细胞学第7讲核糖体和核酶文档资料.ppt
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核糖体的形态结构核糖体的形态结构1 ◆核糖体是细胞内一种核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein(RNP) particle)，是细胞内，是细胞内合成蛋白质的细胞器合成蛋白质的细胞器7.1 Ribosome structure◆核糖体的主要成分是核糖体的主要成分是核糖体核糖体RNA(rRNA)，， 占占60%，，核糖体蛋白质核糖体蛋白质(r蛋白质蛋白质)，，占占40%12 7.1.1 核糖体的类型核糖体的类型细胞有两种主要类型的核糖体细胞有两种主要类型的核糖体: ◆◆原核细胞的核糖体原核细胞的核糖体:沉降系数为沉降系数为70S，分子量为，分子量为2.5×106，由，由50S和和30S两个亚基组成两个亚基组成 ◆◆真核细胞真核细胞(细胞质细胞质)的核糖体的核糖体沉降系数是沉降系数是80S，分子量为，分子量为4.8×106，由，由60S和和40S两两个亚基组成个亚基组成23 各种来源的核糖体亚基组成各种来源的核糖体亚基组成 来源来源 完整核糖体完整核糖体 核糖体亚基核糖体亚基 核糖体核糖体RNARNA 细胞质细胞质 80S 80S 60S(60S(大亚基大亚基) ) 28S,5.8S,5S28S,5.8S,5S( (真核生物真核生物) ) 40S(40S(小亚基小亚基) ) 18S18S 细胞质细胞质 70S 70S 50S(50S(大亚基大亚基) 23S,5S) 23S,5S( (原核生物原核生物) ) 30S(30S(小亚基小亚基) 16S) 16S 线粒体线粒体 55-60S55-60S 45S( 45S(大亚基大亚基) 16S) 16S( (哺乳动物哺乳动物) 35S() 35S(小亚基小亚基) 12S) 12S 线粒体线粒体 75S 53S( 75S 53S(大亚基大亚基) 21S) 21S( (酵母酵母) 35S() 35S(小亚基小亚基) 14S) 14S线粒体线粒体 78S 60S( 78S 60S(大亚基大亚基) 26S,5S) 26S,5S( (高等植物高等植物) 45S() 45S(小亚基小亚基) 18S) 18S 叶绿体叶绿体 70S 50S( 70S 50S(大亚基大亚基) 23S,5S) 23S,5S 30S( 30S(小亚基小亚基) 16S) 16S4 核糖体的化学组成核糖体的化学组成5 7 7.2 .2 Ribosome Biogenesis( (核糖体的生核糖体的生物发生物发生 ) ) ◆在细胞内在细胞内, ,核糖体是自我装配的。
核糖体是自我装配的 ◆核核糖糖体体的的生生物物发发生生包包括括蛋蛋白白质质和和rRNArRNA的的合合成成、、核糖体亚基的组装核糖体亚基的组装6 7.2.1 核糖体核糖体rRNA基因的转录与加工基因的转录与加工7.2.1.1 真核生物真核生物核糖体核糖体rRNA基因的转录与加工基因的转录与加工7.2.1.2 原核生物原核生物核糖体核糖体rRNA基因的转录与加工基因的转录与加工7 7.2.1.1 真核生物真核生物18S、、5.8S和和28S rRNA基因基因的转录和加工的转录和加工◆◆组织组织:●18S、、5.8S和和28S rRNA基因为一组串联在基因为一组串联在 一起对人来说，分布在一起对人来说，分布在13，，14，，15，，21 和和22号染色体上；号染色体上；●5S的的rRNA基因则位于另一条染色体上基因则位于另一条染色体上38 ◆◆转录转录●●4545S S前前RNARNA转录体转录体；；●●不不同同种种的的生生物物，，pre-rRNApre-rRNA的的长长度度范范围围在在34S34S～～45S45S之间；之间；●●在在转转录录单单位位中中除除了了三三个个rRNArRNA基基因因外外，，还还包包括括一一些间隔区。
