细胞生物学考研复习资料 核糖体

十二、核糖体

1、 概述

是一种核糖核蛋白颗粒，是细胞内合成蛋白质的细胞器，其功能是按照mRNA的信息将氨基酸高效精确地合成多肽链。核糖体几乎存在一切细胞内，除了在哺乳动物成熟的红细胞等极个别高度分化的细胞内。核糖体是一种不规则的颗粒状结构，没有生物膜包裹，直径为25~30nm，主要成分是RNA（rRNA）【2/3，在内部】和蛋白质（r蛋白）【1/3，表面】，二者靠非共价键结合。附着在糙面内质网表面或原核细胞质膜内侧的称附着核糖体；不附着在膜上的称游离核糖体。两者结构与化学组成完全相同，所合成的蛋白质种类不同。核糖体的实质是核酶。

2、 类别和化学组成

两种基本类型：原核细胞核糖体，真核细胞核糖体。

rRNA中的某些核苷酸残基被甲基化修饰，发生在序列保守的区域。

大小亚基常游离于细胞质基质中，只有当小亚基与mRNA结合后大亚基才与小亚基结合形成完整的核糖体。

3、 形态结构

X射线衍射分析-获得高质量的核糖体晶体-2009年诺贝尔化学奖-核糖体的三维结构和功能

rRNA折叠成高度压缩的三维结构，构成核糖体的核心。r蛋白有一个球形的结构域和伸展的尾部，球形结构域分布于核糖体表面，伸展尾部伸入核糖体内折叠的rRNA分子中。活性部位只包括rRNA，核糖体大小亚基结合面无r蛋白分布，说明r蛋白本身不参与将遗传信息变成蛋白质的反应，起稳定rRNA作用。

每个核糖体有4个RNA分子结合位点，其中1个mRNA结合，3个供tRNA结合，A位点、P位点、E位点。

16S rRNA在一级结构上进化保守，某些序列完全一致，二级结构具有更高的保守性（多个茎环组成的结构）。

4、 核糖体的功能部位及其作用

1 与mRNA结合的位点：原核中，mRNA的结合位点位于16S rRNA的3’端，mRNA的SD序列能与16S rRNA的3’端互补结合；真核中，小亚基识别主要依赖于mRNA 5’端的甲基化帽子结构。

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：与延伸中的氨酰-tRNA结合的位点【肽酰基位点】

4 E位点：脱氨酰tRNA的离开A位点到完全释放的一个位点

5 延伸因子EF-G（与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶）的结合位点

6 肽酰转移酶的催化位点——最主要的活性部位

r蛋白作用推测：对rRNA折叠成有功能的三维结构十分重要；r蛋白对核糖体的空间构象起微调的作用。

rRNA功能：具有肽酰转移酶活性；为tRNA提供结合位点；为多种蛋白质合成因子提供结合位点；为蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合。

5、 核酶概念

核酶指一类具有催化活性的RNA分子。

1989年诺贝尔化学奖—RNA自剪接—26S前体rRNA加工去除内含子是由自身催化的。

由于肽酰转移酶中心仅由23S rRNA组成，另外三个结合位点主要也是由rRNA组成，因此，核糖体的实质是核酶。

6、 核糖体的蛋白质合成抑制剂

抗生素：链霉素、卡那霉素、新霉素、四环素、土霉素、氯霉素、嘌呤霉素、白喉霉素（抑制真核）。

干扰素

7、 多聚核糖体在蛋白质合成中的意义

由多个甚至几十个核糖体串联在一条mRNA分子上高效地进行肽链合成，具有特殊功能和形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多核糖体（polyribosome）。每种多核糖体的数量是由mRNA的长度来决定的。相邻的核糖体距离约80个核苷酸。

意义：在相同数量的mRNA的情况下，可大大提高多肽的合成速度，特别是对于相对分子质量较大的多肽，以多核糖体的方式对mRNA进行翻译，是一种更加经济有效的调控mRNA数量和用途的方式。

8、 核糖体循环

指肽链合成的延长阶段经进位、成肽和转位三个步骤而使氨基酸依次进入核糖体并聚合成多肽链的过程。这一过程在核糖体上连续循环进行直至终止称为核糖体循环。每次核糖体循环肽链从N端向C端增加一个氨基酸残基。广义的核糖体循环是指翻译的全过程。

需要各种携带氨基酸的tRNA、核糖体、mRNA、多种蛋白质因子、阳离子及GTP等参与。

原核细胞：肽链的起始、肽链的延伸、肽链的终止。

● 肽链的起始：细胞质基质中游离的30S小亚基识别mRNA起始密码子AUG，16S rRNA 3’端与上游的SD序列并互补结合。（此过程需要起始因子IF帮助，IF仅位于30S小亚基上，一旦与50S亚基结合便释放。IF1与30S亚基A位点结合，协助30S亚基与mRNA结合，并防止氨酰-tRNA错误进入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，占据E位点。）真核：小亚基首先识别mRNA的5’甲基化帽子，然后沿mRNA扫描直到第一个AUG出现为止。然后，携带有甲酰甲硫氨酸的起始tRNA进入核糖体的P位点，识别AUG，释放IF3。最后，核糖体大亚基结合起始复合物，形成完整的70S核糖体——mRNA起始复合物。伴随着与IF2结合的GTP水解，IF三因子释放。

● 肽链的延伸：核糖体接受第二个氨酰-tRNA（与有GTP的延伸因子EF-Tu结合成复合物氨酰-tRNA·EF-Tu·GTP）进入A位点与mRNA互补配对，GTP水解，EF-Tu·GDP离开核糖体，被EF-Ts介导生成EF-Tu·GTP。A位点氨酰-tRNA的氨基与P为点的tRNA上氨基酸羧基形成肽键，由肽酰转移酶催化，位于大亚基的23 S rRNA结构域Ⅴ 的中央环。转位：核糖体沿着mRNA分子的5’→3’方向移动一个密码子，原核是GTP结合的延伸因子EF-G促进，真核是延伸因子eEF2。最后一步是脱氨酰-tRNA离开核糖体E位点。

● 肽链的终止：释放因子RF1可以识别UAA&UAG，RF2识别UAA&UGA，催化蛋白质合成终止。RF1或RF2识别A位点的终止密码子并促进肽酰转移酶催化水分子添加到肽酰-tRNA上，使羧基游离，肽链延伸终止形成完整的蛋白链，核糖体从mRNA上释放，解离。新生肽链通过核糖体大亚基上的肽通道进入细胞质基质，在分子伴侣的帮助下，形成正确的三位构象。

9、 核糖体自组装

自组装(self-assembly): 1968年，Masayasu Nomura把拆开的大肠杆菌核糖体的30S小亚基的21种蛋白质与16S rRNA在体外混合后重新装配成30S小亚基，然后把重建的小亚基同50S大亚基以及其他辅助因子混合后，进行蛋白质合成实验，发现重建的核糖体具有生物活性，能催化氨基酸掺入到蛋白质多肽链中。这一实验表明，核糖体是一种自组装(self-assembly)的结构，即没有样板或亲体结构所组成的结构。但是在组装过程中，某些蛋白质必须首先结合到rRNA上，其他蛋白才能组装上去，即组装过程有先后层次。

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