核糖体细胞生物学.ppt

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、一、核糖体核糖体的化学组成的化学组成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（（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、二、核糖体核糖体的形态结构的形态结构小亚基小亚基大亚基大亚基不规则颗粒，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: : ①. ①. A位点位点 氨酰基氨酰基- -tRNA结合位点结合位点 ②. ②. P位点位点 肽酰基肽酰基- -tRNA结合位点结合位点 ③. ③. T因子因子 肽酰基转移酶位点肽酰基转移酶位点 ④. ④. G因子因子 GTPase位点位点 ⑤. ⑤. E位点位点 空载空载tRNA离开核糖体前暂时停留的位点离开核糖体前暂时停留的位点形态结构形态结构三、三、核糖体核糖体的类型的类型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 sorting 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 perioxisome-Ser-Lys-Leu-Coo-ER resident-Lys-Asp-Glu-Leu-COO- (KDEL)Nucleolar organizing region, NOR 四、四、核糖体核糖体的形成与自我组装的形成与自我组装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、五、核糖体核糖体的功能的功能合成蛋白质。

合成蛋白质1. mRNA携携带带遗遗传传信信息息，，在在蛋蛋白白质质合合成成时时充充当当模模板板的的RNA信信使使RNA从从脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸（（DNA））转转录录合合成成的的带带有有遗遗传传信信息息的的一一类类单单链链核核糖糖核核酸酸（（RNA））它它在在核核糖糖体体上上作作为为蛋蛋白白质质合合成成的的模模板，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酸具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸一种一种tRNA只能携带一种氨基酸，如丙氨酸只能携带一种氨基酸，如丙氨酸tRNA只只携带丙氨酸但一种氨基酸可被不止一种携带丙氨酸但一种氨基酸可被不止一种tRNA携携带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互补结互补结合，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位肽链延长（肽链延长（Elongation））移位：移位：核糖体沿核糖体沿mRNA链链5’→3’移动一个密码子的距离，使移动一个密码子的距离，使 A位上的肽位上的肽              酰基酰基tRNA转移到转移到P位，位，A位空出新的氨基酰新的氨基酰tRNA结合到结合到A位，转肽、移位，往复循环使肽链延伸位，转肽、移位，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键，所携带的氨基酸之间形成肽键，             同时结合于同时结合于P位上的位上的tRNA 脱落，脱落，P位空出核糖体的功能核糖体的功能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，无对应的氨基酸运入核糖体无对应的氨基酸运入核糖体，，肽肽链合成停止。

链合成停止释放因子使多肽链与释放因子使多肽链与tRNA之间之间水解，多肽链顺着大亚基中央管水解，多肽链顺着大亚基中央管释放，离开核糖体释放，离开核糖体大、小亚基解离大、小亚基解离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，排列孤立地分散在胞质中或附在粗面内质网膜上六、六、核糖体核糖体与医学与医学 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、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-tRNA-tRNA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，令肽链延伸受结合，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 summarize…Ribosome: 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 nucleotide 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 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始肽链合成起始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止肽链合成终止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ü 无标点、不重叠无标点、不重叠ü 简并简并(degeneracy)ü 通用性通用性ü 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 UAA(ochre 赭石密码子赭石密码子) ) UAG(amber UAG(amber 琥珀密码子琥珀密码子) ) 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ü 1953 1953年年RibinsonRibinson和和BrounBroun用电镜观察用电镜观察 植物细胞时发现胞质中存在一种颗粒植物细胞时发现胞质中存在一种颗粒 物质ü 1955 1955年年PaladePalade在动物细胞中也看到同在动物细胞中也看到同 样的颗粒样的颗粒, ,进一步研究了这些颗粒的进一步研究了这些颗粒的 化学成份和结构化学成份和结构ü 1958 1958年年RobertsRoberts根据化学成份命名为根据化学成份命名为 核糖核蛋白体核糖核蛋白体, ,简称核糖体简称核糖体RibosomeRibosome。

2009 Nobel prizefor studies of the structure and function of the ribosomeAda E. YonathWeizmann Institute of Science, Rehovot, IsraelVenkatraman Ramakrishnan       MRC Laboratory of Molecular Biology , Cambridge, United KingdomThomas A. SteitzYale University &  Howard Hughes Medical InstituteSTRUCTURE---The fundamental role of life scienceX X 射线晶体学技术测定核糖体的高分辨率分子结构并研究其结构射线晶体学技术测定核糖体的高分辨率分子结构并研究其结构射线晶体学技术测定核糖体的高分辨率分子结构并研究其结构射线晶体学技术测定核糖体的高分辨率分子结构并研究其结构-  - 功能核糖体原子分辨率的晶体结构使我们对蛋白质合成这个最重功能核糖体原子分辨率的晶体结构使我们对蛋白质合成这个最重功能。

核糖体原子分辨率的晶体结构使我们对蛋白质合成这个最重功能核糖体原子分辨率的晶体结构使我们对蛋白质合成这个最重要的生命过程之一有了分子水平上的了解这个过程中的一些重要要的生命过程之一有了分子水平上的了解这个过程中的一些重要要的生命过程之一有了分子水平上的了解这个过程中的一些重要要的生命过程之一有了分子水平上的了解这个过程中的一些重要概念，现在都在核糖体结构中得到完美的解释概念，现在都在核糖体结构中得到完美的解释概念，现在都在核糖体结构中得到完美的解释概念，现在都在核糖体结构中得到完美的解释•Ｘ射线蛋白质晶体学的技术，标识出了构成核糖体的成千上万个原子由此不仅知晓了核糖体的“外貌”，而且在原子层面上揭示了核糖体功能的机理三位科学家构筑了三维模型来显示不同的抗生素是如何抑制核糖体功能的，“这些模型已被用于研发新的抗生素，直接帮助减轻人类的病痛，拯救生命”  　　　　　　　　　　　　　　　——诺贝奖评委会     。