第1页：第九章 核糖体
第九章核糖体(ribosome)
第2页：第一节 核糖体的类型与结构
- 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m RNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。
- 核糖体的基本类型与成分
- 核糖体的结构
- 核糖体蛋白质与r RNA的功能分析
第3页：核糖体的基本类型与成分
一、核糖体的基本类型与成分
- 核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome)
- 基本类型
- 附着核糖体
- 游离核糖体
- 70S的核糖体
- 80S的核糖体
- 主要成分
- r蛋白质：40%，核糖体表面
- r RNA:60%,，核糖体内部
第4页：核糖体的结构导览
二、核糖体的结构
- 结构与功能的分析方法
- 蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大亚单位相关
第5页：结构与功能的分析方法
结构与功能的分析方法
- 离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白；
- 纯化的r蛋白与纯化的r RNA进行核糖体的重组装，显示核糖体中r蛋白与r RNA的结构关系
- 双向电泳技术可显示出 E.coli核糖体在装配各阶段中，与r RNA结合的蛋白质的类型
- 双功能的交联剂和双向电泳分离可用于研究r蛋白在结构上的相互关系
- 电镜负染色与免疫标记技术结合，研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位。
- 对r RNA，特别是对16S r RNA结构的研究
- 70S核糖体的小亚单位中r RNA与全部的r蛋白关系的空间模型
第6页：核糖体蛋白的同源性与保守性
- 同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。
- 不同生物同一种类r蛋白之间具有很高的同源性，并在进化上非常保守。
第7页：核糖体的自我装配
- 蛋白质结合到r RNA上具有先后层次性。
- 核糖体的重组装是自我装配过程
第8页：16S rRNA的保守性
16Sr RNA的一级结构是非常保守的
- 16Sr RNA的二级结构具有更高的保守性：臂环结构(stem-loopstructure)
- r RNA臂环结构的三级结构模型
第9页：50S大亚单位与GTPase相关位点
蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大亚单位相关
- 涉及的多数因子为 G蛋白(具有 GTPase活性)，核糖体上与之相关位点称为 GTPase相关位点。
- 最近人们成功地制备 L11-r RNA复合物的晶体，获得了其空间结构高分辨率的三维图象。
- 这一结果证实了前人用各种实验技术所获得的种种结论
- 提出直观、可靠且比人们的预料更为精巧复杂和可能的作用机制，从而为揭开核糖体这一具有30多亿年历史的古老的高度复杂的分子机器的运转奥秘迈出了极重要的一步。
第10页：核糖体蛋白与rRNA的功能分析
三、核糖体蛋白质与r RNA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究
第11页：核糖体上的结合位点与催化位点
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
- 与新掺入的氨酰-t RNA的结合位点—
- 氨酰基位点，又称 A位点
- 与延伸中的肽酰-t RNA的结合位点—
- 肽酰基位点，又称 P位点
- 与m RNA的结合位点
- 肽酰转移后与即将释放的t RNA的结合位点——E位点(exitsite)
- 与肽酰t RNA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
- 肽酰转移酶的催化位点
- 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
第12页：肽酰转移酶的活性研究
在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究
- 核糖体蛋白
- 在核糖体中r RNA是起主要作用的结构成分
- r蛋白质的主要功能
第13页：核糖体蛋白的催化作用
核糖体蛋白
- 很难确定哪一种蛋白具有催化功能：在 E.coli中核糖体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。
- 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r RNA基因突变。
- 在整个进化过程中r RNA的结构比核糖体蛋白的结构具有更高的保守性。
第14页：rRNA的主要作用
在核糖体中r RNA是起主要作用的结构成分
- 具有肽酰转移酶的活性；
- 为t RNA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m RNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与m RNA结合；
- 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、以及抗菌素的作用等都与r RNA有关。
第15页：r蛋白质的主要功能
r蛋白质的主要功能
- 对r RNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的；
- 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；
- 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r RNA共同行使功能。
第16页：第二节 多聚核糖体与蛋白质合成
第二节聚核糖体与蛋白质的合成
- 多聚核糖体(polyribosome或polysome)
- 蛋白质的合成
- RNA在生命起源中的地位及其演化过程
第17页：多聚核糖体
一、多聚核糖体(polyribosome或polysome)
- 概念核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条m RNA分子上高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与m RNA的聚合体称为多聚核糖体。
- 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m RNA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m RNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。
第18页：RNA在生命起源中的地位
三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程
- 生命是自我复制的体系
- DNA代替了 RNA的遗传信息功能
- 蛋白质取代了绝大部分 RNA酶的功能
第19页：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
第20页：DNA代替RNA的遗传信息功能
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。
第21页：蛋白质取代RNA酶的功能
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。
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第25页：原核与真核核糖体成分的比较
原核生物与真核生物核糖体成分的比较
第26页：小亚单位中rRNA与r蛋白的关系
E.coli核糖体小亚单位中r RNA与r蛋白的相互关系示意图线条表示相互作用及作用力的强（粗线）与弱（细线）（引自 Alberts et al，1989）
第27页：r蛋白在rRNA上的结合位点
- E.coli （a）核糖体小亚单位中的部分r蛋白与r RNA的结合位点）（b）及其在小亚单位上的部位
- （引自 Albert et al.，1989，图a; Lewin,1997,图b）
第28页：小亚单位rRNA的二级结构
核糖体小亚单位r RNA的二级结构
- (a) E.coli 16S r RNA；（红色为高度保守区）(b) 酵母菌18S r RNA，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r RNA的二级结构。(Darnell et al.，1990)
第29页：L11-rRNA复合物的三维结构
L11-r RNA复合物的三维结构(引自 Porse et.al.,1999)
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