06核糖体与核酶
第六章 核糖体与核酶
裂殖酵母中N-端氨基酸对蛋白质半衰期的影响 裂殖酵母中 端氨基酸对蛋白质半衰期的影响
末端氨基酸 残基 Arg Lys Phe Leu Trp His Asp Asn Tyr Gln 半衰期 2 min 3 min 3 min 3 min 3 min 3 min 3 min 3 min 10 min 10 min 末端氨基端 残基 Ile Glu Pro Cys Ala Ser Thr Gly Val Met 半衰期 30 min 30 min >5 hr >30 hr >30 hr >30 hr >30 hr >30 hr >30 hr >30 hr
6.3.1 核糖体的功能位点： 核糖体的功能位点：
原核生物核糖体中有四种与RNA分子结合的 分子结合的 原核生物核糖体中有四种与 位点，其中一个是与mRNA结合的位点，另 结合的位点， 位点，其中一个是与 结合的位点 三个是与tRNA结合的位点 。 三个是与 结合的位点 ● A位点 site) ：与新掺入氨酰tRNA结合位 位点(A 与新掺入氨酰 结合位 位点 点 ● P位点 site)：与肽酰tRNA结合位点 位点(P ： 结合位点 位点 位点(exit site ，E site)：空载位点 ● E 位点 ： ● mRNA结合位点 结合位点
E.coli小亚基 种蛋白质的排列 小亚基21种蛋白质的排列 小亚基
6.1.3 细菌核糖体的结构模型
6.2 核糖体的生物发生 核糖体的生物发生(biogenesis) 6.2.1 核糖体 核糖体rRNA基因的转录与加工 基因的转录与加工 编码rRNA基因的过量扩增 ■ 编码 基因的过量扩增 细胞为了满足大量需求的rRNA，通过两种 ， 细胞为了满足大量需求的 方式扩大rRNA基因的拷贝数： 基因的拷贝数： 方式扩大 基因的拷贝数 在染色体上增加rRNA基因的拷贝数 基因的拷贝数; ● 在染色体上增加 基因的拷贝数 通过基因扩增 基因扩增(gene amplification)。 ● 通过基因扩增 。
第六章 核糖体和核酶 细胞生物学(王金发版)章节总结
第六章核糖体和核酶6.1核糖体的结构和功能6.1.1核糖体的组成和结构（1）核糖体的分类细胞质核糖体，线粒体核糖体，叶绿体核糖体。
真核核糖体，原核核糖体。
（2）核糖体的组成及化学成分核糖体由大小亚基组成，每个亚基都是由多种蛋白质及rRNA组成。
正常状况下各亚基在细胞质中单独存在，只有在蛋白质合成时才结合在一起。
①真核核糖体真核核糖体沉降系数为80S，由60S和40S组成，60S由28S rRNA,5.8S rRNA,5S rRNA,及49种蛋白质组成，40S亚基由18S rRNA和33种蛋白质组成。
②原核核糖体原核核糖体的沉降系数为70S，由50S和30S组成，50S亚基由33种蛋白质和23S rRNA及5S rRNA组成，30S亚基由21种蛋白质及16S rRNA组成。
（3）核糖体的结构6.1.2核糖体的生物发生6.1.2.1核糖体rRNA基因的转录和加工编码rRNA基因过量扩增，增加编码rRNA的基因拷贝数，以适应大量需要的rRNA。
其机制为：在染色体上增加rRNA基因的拷贝数；基因扩增，形成多个核。
（1）真核28S rRNA,5.8S rRNA,18S rRNA及5S rRNA的转录真核生物中28S rRNA,5.8S rRNA,18S rRNA串联在相同的染色体上，构成一个转录单位，并有大量的重复，在RNA PolmeraseI作用下在核仁转录中形成45S 的前rRNA。
5S rRNA位于不同的染色体上，由RNA PolmeraseIII在核仁外转录形成。
（2）原核23S rRNA，5S rRNA，16S rRNA的转录原核生物的rRNA基因的重复数比真核少，而且，编码23S rRNA，5S rRNA，16S rRNA的基因位于相同的转录单位中，且其排列顺序为16S-23S-5S.6.1.2.2核糖体的装配核糖体亚基的自我装配。
某些蛋白质首先独立地结合到rRNA上，然后作为后一批蛋白的结合框架，最后一些活性所需蛋白再加上去形成整体。
6核糖体与核酶共6页
1. 核糖体(riboso me)核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein particle), 其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链,所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。
按核糖体存在的部位可分为三种类型:细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体。
按存在的生物类型可分为两种类型：真核生物核糖体和原核生物核糖体。
原核细胞的核糖体较小, 沉降系数为70S，相对分子质量为2.5x103 kDa,由50S和30S两个亚基组成; 而真核细胞的核糖体体积较大, 沉降系数是80S，相对分子质量为3.9～4.5x103 kDa, 由60S和40S两个亚基组成。
在真核细胞中, 核糖体进行蛋白质合成时，既可以游离在细胞质中, 称为游离核糖体, 也可以附着在内质网的表面, 称为膜旁核糖体或附着核糖体。
真核细胞含有较多的核糖体, 每个细胞平均有106～107个, 而原核细胞中核糖体较少每个细胞平均只有15×102～18×103个。
典型的原核生物大肠杆菌核糖体是由50S大亚基和30S小亚基组成的。
在完整的核糖体中，rRNA约占2/3, 蛋白质约为1/3。
50S大亚基含有34种不同的蛋白质和两种RNA分子，相对分子质量大的rRNA的沉降系数为23S，相对分子质量小的rRNA为5S。
30S小亚基含有21种蛋白质和一个16S的rRNA分子。
真核细胞核糖体的沉降系数为80S，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∶28S rRNA、5S rRNA 和5.8S rRNA。
小亚基含有大约33种蛋白质，一种18S的rRNA。
2. 基因扩增(gene a mp li fica tion)细胞内选择性复制DNA, 产生大量的拷贝。
如两栖类卵母细胞在发育的早期，rRNA基因的数量扩增到1000多倍。
基因扩增是通过形成几千个核进行的，每个核里含有几百拷贝的编码28S、18S和5.8S的rRNA基因，最后卵母细胞中的这些rRNA基因的拷贝数几乎达到50万个，而在相同生物的其它类型细胞中，这些rRNA基因的拷贝数只有几百个。
第6章 核糖体与核酶
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rRNA 基 因 扩 增
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5S rRNA基因
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在3种RNA聚合酶中，RNA聚合酶III通常 是与位于转录部分内的启动子结合，而不 是与转录起始位点上游的启动子结合； 也就是说RNA聚合酶III使用的是内部启动 子，其他的两种酶使用的是上游启动子。 内部启动子的实验证明: ?
