。►在大亚基中，有大约49种蛋白质，另外有三种rRNA；小亚基含有大约33种蛋白质，一种18S的rRNA。第一节核糖体的类型与结构一、核糖体的基本类型与化学组成►原核和真核细胞的rRNA都具有甲基化现象，与RNA的转录后加工过程的酶识别有关。►无论哪种核糖体，在执行功能时，即进行蛋白质合成时，常3-5个或几十个甚至更多聚集并与mRNA结合在一起，形成一串，称为多聚核糖体。►mRNA的长短，决定多聚核糖体的多少。原核生物与真核生物核糖体成分的比较第一节核糖体的类型与结构二、核糖体的结构与性质►核糖体含40%的蛋白质、60%的RNA，蛋白按照一定的顺序与RNA结合，组成两个核糖体亚单体。►用离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白。►将纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重装配，可进一步显示核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系。第一节核糖体的类型与结构二、核糖体的结构与性质(一)结构与装配►①30S亚单位的pro专同16SrRNA结合，50S亚单位的pro专同23SrRNA结合。►②从不同细菌提取出30S亚单位的蛋白质和16SrRNA，混合后可装配成有功能的30S亚单位，说明无种间差异。第一节核糖体的类型与结构二、核糖体的结构与性质(一)结构与装配►③原核细胞与真核细胞的亚单位不能形成有功能的核糖体。►④E.coli的核糖体和（玉米中）叶绿体的核糖体相似，相互交换亚单位仍具功能。►⑤E.coli的核糖体和线粒体的核糖体不同，相互交换后不能装配。第一节核糖体的类型与结构二、核糖体的结构与性质(二)性质►1.A部位：氨基酸部位或受位，主要在大亚基上，是接受氨酰基-tRNA的部位。►2.P部位：肽基部位或供位，主要在小亚基上，是释放tRNA的部位。►3.肽基转移酶部位(肽合成酶)，简称T因子：位于大亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长。►4.GTP酶部位：即转位酶，简称G因子，对GTP具有活性，催化肽键从供体部位→受体部位。第一节核糖体的类型与结构二、核糖体的结构与性质(二)性质第一节核糖体的类型与结构三、核糖体蛋白质与rRNA的功能主要技术包括：►(1)电子显微镜术(EM)；►(2)免疫学方法；►(3)中子衍射技术(neutonscattering)；►(4)双功能试剂交联法；►(5)不同染料间单态-单态能量转移；►(6)活性核糖体颗粒重建等方法。第一节核糖体的类型与结构三、核糖体蛋白质与rRNA的功能(一)r蛋白--与rRNA或核糖体亚基结合的蛋白质有二类：►一类与rRNA或核糖体亚基紧密连接，需高浓度盐和强解离剂才能将其分离，称为“真”核糖体蛋白质。►另一类蛋白质结合疏松，能被0.5mol/L阳离子洗脱，并对核糖体循环发挥调节作用的蛋白质，称为核糖体相关蛋白质(PAR)。第一节核糖体的类型与结构三、核糖体蛋白质与rRNA的功能r蛋白和rRNA，到底谁是主要的功能分子？►①在E.coli中核糖体蛋白突变甚至缺失对蛋白质合成并没有表现出“全”或“无”的影响。►②多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，往往是因为rRNA基因突变。►③rRNA的结构具有更高的保守性。第一节核糖体的类型与结构三、核糖体蛋白质与rRNA的功能(二)r蛋白质的主要功能►①帮助rRNA折叠成有功能的三维结构；►②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；►③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。第一节核糖体的类型与结构三、核糖体蛋白质与rRNA的功能(三)rRNA的功能►①具有肽酰转移酶的活性；►②为tRNA►③为多种蛋白质合成因子提供结合位点；►④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；►⑤核糖体亚单位的结合、校正阅读、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用。第二节多聚核糖体与蛋白质合成一、多聚核糖体(一)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。第二节多聚核糖体与蛋白质合成一、多聚核糖体(二)多聚核糖体的生物学意义►①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。►②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。第二节多聚核糖体与蛋白质合成一、多聚核糖体(二)多聚核糖体的生物学意义►原核细胞中，由DNA转录mRNA和由mRNA翻译成蛋白质是同时并几乎在同—部位进行，所分离的多聚核糖体常常与DNA结合在一起。►真核细胞中，多聚核糖体或附着在内质网上，或游离在细胞质基质中。第二节多聚核糖体与蛋白质合成二、蛋白质的合成(一)蛋白质合成的细胞内定位►外输性蛋白：主要在固着核糖体上合成，分泌到细胞外发挥作用，或也能合成部份自身结构蛋白。►内源性蛋白：指用于细胞本身或组成自身结构的蛋白质，主要是在游离核糖体上合成。第二节多聚核糖体与蛋白质合成二、蛋白质的合成核糖体具体作用可能在于：►一是与mRNA的连接；►二是为多肽链的形成提供表面位置，由大亚单位行使；►三是供tRNA结合，在5SrRNA上有一段顺序同tRNA中的TψCG有互补顺序。第二节多聚核糖体与蛋白质合成二、蛋白质的合成(二)蛋白质生物合成的简要过程1、氨基酸的转运►氨基酸＋tRNA→→氨基酰tRNA复合物►氨基酰-tRNA合成酶，高度专一的，能识别并反应对应的氨基酸与其tRNA，而tRNA能以反密码子识别密码子，将相应的氨基酸转运到核糖体上合成肽链。第二节多聚核糖体与蛋白质合成二、蛋白质的合成(二)蛋白质生物合成的简要过程2、在多聚核糖体上的mRNA分子上形成多肽链(1)多肽链的起始；(2)多肽链的延长；(3)多肽链的终止与释放第二节多聚核糖体与蛋白质合成三、RNA在生命起源中的地位1、生命是自我复制的体系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(ribosome)：具有催化作用的RNA。由RNA催化产生了蛋白质。第二节多聚核糖体与蛋白质合成三、RNA在生命起源中的地位2、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；►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。第二节多聚核糖体与蛋白质合成三、RNA在生命起源中的地位3、DNA代替了RNA的遗传信息功能►DNA链比RNA链稳定。►DNA链中的T取代了RNA中的U使之更易于修复。第二节多聚核糖体与蛋白质合成四、核糖体的异常改变和功能抑制►电镜下，多聚核糖体的解聚和粗面内质网的脱粒都可看作是蛋白质合成降低或停止的一个形态指标。►多聚核糖体的解聚：是指多聚核糖体分散为单体，失去正常有规律排列，孤立地分散在胞质中或附在粗面内质网膜上。第二节多聚核糖体与蛋白质合成►四、核糖体的异常改变和功能抑制►在急性药物中毒性肝炎和病毒性肝炎后，以及肝硬化病人的肝细胞中，大量多聚核糖体解聚呈离散单体状，导致分泌蛋白合成↓，导致病人血浆白蛋白含量↓。►一些药物、致癌物可直接抑制蛋白质合成的不同阶段。抗生素的抗生作用就是干扰了细菌蛋白合成而抑制细菌生长来起作用的。总结►核糖体不是由生物膜构成的，它是由蛋白质和RNA构成的复合体。►固着核糖体合成的蛋白质主要有两类：一类是分泌蛋白；另一类是排列到质膜内的蛋白质。►游离的核糖体合成的蛋白质一般是分布到细胞质基质中的蛋白质。总结►1、核糖体的结构特点——暂时的、功能的动态结构。►2、核糖体种类与合成蛋白质种类的关系。思考：核糖体合成的蛋白质之去向（与内膜系统联系）。