細(xì)胞生物學(xué)核糖體

1、CRobinsonBrown（1953）發(fā)現(xiàn)于植物細(xì)胞。Palacle（1955）發(fā)現(xiàn)于動(dòng)物細(xì)胞。Roberts（1958）建議命名為核糖核蛋白（ribosome），簡(jiǎn)稱核糖體。核糖體是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的工廠，在一個(gè)旺盛生長(zhǎng)的細(xì)菌中，大約有20000個(gè)核糖體，其蛋白占細(xì)胞總蛋白的10%，RNA占細(xì)胞總RNA的80%。(ribosome) ：是核糖核蛋白體的簡(jiǎn)稱，是一種顆粒狀的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有被膜包裹，其直徑為25nm，主要成分是蛋白質(zhì)與RNA。其是合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精確地合成多肽鏈。 附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等膜表面的稱附著核糖體；不在膜表面附著，而呈游離狀態(tài)，分

2、布在細(xì)胞基質(zhì)內(nèi)的成游離核糖體。l根據(jù)沉降系數(shù)的不同分為70S和80S兩種類型。 70S核糖體存在于細(xì)菌，線粒體和葉綠體中，80S 核糖體存在于真核生物的細(xì)胞質(zhì)中。l40% 的蛋白質(zhì)、60% 的RNA。l由大小兩個(gè)亞基構(gòu)成，只在以 mRNA 為模板合成蛋白質(zhì)時(shí)才結(jié)合在一起，肽鏈合成終止后，大小亞單位又解離。l原核和真核細(xì)胞的 rRNA 都具有甲基化現(xiàn)象，甲基化與 RNA 轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程的酶識(shí)別有關(guān)，另外原核5S rRNA和真核5.8S rRNA結(jié)構(gòu)高度保守，常用于研究生物進(jìn)化。原核生物與真核生物核糖體成分的比較原核生物與真核生物核糖體成分的比較 游離核糖體和附著游離核糖體1、離子交換樹脂可分離純

3、化各種離子交換樹脂可分離純化各種r蛋白；蛋白；2、純化的純化的r蛋白與純化的蛋白與純化的 rRNA 進(jìn)行核糖體的重組裝，顯示核糖體中進(jìn)行核糖體的重組裝，顯示核糖體中r蛋白與蛋白與 rRNA的的結(jié)構(gòu)關(guān)系結(jié)構(gòu)關(guān)系： 蛋白質(zhì)結(jié)合到 rRNA 上具有先后層次性。 核糖體的重組裝是自我裝配過(guò)程3、雙功能的交聯(lián)劑和雙向電泳分離可用于研究雙功能的交聯(lián)劑和雙向電泳分離可用于研究 r 蛋白在結(jié)構(gòu)上的相互關(guān)系蛋白在結(jié)構(gòu)上的相互關(guān)系 同一生物中不同種類的 r 蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)均不相同，在免疫學(xué)上幾乎沒(méi)有同源性。 不同生物同一種類 r 蛋白之間具有很高的同源性， 并在進(jìn)化上非常保守。4、電鏡負(fù)染色與免疫標(biāo)記技術(shù)結(jié)合，研

4、究r蛋白在核糖體的亞單位上的定位。5、對(duì)rRNA，特別是對(duì)16S rRNA結(jié)構(gòu)的研究 16SrRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是非常保守的 16SrRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)具有更高的保守性： 臂環(huán)結(jié)構(gòu)(stem-loop structure) rRNA臂環(huán)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)模型 6、70S核糖體的小亞單位中rRNA與全部的r蛋白關(guān)系的空間模型 雙向電泳（Two-dimensional（2D） gel electrophoresis）是一項(xiàng)基于蛋白的兩種不同特性：電荷和質(zhì)量來(lái)分離蛋白的技術(shù)。首先基于蛋白固有電荷，通過(guò)等電聚焦（isoelectric focusing IEF）進(jìn)行第一向蛋白分離，然后根據(jù)蛋白的質(zhì)量，在第二向

5、中通過(guò)SDS-PAGE電泳進(jìn)行蛋白分離。E.coli核糖體小亞單位中核糖體小亞單位中rRNA與與r蛋白的相互關(guān)系示意圖蛋白的相互關(guān)系示意圖線條表示相互作用及作用力的強(qiáng)（粗線）與弱（細(xì)線） （引自Alberts et al，1989） 核糖體小亞單位核糖體小亞單位rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(a) E.coli 16S rRNA；（紅色為高度保守區(qū)）(b) 酵母菌18S rRNA，它們都具有類似的40個(gè)臂環(huán)結(jié)構(gòu)(圖中140)，其長(zhǎng)度和位置往往非常保守；P、E分別代表僅在原核或真核細(xì)胞中存在的rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。(Darnell et al.，1990)(stem-loop structure)