26
确定内部启动子的实验
27
原核生物rRNA基因及转录
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5S rRNA基因的转录与加工
在真核生物中，5S rRNA基因与其他3种rRNA基因不 在同一条染色体上，它是由核仁以外的染色体基因 转录的，然后才运输到核仁内参与核糖体的装配。 5S rRNA基因是由RNA聚合酶III转录的，原初转录物 的5‘端与成熟的5S rRNA的5’端完全相同；3‘端则通 常含有多余的核苷酸，在加工时要被切除。
36
人细胞中核糖体装配的主要过程
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第三节 核糖体的功能
核糖体的RNA结合位点 与mRNA结合的位点:SD序列 蛋白质合成中各位点的协同性 多聚核糖体(polysome) 蛋白质合成的抑制剂 蛋白质合成的基本过程 蛋白质寿命
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核糖体的功能位点
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真核与原核mRNA的差异
40
SD(Shine-Delgarno) sequence
RNA)
是指与mRNA互补的RNA分子。
46
一、真核细胞中的小分子RNA
第六章 核糖体与核酶 考研细胞生物学辅导讲义
一、核糖体的形态结构⏹ 核糖体唯一的功能是按照m R N A 的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链。
使细胞内蛋白质合成的分子机器，是细胞内数量最多的细胞器。
1、 核糖体的类型和化学组成⏹大小两个亚基都是由核糖体R N A 和核糖体蛋白组 成的。
（M g 2+的浓度）⏹ 原核生物（大肠杆菌）的核糖体：⏹ 大亚基50S ：33种蛋白质；23S r R N A ,5S r R N A ⏹ 小亚基30S ：21种16S rRN A （小亚基 主要由16S r R N A 决定）⏹ 真核细胞核糖体： ⏹ 大亚基60S ：49种蛋白质；28S r R N A ，5 S r R N A ， 5.8 S r R N A ⏹ 小亚基40S ：33种蛋白质；18S r R N A 二、核糖体的生物发生⏹ 1、 核糖体r R N A 基因的转录与加工⏹ 真核生物核糖体由18S 、5.8S 、28S r R N A 和5S r R N A 基因 ⏹ 真核生物有四种r R N A 基因,⏹ 真核生物前r R N A 的修饰：两个特征1. 2以及修饰的意义。
⏹真题再现：03选择前体r R N A 甲基化的重要作用是： A ．保证最后的r R N A 能够装配成正确的三级结构B ．防止前体r R N A 被加工（x 对加工起引导作用） C ．防止成熟r R N A 部分被降解。
二、核糖体的生物发生 ---真核生物的核糖体生物发生 ⏹ 2 5S r R N A 基因的转录与加工 ⏹ 由R N A 聚合酶3转录,使用的是内部启动子。
⏹ 学习重点⏹ １.关于核糖体的形态结构, 主要学习掌握真核细胞和原核细胞核糖体的化学组成、细菌核糖体的结构模型。
⏹ 2. 核糖体的生物发生是本章的重点内容之一⏹ ３.核糖体的蛋白质合成作用,反义R N A 与核酶⏹ 本章考题近年来主要以小题为主。
第六章 核糖体与核酶2.1原核生物核糖体重组实验：⏹ （1）30S 亚基的蛋白质只和16SR N A 结合，50S亚基质只和23S r R N A 结合⏹ （2）不同种之间提取的30S 亚基的r R N A 和蛋白质可以装 配成有功能的30S 亚基，即不存在种间的差异⏹ （3）原核生物核糖体与真核生物核糖体的亚基彼此不 同，由二者的r R N A 和蛋白质装配成的核糖体没有活性 ⏹ （4）大肠杆菌的核糖体与玉米叶绿素核糖体亚基重组后 具有功能 ⏹（5）线粒体的核糖体亚基同原核生物核糖体亚基之间形 成的杂合核糖体没有功能 真核生物核糖体重组⏹ 边合成边装配，18S r R N A ,5.8r R N A ,28S r R N A在核仁中，边转录边装配，5S r R N A 在细胞核中转录后在运送到核仁里参与装配三、核糖体的功能—蛋白质的合成⏹ 1、 核糖体的功能位点 ⏹ ●A 位点（受位）：接收氨酰t R N A 的部位 ⏹ ●P 位点（供位）：肽酰t R N A 位点 ⏹ ●E 位点：中间停靠点，而且当E 位点被占据后，A 位点同氨酰t R N A 的亲和力降低，防止氨酰t R N A 的结合，直到核糖体准备就绪 ⏹ ● m R N A 结合位点2、 蛋白质合成的基本过程⏹ 2.1 肽链的起始：⏹ （1）30S 亚基与m R N A 的结合 ⏹ （2）第一个a a —t R N A 进入核糖体(P 位) ⏹ （3）完整起始复合物的装配2、 核糖体的装配⏹ 核糖体是自组装的结构，没有样板或亲体结构所组成的结构。
第9章 核糖体和核酶
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RNA在生命起源 RNA在生命起源 中的地位及其演 化过程
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生命是自我复制的体系
