11-核糖体-细胞生物学.ppt

第第 二二 节核核 糖糖 体体（ribosome）Protein-synthesizingmachines1.一、核糖体的化学一、核糖体的化学组成成二、核糖体的形二、核糖体的形态结构构三、核糖体的三、核糖体的类型型四、核糖体的形成与四、核糖体的形成与组装装五、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2.一、一、核糖体核糖体的化学的化学组成成3.化学化学组成成原核原核细胞胞真核真核细胞胞质真核真核细胞器胞器总核糖体核糖体70s80s55s亚单位位大大亚基基（50s）小小亚基基（30s）大大亚基基（60s）小小亚基基（40s）大大亚基基（35s）小小亚基基（25s）rRNA23s、5s16s28s、5.8s、5s18s蛋白蛋白质31种种21种种50种种33种种S(Svedbergunits,sedimentationrate):ameasureofthesedimentationrateofsuspendedparticlescentrifugedunderstandardconditions.relatedtotheirrespectivesizes.核糖体由蛋白核糖体由蛋白质和和rRNA组成。成。4.二、二、核糖体核糖体的形的形态结构构小小亚基基大大亚基基不不规则颗粒，粒，直径直径25nm。5.50S核糖体大核糖体大亚基基50S核糖体核糖体亚基是基是70S核糖体中核糖体中较大的大的亚基，由多种核糖体蛋白基，由多种核糖体蛋白质（蓝色）及色）及两种两种rRNA（桔黄色）（桔黄色）结合形成。合形成。在大在大亚基中央包含基中央包含“中央管中央管”，为新生新生多多肽链释放的通道。放的通道。50S核糖体核糖体亚基中的蛋白基中的蛋白质大部分都位大部分都位于于该亚基的表面而离活性位点基的表面而离活性位点较远。mRNA 结合在大合在大亚基中央的沟内。基中央的沟内。形形态结构构6.30S核糖体小核糖体小亚基基由多种核糖体蛋白由多种核糖体蛋白质（蓝色）及色）及一种一种rRNA（桔黄色）（桔黄色）结合形成。合形成。30S小小亚基基结构灵活，使核糖体构灵活，使核糖体移位，从一个密移位，从一个密码子子转移到另一移到另一个密个密码子上。子上。从从mRNA上上识别翻翻译信息（三信息（三联密密码），保），保证tRNA和和mRNA 的的准确准确识别，因此掌握了蛋白，因此掌握了蛋白质翻翻译过程的信息。程的信息。形形态结构构7.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:.A位点位点 氨氨酰基基-tRNA结合位点合位点 .P位点位点 肽酰基基-tRNA结合位点合位点 .T因子因子 肽酰基基转移移酶位点位点 .G因子因子 GTPase位点位点 .E位点位点 空空载tRNA离开核糖体前离开核糖体前暂时停留的位点停留的位点形形态结构构8.三、三、核糖体核糖体的的类型型1.1.附着核糖体附着核糖体:合成外合成外输性蛋白，性蛋白，如分泌蛋白；以及膜如分泌蛋白；以及膜蛋白、溶蛋白、溶酶体体酶及及驻留蛋白等。留蛋白等。2.2.游离核糖体游离核糖体:合成合成细胞本身所需胞本身所需要的蛋白要的蛋白质，如特定，如特定的的酶或或结构蛋白等。构蛋白等。9.Some sorting signalsFunctionSignal sequenceNuclear localization signal(NLS)-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Nuclear export signal(NES)-Leu-Ala-Leu-Lys-LeuAla-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)10.Nucleolar organizing region,NOR 四、四、核糖体核糖体的形成与自我的形成与自我组装装28s rRNA 5.8s rRNArDNA45s rRNA18s rRNA 32s rRNA11.形成与自我形成与自我组装装12.形成与自我形成与自我组装装13.五、五、核糖体核糖体的功能的功能合成蛋白合成蛋白质。14.1.mRNA携携带遗传信信息息，在在蛋蛋白白质合合成成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）转录合合成成的的带有有遗传信信息息的的一一类单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蛋蛋白白质合合成成的的模模板，决定板，决定肽链的氨基酸排列的氨基酸排列顺序。序。3nucleotides=1aminoacidofaprotein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15.2.tRNA转运运RNA（transferribonucleicacid，tRNA）是）是具有携具有携带并并转运氨基酸功能的一运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸。