细胞生物学第11章PPT课件
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成等。
上述过程中的多数因子为G蛋白，具有GTPase活性， 故将核糖体上与之相关位点称为GTPase相关位点。
1.3 核糖体蛋白质与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
与mRNA的结合位点； 氨酰基位点（A位） ——与新掺入氨酰tRNA的结合位点 肽酰基位点（P位） ——与延伸中的肽酰tRNA的结合位点 E位点——肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点 与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶（即延伸因
2.2 蛋白质的合成
❖ 起始阶段 ❖ 延伸阶段 ❖ 释放阶段
70S起始复合物
2.2.1 起始阶段
❖ 小亚基对mRNA的识别
16SrRNA与mRNA上起始密码 AUG上游6个核苷酸结合序列 配对并结合；
❖ 30S起始复合物
在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用 中，r蛋白与rRNA共同行使功能。
第二节
多聚核糖体 与蛋白质的合成
2.1 多聚核糖体
❖ 由mRNA分子将许多核糖体 串联而成的结构
❖ 每种多聚核糖体的数目取决 于mRNA的长度
❖ 无论是附着核糖体还是 游离核糖体，都常常以 多聚核糖体形式存在
❖ 多聚核糖体的意义 大大提高多肽合成速度，特别是对于相对分子质 量较大的多肽。 以多聚核糖体的形式进行多肽的合成，对mRNA 的利用及对其数量的调控更为经济和有效。
1.1.1 70S核糖体
❖ 分布
原核细胞的核糖体为70S核糖体 线粒体和叶绿体中的核糖体也近似于70S。
❖ 50源自文库大亚基
23SrRNA、5SrRNA 31种蛋白质；
❖ 30S小亚基
16 SrRNA 21种蛋白质；
1.1.2 80S核糖体
❖ 分布：真核细胞的核糖体为80S核糖体。 ❖ 60S大亚基
具有肽酰转移酶的活性； 为tRNA提供结合位点（A位点、P位点、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、无意义链
或框架漂移的校正、以及抗生素的作用等。
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
❖ 在真核细胞中很多核糖体附着在内质网的膜表面， 称为附着核糖体
糙面内质网； 核外膜表面； 原核细胞的质膜内侧。
❖ 一些核糖体不附着在膜上，呈游离状态，分布在细 胞质基质内，称游离核糖体。
❖ 附着核糖体与游离核糖体所合成的蛋白质种类不同， 但核糖体的结构与化学组成是完全相同的。
1.2 核糖体的结构
28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA 49种蛋白质；
❖ 40S小亚基
18 SrRNA 33种蛋白质；
❖ 体外实验
当Mg2＋浓度降低时，80S核糖体解离为大、小亚基； 当Mg2＋浓度增高时，则常常形成120S的二聚体。
原核生物与真核生物核糖体成分的比较
1.1.3 游离核糖体和附着核糖体
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 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 16SrRNA的一级结构是非常保守 的
1.2.2 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
❖ 依赖延伸因子Tu（EF－Tu）的氨酰tRNA的结合； ❖ 延伸因子G（EF－G）介导的转位作用； ❖ 依赖于起始因子2的fMet－tRNA的结合； ❖ 依赖于释放因子的蛋白合成终止作用； ❖ 应急因子与核糖体结合产生ppGpp（p）阻断蛋白合
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
存在的rRNA的二级结构。(Darnell et al.，1990)
L11-rRNA复合物的三维结构
(引自Porse et.al.,1999)
❖ r蛋白在翻译过程中也起着重要的作用；
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，核糖体的空间构象发生一 系列的变化，某些r蛋白可能对核糖体的构象 起“微调”作用；
子EF－G）的结合位点； 肽酰转移酶的催化位点。
❖ 与tRNA结合的P位点、A位点或E位点各自都涉及一 套rRNA上不同的区域。
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）
❖ 在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分
第一节 核糖体的类型与结构
附着核糖体/游离核糖体 70S核糖体/80S核糖体
大亚基/小亚基
1.1 核糖体的基本类型与成分
❖ 基本成分 r蛋白质：40%，核糖体表面 rRNA：60%，核糖体内部
❖ 核糖体大小亚单位在细胞内常常游离于细胞质基质 中，只有当小亚单位与mRNA结合后，大小亚单位 才与小亚单位结合形成完整的核糖体。由大亚基和 小亚基按照1：1比例结合而成。
❖ 是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蛋白之间具有很高的同源性， 并在进化上非常保守。
❖ 核糖体的重装配不需要其它大分子的参与，是一 个自我装配的过程。
❖ 装配过程表现出先后次序性。
1.2.1 核糖体结构与功能的分析
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，
（引自Albert et al.，1989，图a; Lewin,1997,图b）
核糖体小亚单位rRNA
(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1～40)， 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