些间隔区9 rRNArRNA的前体转录物的前体转录物10 前体前体rRNA的修饰与加工：的修饰与加工：◆◆甲基化修饰甲基化修饰：甲基化的主要部位在核糖：甲基化的主要部位在核糖 2′碳碳的的 羟基羟基上◆◆45S的前体的前体rRNA在核酶的作用下，加工出成熟在核酶的作用下，加工出成熟 的的18S、、5.8S和和28S rRNA；；11 45SrRNA45SrRNA前体的加工前体的加工snoRNAs(snoRNAs(核酶核酶) )12 ◆◆真核生物中，真核生物中， 18S、、5.8S和和28S rRNA的基因在的基因在 核仁内串连在一起转录，而核仁内串连在一起转录，而5S rRNA 的基因在的基因在 核仁外转录核仁外转录◆◆某些生物某些生物3’ 端通常有多余的核苷酸，在加工时端通常有多余的核苷酸，在加工时 被切除 5S rRNA基因的转录与加工基因的转录与加工13 原核生物原核生物rRNArRNA基因转录基因转录●●细细菌菌的的16SrRNA16SrRNA、、23SrRNA23SrRNA、、5SrRNA5SrRNA基基因因组组成成一一个个转转录录单单位位，，在在染染色色体体上上的的排排列列顺顺序序是是∶16S-∶16S-23S-5S23S-5S。
7.2.1.2 原核生物核糖体原核生物核糖体rRNA基因的基因的转录与加工转录与加工14 原核生物原核生物rRNArRNA前体的加工前体的加工15 原核生物原核生物rRNArRNA前体的加工前体的加工16 7.2.2 7.2.2 核糖体的装配核糖体的装配原核生物核糖体的装配原核生物核糖体的装配◆小亚基的小亚基的rRNArRNA和蛋白质的装配关系和蛋白质的装配关系: : r r蛋蛋白白质质和和rRNArRNA在在大大小小亚亚基基中中均均有有一一定定的的空间排布空间排布17 核糖体在组装过程中，某些蛋白质必须首先核糖体在组装过程中，某些蛋白质必须首先结合到结合到rRNA上，其他蛋白才能组装上去即表现上，其他蛋白才能组装上去即表现出先后层次根据同出先后层次根据同rRNA结合的顺序，将核糖体结合的顺序，将核糖体蛋白分为两种蛋白分为两种:◆初级结合蛋白初级结合蛋白(primary binding protein) 这些蛋白质直接同这些蛋白质直接同rRNA结合，结合，◆次级结合蛋白次级结合蛋白(secondary binding protein) 这些蛋白质不直接同这些蛋白质不直接同rRNA结合结合, 而是同初级而是同初级结合蛋白结合。
结合蛋白结合18 原核细胞核糖体结合蛋白原核细胞核糖体结合蛋白19 真核生物核糖体真核生物核糖体装配模型装配模型◆◆80S前体颗粒形成前体颗粒形成●45S rRNA+5S rRNA+蛋白质蛋白质●45S rRNA 41S rRNA◆◆大小亚基前体形成大小亚基前体形成:●大大:32S rRNA和和5S rRNA●小小:20S的前体的前体rRNA；◆◆小亚基成熟与运送小亚基成熟与运送:● 20S rRNA18S rRNA◆◆大亚基成熟与运送大亚基成熟与运送● 32S rRNA28S rRNA+5.8S rRNA20 人细胞核糖体的合成与装配人细胞核糖体的合成与装配21 7.3 7.3 核糖体的功能核糖体的功能◆◆核糖体的功能位点核糖体的功能位点◆◆蛋白质合成的基本过程蛋白质合成的基本过程22 核糖体的功能位点核糖体的功能位点23 核糖体的功能位点核糖体的功能位点A位点：位点：氨酰氨酰tRNA 位点（位点（Aminoacyl-tRNA site））P位点：位点：肽酰肽酰tRNA 位点（位点（Peptidyl-tRNA site））E位点位点（（Exit site））：：脱氨酰脱氨酰tRNA离开核糖体时的离开核糖体时的临时停留点临时停留点 大亚基：大亚基：小亚基：小亚基：与与mRNA结合位点结合位点24 ◆◆真核生物真核生物mRNA的的5’ 端有帽子端有帽子结结构，构，核糖体小核糖体小亚基通过识别帽子结构和亚基通过识别帽子结构和mRNA结合。
