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1、第十一章 核糖体 RobinsonRobinsonBrown 1953Brown 1953发现于植物细胞，发现于植物细胞，Palacle 1955Palacle 1955发发现于动物细胞。现于动物细胞。Roberts 1958 Roberts 1958 建议命名为核糖核蛋白建议命名为核糖核蛋白（ribosomeribosome），简称核糖体。），简称核糖体。在一个旺盛生长的细菌中，大约有在一个旺盛生长的细菌中，大约有2000020000个核糖体，其蛋个核糖体，其蛋白占细胞总蛋白的白占细胞总蛋白的10%10%，RNARNA占细胞总占细胞总RNARNA的的80%80%。核糖体类型与结构核糖体类型与
2、结构第十一章第十一章 核糖体核糖体第一节第一节真核生物细胞质中真核生物细胞质中细菌、线粒体和叶绿体中细菌、线粒体和叶绿体中70S70S核糖体核糖体80S80S核糖体核糖体 1 1 类型类型第十一章第十一章 核糖体核糖体2 2 成分成分蛋白按照一定的顺序与蛋白按照一定的顺序与RNA结合，组成两结合，组成两个核糖体亚单体，其中个核糖体亚单体，其中RNAs是骨架结构。是骨架结构。约约40%蛋白质蛋白质约约60%RNA28S18S5S+5.8S第十一章第十一章 核糖体核糖体讨论讨论1 1 提取细胞总提取细胞总RNARNA，电泳后带型是怎样的？为什么？，电泳后带型是怎样的？为什么？核糖体组成核糖体组成第
3、十一章第十一章 核糖体核糖体由由rRNA和和核核糖糖体体蛋蛋白白组组成成的的亚亚细细胞胞颗颗粒粒，位于细胞质内。位于细胞质内。3 3 结构结构核糖体模核糖体模型视频型视频16S类（包括类（包括18S）中最大的大于）中最大的大于1800nt，哺，哺乳动物的乳动物的18S rRNA却只有却只有12S，大约，大约950nt。rRNArRNA不同生物不同生物rRNA分子大小相差悬殊分子大小相差悬殊28S rRNA鼠鼠4718nt锥虫锥虫1152ntnt：nucleotide分子大小分子大小讨论讨论2 2 怎样理解怎样理解“16S“16S类（包括类（包括18S18S）”，“18S rRNA“18S rR
4、NA却只有却只有12S”12S”？rRNArRNA二级结构相似，螺旋区碱基保守。二级结构相似，螺旋区碱基保守。单股单股rRNA链自行折叠形成螺旋区和环链自行折叠形成螺旋区和环区，螺旋区的碱基保守性较强。区，螺旋区的碱基保守性较强。第十一章第十一章 核糖体核糖体rRNArRNA二级结构二级结构讨论讨论3 rRNA3 rRNA二级结构相似，螺旋区碱基保守。二级结构相似，螺旋区碱基保守。酵母酵母古细菌古细菌牛牛16S16S（18S18S）rRNA rRNA第十一章第十一章 核糖体核糖体23S rRNA23S rRNA有有6 6个结构域。其中个结构域。其中的中心环对转肽酶活性十分重要的中心环对转肽酶活
5、性十分重要核糖体的位点核糖体的位点peptidyl-tRNA sitepeptidyl-tRNA site肽酰基位点肽酰基位点Aminoacyl-tRNA siteAminoacyl-tRNA site氨酰基位点氨酰基位点exit siteexit site释放位点释放位点E E位点位点P P位点位点A A位点位点A A位点位点 结合新进入的结合新进入的AA-tRNA的位置。即的位置。即AA-tRNA位。位。大部分位于大亚基而小部分位于小亚基。大部分位于大亚基而小部分位于小亚基。P P位点位点 结合起始结合起始tRNA并向并向A位给出氨基酸的位置。称位给出氨基酸的位置。称肽酰肽酰-tRNA位。