6、E.coli （a）核糖體小亞單位中的部分r蛋白與rRNA的結(jié)合位點(diǎn)） （b）核糖體小亞單位中的部分r蛋白在小亞單位上的部位 （引自Albert et al.，1989，圖a; Lewin,1997,圖b）涉及的多數(shù)因子為G蛋白(具有GTPase活性)，核糖體上與之相關(guān)位點(diǎn)稱為GTPase相關(guān)位點(diǎn)。最近人們成功地制備L11-rRNA復(fù)合物的晶體，獲得了其空間結(jié)構(gòu)高分辨率的三維圖象。這一結(jié)果證實(shí)了前人用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)所獲得的種種結(jié)論提出直觀、可靠且比人們的預(yù)料更為精巧復(fù)雜和可能的作用機(jī)制，從 而為揭開(kāi)核糖體這一具有30多億年歷史的古老的高度復(fù)雜的分子機(jī)器 的運(yùn)轉(zhuǎn)奧秘邁出了極重要的一步。 L11-r

7、RNA復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)(引自Porse et.al.,1999)與mRNA的結(jié)合位點(diǎn)與新?lián)饺氲陌滨?tRNA的結(jié)合位點(diǎn)氨酰基位點(diǎn)，又稱A位點(diǎn)。與延伸中的肽酰-tRNA的結(jié)合位點(diǎn)肽?；稽c(diǎn)，又稱P位點(diǎn)。肽酰轉(zhuǎn)移后與即將釋放的tRNA的結(jié)合位點(diǎn)E位點(diǎn)(exit site)。與肽酰tRNA從A位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到P位點(diǎn)有關(guān)的轉(zhuǎn)移酶(即延伸因子EF-G)的結(jié)合位點(diǎn)肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點(diǎn)與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的其它起始因子、延伸因子和終止因子的結(jié)合位點(diǎn) 很難確定哪一種蛋白具有催化功能： 在 E.coli 中核糖體蛋白突變甚至缺失并不完全抑制蛋白質(zhì)合成。多數(shù)抗蛋白質(zhì)合成抑制劑的突變株，并非由于 r 蛋白的基

8、因突變而往往是 rRNA 基因突變。 在整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中 rRNA 的結(jié)構(gòu)比核糖體蛋白的結(jié)構(gòu)具有更高的保守性。 rRNA 可能具有更重要的作用。具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性；為 tRNA 提供結(jié)合位點(diǎn)(A位點(diǎn)、P位點(diǎn)和E位點(diǎn))；為多種蛋白質(zhì)合成因子提供結(jié)合位點(diǎn)；在蛋白質(zhì)合成起始時(shí)參與同 mRNA 選擇性地結(jié)合以及在肽鏈的延伸中與mRNA 結(jié)合；核糖體大小亞單位的結(jié)合、校正閱讀（proofreading）、無(wú)意義鏈或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都與 rRNA 有關(guān)。 對(duì) rRNA 折疊成有功能的三維結(jié)構(gòu)是十分重要的；在蛋白質(zhì)合成中，某些 r 蛋白可能對(duì)核糖體的構(gòu)象起“微調(diào)”作用；在核糖體的結(jié)合位點(diǎn)上

9、甚至可能在催化作用中， 核糖體蛋白與 rRNA 共同行使功能。 核糖體在細(xì)胞內(nèi)并不是單個(gè)獨(dú)立地執(zhí)行功能，而是由多個(gè)甚至幾十個(gè)核糖體串連在一條 mRNA 分子上高效地進(jìn)行肽鏈的合成，這種具有特殊功能與形態(tài)結(jié)構(gòu)的核糖體與 mRNA 的聚合體稱為多聚核糖體。 細(xì)胞內(nèi)各種多肽的合成，不論其分子量的大小或是 mRNA 的長(zhǎng)短如 何，單位時(shí)間內(nèi)所合成的多肽分子數(shù)目都大體相等。越長(zhǎng)的 mRNA 可以結(jié)合更多的核糖體，提高了蛋白質(zhì)合成的速度。 以多聚核糖體的形式進(jìn)行多肽合成，對(duì) mRNA 的利用及對(duì)其濃度的 調(diào)控更為經(jīng)濟(jì)和有效。 甲酰甲硫氨酸三種生物大分子，只有RNA既具有信息載體功能又具有酶的催化功能。因此，推測(cè)RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。核酶(ribozy