2023學(xué)年完整版RNA和核糖體

RNA和核糖體核糖體（ribosome）亦稱核蛋白體，由rRNA和蛋白質(zhì)組成。單核糖體有二個(gè)亞基，分別稱為大亞基和小亞基。在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞中核糖體的組成見(jiàn)下表。一、原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的核糖體組成原核細(xì)胞真核細(xì)胞（哺乳動(dòng)物細(xì)胞）沉降常數(shù)近似分子量沉降常數(shù)近似分子量核蛋白體70S×10680S×106小亞基70S×10640S×106rRNA16S×10618S×106蛋白質(zhì)21種×106約30種×106大亞基50S×10660S×106rRNA23S×10628S×106×1045S×1045S×104蛋白質(zhì)34種×106約50種×104二、核糖體的組成哺乳動(dòng)物細(xì)胞前體rRNA（pre-rRNA）鏈長(zhǎng)45S（1300個(gè)核苷酸）。不同哺乳動(dòng)物細(xì)胞來(lái)源的rRNA鏈長(zhǎng)有種間差異，大鼠肝28SrRNA和18SrRNA鏈長(zhǎng)分別為4718和1874個(gè)核苷酸。含156個(gè)核苷酸，正好與原核細(xì)胞的23SrRNA5'端的156個(gè)核苷酸序列組成相當(dāng)。酵母細(xì)胞的25S和17SrRNA分別相當(dāng)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞的28S和18SrRNA。5SrRNA為真核和原核細(xì)胞共有，含120個(gè)核苷酸。原核細(xì)胞的16SrRNA和23SrRNA的序列于1978年確定，分別含1542個(gè)核苷酸和2904個(gè)核苷酸。三、所有的rRNA均有其基本的特點(diǎn)（1）rRNA是單鏈RNA；（2）G-C堿基對(duì)與A-U堿基對(duì)的總量不等；（3）單股rRNA鏈可自行折疊，形成螺旋區(qū)和環(huán)區(qū)，所有螺旋區(qū)的堿基都是保守的；（4）所有來(lái)源rRNA均能形成4個(gè)結(jié)構(gòu)域（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ），每個(gè)結(jié)構(gòu)域均含許多莖（螺旋段）和環(huán)，它們通過(guò)無(wú)距離堿基對(duì)的相互反應(yīng)彼此靠近；（5）絕大多數(shù)的rRNA堿基的特異功能尚不清楚。據(jù)說(shuō)rRNA中不配對(duì)的堿基（環(huán)區(qū)或單股區(qū)）涉及到rRNA與其它RNA的結(jié)合，如16S的3'端不配對(duì)的堿基與mRNA的起始部位（SD順序）形成堿基配對(duì)。與rRNA或核糖體亞基結(jié)合的蛋白質(zhì)有二類。一類與rRNA或核糖體亞基緊密連接，需高濃度鹽和強(qiáng)解離劑（如3mol/LLiCl或4mol/L尿素）才能將其分離，這類蛋白質(zhì)稱為"真"核糖體蛋白質(zhì)（"realribosomalproteins"）或簡(jiǎn)稱為核糖體蛋白質(zhì)。如亞基上的21種蛋白質(zhì)及50S亞基上的34種蛋白質(zhì)（共54種，因?yàn)樾喕系腟20與大亞基上的L26是相同）；或者在真核細(xì)胞40S亞基上的30種蛋白質(zhì)及60S亞基上的45-50種蛋白質(zhì)（共約80種），即屬此類。而另一類蛋白質(zhì)則為與有功能的核糖體亞基疏松締合，能被L單價(jià)陽(yáng)離子（如K+，NH4+）從亞基上洗脫，并對(duì)核糖體循環(huán)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)，如起始因子（IF或eIF）和延長(zhǎng)因子（EF）等，稱為核糖體相關(guān)蛋白質(zhì)（proteinsassociatedwithribosome；簡(jiǎn)稱PAR）。PAR不是構(gòu)成核糖體的固有成分。四、核糖體的結(jié)構(gòu)自六十年代以來(lái)，人們運(yùn)用化學(xué)、物理學(xué)和免疫學(xué)方法，主要對(duì)核糖體進(jìn)行了大量的研究，完成了對(duì)核糖體54種蛋白質(zhì)氨基酸序列及三種rRNA一級(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定，初步認(rèn)識(shí)了核糖體顆粒的基本建造（architecture）。這些技術(shù)主要包括:（1）電子顯微鏡術(shù)（EM）；（2）免疫學(xué)方法；（3）中子衍射技術(shù)（neutonscattering）；（4）雙功能試劑交聯(lián)法；（5）不同染料間單態(tài)-單態(tài)能量轉(zhuǎn)移（singlet-singletenergytransfer）測(cè)定（6）活性核糖體顆粒重建等方法。