三种生物大分子，只有 三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体 既具有信息载体 功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA 功能又具有酶的催化功能。因此，推测 可能是生命起源中最早的生物大分子。 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。 ：具有催化作用的 核酶 。 由RNA催化产生了蛋白质 催化产生了蛋白质
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核糖体的化学组成
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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: 小亚基的rRNA和蛋白质的装配关系: 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 组成核糖体的蛋白质和 rRNA在大小 rRNA 亚基中均有一定的空间排布。 亚基中均有一定的空间排布。
5
核 糖 体 的 大 小 亚 基
6
Mg2+ 浓度对大小亚基的聚合和解离的 影响: 影响:
70S 核糖体在Mg 的浓度小于1mm/L的溶液中 ◆70S 核糖体在 Mg2+ 的浓度小于 1mm/L 的溶液中 易解离; 易解离; 浓度大于10 10mm/L, ◆当Mg2+ 浓度大于10mm/L, 两个核糖体通常形 100S的二聚体。 成100S的二聚体。
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r蛋白质的主要功能
折叠成有功能的三维结构是十分重要的； 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 蛋白可能对核糖体的构象 在蛋白质合成中 某些r蛋白可能对核糖体的构象 微调”作用； 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 在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中 糖体蛋白与rRNA共同行使功能。 共同行使功能。 糖体蛋白与 共同行使功能4核糖体的类型
06核糖体与核酶解析
第六章.核糖体与核酶核糖体(r i b o s o me)，是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(r i b o n u c l e o p r o t e i n p a r t i c l e),其惟一功能是按照mR N A的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链,所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。
核糖体最早是Al b e r t C l a u d e于20世纪30年代后期发现的,其后又证明了其蛋白质合成功能。
随着分子生物学的发展，核糖体概念的涵意有了进一步的发展。
细胞内除了从事蛋白质合成的核糖体外，还有许多其它功能的核糖核蛋白体颗粒，通常是一些小分子的R N A同蛋白质组成的颗粒，它们参与R N A的加工、R N A的编辑、基因表达的调控等。
发现核糖体及核糖体功能鉴定的两个关键技术是什么?（答案）答:核糖体最早是Al b e r t C l a u d e于1930s后期用暗视野显微镜观察细胞的匀浆物时发现的，当时称为微体(M i c r o s o me s)，直到1950s中期，Ge o r g e P a l a d e在电子显微镜下观察到这种颗粒的存在。
当时G e o r g e P a l a d e和他的同事研究了多种生物的细胞，发现细胞质中有类似的颗粒存在，尤其在进行蛋白质合成的细胞中特别多。
后来P h i l i p S i ek e v i t z用亚细胞组份分离技术分离了这种颗粒，并发现这些颗粒总是伴随内质网微粒体一起沉积。
化学分析揭示，这种微粒富含核苷酸，随之命名为r i b o so me，主要成分是核糖体R N A(r R N A)，约占60%、蛋白质(r蛋白质)约占40%。
核糖体的蛋白质合成功能是通过放射性标记实验发现的。
将细胞与放射性标记的氨基酸短暂接触后进行匀浆，然后分级分离，发现在微粒体部分有大量新合成的放射性标记的蛋白质。
后将微粒体部分进一步分离，得到核糖体和膜微粒，这一实验结果表明核糖体与蛋白质合成有关。
名词解释-核糖体与核酶
在原核生物中, 核糖体中与mRNA结合位点位于16S rRNA 的3＇端,mRNA中与核糖体16S rRNA结合的序列称为SD序列(SD sequence),它是1974年由J.Shine 和 L.Dalgarno发现的,故此而命名。SD序列是mRNA中5＇端富含嘌呤的短核苷酸序列,一般位于mRNA的起始密码AUG的上游5～10个碱基处,并且同16S rRNA 3＇端的序列互补。
5. P位点(P site)
即肽酰tRNA位点(peptidyl-tRNA site), 又叫供位(donor site), 或肽酰基位点, 主要位于大亚基, 是肽基tRNA移交肽链后肽酰tRNA所占据的位置, 即与延伸中的肽酰tRNA结合位点。
6. E 位点(exit site, E site)
蛋白酶体存在于所有真核细胞中，其活性受γ干扰素的调节。
12. 核酶(ribozyme)
