文本说明分析核糖体

核糖体ribosomeSuGangInstituteofGeneticsTheSchoolofBasicMedicalSciencesLanzhouUniversitysugang@概述核糖体是一种非膜性细胞器，是由核糖核酸和蛋白质组成的核糖核蛋白颗粒(ribonucleoproteinparticle)核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器核糖体几乎存在于一切细胞内线粒体和叶绿体中也同样含有核糖体附着核糖体游离核糖体核糖体是一种不规则的颗粒状结构，没有生物膜包裹，其直径为25-30nm，主要成分是RNA与蛋白质。核糖体RNA称为rRNA，蛋白质称r蛋白，RNA约占2/3，而蛋白质含量约占1/3r蛋白分子主要分布在核糖体的表面，而rRNA则主要位于内部，二者靠非共价键结合在一起。rRNA对控制翻译的精确性、tRNA的选择、蛋白因子的结合、肽键的形成等发挥主要作用。概述核糖体的类型核糖体类型单体（S）大亚基（S）小亚基（S）原核细胞核糖体705030真核细胞细胞质核糖体806040真核细胞细胞器核糖体（

叶绿体

）705030真核细胞细胞器核糖体（线粒体）55~805030沉降系数（sedimentationcoefficient）是衡量物质在离心力作用下沉降的速度，以S（svedberg）单位来表示，1S=1×10-13秒。沉降速度直接与颗粒的大小，形状和分子量成正相关。核糖体的形态在电镜下观察，核糖体是一种颗粒状的结构，没有被膜的包裹，其直径为25nm左右，主要是由大小两个亚基聚合而成：大亚基：成拱起的鸭掌状，一侧有三个突起（嵴、中心突、柄）小亚基：侧面略呈弧形，分为头部（1/3）和基部（2/3），并有一裂隙。大小亚基结合面有空隙，可容纳mRNA分子通过。核糖体的形态核糖体的化学组成来源完整核糖体核糖体亚基核糖体RNAs细胞质80S60S(大亚基)28S，5.8S，5S(真核生物)

40S(小亚基)18S，细胞质70S50S(大亚基)23S，5S(原核生物)

30S(小亚基)16S线粒体55-60S45S(大亚基)16S(哺乳动物)

35S(小亚基)12S线粒体75S53S(大亚基)21S(酵母)

35S(小亚基)14S线粒体78S60S(大亚基)26S，5S(高等植物)

45S(小亚基)18S叶绿体70S50S(大亚基)23S，5S

30S(小亚基)16S不同类型核糖体的成分比较核糖体的聚合与解离单核糖体：Mg2+浓度为1~10mmol/l，大小亚基：Mg2+浓度小于1mmol/l，二聚核糖体：Mg2+浓度大于10mmol/l（真核细胞二聚体为120S）多聚核糖体（polyribosome）在电镜下常常可以观察到许多个核糖体同时结合在一个mRNA分子上进行蛋白质合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体（polyribosome）。多聚核糖体的生物学意义：细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。核糖体的结构组成核糖体的每个亚基的都有特定rRNA不同生物的rRNA的一级结构是非常保守的，某些序列是完全一致的。尽管不同种的rRNA的一级结构可能有所不同，但它们都折叠成相似的二级结构。rRNA的三维结构Geneticinformationconservedsincethedaysofthelastcommonancestorofalllivingthings.ApartofthegeneforthesmallerofthetwomainRNAcomponentsoftheribosomeisshown.(Thecompletemoleculeisabout1500–1900nucleotideslong,dependingonspecies.)Correspondingsegmentsofnucleotidesequencefromanarchaean(Methanococcusjannaschii),abacterium(Escherichiacoli)andaeucaryote(Homosapiens)arealigned.Siteswherethenucleotidesareidenticalbetweenspeciesareindicatedbyaverticalline;thehumansequenceisrepeatedatthebottomofthealignmentsothatallthreetwo-waycomparisonscanbeseen.AdothalfwayalongtheE.colisequencedenotesasitewhereanucleotidehasbeeneitherdeletedfromthebacteriallineageinthecourseofevolution,orinsertedintheothertwolineages.Notethatthesequencesfromthesethreeorganisms,representativeofthethreedomainsofthelivingworld,alldifferfromoneanothertoaroughlysimilardegree,whilestillretainingunmistakablesimilarities.