1.核糖體的顆粒的大小和形狀早期的小角X─射線衍射研究和流體動(dòng)力學(xué)測(cè)定結(jié)果顯示，核糖體亞基可能是橢園形。用X線衍射術(shù)測(cè)定30S亞基的大小為×22×22nm，50S亞基為×23×23nm.其后，用小角中子衍射術(shù)和電子顯微鏡證明50S亞基呈三葉半球形（trilobalhemisphericalmodel）。RNA和蛋白質(zhì)的分布相對(duì)集中，RNA主要定位于核糖體中央，蛋白質(zhì)在顆粒外圍。電子顯微鏡是研究核糖體形狀和大體結(jié)構(gòu)的最直接方法，在這方面已使用了不同的電子顯微鏡技術(shù)，如常規(guī)亮視野透射EM，暗視野EM，掃描透射EM和三維EM。盡管不同的方法存在差異，但有結(jié)論認(rèn)為:小亞基是一扁平不對(duì)稱顆粒，由頭和體組成，分別占小亞基的1/3和2/3。在頭和體之間的部分是頸，并有1-2個(gè)突起稱為葉或平臺(tái)。不同EM獲得的核糖體模式差異主要是:亞基的不對(duì)稱的程度，突起的數(shù)目、大小和形狀以及頭和體之間部分的深度。大亞基呈半對(duì)稱性皇冠狀（quasi-symmetric"crowm"）和對(duì)稱性腎狀。大亞基由半球形主體和三個(gè)大小與形狀不同的突起組成。中間的突起稱為"鼻"，呈桿狀；兩側(cè)的突起分別稱為柄（stalk）和脊（ridge）。柄含二種蛋白質(zhì)L7/L12，向顆粒外伸出8-12nm。脊含蛋白質(zhì)L1，故脊又稱為L(zhǎng)1肩（L1shoulder）。電鏡下的70S核糖體大體是圓形顆粒，直徑約23nm。小亞基斜（45°角）臥在50S亞基的L1，肩和中心突之間。衍射（diffraction），如X射線衍射術(shù)是確定核糖體精細(xì)模型的非常有效的方法。1979-1982年間，已獲得了大腸桿菌核糖體亞基的螺旋和二維矩陣，并被用三維映象重構(gòu)建技術(shù)對(duì)這些矩陣進(jìn)行了分析。2.蛋白質(zhì)的空間排列用免疫電鏡法觀察到蛋白質(zhì)位于核糖體的表面。正如前述，在大亞基柄上含L7/L12，其C末端遠(yuǎn)離50S，而N末端定位在柄的基底部，并與L10相結(jié)合（L10與23SrRNA結(jié)合）。免疫電鏡法也對(duì)核糖體的功能域進(jìn)行了研究，已定位了mRNA、tRNA、抗菌素、起始因子、延長(zhǎng)因子及肽酰轉(zhuǎn)移酶的結(jié)合部位?？咕嘏c起始因子或延長(zhǎng)因子能競(jìng)爭(zhēng)性（或相互拮抗性）地與核糖結(jié)合。用雙功能試劑進(jìn)行蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)RNA之間交聯(lián)，已鑒定了許多核糖體蛋白質(zhì)之間的聯(lián)系。在分離單個(gè)蛋白質(zhì)的過(guò)程中，可獲得2種或3種蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物，如二聚體（L7/L12）2，或者四個(gè)分子聚在一起形成四聚體（L7/L12）4，甚至該四聚體可與L10結(jié)合成五聚體（L7/L12）4-L10。亦分離到許多其它蛋白質(zhì)的復(fù)合物，如S13-S19，S3-S4，S3-S5，S3-S5-S10，S4-S5，S4-S20，S5-S8和S5-S10。這些蛋白質(zhì)交聯(lián)起來(lái)形成復(fù)合物，表示有可能在功能上密切相關(guān)。的空間排列測(cè)定rRNA的空間排列方式的方法主要有電鏡法和交聯(lián)法。其功能部位通過(guò)幾種方法確定在70S核糖體圖中顯示了rRNA分子的結(jié)合部位和方向。在電鏡下，16SrRNA的排列呈V型，一個(gè)臂比一個(gè)臂稍厚和長(zhǎng)。23S的大小和形狀可與50S"皇冠"式樣很好匹配。有結(jié)論認(rèn)為，rRNA形成了核糖體亞基的骨架，蛋白質(zhì)與其結(jié)合。一般來(lái)說(shuō)，rRNA骨架不發(fā)生大的構(gòu)象改變。用免疫電鏡法已確定在亞基內(nèi)rRNA的某些特征。使用抗N6，6-二甲基腺苷（位于16SrRNA3'末端24和25位）抗體，確定了修飾堿基區(qū)段（指16SrRNA3'端約25個(gè)堿基）位于30S亞基頭和體之間。16SrRNA的第526位的m7G處于30S上1/3和下2/3交界處。16S、5S和23SrRNA的內(nèi)部交聯(lián)已被研究。證明在5SrRNA內(nèi)G41和G72交聯(lián)，這種交聯(lián)屬三級(jí)結(jié)構(gòu)反應(yīng)，利用此反應(yīng)已經(jīng)構(gòu)建了一處改進(jìn)的5SrRNA分子三維模型。此外，RNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)研究也是測(cè)定亞基內(nèi)rRNA分子空