细胞学第7讲-核糖体和核酶.ppt

1,Chapter 7 Ribosome（核糖体） and Ribozyme（核酶）,7.1 Ribosome Structure(核糖体的结构) 7.2 Ribosome Biogenesis (核糖体的生物发生) 7.3 Ribosome Function(核糖体的功能) 7.4 Ribozyme and Antisense RNA(核酶与反义RNA),2,核糖体的形态结构,3,核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein(RNP) particle)，是细胞内合成蛋白质的细胞器。,7.1 Ribosome structure,核糖体的主要成分是核糖体RNA(rRNA)， 占60%，核糖体蛋白质(r蛋白质)，占40%。,1,4,7.1.1 核糖体的类型,细胞有两种主要类型的核糖体:,原核细胞的核糖体:,沉降系数为70S，分子量为2.5×106，由50S和30S两个亚基组成。,真核细胞(细胞质)的核糖体,沉降系数是80S，分子量为4.8×106，由60S和40S两个亚基组成。,2,5,各种来源的核糖体亚基组成,来源 完整核糖体 核糖体亚基 核糖体RNA 细胞质 80S 60S(大亚基) 28S,5.8S,5S (真核生物) 40S(小亚基) 18S 细胞质 70S 50S(大亚基) 23S,5S (原核生物) 30S(小亚基) 16S 线粒体 55-60S 45S(大亚基) 16S (哺乳动物) 35S(小亚基) 12S 线粒体 75S 53S(大亚基) 21S (酵母) 35S(小亚基) 14S 线粒体 78S 60S(大亚基) 26S,5S (高等植物) 45S(小亚基) 18S 叶绿体 70S 50S(大亚基) 23S,5S 30S(小亚基) 16S,6,核糖体的化学组成,7,7.2 Ribosome Biogenesis(核糖体的生物发生 ),在细胞内,核糖体是自我装配的。 核糖体的生物发生包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装。,8,7.2.1 核糖体rRNA基因的转录与加工,7.2.1.1 真核生物核糖体rRNA基因的转录与加工 7.2.1.2 原核生物核糖体rRNA基因的转录与加工,9,7.2.1.1 真核生物18S、5.8S和28S rRNA基因的转录和加工,组织: 18S、5.8S和28S rRNA基因为一组串联在 一起。对人来说，分布在13，14，15，21 和22号染色体上； 5S的rRNA基因则位于另一条染色体上。,3,10,转录 45S前RNA转录体； 不同种的生物，pre-rRNA的长度范围在34S45S之间； 在转录单位中除了三个rRNA基因外，还包括一些间隔区。,11,rRNA的前体转录物,12,前体rRNA的修饰与加工：,甲基化修饰：甲基化的主要部位在核糖 2碳的 羟基上。,45S的前体rRNA在核酶的作用下，加工出成熟 的18S、5.8S和28S rRNA；,13,45SrRNA前体的加工,snoRNAs(核酶),14,真核生物中， 18S、5.8S和28S rRNA的基因在 核仁内串连在一起转录，而5S rRNA 的基因在 核仁外转录。 某些生物3 端通常有多余的核苷酸，在加工时 被切除。, 5S rRNA基因的转录与加工,15,原核生物rRNA基因转录 细菌的16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA基因组成一个转录单位，在染色体上的排列顺序是16S-23S-5S。,7.2.1.2 原核生物核糖体rRNA基因的转录与加工,16,原核生物rRNA前体的加工,17,原核生物rRNA前体的加工,18,7.2.2 核糖体的装配,原核生物核糖体的装配 小亚基的rRNA和蛋白质的装配关系: r蛋白质和rRNA在大小亚基中均有一定的空间排布。,19,核糖体在组装过程中，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表现 出先后层次。根据同rRNA结合的顺序，将核糖体 蛋白分为两种: 初级结合蛋白(primary binding protein) 这些蛋白质直接同rRNA结合， 次级结合蛋白(secondary binding protein) 这些蛋白质不直接同rRNA结合, 而是同初级 结合蛋白结合。