核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶的功能很多,有的能够切割RNA, 有的能够切割DNA, 有些还具有RNA 连接酶、磷酸酶等活性。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低ibosomes)
在蛋白质合成过程中,同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体(polysome 或polyribosomes)。
在mRNA的起始密码子部位,核糖体亚基装配成完整的起始复合物,然后向mRNA的3＇端移动,直到到达终止密码子处。当第一个核糖体离开起始密码子后,空出的起始密码子的位置足够与另一个核糖体结合时,第二个核糖体的小亚基就会结合上来,并装配成完整的起始复合物,开始蛋白质的合成。同样,第三个核糖体、第四个核糖体、……依次结合到mRNA上形成多聚核糖体。根据电子显微照片推算,多聚核糖体中,每个核糖体间相隔约80个核苷酸。
【2024版】《细胞生物学》核糖体与核酶自习报告
可编辑修改精选全文完整版核糖体与核酶引言：1.核糖体（ribosome）是细胞内的一种核糖蛋白颗粒，其唯一的功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。
6.1 核糖体的形态结构1.核酶是具有催化活性的反义RNA6.1.1 核糖体的类型和化学组成6.1.1.1 核糖体的类型和大小1.核糖体有种类型：细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体2.核糖体分为：真核生物核糖体和原核生物核糖体3.核糖体由大小两个不同的亚基组成，在不进行蛋白质合成时是分开的，各自游离在细胞质中，在进行蛋白质合成时结合在一起4.在真核细胞中，核糖体在进行蛋白质合成时：1.游离在细胞质中称游离核糖体2.附着在内质网的表面，称膜旁核糖体或附着核糖体。
6.1.1.2 核糖体的化学组成1.核糖体的大小两个亚基都是由核糖体RNA（rRNA）和核糖体蛋白质组成。
6.1.2 核糖体的蛋白质与rRNA6.1.2.1 核糖体蛋白1. E.coli核糖体21个小亚基，为S1~S21,大亚基的核糖体蛋白命名为L1~L336.1.2.2 核糖体rRNA1.30S核糖体亚基的形态主要是由16S rRNA决定的6.1.3 细菌核糖体的结构模型1.S4、S5、S8、S12等4个蛋白定位在核糖体的小亚基上，并且是背向大亚基。
2.小亚基中确定了与信使RNA（m RNA）和转移RNA（tRNA）结合位点3.催化肽键形成的位点位于大亚基，和GTP水解的功能区6.2 核糖体的生物发生1.在细胞内，核糖体是自我装配的。
2.核糖体的生物发生包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装等。
6.2.1 核糖体rRNA基因的转录与加工1.编码核糖体的基因分为两类：一类是编码蛋白质的基因，另一类是rRNA基因6.2.1.1 编码rRNA基因的过量扩增1.细胞为了满足大量需求的rRNA，在进化的过程中形成了一种机制：增加编码rRNA基因的拷贝数。
细胞生物学 章节提要 第六章 核糖体与核酶
核糖体与核酶研究方法（study method）足迹法（footprinting）、放射性标记（发现核糖体）、原核生物核糖体重组实验、人工合成反义RNA干扰研究。
核糖体（ribsome）是细胞内一种核糖蛋白颗粒（ribonucleoprotein particle），唯一功能是翻译mRNA的指令，将氨基酸合成蛋白质多肽链。
核糖体包括线粒体核糖体、叶绿体核糖体、细胞质核糖体。
真核细胞和原核细胞的核糖体组成不同，由均有两个不同大小的亚基构成。
它有rRNA和核糖体蛋白质（ribosomal protein），原核细胞由50S和30S两个亚基构成70S的核糖体，真核细胞由60S和40S两个亚基构成80S的核糖体。
核糖体的生物发生（biogenesis）包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装等。
进化过程中编码rRNA的基因数通过染色体上增加rRNA基因的拷贝数和基因扩增（gene amplification）来实现大量的rRNA的大量需求。
但是第一个含有rRNA基因的DNA是如何形成的尚不清楚。
真核生物的18S、5.8S、28SrRNA基因组成一个转录单位，转录成一个45S 的前提。
原核生物的16S、23S、5S3种rRNA基因组成一个转录单位。
真核生物的前rRNA 与成熟的rRNA相比，具有含有大量甲基化的核苷和具有很多尿苷（pseudouridine）的特点。
原核生物rRNA的基因也是多拷贝（相对真核生物重复率低），也需要被转录成一个前体，然后加工成熟为rRNA。
另外，真核生物中编码5SrRNA的基因位于不同的染色体上，而细菌的5SrRNA基因与另外两种rRNA组合成一个转录单位。
装配部位上，真核在核仁部位，原核生物在细胞质中。
核糖体的唯一功能是蛋白质合成（protein synthetize）。
核糖体中与tRNA结合位点有A 位点（A site）、P位点（P site）、E位点（E site）。
6核糖体与核酶 中山大学研究生入学考试细胞生物学真题各章节专项整理
21.( )膜结合核糖体和游离核糖体在结构和功能上是相同的，只不过分工不同. （05年）
