王金发细胞生物学第6章 (PPTminimizer)

42
核糖体蛋白空间定位
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真核生物核糖体装配模型
◆80S前体颗粒形成
?
●45S rRNA+5S rRNA+蛋白质
●45S rRNA 41S rRNA ◆大小亚基前体形成: ●大:32S rRNA和5S rRNA ●小:20S的前体rRNA；
◆小亚基成熟与运送:
20S rRNA18S rRNA ◆大亚基成熟与运送
56
6.4.2 Antisense RNA
反义RNA分类
◆I类∶ 直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或编 码区; ◆Ⅱ类: 与mRNA的SD序列的上游非编码区结合, 从而抑制靶mRNA的翻译； ◆III类: 核酶(ribozyme)
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不同种生物的前体rRNA
生物 pre-rRNA的 沉降系数 34S 37S 38S 40S 45S 45S 45S
18
果蝇 裂殖酵母 烟草 蛙 鸡 鼠 人
rRNA的前体转录物
19
前体rRNA的加工与修饰： ◆将45S的前体rRNA加工成成熟的18S、
5.8S和28S rRNA；
◆甲基化修饰：甲基化的主要部位在
◆核酶(ribozyme) ◆反义RNA(Antisense RNA)
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6.4.1 真核细胞中的 小分子RNA(small RNA)
◆大小:100～300 bases
◆由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成
◆某些像mRNA一样可被加帽 ◆类别:scRNA snRNA
55
scRNA(small cytoplasmic RNA):
核糖第二位羟基上。
20
45SrRNA前体的加工
21
rRNA 的 甲 基 化
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◆在前体rRNA加工过程中，rRNA的甲基化可能起 指导作用： ●实验证明在前体rRNA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的加工也被阻断; ●推测前体rRNA的甲基化对rRNA的加工具有指导 作用。
因于从染色体上分离出来的环状DNA分子，这
种环状DNA中含有rRNA基因。由于环状DNA能够
通过滚环复制的方式进行复制，因而能够产生
大量的rRNA基因。
14
rRNA 基因 扩增
15
18S、5.8S和28S rRNA基因的转录和加工
◆组织: ●18S、5.8S和28S rRNA基因为一组串联在一起, ●5S的rRNA基因则位于另一条染色体上。 ◆人的rRNA基因 ●每组rRNA基因有200个拷贝串联在一起。每一 拷贝为一rDNA转录单位。 ●人的13、14、15、 21、22 等5条染色体上均 有rRNA基因。在间期核中, 所有这5条染色体 rRNA基因附着的区域,集合在一起, 形成一个 核仁。
◆原核与真核生物的rRNA基因在组织结构上的差 异: ●重复频率：如E.coli，只重复了7次； ●细菌的16S rRNA 、23S rRNA 、5S rRNA基因 组成一个转录单位，在染色体上的排列顺序 是∶16S-23S-5S。
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原核生物rRNA前体的原核生物核糖体的装配
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
◆原核与真核生物的rRNA基因在组织结构 上的差异:
●重复频率：如E.coli，只重复了7次； ●细菌的5S rRNA与16SrRNA 、23S rRNA基 因组成一个转录单位，在染色体上的排 列顺序是∶16S-23S-5S。
这些蛋白质直接同rRNA结合, 其中同16S rRNA结合的初级蛋白有14种: S3, S4, S17, S20, S6, S15, S8, S18, S9, S11, S12, S13, S7, S1。
同5S rRNA结合的有11种。
◆次级结合蛋白(secondary binding protein) 这些蛋白质不直接同rRNA结合, 而是同初 级结合蛋结合:S10, S16, S2, S6, S21, S14, S19。
◆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。
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核 糖 体 RNA 的 位 置 关 系
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核糖体在组装过程中,某些蛋 白质必须首先结合到rRNA上,其他
蛋白才能组长上去即表现出先后
层次。根据同rRNA结合的顺序,将
核糖体蛋白分为两种:
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◆初级结合蛋白(primary binding protein)
?
3
6.1 Ribosome structure
◆核糖体(ribosome)是细胞内一种核糖核 蛋白颗粒(ribonucleoprotein partical),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%。
4
6.1.1 核糖体的类型
snRNA(small nuclear RNA)：
◆snRNPs(small nuclear ribonucleoproteins) 颗粒；
●一个snRNA, ～10个蛋白质;
●有些蛋白质是某一snRNP所特有，有些则 是各种snRNP所共有；
◆ snRNPs分类: 由于snRNA富含脲嘧啶核苷，分类时把它 分为U1、U2、……等。
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Synthesis and Processing of the 5S rRNA
◆In eukaryotes, the 5S rRNA molecules are encoded by a large number of identical genes that are separate from the other rRNA genes and are located outside the nudeolus. ◆The 5S rRNA genes are transcribed by RNA polymerase III. The 5’end of the primary transcript is identical with that of the mature 5S rRNA, but the 3’ end usually contains extra nucleotides that are removed during processing.