上述过程中的多数因子为G蛋白，具有GTPase活性， 故将核糖体上与之相关位点称为GTPase相关位点。
1.3 核糖体蛋白质与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
与mRNA的结合位点； 氨酰基位点（A位） ——与新掺入氨酰tRNA的结合位点 肽酰基位点（P位） ——与延伸中的肽酰tRNA的结合位点 E位点——肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点 与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶（即延伸因
2.2 蛋白质的合成
❖ 起始阶段 ❖ 延伸阶段 ❖ 释放阶段
70S起始复合物
2.2.1 起始阶段
❖ 小亚基对mRNA的识别
16SrRNA与mRNA上起始密码 AUG上游6个核苷酸结合序列 配对并结合；
❖ 30S起始复合物
在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用 中，r蛋白与rRNA共同行使功能。
第二节
多聚核糖体 与蛋白质的合成
2.1 多聚核糖体
❖ 由mRNA分子将许多核糖体 串联而成的结构
❖ 每种多聚核糖体的数目取决 于mRNA的长度
❖ 无论是附着核糖体还是 游离核糖体，都常常以 多聚核糖体形式存在
❖ 多聚核糖体的意义 大大提高多肽合成速度，特别是对于相对分子质 量较大的多肽。 以多聚核糖体的形式进行多肽的合成，对mRNA 的利用及对其数量的调控更为经济和有效。
1.1.1 70S核糖体
❖ 分布
原核细胞的核糖体为70S核糖体 线粒体和叶绿体中的核糖体也近似于70S。
❖ 50源自文库大亚基
23SrRNA、5SrRNA 31种蛋白质；
❖ 30S小亚基
16 SrRNA 21种蛋白质；
1.1.2 80S核糖体
❖ 分布：真核细胞的核糖体为80S核糖体。 ❖ 60S大亚基
具有肽酰转移酶的活性； 为tRNA提供结合位点（A位点、P位点、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、无意义链
或框架漂移的校正、以及抗生素的作用等。
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
❖ 在真核细胞中很多核糖体附着在内质网的膜表面， 称为附着核糖体
糙面内质网； 核外膜表面； 原核细胞的质膜内侧。
❖ 一些核糖体不附着在膜上，呈游离状态，分布在细 胞质基质内，称游离核糖体。
❖ 附着核糖体与游离核糖体所合成的蛋白质种类不同， 但核糖体的结构与化学组成是完全相同的。
1.2 核糖体的结构
28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA 49种蛋白质；
❖ 40S小亚基
18 SrRNA 33种蛋白质；
❖ 体外实验
当Mg2＋浓度降低时，80S核糖体解离为大、小亚基； 当Mg2＋浓度增高时，则常常形成120S的二聚体。
原核生物与真核生物核糖体成分的比较
1.1.3 游离核糖体和附着核糖体
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 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 16SrRNA的一级结构是非常保守 的
1.2.2 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
❖ 依赖延伸因子Tu（EF－Tu）的氨酰tRNA的结合； ❖ 延伸因子G（EF－G）介导的转位作用； ❖ 依赖于起始因子2的fMet－tRNA的结合； ❖ 依赖于释放因子的蛋白合成终止作用； ❖ 应急因子与核糖体结合产生ppGpp（p）阻断蛋白合
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
存在的rRNA的二级结构。(Darnell et al.，1990)
L11-rRNA复合物的三维结构
(引自Porse et.al.,1999)
❖ r蛋白在翻译过程中也起着重要的作用；
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，核糖体的空间构象发生一 系列的变化，某些r蛋白可能对核糖体的构象 起“微调”作用；
子EF－G）的结合位点； 肽酰转移酶的催化位点。
❖ 与tRNA结合的P位点、A位点或E位点各自都涉及一 套rRNA上不同的区域。
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）
❖ 在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分
第一节 核糖体的类型与结构
附着核糖体/游离核糖体 70S核糖体/80S核糖体
大亚基/小亚基
1.1 核糖体的基本类型与成分
❖ 基本成分 r蛋白质：40%，核糖体表面 rRNA：60%，核糖体内部
❖ 核糖体大小亚单位在细胞内常常游离于细胞质基质 中，只有当小亚单位与mRNA结合后，大小亚单位 才与小亚单位结合形成完整的核糖体。由大亚基和 小亚基按照1：1比例结合而成。
❖ 是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蛋白之间具有很高的同源性， 并在进化上非常保守。
❖ 核糖体的重装配不需要其它大分子的参与，是一 个自我装配的过程。
❖ 装配过程表现出先后次序性。
1.2.1 核糖体结构与功能的分析
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，
（引自Albert et al.，1989，图a; Lewin,1997,图b）
核糖体小亚单位rRNA
(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1～40)， 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