22.( )为了研究某种生物中一种新基因是否含有Ⅱ组内含子。设计了如下实验：将总RNA与放射性标记的G和Mg2+混和在一起，然后分析放射性标记的G的存在状态。如果RNA 样品中没有Ⅰ组内含子的话，G为游离态：有Ⅱ组内含子时G最终出现在RNA分子中。（07年）
29.你用纯化的微粒体研究蛋白质的翻译会转运但是你发现输入的效率非常之低。下面提供的5种物质中预期有一种能够提高输入效率，方法是将该物质添加到蛋白质和微粒体的混台物中，请指出是哪一种物质，并加以解释（10年）
A.BiP B细胞质Hsp70 C.游离核糖体
D.Sec6l复合物 E.SRP
27.什么是多聚核糖白质输入线粒体的机制，用能够阻止核糖体沿着mRNA移动的放线菌酮处理酵母细胞，然后用电子显微镜检查处理过的细胞，可惊奇的发现核糖体附着在线粒体表面！在没有用放线菌酮处理时，从未发现过这种情况的发生。为了进一步研究，研究者分离了用放线菌处理的线粒体及其附着的核糖体，接着分离相连的mRNA，并进行了离体翻译，纯化蛋白质后于正常合成的蛋白质进行比较；结果显示用放线菌酮处理的细胞合成的蛋白质与未用放线菌酮处理的细胞合成的蛋白质之间没有差别。请解释是何种原因导致核糖体附着到线粒体膜上？（09年）
C.肽酰转移酶的反应对核糖核酸酶敏感。
D.上述都是。
11.前体rRNA 甲基化的重要性在于：( )（03年）
A.保证最后的rRNA 能够装配成正确的三级结构 B.防止前体rRNA 被加工
C.防止成熟rRNA 部分被降解 D.上述都吧是
4.关于真核糖体的生物发生,下面那一种说法不正确?( )（04年）
细胞学核糖体和核酶
人细胞核糖体的合成与装配
21
7.3 核糖体的功能
◆核糖体的功能位点 ◆蛋白质合成的基本过程
22
核糖体的功能位点
23
核糖体的功能位点
大亚基： A位点：氨酰tRNA 位点（Aminoacyl-tRNA site）
P位点：肽酰tRNA 位点（Peptidyl-tRNA site）
E位点（Exit site）：脱氨酰tRNA离开核糖体时的 临时停留点 小亚基： 与mRNA结合位点
29
第一个氨酰tRNA进入核糖体的P位点
原核生物： 携带甲酰甲硫氨酸的tRNA通过反密码子与
mRNA中的AUG的识别进入核糖体。起始tRNA与 GTP、IF2结合形成GTP-IF2-tRNAfmet复合物，复 合物与mRNA的AUG结合后，结合小亚基的IF3释 放。
30
完整复合物的装配
起始tRNA与AUG结合后，大亚基与GTPIF2-tRNAfmet复合物结合，形成核糖体-mRNA 起始复合物。
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2.5×106，由50S和30S 两个亚基组成。
◆真核细胞(细胞质)的核糖体
沉降系数是80S，分子量为4.8×106，由60S和40S 两个亚基组成。
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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RNA
细胞质 80S 60S(大亚基) 28S,5.8S,5S
(高等植物)
45S(小亚基) 18S
叶绿体 70S 50S(大亚基) 23S,5S
30S(小亚基) 16S 4
核糖体的化学组成
5
7.2 Ribosome Biogenesis(核糖体的生 物发生 )
第六章核糖体与核酶
第六章核糖体与核酶姓名：李淼学号：09352044 班级：生科一班日期：11.17核糖体是细胞内一种核糖蛋白颗粒，含有rRNA和r蛋白质。
核糖体可分为真核生物核糖体和原核生物核糖体，前者有细胞质核糖体、线粒体核糖体和叶绿体核糖体之分。
核糖体均有大小两个亚基组成，进行蛋白质合成时才结合在一起。
原核生物核糖体沉降系数为70S，由50S大亚基（含33种不同的蛋白质以及23S和5S rRNA）和30S小亚基（含21种蛋白质以及16S rRNA）组成；真核生物核糖体沉降系数为80S，由60S大亚基（含大约49种蛋白质以及28S、5S和5.8S rRNA）和40S 小亚基（含大约33种蛋白质以及18S rRNA）组成。
核糖体的组成成分是蛋白质和rRNA，所以编码核糖体的基因分为两类，一类是编码蛋白质的基因，另一类是rRNA基因。
细胞为了满足大量需求的rRNA，有两种方法扩大rRNA 的拷贝数。
第一是在染色体上增加rRNA基因的拷贝数，第二是通过基因扩增来实现。
真核生物的18S、5.8S和28S rRNA基因首先转录成一个45S的前rRNA，能够转录这3个前rRNA的DNA区域称为一个转录单位。
参与rRNA基因转录的酶是RNA聚合酶I，合成地点是核仁，转录间隔区被讲解掉。
原核生物的16S、23S、5S 3种rRNA基因组成一个转录单位。
5S rRNA是核糖体大亚基的一个组分，原核生物和真核生物都有，并且结构相似。
5SrRNA基因是由RNA聚合酶III 在核仁外转录的，只需要进行简单的加工或者不需要加工。
RNA聚合酶III通常是与位于转录部分内的启动子结合，而不是与转录起始位点上游的启动子结合。
核糖体的功能是进行蛋白质多肽链的合成。
核糖体的中有一个mRNA结合位点和3个tRNA结合位点：A、P、E位点。
A位点是氨酰基位点，是与新掺入的氨酰tRNA结合位点，又叫受位。
主要位于大亚基。
P位点是肽酰tRNA位点，又叫供位。
第06章 核糖体和核酶
第六章核糖体和核酶章节提要唐浩能生命科学大学院生命科学大类 13335155核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，其唯一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链。
