核糖体细胞生物学

1、第第 二二 节节核核 糖糖 体体（ribosome）Protein-synthesizing machines一、核糖体的化学组成一、核糖体的化学组成二、核糖体的形态结构二、核糖体的形态结构三、核糖体的类型三、核糖体的类型四、核糖体的形成与组装四、核糖体的形成与组装五、核糖体的功能五、核糖体的功能六、核糖体与医学六、核糖体与医学内内 容容一、核糖体的化学组成一、核糖体的化学组成化学组成化学组成原核细胞原核细胞真核细胞质真核细胞质真核细胞器真核细胞器总核糖体总核糖体70s80s55s亚单位亚单位大亚基大亚基（50s）小亚基小亚基（30s）大亚基大亚基（60s）小亚基小亚基（40s）大亚基大亚基（

2、35s）小亚基小亚基（25s）rRNA23s、5s16s28s、5.8s、5s18s蛋白质蛋白质31种种21种种50种种33种种S (Svedberg units, sedimentation rate): a measure of the sedimentation rate of suspended particles centrifuged under standard conditions. related to their respective sizes. 核糖体由蛋白质和核糖体由蛋白质和rRNA组成。组成。二、核糖体的形态结构二、核糖体的形态结构小亚基小亚基大亚基大亚基不规则颗粒

3、，不规则颗粒，直径直径25nm。50S核糖体大亚基核糖体大亚基 50S核糖体亚基是核糖体亚基是70S核糖体中较大的核糖体中较大的亚基，由多种核糖体蛋白质（蓝色）及亚基，由多种核糖体蛋白质（蓝色）及两种两种rRNA（桔黄色）结合形成。（桔黄色）结合形成。 在大亚基中央包含在大亚基中央包含“中央管中央管”，为新生，为新生多肽链释放的通道。多肽链释放的通道。 50S核糖体亚基中的蛋白质大部分都位核糖体亚基中的蛋白质大部分都位于该亚基的表面而离活性位点较远。于该亚基的表面而离活性位点较远。 mRNA 结合在大亚基中央的沟内。结合在大亚基中央的沟内。形态结构形态结构30S核糖体小亚基核糖体小亚基 由多种

4、核糖体蛋白质（蓝色）及由多种核糖体蛋白质（蓝色）及一种一种rRNA（桔黄色）结合形成。（桔黄色）结合形成。 30S小亚基结构灵活，使核糖体小亚基结构灵活，使核糖体移位，从一个密码子转移到另一移位，从一个密码子转移到另一个密码子上。个密码子上。 从从mRNA上识别翻译信息（三联上识别翻译信息（三联密码），保证密码），保证tRNA和和mRNA 的的准确识别，因此掌握了蛋白质翻准确识别，因此掌握了蛋白质翻译过程的信息。译过程的信息。形态结构形态结构 核糖体上有五个重要的功能活性部位核糖体上有五个重要的功能活性部位: : . . A位点位点 氨酰基氨酰基- -tRNA结合位点结合位点 . . P位点位

5、点 肽酰基肽酰基- -tRNA结合位点结合位点 . . T因子因子 肽酰基转移酶位点肽酰基转移酶位点 . . G因子因子 GTPase位点位点 . . E位点位点 空载空载tRNA离开核糖体前暂时停留的位离开核糖体前暂时停留的位点点形态结构形态结构三、核糖体的类型三、核糖体的类型1.1.附着核糖体附着核糖体: : 合成外输性蛋白，合成外输性蛋白，如分泌蛋白；以及膜如分泌蛋白；以及膜蛋白、溶酶体酶及驻蛋白、溶酶体酶及驻留蛋白等。留蛋白等。2.2.游离核糖体游离核糖体: : 合成细胞本身所需合成细胞本身所需要的蛋白质，如特定要的蛋白质，如特定的酶或结构蛋白等。的酶或结构蛋白等。Some sorti

6、ng signalsFunctionSignal sequenceNuclear localization signal (NLS)-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Nuclear export signal (NES)-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-To mitochondria+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-To perioxisom

7、e-Ser-Lys-Leu-Coo-ER resident-Lys-Asp-Glu-Leu-COO- (KDEL)Nucleolar organizing region, NOR 四、核糖体的形成与自我组装四、核糖体的形成与自我组装28s rRNA 5.8s rRNArDNA45s rRNA18s rRNA 32s rRNA形成与自我组装形成与自我组装形成与自我组装形成与自我组装五、核糖体的功能五、核糖体的功能合成蛋白质。合成蛋白质。1. mRNA携带遗传信息，在蛋白质合成时充当模板的携带遗传信息，在蛋白质合成时充当模板的RNA。信使。信使RNA从脱氧核糖核酸（从脱氧核糖核酸（DNA）转录）转