小分子核糖核酸。一种一种tRNA只能携只能携带一种氨基酸，如丙氨酸一种氨基酸，如丙氨酸tRNA只只携携带丙氨酸。但一种氨基酸可被不止一种丙氨酸。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16.肽链合成的起始合成的起始（Initiation）mRNA在起始因子和在起始因子和Mg的作用下，小的作用下，小亚基与基与mRNA的起始部位的起始部位结合。合。甲硫氨甲硫氨酰（UAC）tRNA的反密的反密码子与子与mRNA上上的起始密的起始密码AUG互互补结合，形成起始复合物。合，形成起始复合物。引引发大大亚基基结合。合。蛋白蛋白质合成合成过程程核糖体的功能核糖体的功能17.结合：合：氨基氨基酰tRNA和和mRNA上密上密码子子识别，结合于核糖体的合于核糖体的A位。位。肽链延延长（Elongation）移位：移位：核糖体沿核糖体沿mRNA链53移移动一个密一个密码子的距离，使子的距离，使A位上的位上的肽酰基基tRNA转移到移到P位，位，A位空出。位空出。新的氨基新的氨基酰tRNA结合到合到A位，位，转肽、移位，往复循、移位，往复循环使使肽链延伸。延伸。转肽：P位和位和A位的两个氨基位的两个氨基酰tRNA所携所携带的氨基酸之的氨基酸之间形成形成肽键，同同时结合于合于P位上的位上的tRNA脱落，脱落，P位空出。位空出。核糖体的功能核糖体的功能18.结合合核糖体移位核糖体移位肽链形成形成核糖体的功能核糖体的功能19.当核糖体移当核糖体移动到到mRNA链上的上的终止密止密码（UGA,UAA或或UGA）时，无无对应的氨基酸运入核糖体的氨基酸运入核糖体，肽链合成停止。合成停止。释放因子使多放因子使多肽链与与tRNA之之间水解，多水解，多肽链顺着大着大亚基中央管基中央管释放，离开核糖体。放，离开核糖体。大、小大、小亚基解离。基解离。mRNA从核糖从核糖体小体小亚基上脱落。核糖体大、小基上脱落。核糖体大、小亚基可再与基可再与mRNA起始密起始密码处结合，也可游离于胞合，也可游离于胞质中或被降解。中或被降解。mRNA可被降解。可被降解。肽链合成的合成的终止（止（Termination）核糖体的功能核糖体的功能20.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21.1.电镜下，多聚核糖体的解聚和粗面内下，多聚核糖体的解聚和粗面内质网的脱粒都可看作网的脱粒都可看作是蛋白是蛋白质合成降低或停止的一个形合成降低或停止的一个形态指指标。多聚核糖体的解聚：是指多聚核糖体分散多聚核糖体的解聚：是指多聚核糖体分散为单体，失去正体，失去正常常规律，排列孤立地分散在胞律，排列孤立地分散在胞质中或附在粗面内中或附在粗面内质网膜上。网膜上。六、六、核糖体核糖体与医学与医学 在急性在急性药物中毒性（四物中毒性（四氯化碳）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病人的肝细胞中，胞中，经常可常可见到大到大量多聚核糖体解聚呈离散量多聚核糖体解聚呈离散单体状，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。所以病致分泌蛋白合成下降。所以病人血人血浆白蛋白含量下降。白蛋白含量下降。22.2.2.药物直接抑制物直接抑制细菌蛋白菌蛋白质合成的不同合成的不同阶段，有些抗生素，段，有些抗生素，如如链霉素、霉素、氯霉素、霉素、红霉素等霉素等对原核与真核生物的敏感性原核与真核生物的敏感性不同，能直接抑制不同，能直接抑制细菌核糖体上蛋白菌核糖体上蛋白质的合成作用。的合成作用。四四环素素类抗生素抗生素:四四环素素类抗生素能抗生素能进入入70S70S核糖体核糖体封封闭A A位点位点，使，使氨基氨基酰-tRNA-tRNA上的反密上的反密码子不再能在子不再能在该位点内与位点内与mRNAmRNA结合，令合，令肽链延伸受延伸受阻。阻。这类抗生素包括四抗生素包括四环素、素、氯四四环素、氧四素、氧四环素及吡甲四素及吡甲四环素等。素等。核糖体与医学核糖体与医学23.酰胺醇胺醇类抗生素：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，抑制其中抑制其中肽酰转移移酶的活性的活性，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、叠氮霉素、叠氮氯霉素、甲霉素、甲砜霉素及氟甲霉素及氟甲砜霉素霉素等。大大环内内酯类抗生素：抗生素：大环内酯类抗生素也能与50S亚基结合，但它抑制的是翻翻译中的移位中的移位过程。这类抗生素包括红霉素、霉素、麦迪霉素、螺旋霉素及梭麦迪霉素、螺旋霉素及梭链孢酸。酸。