所以又被称为蛋白质合成的机器。
核糖体由60%的核糖体RNA（rRNA）和40%的核糖体蛋白质组成。
本章内容包括：核糖体的形态结构、核糖体的生物发生、核糖体的功能——蛋白质的合成、反义RNA与核酶。
一、核糖体的形态结构核糖体由三种类型：细胞质核糖体、线粒体核糖体和叶绿体核糖体。
根据在不同生物体内的大小和组成的不同又可以分为真核生物核糖体和原核生物核糖体。
核糖体都是由两个大小不同的亚基组成。
核糖体的化学组成为核糖体RNA 和核糖体蛋白质。
原核生物核糖体沉降系数为70S，由50S大亚基（含33种不同的蛋白质以及23S和5S两种rRNA）和30S小亚基（含21种蛋白质以及16S rRNA）组成；真核生物核糖体沉降系数为80S，由60S大亚基（含大约49种蛋白质以及28S、5S和5.8S rRNA）和40S小亚基（含大约33种蛋白质以及18S rRNA）组成。
二、核糖体的生物发生核糖体的生物发生包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装等。
因为细胞需要大量的rRNA，因此在进化过程中形成了一种机制：增加编码rRNA基因的拷贝数。
真核生物的18S、5.8S和28SrRNA基因首先转录成一个45S前rRNA，能够转录该前rRNA的DNA区域称为一个转录单位，意指他们有一个共同的转录起点和终点。
接着45SrRNA转变成32SrRNA，然后变成28S和18S rRNA。
真核生物合成前rRNA之后需要进行加工。
细菌等原核生物的rRNA基因的转录首先是形成16S-23S-5S前体RNA。
然后进行剪切分开。
核糖体的装配是自发进行的，但是其组装部位，在真核生物是在细胞核的核仁部位，在原核生物是在细胞质中。
三、核糖体的功能——蛋白质的合成在原核生物中有4种与RNA分子结合的位点，其中一个是与mRNA结合的位点，另外三个是tRNA结合的位点。
核糖体和核酶-精品
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。
参与的因子 GTP:提供能量
EF-G(EF-2):帮助肽酰基tRNA由核糖体A位移向P 位。
25
肽链的延长 密
fMet
P
A
位位
1.氨酰基-tRNA 进入A位 5,
丙
UAC AUGGCC U CU GGA ACG
欢迎
CHAPTER 9
核糖体
Ribosome
2
OUTLIN E
• Ribosome structure
• Ribosome Function
• Polyribosome
and
Protein synthesis
3
Background about Ribosome
• 1953 Robinsin, Brown (Plant cell) • 1955 Palade (Animal cell) • 1958 Roberts name it as RIBOSOME
50S
27
多肽链的合成
丝
丙
肽大基转移酶 形成肽键 亚
基
UAC
C
小
G亚
GfMet
基
AGA
fMet
GTP
fMet 丙EFE-TF3-0GGST易P 位酶IFG32因子
ffMMeett 丙
U A大亚基CP位
PP
位位A
丝
A
位P 位
AA 位位
AGTP
G位GDDPP++UPPiGi A
CGG
5,
I位F 小
亚 基
40
第六章：核糖体与核酶
核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，含有rRNA和r蛋白质。
核糖体可分为真核生物核糖体和原核生物核糖体，前者有细胞质核糖体、线粒体核糖体和叶绿体核糖体3中类型。
核糖体均由大小两个亚基组成，进行蛋白质合成时才结合在一起。
Mg2+的浓度对大小亚基的聚合和解离有很大的影响。
原核生物核糖体沉降系数为70S，由50S大亚基（含33种不同的蛋白质以及23S和5SrRNA）he30S小亚基（含21种蛋白质以及16SRNA）组成；真核生物核糖体沉降系数为80S，由60S大亚基（含大约49种蛋白质以及28S、5S和5.8SrRNA）和40S小亚基（含大约33种蛋白质以及18SrRNA）组成。
核糖体的生物发生包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装等。
在细胞中增加编码基因的拷贝数有两种方法：一是在染色体上增加rRNA基因的拷贝数；二是通过通过形成几千个核进行基因扩增。
真核生物的18S、5.8S、28SrRNA基因组成一个转录单位，转录成一个45S前体。
前rRNA有两个独特的特点，一是含有大量的甲基化的核苷，另一个就是具有许多假尿苷。
原核生物的16S、23S、5S3种rRNA基因组成一个转录单位。
原核生物rRNA 基因也是多拷贝的，并且也要被转录成一个前体，然后再加工成成熟的rRNA。
细菌的rRNA 也有甲基化，但比真核生物rRNA甲基化程度低。
核糖体是自我装配的细胞器，当蛋白质和rRNA合成加工成熟之后就要开始装配核糖体的大小两个亚基。
在核糖体重新装配过程中，可以通过减去某一种蛋白质来验证该蛋白质在亚基装配及亚基中的作用。
真核生物核糖体亚基在核仁中装配，原核生物核糖体亚基在细胞质中装配。
核糖体的功能是在进行蛋白质多肽链的合成。
在核糖体上合成的只是蛋白质的一级结构，即多肽链。
合成是从多肽链的N端开始，到C端结束。
核糖体中有一个mRNA结合位点和3个tRNA结合位点：A位点、P位点、E位点。