核糖体小亚单位rRNA的二级结构(a)E.coli16SrRNA；（红色为高度保守区）(b)酵母菌18SrRNA，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存在的rRNA的二级结构。(Darnelletal.，1990)rRNA主导下的核糖体蛋白质的装配蛋白质和每种主要rRNA的特殊位点相结合，以特定顺序装配成亚基蛋白质结合到rRNA上具有先后层次性核糖体的重组装是以rRNA为主导的自我装配过程真核生物核糖体亚基的装配地点在细胞核的核仁部位，原核生物核糖体亚基的装配则在细胞质中rRNA是起主要作用的结构成分具有肽酰转移酶的活性为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和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选择性结合以及在肽链延伸中与mRNA结合核糖体大小亚基的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正，以及抗生素的作用等都与rRNA有关r蛋白的作用1.对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的；2.在蛋白质合成中，某些r蛋白可能对核糖体的构象起“微调”作用；3.在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中,核糖体蛋白与rRNA共同行使功能。RNA与生命起源生命是自我复制的体系三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。核酶(ribosome)：具有催化作用的RNA。由RNA催化产生了蛋白质DNA代替了RNA的遗传信息功能DNA双链比RNA单链稳定；DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复。蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性；与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应，并提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞核糖体的重要活性部位mRNA的结合位点：位于小亚基上，16SrRNA的3`端与核糖体蛋白S1、S18、S21组成。A位点（氨酰基位点、受位）：氨酰基-tRNA的结合位点，位于大亚基。P位点（肽酰基位点、供位）：肽酰基-tRNA的结合位点，能结合起始tRNA并且是tRNA连接延长中多肽链进入的部位，位于大亚基。T因子（肽基转移酶部位）：位于大亚基上，催化氨基酸之间形成肽链。G因子（转位酶位点、GTP酶）：分解GTP分子，将肽酰基-tRNA由A位移到P位E位（出口位）：新生多肽链的出口位，它是大亚基是的长约30个氨基酸的孔道，能容纳生长中的肽链。与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点核糖体的功能

──蛋白质的生物合成核糖体是细胞中翻译mRNA上的遗传信息，负责合成蛋白质的重要的细胞器。细胞内蛋白质的合成是一个复杂过程，多种细胞器和生物大分子参与该过程遗传信息翻译的基本原理mRNA携带指导蛋白质合成的遗传密码遗传密码（geneticcode）：mRNA上的碱基排列顺序。在mRNA链上3个相邻的碱基可以决定一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被称为密码子（codon）。通用性（universal）：从原核生物到真核生物，几乎所有生物体中的遗传密码都是通用的。简并性（degeneracy）：多个密码子决定同一氨基酸。连续性（commaless）：在翻译过程中，遗传密码的阅读是连续的。方向性（direction）：mRNA中密码子的阅读方向为5’→3’。tRNA既能识别mRNA上的密码子又能携带特定的氨基酸tRNA识别mRNA上的密码子：反密码子（anticodon）的碱基互补配对作用。tRNA携带特定氨基酸：氨酰-tRNA合成酶催化。氨基酸的活化：氨基酸与ATP在氨酰-tRNA合成酶作用下形成氨酰-AMP。氨基酸与tRNA的连接：活化氨基酸的氨酰基被转移至tRNA分子上形成氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）并释放AMP。摆动性（wobble）：密码子的前两位碱基在和反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，而第三位碱基的配对具有一定的灵活性。遗传信息翻译的基本原理蛋白质合成的主要步骤氨基酸的活化；多肽链合成的起始；肽链的延长；肽链的终止和释放；蛋白质合成后的加工修饰。氨基酸的活化在氨基酰-tRNA合成酶的催化下，氨基酸活化，并结合到tRNA3`端的-CCA的A端上，形成氨基酰-tRNA复合体。肽链合成的起始：蛋白质合成起始(initiation)涉及mRNA、起始tRNA和核糖体小亚基间相互作用和组装小亚基与mRNA的结合起始密码子(initiationcodon)AUCSD序列：5’…AGGAGG…3'3'…UCCUCC…5'起始因子(initiationfactors，IF)第一个氨酸-tRNA进入核糖体完整起始复合物的组装IF230S-mRNA-50S-fMet-tRNAf5,3,AUG小亚基肽链合成的起始小亚基5,3,AUGIF3IF3IF3-mRNA-30S三元复合物IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAfIF2IF3UACfMet大亚基小亚基5,3,AUGUACfMetIF2GTPGDP+PiIF2大亚基小亚基5,3,AUGUACfMetA位IF3-mRNA-30S三元复合物IF3IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf大亚基IF2GTP小亚基IF3UACfMetIF2IF3小亚基5,3,AUGA位UACfMet大亚基GTPGDP+Pi肽链的延伸(elongation)主要包括4个步骤:氨酸-tRNA进入核糖体A位点的选择延伸因子(elongationfactor)肽键的形成肽酰转移酶(peptidyltransferase)转位脱氨酰-tRNA的释放核糖体循环（ribosomecirculation）：肽链延长在核蛋白体上连续循环进行，每经过一个循环肽链增加一个氨基酸。P位A位P位A位fMetCGG丙

肽链的延长UACfMetP位A位3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGG丙1.氨酰基-tRNA进入A位2.肽键的形成UAC肽基转移酶形成肽键P位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMet3.移位(由A位转移至P位）CGG丙fMet3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiUACfMetP位A位3,AUGGCCUCUGGAACG5,ACUUAGACUUAGACUUAGACUUAGEF-TGTP肽链的终止UAA、UGA或UAG终止密码子(terminationcodons或stopcodons)释放因子(releasefactor)肽通道P位A位CGG丙EF-TGTPUACfMetCGG丙fMetUAC肽基转移酶形成肽键ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiAGA丝CGG

肽链合成的终止与释放P位A位RF释放因子UGA丝fMet丙甘苏ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,RFUGA30S50SRF

肽链的