核糖体的发现与认识（888）.ppt

核糖体大事记,1,医药资料,1930s,生物学家，在光学显微镜下，发现多种细胞的细胞质中存在的群居的小球，有人称之为“pool ball”。,2,医药资料,1940s,翰墨林（J.Hanmerling）和布拉舍（J.Brachet），通过伞藻和海胆卵细胞的实验，发现细胞质与蛋白质的合成有关。,3,医药资料,1941,美国希拉切特（J.Brachet）和卡斯伯森（T.Caspersson）,利用组织化学方法和显微紫外分光光度技术，发现微粒体。,4,医药资料,1953,英国罗宾逊（E.Robinson）和布朗（R.Brown）,利用电子显微镜观察，发现植物细胞中的颗粒状物质。,5,医药资料,1955,美国帕拉德（G.F.Palade），通过电子显微镜样品固定技术，发现制造酶的小颗粒。,6,医药资料,1955,7,医药资料,1955,美国帕拉德（G.F.Palade），通过电子显微镜样品固定技术，发现制造酶的小颗粒。,帕拉德因此在“细胞的结构和功能组织方面的发现”方面与比利时另两位科学家共同获得1974年诺贝尔生理学或医学奖 。,8,医药资料,1955,扎梅奇尼克（P.C.Zamecnic），通过放射性同位素标记法，发现蛋白质合成和颗粒（即核糖体）有关。,9,医药资料,1958,微粒体粒子这个词不能充分传达其意义，但微粒体碎片中的核糖核蛋白粒子又显得太拗口。所以与会期间，核糖体一词被举荐出来，这个词让大家都很满意，而且听起来也比较顺耳。如果核糖体这个词可以用来表示大小介于35S至100S的核糖核蛋白颗粒，那么现在这类物质表述上的混乱便最终得以消除。 理查德B罗伯茨 微粒体颗粒与蛋白质合成,美国罗伯茨（R.Roberts）根据微粒的化学成分将它们称为核糖核蛋白体，简称核糖体或核蛋白体。,10,医药资料,1960,法国雅各布（F.Jacob）和莫诺（J.Monod）综合前几年RNA研究的基础，提出假设核糖体是非专一的蛋白质合成装置。,提出的假设：核糖体的RNA不决定氨基酸的序列，核糖体是通过接受特殊的信息上的碱基排列的信息决定蛋白质的合成。,11,医药资料,1961,英国布伦纳（S.Brenner）和美国梅塞尔森（M.Meselsen），通过T4噬菌体侵染细菌实验，证实核糖体是非专一的蛋白质合成装置。,12,医药资料,1960s初,Perry使用紫外线微光束破坏活细胞的核仁，发现破坏了核仁的细胞丧失了合成rRNA的能力。,提示核仁与核糖体形成有关。,Perry进一步发现低浓度的放线菌素D能够抑制3H-尿嘧啶掺入rRNA中，而不影响其他种类的RNA合成。显微放射自显影也显示其能选择性阻止核仁RNA的合成。,表明核仁与rRNA的合成，核糖体形成有关。,13,医药资料,1960s,Rich的实验室采用未成熟的红细胞研究蛋白质合成时发现了多聚核糖体。,电子显微镜下多聚核糖体,14,医药资料,Large subunit,Small subunit,mRNA,Large subunit,Small subunit,Completed polypeptide,(a),(b),(c),Polyribosomes (a) Schematic drawing of a polyribsome (polysome). (b) Electron micrograph of a grazing section through the outer edge of a rough ER cisterna. The ribosomes are aligned in loops and spirals, indicating their attachment to mRNA molecules to form polysomes. (c) Electron micrograph of metal-shadowed polysomes isolated from reticulocytes engaged in hemoglobin synthesis. Most of these polysomes have between four and six ribosomes.,15,医药资料,1968,Masayasu Nomura把拆开的大肠杆菌核糖体的30S小亚基的21种蛋白质与16S rRNA在体外混合后重新装配成30S小亚基， 然后把重建的小亚基同50S大亚基以及其他辅助因子混合后， 进行蛋白质合成实验，发现重建的核糖体具有生物活性，能催化氨基酸掺入到蛋白质多肽链中。