原核生物mRNA通过5’端的SD序列与核糖体16SrRNA结合，真核生物则依赖于mRNA5’端甲基化帽子结构将mRNA与核糖体小亚基结合。
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第六章核糖体与核酶核糖体(ribosome)，是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein particle), 其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链,所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。
核糖体最早是Albert Claude于20世纪30年代后期发现的, 其后又证明了其蛋白质合成功能。
随着分子生物学的发展，核糖体概念的涵意有了进一步的发展。
细胞内除了从事蛋白质合成的核糖体外，还有许多其它功能的核糖核蛋白体颗粒，通常是一些小分子的RNA同蛋白质组成的颗粒，它们参与RNA的加工、RNA 的编辑、基因表达的调控等。
6.1 核糖体的形态结构核糖体是细胞内数量最多的细胞器，原核细胞和真核细胞都有核糖体，功能也相同，但是结构组成却有很大差别。
6.1.1 核糖体的类型和化学组成■核糖体的类型●按存在的部位:有三种类型核糖体，细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体。
●按存在的生物类型: 分为两种类型，即真核生物核糖体和原核生物核糖体。
原核细胞的核糖体较小，沉降系数为70S，相对分子质量为2.5x103 kDa，由50S和30S两个亚基组成(图6-1)；而真核细胞的核糖体体积较大，沉降系数是80S，相对分子质量为3.9～4.5x103 kDa，由60S和40S 两个亚基组成。
图6-1从两个不同角度观察的 E.c o l i核糖体的三维结构● Mg2+的浓度对于大小亚基的聚合和解离有很大的影响，体外实验表明: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(图6-2)。
图6-2通过区带离心鉴定核糖体的亚基在低浓度的Mg2+时，完整的核糖体将分成大小两个亚基。
●在组成上，叶绿体中的核糖体与原核生物核糖体相同，但线粒体中核糖体的大小变化较大(表6-1)。
表6-1不同类型核糖体的大小比较来源完整核糖体核糖体亚基核糖体RNAs细胞质80S 60S(大亚基) 28S，5.8S，5S(真核生物) 40S(小亚基) 18S，细胞质70S 50S(大亚基) 23S，5S(原核生物) 30S(小亚基) 16S线粒体55-60S 45S(大亚基) 16S(哺乳动物) 35S(小亚基) 12S线粒体75S 53S(大亚基) 21S(酵母) 35S(小亚基) 14S线粒体78S 60S(大亚基) 26S，5S(高等植物) 45S(小亚基) 18S叶绿体70S 50S(大亚基) 23S，5S30S(小亚基) 16S■核糖体的化学组成核糖体的大小两个亚基都是由核糖体RNAs(rRNAs)和核糖体蛋白(ribosomal proteins)组成的，原核生物和真核生物细胞质核糖体的大小亚基在蛋白质和RNA的组成上都有较大的差别(图6-3)图6-3典型的原核细胞和真核细胞质核糖体的化学组成6.1.2 核糖体蛋白质与rRNA由于核糖体有着十分重要的生物学功能，所以有关其结构和各种结构域的功能，一直是研究的重点。
为了建立一个完整的核糖体分子结构模型，必须了解构成核糖体的每一个蛋白质和rRNA分子在核糖体中的位置。
■核糖体蛋白通过电泳和层析等技术，已经鉴定了E.coli核糖体小亚基的21种蛋白质和大亚基的34种蛋白质。
小亚基的蛋白分别命名为S1～S21，大亚基的核糖体蛋白命名为L1～L33。
核糖体中的蛋白质除了一种具有四个拷贝外，其余都是一个拷贝。
图6-4是E.coli小亚基21种蛋白质的排列。
图6-4 E.co li小亚基21种蛋白质的排列■核糖体rRNAHarry Holler测定了E.coli 16S rRNA序列，一共有1542个核苷酸。
通过计算机分析，发现不同生物来源的16S rRNA 的序列组成具有进化上的保守性。
推测16S rRNA结构有四个结构域，每个结构域都有46%的碱基配对，形成螺旋的柄状结构(图6-5)。
每一个柄状结构都很短，不到8 bp，且并不都是完全配对的。
16S rRNA的电子显微照片的形态与30S核糖体亚基相似，因此认为30S核糖体亚基的形态主要是由16S rRNA决定的。
图6-5 E.co li中16S r R N A分子折叠的二级结构折叠主要是由序列中互补碱基配对引起的。
6.1.3 细菌核糖体的结构模型为了揭示核糖体的空间结构以及核糖体蛋白质和rRNA 相互间的关系，分别用物理、化学以及显微技术进行了大量的研究工作，在这些研究工作的基础上提出了细菌核糖体的结构模型(图6-6)。
模型中蛋白质的定位是根据不同来源的资料分析综合后确定的，如S4、S5、S8和S12等四个蛋白定位在核糖体的小亚基上，并且是背向大亚基，就是根据四种不同方法获得的资料，比较分析后确定的。
图6-6 E.c o l i核糖体结构模型图中分别显示了小亚基、大亚基中一些核糖体蛋白质的位置，以及蛋白质合成过程中mRNA在核糖体中的位置。
在该模型中确定了一些重要的功能区和RNA的结合位点(图6-7)。
图6-7核糖体结构及功能位点6.2 核糖体的生物发生(biogenesis)核糖体的合成和装配过程相当复杂。
