第10章核糖体和核酶.

1Contactme•苏湘鄂•Tel:[phone](O),13928802516•Email:[e-mail]•Office:S327A2CHAPTER9核糖体Ribosome3OUTLINE•Ribosomestructure•RibosomeFunction•PolyribosomeandProteinsynthesis4BackgroundaboutRibosome•1953Robinsin,Brown(Plantcell)•1955Palade(Animalcell)•1958RobertsnameitasRIBOSOMERibosomesexistinalmostallkindsofcells.EukaryoticcellProkaryoticcellMycoplast(支原体）ChloroplastMitochondrionNomembranearoundit5Ribosomestructure◆核糖体(ribosome)是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoproteinpartical),是细胞内合成蛋白质的细胞器。◆核糖体的主要成分是核糖体RNA(rRNA),占60%,蛋白质(r蛋白质),占40%。660S结构大亚基小亚基柄中心突嵴平台头部裂沟基部50S30SmRNA40SmRNAtRNA多肽中央管5，3，mRNAA部位P部位G因子T因子核糖体的四个活性部位7Structureofribosome?核糖体的类型细胞有两种主要类型的核糖体:◆原核细胞的核糖体:沉降系数为70S，分子量为2.5x106,由50S和30S两个亚基组成。◆真核细胞的核糖体:沉降系数是80S，分子量为2.5x106,由60S和40S两个亚基组成。9Mg2+浓度对大小亚基的聚合和解离的影响:◆70S核糖体在Mg2+的浓度小于1mmol/L的溶液中易解离;◆当Mg2+浓度大于10mmol/L,两个核糖体通常形成100S的二聚体。10镁离子浓度对核糖体的影响11各种来源的核糖体亚基组成来源完整核糖体核糖体亚基核糖体RNAs细胞质(真核生物)80S60S(大亚基)28S40S(小亚基)18S，5.8S,5S细胞质(原核生物)70S50S(大亚基)23S30S(小亚基)16S，5S线粒体(哺乳动物)55-60S45S(大亚基)16S35S(小亚基)12S线粒体(酵母)75S53S(大亚基)21S35S(小亚基)14S线粒体(高等植物)78S60S(大亚基)26S45S(小亚基)18S，5S叶绿体70S50S(大亚基)23S30S(小亚基)16S，5S12rRNA蛋白质原核细胞核糖体(70S)：1.5:1真核细胞核糖体(80S):1:1化学组成70S核糖体50S30S80S核糖体60S40S23SRNA16SRNA5SRNA28SRNA5.8SRNA5SRNA18SRNA~34种蛋白质~21种蛋白质~45种蛋白质~33种蛋白质1314核糖体的装配原核生物核糖体的装配◆小亚基的rRNA和蛋白质的装配关系:组成核糖体的蛋白质和rRNA在大小亚基中均有一定的空间排布。15原核生物rRNA前体的加工16核糖体结合蛋白17核糖体的合成与装配1819RibosomeFunction核糖体的功能--蛋白质的合成20ThreebindingsitefortRNAsAsite:氨酰基-tRNA结合位点P-site:肽酰基-tRNA结合位点E-site:释放位点肽链合成的起始三元复合物的生成：起始因子(IF3)30S小亚基+mRNA（起始信号部位）+IF3—IF3-mRNA-30S三元复合物30S前起始复合物的形成：起始因子(IF2)IF3-mRNA-30S三元复合物+IF2+fMet-tRNAf—IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf70S起始复合物的形成：GTP——GDP+PiIF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf+50S大亚基—30S-mRNA-50S-fMet-tRNAf+IF2235,3,AUG小亚基肽链合成的起始小亚基5,3,AUGIF3IF3IF3-mRNA-30S三元复合物IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAfIF2IF3UACfMet大亚基小亚基5,3,AUGUACfMetIF2GTPGDP+PiIF2大亚基小亚基5,3,AUGUACfMetA位24原核和真核生物蛋白质合成起始的区别内容原核生物真核生物完整核糖体70S80S核糖体亚基50S，30S60S，40S起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子三种至少七种起始复合物1.30S-mRNA1.40S-Met-tRNAiMet主要顺序2.30S-mRNA-fMet-tRNAfMe2.40S-mRNA-Met-tRNAiMet3.70S-mRNA-fMet-tRNAfMe3.80S-mRNA-Met-tRNAiMet25肽链的延长1.氨酰基-tRNA进入A位肽链的延长2.肽键的形成3.移位循环重复过程参与的因子延长因子（EF)EF-T(EF-1):与氨基酰-tRNA和GTP结合形成一种复合物，并将其带到核糖体上。EF-G(EF-2):帮助肽酰基-tRNA由核糖体A位移向P位。