,E.coli 小亚基的装配图E.coli 小亚基的装配图 粗箭头表示结合力强，细箭头表示力弱。如S4与16S rRNA之间是粗箭头，表示S4可直接与16S rRNA结合而不需要其他蛋白的存在。而S7与16S rRNA的结合力很弱，并且需要S4、S8、S9、S19、S20蛋白的存在。,真核生物核糖体在核仁中装配,核糖体是一种自组装(self-assembly)的结构，在组装过程有先后层次。,16,医药资料,1970s,以色列尤纳斯（Ade.E.Yonath）, 对嗜热沙漠细菌进行核糖体纯化，利用X光衍射技术，研究核糖体结构。,17,医药资料,1980s,尤纳斯首次报道了湿热脂肪芽孢杆菌核糖体50S亚基的结晶体结构。继而又报道了一些30S、50S、70S的高分辨率核糖体晶体结构。,50S大亚基的晶体,衍射图样,18,医药资料,1991,尤纳斯报道了核糖体50S亚基310-10m分辨率结构。,large ribosomal subunit (50S) of Haloarcula marismortu,19,医药资料,1992,英国拉马克里希南（V. Ramakrishnan ）小组和尤纳斯小组，利用X射线衍射技术，分别报道核糖体30S亚基5.510-10m和4.510-10m分辨率的结构。,30S subunit, view of the intersubunit interface,20,医药资料,1998,美国施泰茨（Thomas A.Steiz），利用电镜观察和X衍射结构分析结合，解读了核糖体大亚基的结构图。,21,医药资料,1998,死海盐盒菌（Haloarcula marismortui）的50S亚基的三维分子结构图。分子中的淡蓝色部分为蛋白质，淡橙色及黄色部分为RNA单链。分子核心的亮绿色部分为亚基的活性中心。,嗜热栖热菌（Thermus thermophilus）的30S亚基的三维分子结构图。分子中的淡蓝色部分为蛋白质，淡橙色部分为RNA单链,22,医药资料,2000s,拉马克里希南和尤纳斯解读了核糖体小亚基的结构图。 为此，拉马克里希南、施泰茨和尤纳斯共同分享了2009年的诺贝尔化学奖。,23,医药资料,24,医药资料,25,医药资料,26,医药资料,典型的原核细胞和真核细胞质核糖体的化学组成,27,医药资料,2000s,拉马克里希南还对核糖体合成蛋白质的机制进行了研究，合理解释了细胞内蛋白质翻译过程中的高保真性、第3位碱基的摇摆性和蛋白质合成过程中30S亚基的构象变化。,28,医药资料,2000s,A位点：即氨酰基位点，是与新掺入的氨酰tRNA结合的位点，又叫受位，主要位于大亚基。,P位点：即肽酰tRNA位点，又叫供位，主要位于大亚基，在肽基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。,E位点：脱氨酰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。,核糖体中肽链延长及蛋白质被分泌入内质网的过程的示意动画,29,医药资料,晶体X射线衍射技术,X射线晶体衍射是指利用晶体对X射线的衍射作用,获得晶体中电子密度的分布情况,再从中分析并获得原子位置的信息，即晶体结构。由于所有的原子都含有电子。并且X射线的波长范围为000110纳米，其波长与成键原子之间的距离(1-2埃附近)相近，因此X射线可用于研究各类分子的结构。晶体(一般为单晶)中含有数量巨大的方位相同的分子，X射线对这些分子的衍射叠加在一起就能产生足以探测到的信号。从这个意义上说，晶体就是一个X射线的信号放大器。“X射线衍射技术”与“晶体学”联系在一起形成“X射线晶体衍射技术” (Xray crystallography)，可以对各类晶体，特别是蛋白质晶体结构进行分析。,30,医药资料,晶体X射线衍射技术,这幅图所显示的是晶体的X光衍射花样，所用晶体为一蛋白质晶体。图中的每一个黑点反映为一个衍射点，这些衍射点是由被晶体散射的X光相互干涉而形成。,31,医药资料,the Ramakrishnan Lab web page http:/www.mrc-lmb.cam.ac.uk/ribo/homepage/mov_and_overview.html The key to life at the atomic level /nobel_prizes/chemistry