生物化学核糖体ppt课件.ppt

第九章第九章 核糖体核糖体(ribosome) 第一节核糖体的类型与构造第二节多聚核糖体与蛋白质的合成 教学目的教学目的l l掌握掌握 : (重点重点)l l 核糖体的核糖体的类型与构造、型与构造、组成成分成成分;l l 核糖体的功能活性位点核糖体的功能活性位点l l熟熟习：：l l RNA在生命来源中的位置在生命来源中的位置 核糖体核糖体l l核糖体是核糖体是细胞不可短少的根本构造胞不可短少的根本构造l l 核糖体是在各核糖体是在各类细胞中普遍存在的胞中普遍存在的颗粒粒状构造，是一种非常重要的状构造，是一种非常重要的细胞器核糖胞器核糖体是无膜的体是无膜的细胞器，存在于一切胞器，存在于一切细胞中胞中(除除个个别特化特化细胞〕 l lRobinson＆＆Brown〔〔1953〕〕发现于植物于植物细胞l lPalade〔〔1955〕〕发现于于动物物细胞l lRoberts〔〔1958〕建〕建议命名命名为核糖核蛋白体核糖核蛋白体〔〔ribosome〕，〕，简称核糖体称核糖体第一节第一节 核糖体的类型与构造核糖体的类型与构造功功能能：：核核糖糖体体是是合合成成蛋蛋白白质的的细胞胞器器，，其其独独一一 的的功功能能是是按按照照mRNA的的指指令令由由氨氨基基酸酸高高 效且准确地合成多效且准确地合成多肽链。

一、核糖体的根本一、核糖体的根本类型与成分型与成分 二、核糖体的构造二、核糖体的构造 三、核糖体蛋白三、核糖体蛋白质与与rRNA的功能分析的功能分析 一、核糖体的根本类型与成分一、核糖体的根本类型与成分核糖核蛋白体核糖核蛋白体核糖核蛋白体核糖核蛋白体, ,简简称核糖体称核糖体称核糖体称核糖体(ribosome) (ribosome) 根本根本根本根本类类型型型型存在方式：存在方式：存在方式：存在方式：附着核糖体：附着核糖体：附着核糖体：附着核糖体：游离核糖体：游离核糖体：游离核糖体：游离核糖体：细细胞胞胞胞质质基基基基质质、、、、线线粒体、叶粒体、叶粒体、叶粒体、叶绿绿体基体基体基体基质质 核糖体的直径核糖体的直径核糖体的直径核糖体的直径1515～～～～20nm20nm大、小两个亚大、小两个亚大、小两个亚大、小两个亚单位构成单位构成单位构成单位构成, ,结合时，凹结合时，凹结合时，凹结合时，凹陷部位构成一隧道，陷部位构成一隧道，陷部位构成一隧道，陷部位构成一隧道，mRNAmRNA经过大亚基经过大亚基经过大亚基经过大亚基上还有一隧道与其垂直，上还有一隧道与其垂直，上还有一隧道与其垂直，上还有一隧道与其垂直，新生成的肽链经过。