同5S rRNA结合的有11种。
◆次级结合蛋白(secondary binding protein) 这些蛋白质不直接同rRNA结合, 而是同初级 结合蛋结合。它们是: S10, S16, S2, S6, S21, S14, S19。
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核糖体结合蛋白
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确定内部启动子的实验
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原核生物rRNA基因
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。
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
32S rRNA28S rRNA+5.8S rRNA
44
核糖体的合成与装配
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6.3 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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◆ 核 酸 酶 RNaseⅢ 将 16S-23S-5S rRNA前体切割成单体;
◆细菌中的rRNA转录单位除了三
种rRNA外，同时有几种tRNA分子。
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原核生物rRNA前体的加工
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6.2.2 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。
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核 糖 体 RNA 的 位 置 关 系
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核糖体在组装过程中,某些蛋 白质必须首先结合到rRNA上,其他 蛋白才能组长上去即表现出先后 层次。根据同rRNA结合的顺序,将
核糖体蛋白分为两种:
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◆初级结合蛋白(primary binding protein)
这 些 蛋 白 质 直 接 同 rRNA 结 合 , 其 中 同 16S rRNA结合的初级蛋白有14种, 它们是: S3, S4, S17, S20, S6, S15, S8, S18, S9, S11, S12, S13, S7, S1。
CHAPTER 6
Ribosome and Ribozyme
1
OUTLINE
6.1 Ribosome structure 6.2 Ribosome Biogenesis 6.3 Ribosome Function 6.4 Ribozyme and Antisense RNA
2
核 糖 体 的 形 态 结 构
影响:
◆70S核糖体在Mg2+ 的浓度小于1mm/L的溶液中
易解离;
◆当Mg2+ 浓度大于10mm/L, 两个核糖体通常形
成100S的二聚体。
7
镁离 子浓 度对 核糖 体的 影响
8
各种来源的核糖体亚基组成
来源 完整核糖体 细胞质 80S (真核生物) 细胞质 70S (原核生物) 线粒体 55-60S (哺乳动物) 线粒体 75S (酵母) 线粒体 78S (高等植物) 叶绿体 70S 核糖体亚基 核糖体RNAs 60S(大亚基) 28S 40S(小亚基) 18S，5.8S,5S 50S(大亚基) 23S 30S(小亚基) 16S，5S 45S(大亚基) 16S 35S(小亚基) 12S 53S(大亚基) 21S 35S(小亚基) 14S 60S(大亚基) 26S 45S(小亚基) 18S，5S 50S(大亚基) 23S 30S(小亚基) 16S，5S
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5S rRNA基因
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◆RNA polymerase III is unusual among the three polymerases in that it binds to a promoter site located within the transcribed portion of the gene rather than a site upstream from the gene's 5' flank.
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18S、5.8S和28S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。
13
●卵母细胞中rRNA基因扩增机制
滚环复制(rolling circle replication)
卵母细胞中rRNA基因扩增的机制，有人认为归
?
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真核与原核mRNA的差 异
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SD(Shine-Delgarno) sequence
49
蛋白质合成中各位点的协同 性
50
多 聚 核 糖 体
51
?
嘌呤霉素对蛋白质合成的抑制作 用
52
嘌呤 霉素 对蛋 白质 合成 的抑 制作 用
53
6.4 Ribozyme and Antisense RNA
●细菌的E.coli的基因组中有七套rRNA基因;
●典型的真核生物细胞含有几百到几千个18S、
5.8S和28S rRNA基因的拷贝;
●5S rRNA基因的拷贝数多达50000个。
12
◆The selective amplification of rDNA
●概念:
●Amphibian oocytes rRNA gene amplification
9
核糖体的化学组成
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6.2 核糖体的生物发生 (Biogenesis)
◆在细胞内,核糖体是自我装配的。 ◆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。 ?
11
6.2.1 核糖体基因
rRNA基因的扩增
◆在染色体上增加rRNA基因的拷贝数:
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◆转录 ●45S primary transcript ; ●不同种的生物，pre-rRNA的长度范围在 34S～45S之间; ●在转录单位中除了三个rRNA基因外，还 包括一些间隔区； ●RNA polymerase I is specifically devoted to transcription of the three largest species of rRNAs;