6、大部分位于小亚基，小部分位位。大部分位于小亚基，小部分位于大亚基。于大亚基。E E位点位点 脱酰基脱酰基tRNA释放位点。释放位点。mRNAmRNA结合位点结合位点 位于大、小亚基的结合面上。此处无位于大、小亚基的结合面上。此处无蛋白质。蛋白质。核糖体功能核糖体功能第十一章第十一章 核糖体核糖体第二节第二节多个基至几十个串连在一条多个基至几十个串连在一条m RNA分子，称多聚分子，称多聚核糖体（核糖体（polyribosome），这样越长的），这样越长的mRNA可可以结合更多的核糖体。大大提高合成的速度。以结合更多的核糖体。大大提高合成的速度。1 1 多聚核糖体与蛋白质的合成多聚核糖体与蛋白质
7、的合成第十一章第十一章 核糖体核糖体蛋白质合蛋白质合成视频成视频2 23S rRNA2 23S rRNA催化功能催化功能Ribozyme Ribozyme 具有催化功能的具有催化功能的RNA 肽酰转移酶肽酰转移酶 mRNA剪接剪接 RNA聚合、聚合、RNA磷酸化、氨酰化、烷基化磷酸化、氨酰化、烷基化3 RNA3 RNA在生命起源中地位在生命起源中地位第十一章第十一章 核糖体核糖体讨论讨论4 RNA4 RNA催化功能的发现对生命起源的研究有什么启示？催化功能的发现对生命起源的研究有什么启示？RNARNA古界古界肽酰转移酶肽酰转移酶 peptidyl transferase 催化肽键形成的酶。在蛋
8、白质合成过程中，它催化肽键形成的酶。在蛋白质合成过程中，它催化核糖体催化核糖体A位位tRNA上末端氨基酸的氨基与上末端氨基酸的氨基与P位肽酰位肽酰-tRNA上氨基酸的羧基间形成肽键。上氨基酸的羧基间形成肽键。mRNA剪接与剪接与Ribozyme发现发现1981年，年，Thomas Cech和他同事研究四膜虫和他同事研究四膜虫26S rRNA前体加工时发现，内含子切除是前体加工时发现，内含子切除是由由26S rRNA前体自身催化，而不是蛋白质。前体自身催化，而不是蛋白质。Splicing 视频视频练习与思考题练习与思考题1 两类核糖体区别。两类核糖体区别。2 核糖体自我装配特点。核糖体自我装配特
9、点。3 核核糖糖体体蛋蛋白白质质（一一级级结结构构）特特点点，rRNA一一级级结构和二级结构特点。结构和二级结构特点。4 rRNA的催化功能。的催化功能。5 ribosome,ribozyme 第十一章第十一章 核糖体核糖体THE ENDTHE END第十一章第十一章 核糖体核糖体THANK YOUTHANK YOU30S亚基为扁平不对称亚基为扁平不对称颗粒。颗粒。大小为大小为5.52222nm。由头由头(占占1/3)和体和体(占占2/3)组成，头和体间的部分组成，头和体间的部分是颈，并有是颈，并有1-2个突起个突起称为叶或平台。称为叶或平台。第十一章第十一章 核糖体核糖体50S亚基呈三叶半球
10、形。亚基呈三叶半球形。大小为大小为11.52323nm。大亚基由半球形主体和大亚基由半球形主体和三个突起组成。中间突三个突起组成。中间突起（鼻）是起（鼻）是5SrRNA结合结合之处，两侧突起分别称之处，两侧突起分别称为柄为柄(stalk)和脊和脊(ridge)。柄含。柄含L7和和L12；脊含；脊含L1，脊又称，脊又称L1肩肩(L1 shoulder)。第十一章第十一章 核糖体核糖体70S核糖体直径约核糖体直径约22nm。小亚基斜小亚基斜(45角角)卧在卧在50S亚基的亚基的L1肩和中心突之间。肩和中心突之间。第十一章第十一章 核糖体核糖体30S小亚基与小亚基与大亚基结合大亚基结合面观面观第十一
11、章第十一章 核糖体核糖体核糖体的体外人工重建核糖体的体外人工重建核糖体亚基的核糖体亚基的自我装配自我装配(self-assembly)过程不过程不需其它任何因子参与，需其它任何因子参与，只要把只要把rRNA和相应的和相应的蛋白质加入反应系统即蛋白质加入反应系统即可自动装配。可自动装配。第十一章第十一章 核糖体核糖体电子显微镜术电子显微镜术免疫学方法免疫学方法中子衍射技术中子衍射技术双功能试剂交联法双功能试剂交联法不同染料间单态不同染料间单态-单态能量转移测定单态能量转移测定活性核糖体颗粒重活性核糖体颗粒重建等方法。建等方法。完成对完成对E.coli核糖核糖体体52种蛋白质氨基种蛋白质氨基酸序列