新生成的肽链经过新生成的肽链经过新生成的肽链经过柄柄柄柄中央突起中央突起中央突起中央突起脊脊脊脊头头缝缝70S核糖体核糖体 核糖体的核糖体的组成成一、核糖体的根本类型与成分一、核糖体的根本类型与成分l l类类型型型型 ：：：： l l70S70S的核糖体的核糖体的核糖体的核糖体(50 S(50 S、、、、 30 S) 30 S) ：原核：原核：原核：原核细细胞、叶胞、叶胞、叶胞、叶绿绿体、体、体、体、 线线粒体粒体粒体粒体 l l80S80S的核糖体的核糖体的核糖体的核糖体(60 S (60 S 、、、、40 S) 40 S) ：真核：真核：真核：真核细细胞的胞的胞的胞的细细胞胞胞胞质质 l l主要成分主要成分主要成分主要成分l l r r蛋白蛋白蛋白蛋白质质：：：：40%40%，核糖体外表，核糖体外表，核糖体外表，核糖体外表l l rRNA:60%,rRNA:60%,，核糖体内部，，核糖体内部，，核糖体内部，，核糖体内部，rRNArRNA都具有甲基都具有甲基都具有甲基都具有甲基化景象化景象化景象化景象 原核生物与真核生物核糖体成分的比原核生物与真核生物核糖体成分的比较 二、核糖体的构造二、核糖体的构造构造与功能的分析方法构造与功能的分析方法构造与功能的分析方法构造与功能的分析方法 ：离子交：离子交：离子交：离子交换树换树脂脂脂脂----r----r蛋白、蛋白、蛋白、蛋白、双功能的交双功能的交双功能的交双功能的交联剂联剂和双向和双向和双向和双向电电泳分泳分泳分泳分别别----r----r蛋白在构造上的相蛋白在构造上的相蛋白在构造上的相蛋白在构造上的相互关系、互关系、互关系、互关系、电镜负电镜负染色与免疫染色与免疫染色与免疫染色与免疫标标志技志技志技志技术结术结合合合合-----r-----r蛋白在核糖体的蛋白在核糖体的蛋白在核糖体的蛋白在核糖体的亚亚单单位上的定位位上的定位位上的定位位上的定位  同同同同终终身物中不同种身物中不同种身物中不同种身物中不同种类类的的的的r r蛋白的一蛋白的一蛋白的一蛋白的一级级构造均不一构造均不一构造均不一构造均不一样样 不同生物同一种不同生物同一种不同生物同一种不同生物同一种类类r r蛋白之蛋白之蛋白之蛋白之间间具有很高的同源性，具有很高的同源性，具有很高的同源性，具有很高的同源性， 并并并并在在在在进进化上非常保守。

化上非常保守化上非常保守化上非常保守蛋白蛋白蛋白蛋白质结质结合到合到合到合到rRNArRNA上具有先后上具有先后上具有先后上具有先后层层次性 核糖体的重核糖体的重核糖体的重核糖体的重组组装是自我装配装是自我装配装是自我装配装是自我装配过过程程程程核糖体核糖体rRNA的构造的构造l lE.coli E.coli 的的的的16SrRNA16SrRNA的一的一的一的一级级构造是非常保守的，二构造是非常保守的，二构造是非常保守的，二构造是非常保守的，二级级构造具有更高的保守性构造具有更高的保守性构造具有更高的保守性构造具有更高的保守性————臂臂臂臂环环构造核糖体小核糖体小核糖体小核糖体小亚单亚单位位位位rRNArRNA的二的二的二的二级级构造构造构造构造(a) E.coli 16S rRNA(a) E.coli 16S rRNA；〔；〔；〔；〔红红色色色色为为高度保守区〕高度保守区〕高度保守区〕高度保守区〕(b) (b) 酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌18S rRNA18S rRNA，它，它，它，它们们都具有都具有都具有都具有类类似的似的似的似的4040个臂个臂个臂个臂环环构造构造构造构造( (图图中中中中1 1～～～～40)(Darnell et al.40)(Darnell et al.，，，，1990)1990)核糖体大、小亚单位核糖体大、小亚单位r蛋白蛋白l l核糖体大、小核糖体大、小亚基的基的r蛋白分蛋白分别记为L蛋白蛋白和和S蛋白蛋白 ，位于核糖体外表。

