同濟(jì)大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件-核糖體、核仁、核被膜

1、核糖體（ribosome）：蛋白質(zhì)、核糖核酸構(gòu)成的復(fù)合體，是蛋白質(zhì)生物合成的細(xì)胞器。翻譯（translation）：遺傳信息通過mRNA傳遞給蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，將mRNA分子堿基序列翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的序列，進(jìn)行細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成的過程。第五章 核糖體核糖體第一節(jié) 核糖體的化學(xué)組成第二節(jié) 核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)第三節(jié) 核糖體的功能第一節(jié) 核糖體的種類及化學(xué)組成化學(xué)成分蛋白質(zhì)核糖核酸（rRNA）原核細(xì)胞核糖體(70S)大亞基(50S)蛋白質(zhì)：31種蛋白質(zhì) rRNA ：23S和5S兩種rRNA 小亞基(30S)蛋白質(zhì)： 21種蛋白質(zhì)rRNA： 16SrRNA真核細(xì)胞核糖體(80S)大亞基 (60S)

2、: 蛋白質(zhì)： 49種蛋白質(zhì)rRNA ： 28S、5.8S、5S rRNA小亞基(40S):蛋白質(zhì)： 33種蛋白質(zhì)rRNA： 18SrRNA真核細(xì)胞核糖體原核細(xì)胞核糖體第二節(jié) 核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)負(fù)染色法在高分辨率的電鏡下大腸桿菌核糖體50S亞單位電鏡下核糖體為直徑1525nm的致密小顆粒大亞基：有幾個(gè)不規(guī)則的隆起物，形狀似扶手椅，內(nèi)部存在新生肽鏈管狀通道。小亞基：較細(xì)長，平躺于大亞基上。蛋白質(zhì)合成時(shí)，大、小亞基結(jié)合在一起，形成完整的核糖體，之間有明顯的間隙，mRNA分子從間隙穿過。兩種存在形式附著核糖體：附著在質(zhì)膜上（原核細(xì)胞）或附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的外表面、細(xì)胞核外表面（真核細(xì)胞）的核糖體。游離核糖體

3、：在細(xì)胞質(zhì)中呈游離狀態(tài)的核糖體。 第三節(jié) 核糖體的功能蛋白質(zhì)生物合成的場所蛋白質(zhì)合成的裝配機(jī)，把mRNA、氨酰-tRNA、蛋白質(zhì)因子和酶等集中在一起，形成一定的空間排布。P位：肽酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn)A位：氨酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn)E位：肽鏈轉(zhuǎn)移后將要被釋放的tRNA結(jié)合的位點(diǎn)mRNA 結(jié)合位點(diǎn)核糖體上還有與各種蛋白質(zhì)因子結(jié)合的部位一、四個(gè)活性部位二、蛋白質(zhì)合成必須的蛋白因子起始因子（initiation factor，IF）：蛋白質(zhì)合成起動所必需，幫助形成起始復(fù)合物。延伸因子（elongation factor，EF）：能幫助氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位。終止因子（relieving facto

4、r，RF）：識別終止密碼，終止翻譯。 三、蛋白質(zhì)生物合成多肽鏈合成合成起始肽鏈延伸肽鏈合成終止（一）合成起始1IF協(xié)助小亞基與mRNA形成小亞基-mRNA復(fù)合物。2甲酰甲硫氨酰-tRNA的反密碼子識別mRNA上的起始密碼AUG，配對并占據(jù)核糖體的P位。3大亞基與小亞基結(jié)合，形成起始復(fù)合物。 （二）肽鏈延伸1進(jìn)位2成肽3移位：1進(jìn)位 EF及GTP參與，第二個(gè)密碼子相對應(yīng)的氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位 2成肽 肽酰轉(zhuǎn)移酶催化，P位上的tRNA所攜帶的氨基或肽?；cA位上氨酰-tRNA攜帶的氨基之間形成肽鍵；大亞基沿mRNA 53方向移動一個(gè)密碼子距離，P位上的tRNA移到E位，A位的肽酰-tRN

5、A轉(zhuǎn)移到P位，A位點(diǎn)空出 3移位 小亞基沿mRNA 53方向移動一個(gè)密碼子距離，E位上的tRNA脫落。 （三）肽鏈合成終止 1、終止因子識別A位上出現(xiàn)的終止密碼并與之結(jié)合，終止合成。2、肽鏈從核糖體釋放。3、核糖體從mRNA分子上脫下，并分離成大、小亞基，重新參與多肽鏈的合成。 在蛋白質(zhì)合成時(shí)，核糖體大，小亞基結(jié)合在一起蛋白質(zhì)合成結(jié)束，大、小亞基又解離開來，游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中多 聚 核 糖 體（polysome）蛋白質(zhì)合成時(shí)，多個(gè)核糖體附著在一個(gè)mRNA分子上，成串排列，彼此間隔約80個(gè)核苷酸，形成蛋白質(zhì)合成的功能單位。多聚核糖體提高了蛋白質(zhì)合成的效率。 第六章 核仁rRNA合成和riboso