真核细胞和原核细胞的核糖体合成和装配过程各不相同。
核糖体的生物发生包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装等。
6.2.1 核糖体rRNA基因的转录与加工核糖体的组成成分是蛋白质和rRNA，所以编码核糖体的基因分为两类，一类是蛋白质基因，另一类是rRNA基因。
在生活细胞中，特别是在活跃进行蛋白质合成的细胞中，需要大量的核糖体，这就意味着需要合成大量的rRNA和核糖体蛋白质。
■编码rRNA基因的过量扩增细胞为了满足大量需求的rRNA,通过两种方式扩大rRNA基因的拷贝数：●在染色体上增加rRNA基因的拷贝数，如在细菌E.coli的基因组中有七套rRNA基因，而典型的真核生物细胞含有几百到几千个28S、18S和5.8S rRNA基因的拷贝，5S rRNA基因的拷贝数多达50000个。
●通过基因扩增(gene amplification)。
科学家用两栖类的卵细胞(卵母细胞)研究在发育过程中rRNA基因的扩增。
发现两栖类卵母细胞在发育的早期，rRNA基因的数量扩增到1000多倍(图6-8)。
图6-8非洲爪蟾卵母细胞中r R N A的合成卵母细胞中含有几百个核仁，，每个核仁都含有扩增的rRNA基因。
■真核生物18S、5.8S、28S rRNA和5SrRNA基因编码rRNA基因的DNA称为rDNA。
真核生物有四种rRNA基因, 其中18S、5.8S和28S rRNA基因是串联在一起的,每个基因被间隔区隔开, 5S rRNA基因则位于不同染色体上。
■ 18S、5.8S、28S rRNA基因转录与加工●转录蛋白与45S的前体18S rRNA、5.8S rRNA和28S rRNA基因首先转录成一个45S的前体rRNA(pre-rRNA)，大约是这3 个rRNA总长的2倍。
能够转录这3个rRNA前体的DNA区域称为一个转录单位(transcription unit)，意指它们有一个共同的转录起点和转录终点。
在转录单位中除了这三个rRNA基因外，还包括一些间隔区。
●转录酶:真核生物中参与rRNA基因转录的酶是RNA聚合酶Ⅰ。
●前体加工前体rRNA在核仁中被酶剪切成3个rRNA产物，转录间隔区则被降解掉。
根据3H标记的尿嘧啶和放线菌素D研究人的培养细胞前体rRNA的合成的结果推测了前体rRNA的加工过程(图6-9)。
图6-9 45S r R N A的加工过程在rRNA聚合酶Ⅰ的作用下，将18S rRNA、5.8S rRNA 和28S rRNA转录成45S的前体，然后通过一系列的切割加工形成成熟的18S rRNA、5.8S rRNA和28S rRNA。
其中5.8S 的rRNA通过互补碱基的氢键与28S rRNA结合在一起。
●虽然所有真核生物的18S、5.8S和28S rRNA基因是相同的，并且在染色体上组成同一个转录单位，但是不同生物中的18S、5.8S和28S rRNA基因的转录起点和间隔区的长短并不完全相同(图6-10)。
图6-10 r R N A转录单位图的上半部是正在转录的r D N A形成的刷状r R NA;下半部是一个转录单位的转录物,并将蛙的r R N A转录单位与小鼠的转录单位进行比较。
从图中可见:①基因间被可转录的间隔物隔开;②转录单位之间有非转录区;③不同生物的r D N A的转录起点可能不同;④不同生物的r D N A各基因间的间隔序列长短不同。
●由于不同生物的rDNA 转录起点不同、间隔区长短不同，所以pre-rRNA的长度不都是45S，范围在34S～45S 之间(表6-2)。
表6-2不同种生物的前体r R N A生物pre-rRNA的沉降系数果蝇34S裂殖酵母37S烟草38S蛙40S鸡45S小鼠45S人45S■真核生物前体rRNA的修饰●前体rRNA有两个独特的特点:一是含有大量的甲基化的核苷,另一个就是具有很多假尿苷(pseudouridine)。
在人的前体RNA加工过程中,有100多个甲基添加到前体分子的核糖上,并且有95%的尿嘧啶被转变成假尿苷。
●前体rRNA的甲基化及其意义:前体rRNA分子中的某些碱基进行甲基化修饰，甲基化的主要部位在核糖第二位的羟基上，在甲基化的过程中需要snRNA的参与。
甲基化可能对加工起引导作用。
实验证明前体rRNA中被甲基化的部位在加工过程中并未被切除，而是一直保持到成熟的rRNA 中。
另外还发现，如果人为地阻断前体rRNA的甲基化，前体rRNA的成熟加工也被阻断，因此，推测前体rRNA的甲基化对rRNA的加工具有指导作用。
另外，前体rRNA的修饰可能有利于rRNA的正确折叠，以及与别的分子正确的相互作用。
■5S rRNA基因的转录与加工5S rRNA是核糖体大亚基的一个组份，原核生物和真核生物都有5S rRNA，而且结构相似。
● 5S rRNA基因: 真核生物的5S rRNA基因与其他三种rRNA基因不在同一条染色体上，它是由核仁以外的染色体基因转录的，然后运输到核仁内参与核糖体的装配。
非洲爪蟾的5S rRNA基因的一个重复单位含有一个5SrRNA基因、一个不转录的假基因(101bp的5S rRNA基因的片段)，每个重复单位间被不转录的间隔序列隔开，间隔序列的长度变化不定，最长达400bp(图6-11)。
图6-11非洲爪蟾的5Sr R N A基因的组织结构● 5S rRNA基因转录酶: 5S rRNA基因是由RNA聚合酶Ⅲ转录的，原初转录物的5＇端与成熟的5S rRNA的5＇端完全相同。
在某些生物中，3＇端通常含有多余的核苷酸，在加工时要被切除。