位于核糖体外表l lr蛋白蛋白结合到合到rRNA具有先后具有先后层次性细菌菌核核糖糖体体三、核糖体蛋白质与三、核糖体蛋白质与rRNA的功能分析的功能分析 ￿核糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催化位点 ￿在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研讨  核糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催化位点与与与与mRNAmRNAmRNAmRNA的的的的结结合位点合位点合位点合位点: : : :小小小小亚亚基基基基(16S rRNA )(16S rRNA )(16S rRNA )(16S rRNA )氨氨氨氨酰酰基位点，又称基位点，又称基位点，又称基位点，又称A A A A位点位点位点位点( ( ( (受位受位受位受位) ) ) )肽酰肽酰基位点，又称基位点，又称基位点，又称基位点，又称P P P P位点位点位点位点( ( ( (供位供位供位供位) ) ) )E E E E位点位点位点位点(exit site)(exit site)(exit site)(exit site)与与与与肽酰肽酰tRNAtRNAtRNAtRNA从从从从A A A A位点位点位点位点转转移到移到移到移到P P P P位点有关的位点有关的位点有关的位点有关的转转移移移移酶酶 ( ( ( (即延伸因子即延伸因子即延伸因子即延伸因子EF-G)EF-G)EF-G)EF-G)的的的的结结合位点合位点合位点合位点肽酰转肽酰转移移移移酶酶的催化位点的催化位点的催化位点的催化位点: : : :大大大大亚亚基基基基(23S rRNA) (23S rRNA) (23S rRNA) (23S rRNA) 与蛋白与蛋白与蛋白与蛋白质质合成有关的合成有关的合成有关的合成有关的其它起始因子、延伸因子和其它起始因子、延伸因子和其它起始因子、延伸因子和其它起始因子、延伸因子和 终终止因子的止因子的止因子的止因子的结结合位点合位点合位点合位点 主主主主要要要要位位位位于于于于大大大大亚亚基基基基与与与与tRNAtRNA结结合的位点合的位点合的位点合的位点在蛋白质合成中肽酰转在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研讨移酶的活性研讨核糖体中最主要的活性部位是核糖体中最主要的活性部位是核糖体中最主要的活性部位是核糖体中最主要的活性部位是肽酰转肽酰转移移移移酶酶的催的催的催的催化位点化位点化位点化位点 . . r r蛋白和蛋白和蛋白和蛋白和rRNArRNA，，，，谁谁是主要的功能分子是主要的功能分子是主要的功能分子是主要的功能分子 ? ?在整个在整个在整个在整个进进化化化化过过程中程中程中程中rRNArRNA的构造比核糖体蛋白的构造比核糖体蛋白的构造比核糖体蛋白的构造比核糖体蛋白 的构造具有更高的保守性。

的构造具有更高的保守性的构造具有更高的保守性的构造具有更高的保守性 rRNArRNA是核糖体中起主要作用的构呵斥分和是核糖体中起主要作用的构呵斥分和是核糖体中起主要作用的构呵斥分和是核糖体中起主要作用的构呵斥分和功能成分功能成分功能成分功能成分在核糖体中在核糖体中rRNA是起主要作用的构呵斥分是起主要作用的构呵斥分和功能成分和功能成分具有具有具有具有肽酰转肽酰转移移移移酶酶的活性的活性的活性的活性:70S:70S:70S:70S核糖体的大核糖体的大核糖体的大核糖体的大亚亚基基基基23S rRNA 23S rRNA 23S rRNA 23S rRNA 为为tRNAtRNAtRNAtRNA提供提供提供提供结结合位点合位点合位点合位点(A(A(A(A位点、位点、位点、位点、P P P P位点和位点和位点和位点和E E E E位点位点位点位点) ) ) )；；；；为为多种蛋白多种蛋白多种蛋白多种蛋白质质合成因子提供合成因子提供合成因子提供合成因子提供结结合位点；合位点；合位点；合位点；在蛋白在蛋白在蛋白在蛋白质质合成起始合成起始合成起始合成起始时时参与同参与同参与同参与同mRNAmRNAmRNAmRNA选择选择性地性地性地性地结结 合以及在合以及在合以及在合以及在肽链肽链的延伸中与的延伸中与的延伸中与的延伸中与mRNAmRNAmRNAmRNA结结合；合；合；合；核糖体大小核糖体大小核糖体大小核糖体大小亚单亚单位的位的位的位的结结合、校正合、校正合、校正合、校正阅读阅读(proofreading)(proofreading)(proofreading)(proofreading)、、、、 无意无意无意无意义链义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等 都与都与都与都与rRNArRNArRNArRNA有关。

有关 r蛋白质的主要功能蛋白质的主要功能对rRNA 折叠成有功能的三维构造是非常重要的；在蛋白质合成中, 某些r蛋白能够对核糖体的构象 起“微调〞作用； 在核糖体的结合位点上甚至能够在催化作用中, 核 糖体蛋白与rRNA共同行使功能 第二节第二节 聚核糖体与蛋白质的合成聚核糖体与蛋白质的合成一、多聚核糖体(polyribosome或polysome) 二、蛋白质的合成 三、RNA在生命来源中的位置及其演化过程 一、多聚核糖体一、多聚核糖体 (polyribosome或或polysome) 概念 由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进展肽链的合成，这种具有特殊功能与形状构造的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体 多聚核糖体的生物学意多聚核糖体的生物学意多聚核糖体的生物学意多聚核糖体的生物学意义义细细胞内各种多胞内各种多胞内各种多胞内各种多肽肽的合成，不的合成，不的合成，不的合成，不论论其分子量的大小或是其分子量的大小或是其分子量的大小或是其分子量的大小或是mRNAmRNA的的的的长长短如何，短如何，短如何，短如何，单单位位位位时间时间内所合成的多内所合成的多内所合成的多内所合成的多肽肽分子数目都大体相等。