GTP:提供能量26P位A位P位A位fMetCGG丙肽链的延长UACfMetP位A位3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGG丙1.氨酰基-tRNA进入A位2.肽键的形成UAC肽基转移酶形成肽键P位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMet3.移位(由A位转移至P位）CGG丙fMet3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiUACfMetP位A位3,AUGGCCUCUGGAACG5,ACUUAGACUUAGACUUAGACUUAGEF-TGTP密27P位A位CGG丙EF-TGTPUACfMetCGG丙fMetUAC肽基转移酶形成肽键ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiAGA丝CGG肽链合成的终止与释放P位A位RF释放因子UGA苏ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,RFUGA30S50S肽链的延长密P位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位fMetCGG丙ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,fMet丙AGA丝28IF3-mRNA-30S三元复合物IF3IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAfIF230S-mRNA-50S-fMet-tRNAf大亚基IF2GTP小亚基IF3UACfMetIF2IF3小亚基A位UACfMet大亚基GTPGDP+PiACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMetCGG丙EF-TGTPCGG丙肽基转移酶形成肽键fMetP位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACEF-G易位酶G因子GTPGDP+PiP位A位fMetCGG丙ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGGP位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝fMet丙P位A位UGARF释放因子UGA30S50SRF苏ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,肽链合成的起始肽链的延长肽链合成的终止与释放多肽链的合成29核糖体合成的蛋白质外输蛋白（分泌蛋白）：由附着核糖体合成，大多从细胞分泌出去。结构蛋白：由游离核糖体合成，多分布细胞基质中。某些结构蛋白（膜镶嵌蛋白、溶酶体酶蛋白、等）是由附着核糖体合成的。完30核糖体蛋白与rRNA的功能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31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(exitsite)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核糖体结合位点32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。33r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。34问题•如何证明在核糖体合成蛋白质过程中起主要功能作用的是RNA，而不是蛋白质？35蛋白质合成抑制剂（抑制核糖体与tRNA结合）☆抗生素☆嘌呤霉素36多聚核糖体(polyribosome或polysome)蛋白质正在合成时的一种状态。37多聚核糖体38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。39RNA在生命起源中的地位及其演化过程40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(ribozyme)：具有催化作用的RNA。由RNA催化产生了蛋白质41DNA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。42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。43核糖体与癌症•蛋白质是生命活动的最终执行者，核糖体担负着细胞中蛋白质的合成，因此核糖体在整个生命过程中发挥重要功能。•核糖体的生物合成和转录控制在细胞处理过程中多个水平进行。•目前已经发现一些肿瘤抑制子和前癌基因可以影响核糖体成熟，通过改变蛋白质合成机器中的某些组分而诱导肿瘤的发生。44单一蛋白质突变控制核糖体生物合成低等生物•L16：在酵母菌中进行的基因靶向试验表明单一一种蛋白质的去除如L16，导致60s核糖体大单位减少，这直接与多核糖体减少和细胞增殖缺陷相关。因此仅一种核糖体蛋白质的表达被破坏就能够引起核糖体产生的减少。•其它的蛋白质：在果蝇中，单一的核糖体蛋白质突变就可以导致一组综合性突变，被称为minute。Mintue苍蝇是以体积减少为特征，失去生育能力和隐性的致死性。许多直接和间接的证据已经证实minute细胞核糖体含量降低，因此蛋白质合成能力降低。蛋白质合成的减少导致了细胞生长和增殖的降低。45高等生