12、及三种酸序列及三种rRNA一级和二级一级和二级结构的测定。结构的测定。核糖体核糖体RNARNA暴露在亚基表面暴露在亚基表面核糖体蛋白的功能至今仍知之甚少。核糖体蛋白的功能至今仍知之甚少。核糖体蛋白和核糖体蛋白和rRNA的许多位点相互作用，决定了的许多位点相互作用，决定了核糖体的结构和性质。核糖体的结构和性质。核糖体蛋白对所要翻译的核糖体蛋白对所要翻译的mRNA有选择性。有选择性。核糖体蛋白参加核糖体蛋白基因表达的自我调节。核糖体蛋白参加核糖体蛋白基因表达的自我调节。第十一章第十一章 核糖体核糖体将编码将编码26S rRNA前体前体DNA克隆到细菌中，并在无细胞系统克隆到细菌中，并在无细胞系统中
13、转录成中转录成26S rRNA前体分子。结果发现这种人工制备的前体分子。结果发现这种人工制备的26S rRNA前体分子在没有任何蛋白质催化剂存在的情况下，前体分子在没有任何蛋白质催化剂存在的情况下，切除了前体分子中的内含子。这种现象称为切除了前体分子中的内含子。这种现象称为自我剪接自我剪接（self-splicing），这是人类第一次发现），这是人类第一次发现RNA具有催化化学反应的具有催化化学反应的活性，具有这种催化活性的活性，具有这种催化活性的RNA称为称为核酶核酶。Thomas Cech 因发现了核酶而获得因发现了核酶而获得1989年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。核酶的证实实验核酶的证实
14、实验美国著名的洛斯阿莫斯科学美国著名的洛斯阿莫斯科学实验室的专家率先在世界上实验室的专家率先在世界上模拟生命中的一个基本遗传模拟生命中的一个基本遗传过程过程活细胞中有超过活细胞中有超过100万个原子参与的万个原子参与的蛋白质蛋白质“组组装装”，为此科学家动用了一，为此科学家动用了一台全球最大功率的计算机。台全球最大功率的计算机。模拟生命模拟生命第十一章第十一章 核糖体核糖体洛斯阿莫斯科学实验室研究人员借助于洛斯阿莫斯科学实验室研究人员借助于Q machine超级超级计算机再现生命诞生过程。在此过程中，核糖体计算机再现生命诞生过程。在此过程中，核糖体-生命细胞中最神秘要素之一通过原子生命细胞中最
15、神秘要素之一通过原子“构建构建”成蛋白成蛋白质分子，在模拟时总共有质分子，在模拟时总共有264万个原子参与，超过以前万个原子参与，超过以前类似的计算机模拟规模的类似的计算机模拟规模的6倍。倍。核糖体是生命的特殊基础，是传送保存在核糖体是生命的特殊基础，是传送保存在DNA、蛋白、蛋白质中信息的特殊媒介，也是我们今天可以研究的从诞质中信息的特殊媒介，也是我们今天可以研究的从诞生生命以来最古老的证据。生生命以来最古老的证据。第十一章第十一章 核糖体核糖体为了模拟构建蛋白质的作用过程，动用了一台安装有为了模拟构建蛋白质的作用过程，动用了一台安装有9000个微处理机的超级计算机，并连续工作了个微处理机的
16、超级计算机，并连续工作了260天。天。目前科学家对超短曝光时间拍摄的照片感到满意，照片目前科学家对超短曝光时间拍摄的照片感到满意，照片只是抓拍了过程的片段。问题在于，促使蛋白质产生的只是抓拍了过程的片段。问题在于，促使蛋白质产生的核糖体工作时间仅为核糖体工作时间仅为2纳秒，即使把它看作纳秒，即使把它看作“瞬间瞬间”也也实在太短。实在太短。拍摄的短片由拍摄的短片由2000万个镜头组成，对于药理学家，特别万个镜头组成，对于药理学家，特别是研制抗菌素的药理学家非常有用，短片能演示核糖体是研制抗菌素的药理学家非常有用，短片能演示核糖体的工作机理，远比看图片要详细得多。的工作机理，远比看图片要详细得多。第十一章第十一章 核糖体核糖体