8、录合成的带有遗传信息的一类单链核糖核酸合成的带有遗传信息的一类单链核糖核酸（RNA）。它在）。它在核糖体核糖体上作为蛋白质合成的模上作为蛋白质合成的模板，决定肽链的氨基酸排列顺序。板，决定肽链的氨基酸排列顺序。3 nucleotides = 1 amino acid of a protein蛋白合成所需蛋白合成所需RNA核糖体的功能核糖体的功能2. tRNA 转运转运RNA（transfer ribonucleic acid，tRNA）是）是具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸。一种酸。一种tRNA只能携带一种氨基酸，如丙氨酸只能携带一种氨基酸

9、，如丙氨酸tRNA只携带丙氨酸。但一种氨基酸可被不止一种只携带丙氨酸。但一种氨基酸可被不止一种tRNA携带。携带。3. rRNA 核糖体的功能核糖体的功能肽链合成的起始肽链合成的起始（Initiation）mRNA在起始因子和在起始因子和Mg的作用下，小亚基与的作用下，小亚基与mRNA的起始部位结合。的起始部位结合。甲硫氨酰（甲硫氨酰（UAC）tRNA的反密码子与的反密码子与mRNA上上的起始密码的起始密码AUG互补互补结结合，形成起始复合物。合，形成起始复合物。引发大亚基结合。引发大亚基结合。蛋白质合成过程蛋白质合成过程核糖体的功能核糖体的功能结合：结合：氨基酰氨基酰tRNA和和mRNA上密

10、码子识别，结合于核糖体的上密码子识别，结合于核糖体的A位。位。肽链延长（肽链延长（Elongation）移位移位：核糖体沿核糖体沿mRNA链链53移动一个密码子的距离，使移动一个密码子的距离，使 A位上位上的肽的肽 酰酰基基tRNA转转移到移到P位，位，A位空位空出。出。新新的氨基酰的氨基酰tRNA结合到结合到A位，转肽、移位，转肽、移位，往复循环使肽链延伸。位，往复循环使肽链延伸。转肽：转肽：P位和位和A位的两个氨基酰位的两个氨基酰tRNA所携带的氨基酸之间形成肽所携带的氨基酸之间形成肽键，键， 同同时结合于时结合于P位上的位上的tRNA 脱落，脱落，P位空出。位空出。核糖体的功能核糖体的功

11、能结合结合核糖体移位核糖体移位肽链形成肽链形成核糖体的功能核糖体的功能当核糖体移动到当核糖体移动到mRNA链上的终链上的终止密码（止密码（UGA, UAA或或UGA）时）时，无无对应的氨基酸运入核糖体对应的氨基酸运入核糖体，肽肽链合链合成停止。成停止。释放因子使释放因子使多肽链与多肽链与tRNA之间之间水解，多肽链顺水解，多肽链顺着大亚基中央管着大亚基中央管释放，离开核糖体。释放，离开核糖体。大、小大、小亚亚基解离。基解离。mRNA从核糖从核糖体小亚基上脱落。核糖体大、小体小亚基上脱落。核糖体大、小亚基可再与亚基可再与mRNA起始密码处结起始密码处结合，也可游离于胞质中或被降解。合，也可游离于

12、胞质中或被降解。mRNA可被降解。可被降解。 肽链合成的终止（肽链合成的终止（Termination）核糖体的功能核糖体的功能以多聚核糖体（以多聚核糖体（polyribosomepolyribosome）的形式存在。）的形式存在。核糖体的功能核糖体的功能1. . 电镜下，多聚核糖体的解聚和粗面内质网的脱粒都可看作电镜下，多聚核糖体的解聚和粗面内质网的脱粒都可看作是蛋白质合成降低或停止的一个形态指标。是蛋白质合成降低或停止的一个形态指标。 多聚核糖体的解聚：是指多聚核糖体分散为单体，失去正多聚核糖体的解聚：是指多聚核糖体分散为单体，失去正常规律，排列孤立地分散在胞质中或附在粗面内质网膜上。常规律