结合◆◆原核生物原核生物mRNA起始密码子起始密码子AUG的上游的上游5-10个个碱基处有一段富含嘌呤的序列，称为碱基处有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列序列(Shine-Dalgarno sequence)小亚基小亚基通过识别通过识别SD序列而与序列而与mRNA结合小亚基与小亚基与mRNA的结合的结合25 Shine-Dalgarno sequence26 蛋白质合成的基本过程蛋白质合成的基本过程◆◆蛋白质合成起始蛋白质合成起始◆◆多肽链的延伸多肽链的延伸◆◆蛋白质合成终止蛋白质合成终止27 蛋白质合成起始蛋白质合成起始28 真核细胞：真核细胞：小亚基通过识别小亚基通过识别5’端甲基化帽子端甲基化帽子结构与结构与mRNA结合，并且滑动到含有结合，并且滑动到含有AUG的典型识别序列的典型识别序列5’-CCACCAUGC-3’, 此过程有此过程有10个起始因子个起始因子eIF参参与，其中与，其中eIF4同同mRNA 5’帽子结合帽子结合小亚基与小亚基与mRNA的结合的结合原核细胞：原核细胞：小亚基通过识别小亚基通过识别SD序列序列与与mRNA结合，结合，此过程有起始因子此过程有起始因子IF1、、IF3帮助识别。
帮助识别29 第一个氨酰第一个氨酰tRNA进入核糖体的进入核糖体的P位点位点原核生物：原核生物： 携带甲酰甲硫氨酸的携带甲酰甲硫氨酸的tRNA通过反密码子与通过反密码子与mRNA中的中的AUG的识别进入核糖体起始的识别进入核糖体起始tRNA与与GTP、、IF2结合形成结合形成GTP-IF2-tRNAfmet复合物，复复合物，复合物与合物与mRNA的的AUG结合后，结合小亚基的结合后，结合小亚基的IF3释释放30 完整复合物的装配完整复合物的装配 起始起始tRNA与与AUG结合后，大亚基与结合后，大亚基与GTP-IF2-tRNAfmet复合物结合，形成复合物结合，形成核糖体核糖体-mRNA起始复合物起始复合物 此过程伴随此过程伴随GTP水解、水解、IF1和和IF2的释放31 多肽链的延伸和终止多肽链的延伸和终止332 多肽链的延伸多肽链的延伸◆◆氨酰氨酰tRNA进入进入A位位◆◆肽键形成肽键形成——肽酰转移酶肽酰转移酶◆◆转位转位——核糖体沿着核糖体沿着mRNA 5’ 3’方向方向 移动三个核苷酸移动三个核苷酸◆◆脱氨酰脱氨酰tRNA的释放的释放333 蛋白质合成终止蛋白质合成终止◆◆终止密码子：终止密码子：UAA、、UAG、、UGA◆◆任何一个终止密码子进入任何一个终止密码子进入A位点都会终止位点都会终止 蛋白质的合成。
蛋白质的合成34 多多聚聚核核糖糖体体35 7.4 Ribozyme and Antisense RNA◆◆核酶核酶（（ribozyme））◆◆反反义义RNARNA（（Antisense RNA））36 ◆◆大小大小:100:100～～300 bases300 bases◆◆由由RNARNA聚合酶聚合酶ⅡⅡ或或RNARNA聚合酶聚合酶ⅢⅢ所合成所合成◆◆某些像某些像mRNAmRNA一样可被加帽一样可被加帽◆◆类别类别:scRNA snRNA:scRNA snRNA7.4.1 真核细胞中的小分子真核细胞中的小分子RNA( small RNA)37 scRNA(small cytoplasmic