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核糖体的类型与结构

核糖体的基本类型与化学组成

两种基本类型

  • 原核细胞核糖体
  • 真核细胞核糖体
    • 细胞质核糖体
    • 线粒体核糖体
    • 叶绿体核糖体

两种核糖体的比较

化学组成 原核细胞核糖体(70S) 原核细胞核糖体(70S) 真核细胞核糖体(80S) 真核细胞核糖体(80S)
化学组成 小亚基 大亚基 小亚基 大亚基
沉降系数 30S 50S 40S 60S
亚基蛋白数 21 34 33 49
rRNA 16S 23S、5S 18S 25~28S、5.8S、5S

核糖体的结构

  1. rRNA: 构成核糖体的核心, 决定核糖体形态, 催化蛋白肽键形成。
  2. 蛋白质: 定位于核糖体的表面或者填充于rRNA间的缝隙, 稳定rRNA。
  3. 核糖体结构特点:
    1. 每个核糖体含有4个RNA分子的结合位点, 其中1个位点供mRNA结合, 3个位点供tRNA分子结合;
    2. 在核糖体大小亚基结合面, 特别是mRNA和tRNA结合处, 无核糖体蛋白分布;
    3. 催化肽键形成的活性位点由RNA组成;
    4. 大多数核糖体蛋白有一个球形结构域和伸展的尾部, 球形结构域分布于核糖体表面, 多肽链尾部伸入核糖体内折叠的rRNA分子中。

核糖体蛋白质与rRNA的功能

核糖体上重要位点

  1. mRNA结合位点: 蛋白质的起始合成首先需要mRNA与小亚基结合。
  2. A位点: 与新掺入的氨酰-tRNA结合的位点——氨酰基位点。
  3. P位点: 与延伸中的肽酰-tRNA结合的位点——肽酰基位点。
  4. E位点: 脱氨酰tRNA离开A位点到完全释放的一个位点。
  5. 延伸因子结合位点: 与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点。
  6. 肽酰转移酶催化位点。

rRNA的主要功能

  1. 具有肽酰转移酶的活性;
  2. 为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点);
  3. 为多种蛋白质合成因子提供结合位点;
  4. 在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合及在肽链的延伸中与mRNA结合。(三)r蛋白的功能的推测
  5. 对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的;
  6. 在蛋白质合成中, 某些r蛋白可能对核糖体的构象起”微调”作用。

多核糖体与蛋白质的合成

多核糖体

多核糖体(polyribosome或polysome): 在合成蛋白质时, 一条mRNA串联多个核糖体, 每个核糖体可合成一条多肽链, 这样的核糖体称为多聚核糖体。以这种形式进行多肽合成, 对mRNA的利用及对其数量的调控更为经济和有效, 在相同mRNA数条件下能大大提高多肽的合成效率。

原核细胞中, 在mRNA合成的同时, 核糖体就结合到mRNA上, 即DNA转录成mRNA和mRNA翻译成蛋白质这两个生命活动是同时并几乎在同一部位进行的, 所分离的多核糖体常常与DNA结合在一起。真核细胞中, 多核糖体或附着在内质网上, 或游离在细胞质基质中。

蛋白质的合成

主要是3个阶段: 肽链的起始、肽链的延伸和肽链的终止。

蛋白质的合成|300

肽链的起始

蛋白质合成起始涉及mRNA、起始tRNA和核糖体小亚基间相互作用和装配。

  1. 30S小亚基与mRNA的结合
    • 蛋白质合成起始阶段, mRNA通过AUG上游的SD序列与小亚基结合, 并使小亚基能精准的识别起始密码子AUG。
    • 30S小亚基与mRNA的结合需要仅位于小亚基上的起始因子的帮助。在50S大亚基与30S小亚基结合后, 起始因子从小亚基上释放。
    • IF1与30S亚基A位点结合, 协助30S亚基与mRNA的结合, 并防止氨酰-tRNA错误进入核糖体的A位点;IF2是一种GTP结合蛋白, 协助第一个氨酰-tRNA进入核糖体;
    • IF3能防止核糖体50S大亚基提前与小亚基结合, 并有助于第一个氨酰-tRNA进入核糖体。
  2. 第一个氨酰-tRNA进入核糖体
  3. 完整起始复合物的装配

肽链的延伸

主要是4个步骤: 氨酰-tRNA进入核糖体A位点的选择、肽键的形成、转位和脱氨基-tRNA的释放。

肽链的延伸|300

  1. 氨酰-tRNA进入核糖体A位点的选择
    第二个氨酰-tRNA必须与有GTP的延伸因子EF-Tu结合形成复合物氨酰-tRNA·EF-Tu·GTP才能进入A位点。到位后, 结合在EF-Tu上的GTP水解, EF-Tu连同结合在一起的GDP离开核糖体, 被另一个因子EF-Ts介导生成EF-Tu·GTP。
  2. 肽键的形成
    当核糖体的P位点与A位点都有tRNA时, 通过肽键的生成将两个氨基酸结合起来。具体来讲, 是A位点氨酰-tRNA氨基酸与P位点tRNA上氨基酸的羧基形成肽键。这一反应由肽酰转移酶催化, 该酶是核糖体大亚基rRNA, 活性位点位于23SrRNA结构域V的中央环。
  3. 转位
    即核糖体沿着mRNA分子的5’→3’方向移动3个核苷酸。
  4. 脱氨酰-tRNA的释放

肽链的终止

终止密码子UAA、UAG、UGA。
释放因子RF1可识别UAG或UAA, RF2可识别UGA或UAA。

核糖体与RNA世界

核糖体的本质是核酶

核酶(ribozyme): 核酶化学本质是核糖核酸(RNA), 具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 也可以是同一RNA分子中的某些部位。与蛋白质酶相比, 核酶的催化效率较低, 是一种较为原始的催化酶。

作用:

  1. 可催化RNA、DNA的水解和连接;
  2. 催化mRNA的剪接;
  3. 催化RNA聚合酶反应, RNA的磷酸化、氨酰基化等;
  4. 肽酰转移酶合成肽链。

(二)RNA世界与生命起源

抗生素干扰病原微生物的代谢过程的原理(补充):

  1. 抑制细菌细胞壁的合成(如青霉素);
  2. 影响细菌细胞膜的通透性(如多粘菌素);
  3. 抑制菌体蛋白质的合成(如氯霉素、四环素);
  4. 抑制细菌核酸合成(如灰黄霉素);

抗生素是主要的蛋白质合成抑制剂: (分子中也有原话)

  1. 链霉素主要抑制起始tRNA和非起始tRNA与核糖体的结合, 导致肽链合成的提前终止。此外, 链霉素也可引起遗传密码子的错读。
  2. 嘌呤霉素具有与tRNA分子末端类似的结构, 能够同氨基酸结合, 代替氨酰化的tRNA同核糖体的A位点结合, 并参入到生长的肽链中, 因而导致蛋白质合成的终止并释放出C端含有嘌呤素的不成熟的多肽。

考点补充

名词补充

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