13、，排列孤立地分散在胞质中或附在粗面内质网膜上。六、核糖体与医学六、核糖体与医学 在急性药物中毒性（四氯化碳）在急性药物中毒性（四氯化碳）肝炎和病毒性肝炎后肝炎和病毒性肝炎后, ,以及肝硬化以及肝硬化病人的肝细胞中，经常可见到大病人的肝细胞中，经常可见到大量多聚核糖体解聚呈离散单体状，量多聚核糖体解聚呈离散单体状，固着多聚核糖体脱落，分布稀疏、固着多聚核糖体脱落，分布稀疏、导致分泌蛋白合成下降。所以病导致分泌蛋白合成下降。所以病人血浆白蛋白含量下降。人血浆白蛋白含量下降。2.2.药物直接抑制细菌蛋白质合成的不同阶段，有些抗生素，药物直接抑制细菌蛋白质合成的不同阶段，有些抗生素，如链霉素、氯霉素、

14、红霉素等对原核与真核生物的敏感性如链霉素、氯霉素、红霉素等对原核与真核生物的敏感性不同，能直接抑制细菌核糖体上蛋白质的合成作用。不同，能直接抑制细菌核糖体上蛋白质的合成作用。四环素类抗生素四环素类抗生素: :四环素类抗生素能进入四环素类抗生素能进入70S70S核糖体核糖体封闭封闭A A位点位点，使，使氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA上的反密码子不再能在该位点内与上的反密码子不再能在该位点内与mRNAmRNA结合，令肽链延伸结合，令肽链延伸受阻。这类抗生素包括四环素、氯四环素、氧四环素及吡甲四环素等。受阻。这类抗生素包括四环素、氯四环素、氧四环素及吡甲四环素等。核糖体与医学核糖体与医学 酰胺醇

15、类抗生素：酰胺醇类抗生素：酰胺醇类抗生素能选择性与原核细胞内70S核糖体的50S核糖体亚基或真核细胞线粒体核糖体核糖体亚基结合，抑制其中肽酰转移酶的活性抑制其中肽酰转移酶的活性，从而阻断肽键的形成。但这类抗生素不会抑制真核细胞线粒体外的蛋白质合成。这类抗生素包括氯霉素、叠氮氯霉素、甲砜霉素及氟甲砜霉素氯霉素、叠氮氯霉素、甲砜霉素及氟甲砜霉素等。 大环内酯类抗生素：大环内酯类抗生素：大环内酯类抗生素也能与50S亚基结合，但它抑制的是翻译中的移位翻译中的移位过程。这类抗生素包括红霉素、红霉素、麦迪霉素、螺旋霉素及梭链孢酸。麦迪霉素、螺旋霉素及梭链孢酸。核糖体与医学核糖体与医学To summariz

16、eRibosome: protein synthesizer consisting of two subunits, 50S and 30S (prokaryocyte), 50S and 30S made primarily of RNA and protein. 50S has rather rigid structure, while 30S has fairly flexible one;Each ribosome has five active sites for association with transfer RNA (tRNA);Ribosome translates nuc

17、leotide triplets on mRNA into proteins;RNAs are required for the process. mRNA, tRNA, rRNA;Synthesis of a polypeptide chain is divided into three distinct activities: initiation, elongation, and termination of the chain; Polyribosome; proteins cotranslational or posttranslational;Not all about them

18、has been discovered yet, but significant progress has been made in that respect.氨基酸的活化和转运氨基酸的活化和转运核糖体的功能核糖体的功能肽链合成起肽链合成起始始肽链延长肽链延长核糖体的功能核糖体的功能核糖体的功能核糖体的功能肽链合成终肽链合成终止止核糖体的功能核糖体的功能进位进位核糖体移核糖体移位位肽链的形成肽链的形成密码子及其特性密码子及其特性 无标点、不重叠无标点、不重叠 简并简并(degeneracy) 通用性通用性 兼职性兼职性起始密码子起始密码子AUGAUG；终止密码子终止密码子UAA(ochre U

19、AA(ochre 赭石密码赭石密码子子) ) UAG(amber UAG(amber 琥珀密码琥珀密码子子) ) UGA(opal UGA(opal 蛋白石密码子蛋白石密码子) )研究历史George Palade, Romanian cell biologist 1958年, Richard B. Roberts,将此微粒命名为“核糖体”。1936年，Albert Claude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(Microsomes)。1955年，George Palade在电子显微镜下观察到细胞质中这种颗粒的存在，尤其在进行蛋白质合成的细胞中特别多，次年证明微粒体富含核糖核酸（RNA） 。(1974 Nobel Prize for medicine, Lasker Award, the Gairdner Special Award, the Hurwitz Prize.)Prof. George Palade1912.11-2008. 10电镜下的核糖体电镜下的核糖体 1953 1953年年RibinsonRibinson和和BrounBroun用电镜观察用电镜