分子数目都大体相等分子数目都大体相等分子数目都大体相等以多聚核糖体的方式以多聚核糖体的方式以多聚核糖体的方式以多聚核糖体的方式进进展多展多展多展多肽肽合成，合成，合成，合成，mRNAmRNA的利用及的利用及的利用及的利用及对对其其其其浓浓度的度的度的度的调调控更控更控更控更为经济为经济和有效二、蛋白质的合成二、蛋白质的合成过过程：程：程：程：1.mRNA1.mRNA和小和小和小和小亚亚基的基的基的基的识别识别与与与与结结合；合；合；合；2. 2.翻翻翻翻译译起始；起始；起始；起始；3. 3.肽链肽链延伸；延伸；延伸；延伸；4. 4.肽链肽链合成合成合成合成终终止特点：特点：特点：特点：从从从从mRNAmRNA的的的的5‘ 3’5‘ 3’tRNAtRNA的反密的反密的反密的反密码码子子子子识别识别 mRNA mRNA的密的密的密的密码码子NH2-NH2-氨基酸开氨基酸开氨基酸开氨基酸开场场，，，，COOH-COOH-氨基氨基氨基氨基酸酸酸酸终终了三、三、RNA在生命来源中的位置及其演化过程在生命来源中的位置及其演化过程生命是自我复制的体系 DNA替代了RNA的遗传信息功能蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能 生命是自我复制的体系生命是自我复制的体系三种生物大分子，只需RNA既具有信息载体 功能又具有酶的催化功能。

因此，推测RNA 能够是生命来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替代了替代了RNA的遗传信息功能的遗传信息功能DNADNA双双双双链链比比比比RNARNA单链稳单链稳定；定；定；定； DNADNA链链中中中中胸胸胸胸腺腺腺腺嘧嘧啶啶替替替替代代代代了了了了RNARNA链链中中中中的的的的尿尿尿尿嘧嘧啶啶，，，，使之易于修复使之易于修复使之易于修复使之易于修复 蛋白质取代了绝大部分蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能酶的功能蛋白蛋白蛋白蛋白质质化学构造的多化学构造的多化学构造的多化学构造的多样样性与构象的多性与构象的多性与构象的多性与构象的多变变性；性；性；性；与与与与RNARNA相相相相比比比比，，，，蛋蛋蛋蛋白白白白质质能能能能更更更更为为有有有有效效效效地地地地催催催催化化化化多多多多种种种种生生生生化化化化反反反反响响响响，，，，并并并并提提提提供供供供更更更更为为复复复复杂杂的的的的细细胞胞胞胞构构构构呵呵呵呵斥斥斥斥分分分分，，，，逐逐逐逐渐渐演演演演化成今天的化成今天的化成今天的化成今天的细细胞。

胞 思索题思索题l l1. 1.以以以以80S80S核糖体核糖体核糖体核糖体为为例，例，例，例，阐阐明核糖体的构呵斥分明核糖体的构呵斥分明核糖体的构呵斥分明核糖体的构呵斥分 l l 及其功能及其功能及其功能及其功能l l2. 2.知核糖体上有哪些活性部位？它知核糖体上有哪些活性部位？它知核糖体上有哪些活性部位？它知核糖体上有哪些活性部位？它们们在多在多在多在多肽肽合合合合 l l 成中各起什么作用？成中各起什么作用？成中各起什么作用？成中各起什么作用？l l3. 3.何何何何谓谓多聚核糖体？多聚核糖体？多聚核糖体？多聚核糖体？l l4. 4.试试比比比比较较原核原核原核原核细细胞与真核胞与真核胞与真核胞与真核细细胞的核糖体在构造胞的核糖体在构造胞的核糖体在构造胞的核糖体在构造组组 l l 分的异同点分的异同点分的异同点分的异同点. .l l5. 5.他以他以他以他以为为最早出最早出最早出最早出现现的的的的简单简单生命体中的生物大分子是什么？生命体中的生物大分子是什么？生命体中的生物大分子是什么？生命体中的生物大分子是什么？ l l 为为什么？什么？什么？什么？。