《核糖体与核酶》word版.doc

1. 核糖体(ribosome)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3.94.5x103 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15102 18103 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rRNA28S 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 amplification)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。卵母细胞中有如此众多的rRNA基因拷贝，为卵细胞在受精后的发育过程中合成大量核糖体创造了条件。至于卵母细胞中rRNA基因扩增的机制，有人认为可能是通过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，但是第一个含有rRNA基因的环状DNA是如何形成的尚不清楚。由于环状DNA能够通过滚环复制(rolling circle replication)的方式进行复制，因而能够产生大量的rRNA基因。3. 5S rRNA基因(5S rRNAgene)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。真核生物的5S rRNA基因与其它三种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。5S rRNA基因的数量比45S rRNA转录单位多,人的5S rRNA基因有500个拷贝,并且在染色体上串连排列。非洲爪蟾的5S rRNA基因的一个重复单位含有一个5S rRNA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；5S rRNA基因转录的速度很快,其结果产生过量的5S rRNA,有些最后要被降解掉。5S rRNA基因是由RNA聚合酶转录的，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。所以,5S rRNA只需要进行简单的加工,或者根本不需要进行加工。4. A位点(A site) 即氨酰基位点，是与新掺入的氨酰tRNA(aminoacyl-tRNA )结合的位点, 又叫受位(entry site)，主要位于大亚基，是接受氨酰tRNA的部位。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) E位点是脱氨酰tRNA(deaminoacyl-tRNA)离开A位点到完全从核糖体释放出来的一个中间停靠点,只是作暂时的停留。当E位点被占据之后,A位点同氨酰tRNA的亲和力降低,防止了氨酰tRNA的结合,直到核糖体准备就绪,E位点腾空,才会接受下一个氨酰tRNA。7. SD序列(SD sequence)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510个碱基处,并且同16S rRNA 3端的序列互补。8. 多聚核糖体(polyribosomes)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。9. 嘌呤霉素(puromycin)嘌呤霉素是一种蛋白质合成抑制剂,它具有与tRNA分子末端类似的结构, 能够同氨基酸结合，代替氨酰化的tRNA同核糖体的A位点结合，并掺入到生长的肽链中。虽然嘌呤霉素能够同A位点结合,但是不能参与随后的任何反应, 因而导致蛋白质合成的终止并释放出C-末端含有嘌呤霉素的不成熟的多肽。10. N-端规则(N-end rule)每一种蛋白质都有寿命特征, 称为半衰期(half-life)。蛋白质的半衰期与多肽链N-端特异的氨基酸有关,它们对蛋白质的寿命有控制作用。如末端是精氨酸或赖氨酸的多肽,寿命就很短,而末端是缬氨酸或甲硫氨酸的多肽,寿命就很长。蛋白质N-末端与半衰期的关系,称为N端规则。11. 蛋白酶体(proteasomes)蛋白酶体既存在于细胞核中,又存在于胞质溶胶中, 是溶酶体外的蛋白水解体系, 由1020个不同的亚基组成中空的圆桶形的结构,显示多种肽酶的活性，能够从碱性、酸性和中性氨基酸的羧基侧水解多种与遍在蛋白连接的蛋白质底物。蛋白酶体对蛋白质的降解是与环境隔离的。主要降解两种类型的蛋白质:一类是错误折叠的蛋白质,另一类就是需要进行数量调控的蛋白质。蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素(ubiquitin)介导,所以又称为泛素降解途径。泛素是由76个氨基酸残基组成的小肽,它的作用主要是识别要被降解的蛋白质,然后将这种蛋白质送入蛋白酶体的圆桶中进行降解。蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程:一是对被降解的蛋白质进行标记,由泛素完成;二是蛋白酶解作用,由蛋白酶体催化。蛋白酶体存在于所有真核细胞中，其活性受干扰素的调节。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，是一种较为原始的催化酶。13. 小分子RNA(small RNA)存在于真核生物细胞核和细胞质中，它们的长度为100到300个碱基(酵母中最长的约1000个碱基)。多的每个细胞中可含有105 106 个这种RNA分子，少的则不可直接检测到, 它们由RNA聚合酶或RNA聚合酶所合成, 其中某些象mRNA一样可被加帽。主要有两种类型的小分子RNA:一类是snRNA(small nuclear RNA),存在于细胞核中；另一类是scRNA(small cytoplasmic RNA)，存在于细胞质中。小分子RNA通常与蛋白质组成复合物, 在细胞的生命活动中起重要的作用, 某些snRNPs和剪接作用密切相关，它们分别与供体和受体剪接位点以及分支顺序相互补。