核糖体与医学核糖体与医学24.25.TosummarizeRibosome:proteinsynthesizerconsistingoftwosubunits,50Sand30S(prokaryocyte),50Sand30SmadeprimarilyofRNAandprotein.50Shasratherrigidstructure,while30Shasfairlyflexibleone;EachribosomehasfiveactivesitesforassociationwithtransferRNA(tRNA);RibosometranslatesnucleotidetripletsonmRNAintoproteins;RNAsarerequiredfortheprocess.mRNA,tRNA,rRNA;Synthesisofapolypeptidechainisdividedintothreedistinctactivities:initiation,elongation,andterminationofthechain;Polyribosome;proteinscotranslationalorposttranslational;Notallaboutthemhasbeendiscoveredyet,butsignificantprogresshasbeenmadeinthatrespect.26.27.氨基酸的活化和氨基酸的活化和转运运28.核糖体的功能核糖体的功能肽链合成起始合成起始29.肽链延延长核糖体的功能核糖体的功能30.核糖体的功能核糖体的功能肽链合成合成终止止31.核糖体的功能核糖体的功能进位位核糖体移核糖体移位位肽链的形成的形成32.密密码子及其特性子及其特性无无标点、不重叠点、不重叠简并并(degeneracy)通用性通用性兼兼职性性起始密起始密码子子AUGAUG；终止密止密码子子UAA(ochre UAA(ochre 赭石密赭石密码子子)UAG(amber UAG(amber 琥珀密琥珀密码子子)UGA(opal UGA(opal 蛋白石密蛋白石密码子子)33.研究历史GeorgePalade,Romaniancellbiologist1958年,RichardB.Roberts,将此微粒命名为“核糖体”。1936年，AlbertClaude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，GeorgePalade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）。(1974NobelPrizeformedicine,LaskerAward,theGairdnerSpecialAward,theHurwitzPrize.)Prof.GeorgePalade1912.11-2008.1034.电镜下的核糖体下的核糖体 1953 1953年年RibinsonRibinson和和BrounBroun用用电镜观察察 植物植物细胞胞时发现胞胞质中存在一种中存在一种颗粒粒 物物质。1955 1955年年PaladePalade在在动物物细胞中也看到同胞中也看到同 样的的颗粒粒,进一步研究了一步研究了这些些颗粒的粒的 化学成份和化学成份和结构。构。1958 1958年年RobertsRoberts根据化学成份命名根据化学成份命名为 核糖核蛋白体核糖核蛋白体,简称核糖体称核糖体RibosomeRibosome。35.2009NobelprizeforstudiesofthestructureandfunctionoftheribosomeAdaE.YonathWeizmannInstituteofScience,Rehovot,IsraelVenkatramanRamakrishnanMRCLaboratoryofMolecularBiology,Cambridge,UnitedKingdomThomasA.SteitzYaleUniversity&HowardHughesMedicalInstitute36.STRUCTURE-ThefundamentalroleoflifescienceXX射射射射线线晶体学技晶体学技晶体学技晶体学技术测术测定核糖体的高分辨率分子定核糖体的高分辨率分子定核糖体的高分辨率分子定核糖体的高分辨率分子结结构并研究其构并研究其构并研究其构并研究其结结构构构构-功能。核糖体原子分辨率的晶体功能。核糖体原子分辨率的晶体功能。核糖体原子分辨率的晶体功能。核糖体原子分辨率的晶体结结构使我构使我构使我构使我们对们对蛋白蛋白蛋白蛋白质质合成合成合成合成这这个最重个最重个最重个最重要的生命要的生命要的生命要的生命过过程之一有了分子水平上的了解。程之一有了分子水平上的了解。程之一有了分子水平上的了解。程之一有了分子水平上的了解。这这个个个个过过程中的一些重要程中的一些重要程中的一些重要程中的一些重要概念，概念，概念，概念，现现在都在核糖体在都在核糖体在都在核糖体在都在核糖体结结构中得到完美的解构中得到完美的解构中得到完美的解构中得到完美的解释释。37.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38.39.