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1、CELL BIOLOGY威宁自治县中等职业学威宁自治县中等职业学 校校-陈永省陈永省C第九章 核糖体(ribosome) 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%。vv核糖体核糖体(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
2、，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。第一节 核糖体的类型与结构l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。l40% 的蛋白质、60% 的RNA。l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。l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
3、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一、核糖体的基本类型与成分原核生物与真核生物核糖体成分的比较 核糖体的组成核糖体的组成游离核糖体和附着游离核糖体7070S S8080S Sd=25nmd=25nmd=30nmd=30nm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
4、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（一）结构与功能的分析方法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
5、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。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） 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
6、核细胞中 存在的rRNA的二级结构。(Darnell et al.，1990)(stem-loop structure)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）（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
7、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。 L11-rRNA复合物的三维结构 (引自Porse et.al.,1999)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
8、位点 （一）（一） 核糖体上具有一系列与蛋白质合核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的成有关的结合位点与催化位点结合位点与催化位点三、核糖体蛋白质与三、核糖体蛋白质与rRNArRNA的功能分析的功能分析（二）在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究1 1、核糖体蛋白具有催化蛋白质合成的活性、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
9、更重要的作用。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。 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
10、功能。 第二节 多聚核糖体与蛋白质的合成概念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（一、多聚核糖体（polyribosomepo
11、lyribosome或或polysomepolysome）二、二、蛋白质的合成蛋白质的合成甲酰甲硫氨酸3030S S5050S SEF-EF-TuTuEF-GEF-G（移位酶移位酶 ）Protein Synthesis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 1、生命是自我复制的体系、生命是自我复制的体系核酶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 3、蛋白质取代了绝大部分、蛋白质取代了绝大部分RNARNA酶的功能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。 （完）（完）