scRNA参与蛋白质的合成和运输, 如SRP颗粒就是一种由一个7SRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白体颗粒,主要功能是识别信号肽, 并将核糖体引导到内质网。14. 反义RNA(antisense RNA)反义RNA是指与mRNA互补的RNA分子, 也包括与其它RNA互补的RNA分子。由于核糖体不能翻译双链的RNA，所以反义RNA与mRNA特异性的互补结合, 即抑制了该mRNA的翻译。通过反义RNA控制mRNA的翻译是原核生物基因表达调控的一种方式，最早是在E.coli 的产肠杆菌素的Col E1质粒中发现的,许多实验证明在真核生物中也存在反义RNA。近几年来通过人工合成反义RNA的基因, 并将其导入细胞内转录成反义RNA, 即能抑制某特定基因的表达,阻断该基因的功能, 有助于了解该基因对细胞生长和分化的作用。细胞中反义RNA的来源有两种途径第一是反向转录的产物，在多数情况下, 反义RNA是特定靶基因互补链反向转录产物, 即产生mRNA和反义RNA的DNA是同一区段的互补链。第二种来源是不同基因产物，如OMPF基因是大肠杆菌的膜蛋白基因，与透性有关，其反义基因MICFZE则为另一基因。15. 内含子(intron) 内含子是基因内的间隔序列,不出现在成熟的RNA分子中,在转录后通过加工被切除。大多数真核生物的基因都有内含子。16. 外显子(exon) 外显子是最后出现在成熟RNA中的基因序列, 又称表达序列。17. 自我剪接(self-splicing)具有自我催化能力,将自身的某些部位切除的现象称为自我剪接。在酵母和真菌的线粒体mRNA和tRNA前体加工、叶绿体的tRNA 和rRNA前体加工、某些细菌病毒的mRNA前体加工中都发现了自我剪接现象。18. 肽酰转移酶(peptidyl transferase)肽酰转移酶是催化肽键形成的酶。在蛋白质合成过程中，它催化核糖体A位tRNA上末端氨基酸的氨基与P位肽酰-tRNA上氨基酸的羧基间形成肽键。其结果,使A位的氨酰-tRNA上的多肽延长了一个氨基酸,而P位的氨酰-tRNA形成脱氨酰-tRNA。19. 核糖核酸酶 P (ribonuclease P)核糖核酸酶 P 是一种核糖核蛋白, 含有一个单链RNA分子, 长度为375个碱基, 结合一个相对分子质量为20kDa的多肽(119个氨基酸残基)。RNA具有催化切割tRNA的能力, 蛋白质则起间接的作用,可能是维持RNA结构的稳定。该酶广泛存在于原核生物和真核生物(核仁、叶绿体和线粒体)中，也参与核糖体RNA的加工。20 核剪接(nuclear splicing)核剪接是指发生在细胞核中，主要是对hnRNA中内含子的剪接。这种剪接有三个主要特点一是在pre-mRNA中内含子与外显子间有特征性序列，即GT-AG规则；第二是剪接过程中需要snRNA参与，并要形成剪接体；第三要形成套索结构。 21. GT-AG 规则(GT-AG rule) 前体RNA中参与内含子剪接的两个特殊位点，即在内含子和外显子交界处有两个相当短的保守序列:5端为GT, 3端为 AG,称为GT-AG规律。GT-AG规则主要适用于(或是全部)真核生物基因的剪接位点。说明内含子的切除有一共同的机理。应指出的是，这种保守性不适用于线粒体、叶绿体和酵母tRNA基因转录后的加工。22. 剪接体(spliceosome) 在剪接过程中形成的剪接复合物称为剪接体,剪接体的主要组成是蛋白质和小分子的核RNA(snRNA)。复合物的沉降系数约为5060S,它是在剪接过程的各个阶段随着snRNA的加入而形成的。也就是说在完整的pre-mRNA 上形成的一个剪接中间体。剪接体的装配同核糖体的装配相似。依靠RNA-RNA、RNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质等三方面的相互作用。可能比核糖体更复杂，要涉及snRNA的碱基配对， 相互识别等。23. I型内含子(group I intron)一类具有酶催化功能的内含子,转录成RNA后,可以自我剪接。此类内含子转录后可以形成9个由碱基配对形成的特定二级结构,分别命名为P1至P9,P1和P7是保守的。I型内含子具有自我剪接的功能,在剪接反应中,要有一种鸟嘌呤核苷(含有游离的3-OH)G-OH。G首先结合到内含子的5端,当线性的内含子成为环状时,其3端可以距离5端15个核苷酸以外,从而将原来的5端和15个碱基(或以上)的节段(包括G)切除出去。这种自我剪接,是由RNA的特定序列的核酸内切酶的活性所催化。型内含子比型内含子更普遍,这两类内含子之间没有什么关系,它们有一个共同的特性,就是在体外能够自我剪接,而不需要任何蛋白质酶的催化。但是在体内它们却都需要蛋白质帮助折叠成二级结构。24. II型内含子(group II introns)主要存在于线粒体中的一类内含子，它的剪接位点类似于核编码结构基因的内含子,并同样遵从GT-AG规律。剪接机理同核内含子的剪接相似,也要形成一个套索的中间体,通过形成5-2磷酸二酯键将要剪接的位点靠近到一起。但是,II型内含子的剪接又不完全与核内含子的剪接相同,它具有自我剪接的功能,不需要剪接体和snRNA的参与,也不需要ATP供能。从结构上看,II型内含子的6个结构域可形成发夹环, 结构域5与6之间只间隔3个碱基,结构域6参与转酯作用。25. RNA编辑(RNA editing)RNA编辑是指在mRNA水平上改变遗传信息的过程。RNA编辑是通过比较成熟的mRNA与相应基因的编码信息时发现的，成熟的mRNA序列中有几种意想不到的变化，包括UC，CU；U的插入或缺失、多个G或C的插入等。最典型的例子是锥虫(trypanosome)动质体(kinetoplastid)的线粒体基因mRNA的编辑,涉及上百个U的缺失和添加。由于RNA编辑是基因转录后在mRNA中插入、缺失或核苷酸的替换而改变DNA模板来源的遗传信息，翻译出多种氨基酸序列不同的蛋白质，RNA编辑的结果不仅扩大了遗传信息，而且使生物更好地