RNA):snRNA(small nuclear RNA)：：◆◆snRNPs(small nuclear ribonucleoproteins)颗粒；颗粒；◆◆snRNPs分类分类: 由于由于snRNA富含富含尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷，分类时把它分为，分类时把它分为 U1、、U2、、……等38 7.4.2 7.4.2 Antisense RNA反反义义RNARNA：：指指与与mRNAmRNA互互补补结结合合，，抑抑制制该该mRNAmRNA翻翻译译的的RNARNA分子，也包括与其他分子，也包括与其他RNARNA互补的互补的RNARNA分子。
分子反义反义RNARNA分类分类◆I I类类∶∶ 直接作用于其靶直接作用于其靶mRNAmRNA的的SDSD序列和序列和/ /或编码区或编码区; ;◆ⅡⅡ类类: : 与与mRNAmRNA的的SDSD序序列列的的上上游游非非编编码码区区结结合合, ,从从而而抑抑制制靶靶mRNAmRNA的翻译；的翻译；◆III◆III类类: : 可直接抑制可直接抑制mRNAmRNA的转录的转录39 7.4.3 核酶核酶(ribozyme) 具有催化活性的具有催化活性的RNA，其化学本质是核糖，其化学本质是核糖核酸（核酸（RNA）其功能很多，有的能切割）其功能很多，有的能切割RNA，有的能切割，有的能切割DNA，有些具有，有些具有RNA连接酶、磷连接酶、磷酸酶等活性；酸酶等活性； 与与蛋蛋白白质质酶酶相相比比，，核核酶酶的的催催化化效效率率较较低低，，是一种较为原始的催化酶是一种较为原始的催化酶40 核核酶酶的的作作用用41 核酶的发现核酶的发现 ●●1980s 1980s ●●Thomas CechThomas Cech等等 ●●研究四膜虫的研究四膜虫的26S rRNA26S rRNA前体加工前体加工 ●●发现发现:26S rRNA:26S rRNA前体可进行自剪接前体可进行自剪接 (self- splicing)◆◆几个基本概念几个基本概念●●间隔区间隔区(spacer)(spacer)：：基因间的序列基因间的序列 ●●内含子内含子(intron):(intron):基因内的序列基因内的序列 ●●外显子外显子(exon)(exon)：：最后出现在成熟最后出现在成熟RNARNA中的序列中的序列42 rRNA前体的自剪接前体的自剪接43 50S核糖体中核糖体中23S rRNA核酶活性核酶活性◆◆肽酰转移酶肽酰转移酶(peptidyl transferase)的化学本质的化学本质 是一种是一种RNA◆◆发现者发现者: Harry Noller等，等，1992年年◆◆实验过程实验过程: ●用蛋白酶用蛋白酶K、、SDS、苯酚等破坏、苯酚等破坏50S亚基核糖亚基核糖 体蛋白质体蛋白质:仍然有肽键生成仍然有肽键生成 ●破坏破坏rRNA 核酸酶处理核酸酶处理50S亚基核糖体亚基核糖体:无肽键生成无肽键生成 ◆◆结论结论: 具有肽酰转移酶的活性分子是具有肽酰转移酶的活性分子是23S rRNA。
44 核酶的类型核酶的类型◆RNARNA和蛋白质复合物（和蛋白质复合物（RNPRNP颗粒）颗粒） 核核糖糖核核酸酸酶酶P P(ribonuclease P)，，是是一一种种核核糖糖核核蛋蛋白白, , 含含有有一一个个tRNAtRNA分分子子( (长长为为375375个个核核苷苷) )和和一一个分子量为个分子量为20kDa20kDa的多肽◆◆具有催化活性的具有催化活性的小分子小分子RNARNA◆ⅠⅠ、、ⅡⅡ型内含子型内含子45 核核剪剪接接剪接体剪接体套索套索剪接体剪接体46 Group I intron splicing47 II组组内内含含子子的的剪剪接接48 。
