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1、1,第九章 核糖体(ribosome),核糖体的类型与结构 多聚核糖体与蛋白质的合成,2,第一节 核糖体的类型与结构,核糖体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。 核糖体的基本类型与成分 核糖体的结构 核糖体蛋白质与rRNA的功能分析,3,一、核糖体的基本类型与成分,核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome) 基本类型 附着核糖体 游离核糖体 70S的核糖体 80S的核糖体 主要成分 r蛋白质：40%，核糖体表面 rRNA:60%,，核糖体内部,4,二、核糖体的结构,结构与功能的分析方法 蛋白质合成过程中很多重要步骤 与50S核糖体大亚单位
2、相关,5,结构与功能的分析方法,离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白； 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 双向电泳技术可显示出E.coli核糖体在装配各阶段中， 与rRNA结合的蛋白质的类型 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 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。 对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究 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,6,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
3、有很高 的同源性， 并在进化上非常保守。,7,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,8,16SrRNA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,9,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
4、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。,10,三、核糖体蛋白质与rRNA的功能分析,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 在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究,11,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,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
5、 (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,12,在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究,核糖体蛋白 在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分 r蛋白质的主要功能,13,核糖体蛋白,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对蛋白 质合成并没有表现出“全”或“无”的影响。 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。,14,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
6、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。,15,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。,16,第二节 聚核糖体与蛋白质的合成,多聚核糖体(polyribos
7、ome或polysome) 蛋白质的合成 RNA在生命起源中的地位及其演化过程,17,一、多聚核糖体 (polyribosome或polysome),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。 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。,18,三、RNA在生命起源中的地位及
8、其演化过程,生命是自我复制的体系 DNA代替了RNA的遗传信息功能 蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能,19,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,20,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。,21,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
9、复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。,22,23,24,25,原核生物与真核生物核糖体成分的比较,26,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）,27,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）及其在小亚单位上的部位 （引自Albert et al.，1989，图a; Lewin,1997,图b）,28,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),29,L11-rRNA复合物的三维结构 (引自Porse et.al.,1999),30,31,32,33,34,
