核糖体细胞生物学.ppt
第 二 节核 糖 体,（ribosome）,Protein-synthesizing machines,一、核糖体的化学组成二、核糖体的形态结构三、核糖体的类型四、核糖体的形成与组装五、核糖体的功能六、核糖体与医学,内 容,一、核糖体的化学组成,化学组成,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rRNA组成。,二、核糖体的形态结构,小亚基,大亚基,不规则颗粒，直径25nm。,50S核糖体大亚基,50S核糖体亚基是70S核糖体中较大的亚基，由多种核糖体蛋白质（蓝色）及两种rRNA（桔黄色）结合形成。在大亚基中央包含“中央管”，为新生多肽链释放的通道。50S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。mRNA 结合在大亚基中央的沟内。,形态结构,30S核糖体小亚基,由多种核糖体蛋白质（蓝色）及一种rRNA（桔黄色）结合形成。30S小亚基结构灵活，使核糖体移位，从一个密码子转移到另一个密码子上。从mRNA上识别翻译信息（三联密码），保证tRNA和mRNA 的准确识别，因此掌握了蛋白质翻译过程的信息。,形态结构,核糖体上有五个重要的功能活性部位:.A位点 氨酰基-tRNA结合位点.P位点 肽酰基-tRNA结合位点.T因子 肽酰基转移酶位点.G因子 GTPase位点.E位点 空载tRNA离开核糖体前暂时停留的位点,形态结构,三、核糖体的类型,1.附着核糖体:合成外输性蛋白，如分泌蛋白；以及膜蛋白、溶酶体酶及驻留蛋白等。2.游离核糖体:合成细胞本身所需要的蛋白质，如特定的酶或结构蛋白等。,Nucleolar organizing region,NOR,四、核糖体的形成与自我组装,形成与自我组装,形成与自我组装,五、核糖体的功能,合成蛋白质。,1.mRNA,携带遗传信息，在蛋白质合成时充当模板的RNA。信使RNA从脱氧核糖核酸（DNA）转录合成的带有遗传信息的一类单链核糖核酸（RNA）。它在核糖体上作为蛋白质合成的模板，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RNA,核糖体的功能,2.tRNA,转运RNA（transfer ribonucleic acid，tRNA）是具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸。一种tRNA只能携带一种氨基酸，如丙氨酸tRNA只携带丙氨酸。但一种氨基酸可被不止一种tRNA携带。,3.rRNA,核糖体的功能,肽链合成的起始（Initiation）,mRNA在起始因子和Mg的作用下，小亚基与mRNA的起始部位结合。甲硫氨酰（UAC）tRNA的反密码子与mRNA上的起始密码AUG互补结合，形成起始复合物。引发大亚基结合。,蛋白质合成过程,核糖体的功能,结合：氨基酰tRNA和mRNA上密码子识别，结合于核糖体的A位。,肽链延长（Elongation）,移位：核糖体沿mRNA链53移动一个密码子的距离，使 A位上的肽 酰基tRNA转移到P位，A位空出。新的氨基酰tRNA结合到A位，转肽、移位，往复循环使肽链延伸。,转肽：P位和A位的两个氨基酰tRNA所携带的氨基酸之间形成肽键，同时结合于P位上的tRNA 脱落，P位空出。,核糖体的功能,核糖体的功能,当核糖体移动到mRNA链上的终止密码（UGA,UAA或UGA）时，无对应的氨基酸运入核糖体，肽链合成停止。释放因子使多肽链与tRNA之间水解，多肽链顺着大亚基中央管释放，离开核糖体。大、小亚基解离。mRNA从核糖体小亚基上脱落。核糖体大、小亚基可再与mRNA起始密码处结合，也可游离于胞质中或被降解。mRNA可被降解。,肽链合成的终止（Termination）,核糖体的功能,以多聚核糖体（polyribosome）的形式存在。,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、核糖体与医学,在急性药物中毒性（四氯化碳）肝炎和病毒性肝炎后,以及肝硬化病人的肝细胞中，经常可见到大量多聚核糖体解聚呈离散单体状，固着多聚核糖体脱落，分布稀疏、导致分泌蛋白合成下降。所以病人血浆白蛋白含量下降。,2.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:四环素类抗生素能进入70S核糖体封闭A位点，使氨基酰-tRNA上的反密码子不再能在该位点内与mRNA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。,核糖体与医学,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，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等。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过程。这类抗生素包括红霉素、麦迪霉素、螺旋霉素及梭链孢酸。,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,核糖体的功能,肽链合成起始,肽链延长,核糖体的功能,核糖体的功能,肽链合成终止,核糖体的功能,密码子及其特性,无标点、不重叠 简并(degeneracy)通用性 兼职性,起始密码子AUG；终止密码子UAA(ochre 赭石密码子)UAG(amber 琥珀密码子)UGA(opal 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,1953年Ribinson和Broun用电镜观察 植物细胞时发现胞质中存在一种颗粒 物质。1955年Palade在动物细胞中也看到同 样的颗粒,进一步研究了这些颗粒的 化学成份和结构。1958年Roberts根据化学成份命名为 核糖核蛋白体,简称核糖体Ribosome。,2009 Nobel prizefor studies of the structure and function of the ribosome,Ada E.YonathWeizmann Institute of Science,Rehovot,Israel,Venkatraman Ramakrishnan MRC Laboratory of Molecular Biology,Cambridge,United Kingdom,Thomas A.SteitzYale University&Howard Hughes Medical Institute,STRUCTURE-The fundamental role of life science,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-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概念，现在都在核糖体结构中得到完美的解释。,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,
