细胞生物学：第九章 核糖体.doc

第九章 核 糖 体第一节 核糖体的类型与结构核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链核糖体几乎存在于一切细胞内，不论是原核细胞还是真核细胞，均含有大量的核糖体线粒体和叶绿体中也含有核糖体目前，仅发现在哺乳动物成熟的红细胞等极个别高度分化的细胞内没有核糖体 核糖体是一种颗粒状的结构，没有被膜包裹，其直径为25 nm，主要成分是蛋白质与RNA核糖体RNA称为rRNA，蛋白质称r蛋白，蛋白质含量约占 40％，RNA约占60％r蛋白分子主要分布在核糖体的表面，而rRNA则位于内部，二者靠非共价键结合在一起一、核糖体的基本类型与成分 生物有机体细胞内有两种基本类型的核糖体：一种是70S(S为Svedberg沉降系数单位)的核糖体，其相对分子质量为2 500X103，原核细胞的核糖体为 70S，真核细胞线粒体与叶绿体内的核糖体也近似于70S；另一种是80S的核糖体，相对分子质量为4 800X103，真核细胞的核糖体(除线粒体与叶绿体核糖体外)均为80S不论70S或80S的核糖体，均由大小不同的两个亚单位(sub— unit)构成(图9—1)。

体外实验表明70S的核糖体在Mg2’浓度小于1 mmol／L的溶液中，易离解为50S与30S的大小亚单位，当溶液中Mg2’浓度大于 10mmol／L时，两个核糖体常常形成100S的二聚体 核糖体大小亚单位在细胞内常常游离于细胞质基质中，只有当小亚单位与 mRNA结合后大亚单位才与小亚单位结合形成完整的核糖体肽链合成终止后，大小亚单位解离，又游离存在于细胞质基质中核糖体蛋白质与rRNA的功能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(图9(1) 与mRNA的结合位点； (2) 与新掺人的氨酰tRNA的结合位点——氨酰基位点，又称A位点； (3) 与延伸中的肽酰tRNA的结合位点——肽酰基位点，又称P位点； (4)肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点——E位点； (5)与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF G)的结合位点； (6)肽酰转移酶的催化位点 此外还有与蛋白质合成有关的其他起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点对这些结合位点位于核糖体的哪个亚单位上及其确切位点，近年来已有比较多的了解 已知与tRNA结合的P位点、A位点或E位点各自都涉及一套rRNA上不同的区域。

16SrRNA与tRNA同P位点和A位点的结合有关；23SrRNA与 tRNA同P位点、A位点和E位点的结合有关例如与tRNA结合的A位点，在 16SrRNA中主要位于530和1 400／1 500区域两部分(数码指rRNA核苷酸序号)，这也是16S rRNA两个最保守的区域，与tRNA结合最强的区域是G530， A1 492和A1 493(英文字母代表碱基种类)，其次是A1 408和G1 494在16S rRNA和23S rRNA中与A位点、P位点或E位点有关的碱基序列几乎都是共同的保守序列而且与各结合位点有关的——套碱基又各自不同某些r蛋白，如小亚单位上的S2、S3和S14参与氨酰tRNA与A位点的结合；L13和L27则是大亚单位上P位点的组成成分延伸因子EF—G和EF—Tu结合到大亚单位的一套相同位点上，位于23SrRNA2 660区域的共同保守序列，特别是与 G2 655、A2 660和G2 661结合更为紧密，这些区域也涉及到r蛋白Lll和 L7／L12，它们位于大亚单位突起的底部，均与EF—G的功能有关在研究这些结合位点时，人们也注意到处于不同的结合条件下，核糖体的构象发生了相应的变化，而这些变化对核糖体行使其功能可能是十分必要的。

核糖体中最主要的活性部位是肽酰转移酶的催化位点早些时候人们普遍认为既然酶的本质是蛋白质，那么核糖体中一定有某种r蛋白与蛋白质合成中的催化作用有关虽然RNA占核糖体的60％，但长期以来它仅仅被看做是r蛋白的组织者，即形成核糖体的内部结构框架或是与蛋白质合成过程中所涉及到的RNA碱基配对有关在对r蛋白和rRNA进行大量研究特别是利用化学方法和遗传突变株来研究r蛋白的功能以后，人们对r蛋白是否具有催化蛋白质合成的活性提出了疑问： (1)很难确定哪一种r蛋白具有催化功能，在E．coli中很多r蛋白突变甚至缺失对蛋白质合成并没有表现出“全”或“无”的影响，即并不引起蛋白质合成的完全抑制 (2)多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，并非由于r蛋白的基因突变而往往是rRNA基因发生了突变 (3)在整个进化过程中，rRNA的结构比r蛋白的结构具有更高的保守性越来越多的事实使人们推测，rRNA在蛋白质合成过程中可能具有重要作用 Noller用高浓度的蛋白酶K、强离子型去污剂SDS以及苯酚等试剂处理大肠杆菌50S的大亚单位，去掉与23S rRNA结合的各种r蛋白，结果发现，得到的23SrRNA仍具有肽酰转移酶的活性。

用对肽酰转移酶敏感的抗生素处理或用核酸酶处理均可抑制其合成多肽的活性，但用阻断蛋白质合成其他步骤的抗生素处理，则肽酰转移酶活性不受影响这些结果初步揭示了在核糖体50S大亚单位中，23SrRNA参与催化肽酰转移酶的功能当然抽提后的23S rRNA中，还残存不到5％的r蛋白，这些r蛋白很可能是维持rRNA构象所必需的 1985年，Cech发现RNA具有催化RNA拼接过程的活性1992年又证明， RNA具有催化蛋白质合成的活性，这一重要发现不仅有力推动了对核糖体结构与功能的研究，而且对生命的起源与进化过程的探索也提供了重要的依据 目前认为，在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分，其主要功能是： (1)具有肽酰转移酶的活性； (2)为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)； (3)为多种蛋白质合成因子提供结合位点； (4)在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合此外核糖体大小亚单位的结合、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蛋白在翻译过程中也起着重要的作用，如果缺失某一种r蛋白或对它进行化学修饰，或r蛋白的基因发生突变，都将会影响核糖体的功能，降低多肽合成的活性。

目前关于r蛋白的功能有多种推测，主要有：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，核糖体的空间构象发生一系列的变化，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，r蛋白与rRNA共同行使功能。