6、me組裝的中心核仁（nucleolus）：間期核中具有較強(qiáng)折光性的非膜性球體。是rRNA基因轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工、裝配形成核糖體大小亞單位的場所 第一節(jié) 核仁的化學(xué)組成與形態(tài)結(jié)構(gòu) 一、核仁的化學(xué)組成蛋白質(zhì)：主要成分，干重80（核糖體蛋白、組蛋白、非組蛋白、RNA聚合酶） RNA：干重10，多以核蛋白的形式存在。 DNA：干重8。脂類：含量極少核仁相隨染色質(zhì)（nucleolar-associated chromatin）：A、核仁周圍染色質(zhì)(perinucleolar chromatin)：包圍在核仁周圍的異染色質(zhì)。B、核仁內(nèi)染色質(zhì)（intranucleolar chromatin）：伸入到核仁內(nèi)

7、部的常染色質(zhì)，攜帶有rRNA基因。 二、核仁的形態(tài)結(jié)構(gòu) 纖維中心 致密纖維成分 顆粒成分 核仁基質(zhì) 1纖維中心纖維中心（fibrillar center, FC）: 包在顆粒成分內(nèi)的核仁內(nèi)染色質(zhì)，為低電子密度區(qū)域，為核仁內(nèi)染色質(zhì)，DNA上有rRNA基因。rDNA：核仁內(nèi)染色質(zhì)的DNA袢環(huán)上攜帶有rRNA的基因，是一種串聯(lián)重復(fù)排列的DNA序列，能高速轉(zhuǎn)錄rRNA。核仁組織區(qū)(nucleolar organizer region，NOR)：染色體上能高速轉(zhuǎn)錄rRNA的rDNA區(qū)域，一般定位在一些染色體的次縊痕部位。多個(gè)次縊痕理論上可以形成多個(gè)核仁組織區(qū)。2致密纖維成分 致密纖維成分（dense f

8、ibrillar component，DFC）：纖維中心周圍緊密排列的直徑5nm左右的纖維，電子密度最高，染色較深。是 RNA與蛋白質(zhì)形成的核糖核蛋白復(fù)合物。是rDNA正活躍地轉(zhuǎn)錄rRNA的區(qū)域 3顆粒成分 顆粒成分（granular component，GC）：多分布在核仁的周邊，顆粒直徑約1520nm，電子密度較高。這些顆粒代表著正在加工、處于不同成熟階段的核糖體亞基的前體顆粒 4核仁基質(zhì) 核仁基質(zhì)（nucleolar matrix）：無定形蛋白質(zhì)液體物質(zhì)，電子密度低，其中懸浮著纖維成分、顆粒成分、酶及蛋白質(zhì)，與核基質(zhì)溝通。核仁生化反應(yīng)環(huán)境 第二節(jié) 核仁的功能 核仁是細(xì)胞核中rRNA合成、

9、剪接、加工及核糖體大、小亞基裝配的的場所 一、45SrRNA的轉(zhuǎn)錄 每個(gè)rDNA轉(zhuǎn)錄一個(gè) 45S rRNA 分子，轉(zhuǎn)錄為高效的連級放大過程：一級： rDNA是串聯(lián)重復(fù)排列，基因之間由間隔 DNA(spacer DNA)分開。二級：一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位上大約有100多個(gè) RNA聚合酶I顆粒同時(shí)轉(zhuǎn)錄。 2. 前體rRNA的加工 45SrRNA20S RNA32S RNA5.8 SRNA40min28SrRNA18 SRNA快速5S rRNA小亞基大亞基核仁外合成45SrRNA是18S、5.8S和28S三種 rRNA 的前體。前體rRNA的加工 成熟的 rRNA的核苷酸序列約為45S rRNA 的一半。5S

10、 rRNA基因的轉(zhuǎn)錄是在核仁以外進(jìn)行的，5S rRNA合成后被轉(zhuǎn)運(yùn)至核仁中，參與核糖體大亞單位的組裝。三、核糖體亞單位的組裝 rRNA 前體的加工成熟過程是以核糖核蛋白方式進(jìn)行的 1、45S rRNA轉(zhuǎn)錄后，與進(jìn)入核仁的蛋白質(zhì)結(jié)合，形成80S的核糖核蛋白顆粒。2、80S核糖核蛋白顆粒加工18SrRNA和約33種蛋白質(zhì)組成核糖體的40S小亞基。28S和5.8SrRNA結(jié)合，再與來自核仁外5S rRNA和約50種蛋白質(zhì)組成核糖體的60S大亞基。3、核糖體大、小亞基通過核孔復(fù)合體被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)，在蛋白質(zhì)合成過程中，大、小亞基結(jié)合形成核糖體。第七章 核被膜 核被膜(nuclear envelope)：

11、包圍在細(xì)胞核的最外側(cè)的雙層單位膜，是細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核之間的界膜。 第一節(jié) 核被膜的超微結(jié)構(gòu) 外核膜和內(nèi)核膜 核周間隙 核孔復(fù)合體 核纖層 一、外核膜和內(nèi)核膜 外核膜(outer nuclear membrane)：位于細(xì)胞核外側(cè)、面向細(xì)胞質(zhì)的膜，和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜彼此相連，其表面有附著核糖體。內(nèi)核膜(inner nuclear membrane)：位于外核膜以內(nèi)、面向核質(zhì)的膜稱，表面沒有核糖體附著，其內(nèi)側(cè)面附有核纖層，活性核纖層與異染色質(zhì)緊密結(jié)合。 二、核周間隙 核周間隙(perinuclear space)：外核膜和內(nèi)核膜之間的腔。細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核之間小分子物質(zhì)交流的重要通道。 三、核孔復(fù)合體 核孔(n

12、uclear pore)：核被膜上分布的許多直徑約40100nm圓形小孔。密度與細(xì)胞類型和細(xì)胞生理狀態(tài)有關(guān)，一般為3565個(gè)/m2。 核孔復(fù)合體(nuclear pore complex)：電鏡下，核孔顯示出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，是一個(gè)由顆粒蛋白、纖維蛋白構(gòu)成的復(fù)合功能區(qū)域。 1、老模型環(huán)孔顆粒(annular granule)：孔緣上下各有八個(gè)輻射狀對稱排列的蛋白顆粒邊圍顆粒：上下環(huán)孔顆粒之間還有八個(gè)蛋白顆粒。中央顆粒(central granule)：核孔中央有一個(gè)蛋白顆粒，其下方存在一個(gè)直徑9nm的親水通道。顆粒與顆粒之間有纖維狀物質(zhì)相聯(lián)系，纖維狀物質(zhì)還可伸向核質(zhì)或細(xì)胞質(zhì)中。 2、新模型核籃模型

13、胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmic ring）：核孔邊緣的胞質(zhì)面一側(cè)，環(huán)上分布有8條伸向胞質(zhì)的短纖維。核質(zhì)環(huán)(nuclear ring) ：核孔邊緣的胞質(zhì)面一側(cè)，環(huán)上也分布有8條細(xì)長核籃絲，末端的顆粒形成一個(gè)直徑為60nm的末端環(huán)，形似籃網(wǎng)。輻(spokes)：由核孔邊緣伸向孔中央，呈輻射狀對稱的蛋白顆粒。中央栓(central plug) or(central granule)：位于核孔中央的蛋白顆粒 輻的組成柱狀亞單位：位于核孔邊緣，形成孔壁，連接胞質(zhì)環(huán)與核質(zhì)環(huán)，起支撐作用。腔內(nèi)亞單位：接近核膜的區(qū)域，部分穿過核膜伸入核周間隙，把核孔復(fù)合體錨定在核膜上。環(huán)帶亞單位：在柱狀亞單位之內(nèi)，靠近核孔復(fù)

14、合體中心的部分，由8個(gè)顆粒狀結(jié)構(gòu)形成細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ?四、 核纖層 核纖層(nuclear lamina)：真核細(xì)胞中緊貼內(nèi)核膜內(nèi)側(cè)、由纖維蛋白組成的纖維狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其厚薄隨細(xì)胞不同而異。核纖層在細(xì)胞核內(nèi)與核骨架及染色質(zhì)結(jié)合，在細(xì)胞核外與中間纖維連接，從而使細(xì)胞核骨架與細(xì)胞質(zhì)骨架相連。 1. 核纖層的組成成分 核纖層蛋白(lamin)： lamin 、lamin 、lamin （1）核膜上有l(wèi)amin 受體為lamin 提供結(jié)合位點(diǎn)，把核膜錨定在核纖層上（2）lamin 、lamin 與染色質(zhì)、核骨架相連。 2核纖層的主要功能（1）. 維持和穩(wěn)定間期核的形狀，維持染色質(zhì)由序性分布。

15、（2）. 參與有絲分裂，核被膜的崩解與重建，染色質(zhì)的螺旋化與解螺旋。 第二節(jié) 核被膜的主要功能 1區(qū)域化作用 （1）使核質(zhì)與胞質(zhì)分開，有利于遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定；（2）RNA的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成在時(shí)間和空間上分開； 2物質(zhì)運(yùn)輸 離子和小分子物質(zhì)可經(jīng)核膜運(yùn)輸。大分子和顆粒經(jīng)核孔復(fù)合體運(yùn)輸 核孔復(fù)合體大對分子和顆粒的運(yùn)輸 （1）雙向運(yùn)輸出：mRNA、合成的核糖體大小亞基進(jìn)：DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄所需的酶及組蛋白、核糖體蛋白、核質(zhì)蛋白等（2）是一個(gè)需能的過程 親核蛋白：在細(xì)胞質(zhì)中合成，轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中行使功能的蛋白質(zhì)。核定位信號(nuclear localization signal， NLS)親核蛋白一般都有一段特殊的氨基酸序列，能被核孔復(fù)合體上的特異受體識別，幫助入核蛋白通過核孔復(fù)合體，進(jìn)