,20,原核细胞核糖体结合蛋白,21,真核生物核糖体装配模型,80S前体颗粒形成,45S rRNA+5S rRNA+蛋白质 45S rRNA 41S rRNA,大小亚基前体形成:,大:32S rRNA和5S rRNA 小:20S的前体rRNA；,小亚基成熟与运送:, 20S rRNA18S rRNA,大亚基成熟与运送, 32S rRNA28S rRNA+5.8S rRNA,22,人细胞核糖体的合成与装配,23,7.3 核糖体的功能,核糖体的功能位点 蛋白质合成的基本过程,24,核糖体的功能位点,25,核糖体的功能位点,A位点：氨酰tRNA 位点（Aminoacyl-tRNA site）,P位点：肽酰tRNA 位点（Peptidyl-tRNA site）,E位点（Exit site）：脱氨酰tRNA离开核糖体时的临时停留点,大亚基：,小亚基： 与mRNA结合位点,26,真核生物mRNA的5 端有帽子结构，核糖体小亚基通过识别帽子结构和mRNA结合。,原核生物mRNA起始密码子AUG的上游5-10个碱基处有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列(Shine-Dalgarno sequence)。小亚基通过识别SD序列而与mRNA结合。,小亚基与mRNA的结合,27,Shine-Dalgarno sequence,28,蛋白质合成的基本过程,蛋白质合成起始 多肽链的延伸 蛋白质合成终止,29,蛋白质合成起始,30,真核细胞：小亚基通过识别5端甲基化帽子结构与mRNA结合，并且滑动到含有AUG的典型识别序列5-CCACCAUGC-3, 此过程有10个起始因子eIF参与，其中eIF4同mRNA 5帽子结合。,小亚基与mRNA的结合,原核细胞：小亚基通过识别SD序列与mRNA结合，此过程有起始因子IF1、IF3帮助识别。,31,第一个氨酰tRNA进入核糖体的P位点,原核生物： 携带甲酰甲硫氨酸的tRNA通过反密码子与mRNA中的AUG的识别进入核糖体。起始tRNA与GTP、IF2结合形成GTP-IF2-tRNAfmet复合物，复合物与mRNA的AUG结合后，结合小亚基的IF3释放。,32,完整复合物的装配,起始tRNA与AUG结合后，大亚基与GTP-IF2-tRNAfmet复合物结合，形成核糖体-mRNA起始复合物。 此过程伴随GTP水解、IF1和IF2的释放。,33,多肽链的延伸和终止,3,34,多肽链的延伸,氨酰tRNA进入A位 肽键形成肽酰转移酶 转位核糖体沿着mRNA 5 3方向 移动三个核苷酸 脱氨酰tRNA的释放,3,35,蛋白质合成终止,终止密码子：UAA、UAG、UGA 任何一个终止密码子进入A位点都会终止 蛋白质的合成。,36,多聚核糖体,37,7.4 Ribozyme and Antisense RNA,核酶（ribozyme） 反义RNA（Antisense RNA）,38,大小:100300 bases 由RNA聚合酶或RNA聚合酶所合成 某些像mRNA一样可被加帽 类别:scRNA snRNA,7.4.1 真核细胞中的小分子RNA( small RNA),39,scRNA(small cytoplasmic RNA): snRNA(small nuclear RNA)：,snRNPs(small nuclear ribonucleoproteins)颗粒； snRNPs分类: 由于snRNA富含尿嘧啶核苷，分类时把它分为 U1、U2、等。,40,7.4.2 Antisense RNA,反义RNA：指与mRNA互补结合，抑制该mRNA翻译的RNA分子，也包括与其他RNA互补的RNA分子。 反义RNA分类 I类 直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或编码区; 类: 与mRNA的SD序列的上游非编码区结合,从而抑制靶mRNA的翻译； III类: 可直接抑制mRNA的转录,41,7.4.3 核酶(ribozyme),具有催化活性的RNA，其化学本质是核糖核酸（RNA）。其功能很多，有的能切割RNA，有的能切割DNA，有些具有RNA连接酶、磷酸酶等活性； 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。,42,核酶的作用,43,核酶的发现 1980s Thomas Cech等 研究四膜虫的26S rRNA前体加工 发现:26S rRNA前体可进行自剪接 (self- splicing) 几个基本概念 间隔区(spacer)：基因间的序列 内含子(intron):基因内的序列 外显子(exon)：最后出现在成熟RNA中的序列,44,rRNA前体的自剪接,45,50S核糖体中23S rRNA核酶活性,肽酰转移酶(peptidyl transferase)的化学本质 是一种RNA 发现者: Harry Noller等，1992年 实验过程: 用蛋白酶K、SDS、苯酚等破坏50S亚基核糖 体蛋白质:仍然有肽键生成 破坏rRNA 核酸酶处理50S亚基核糖体:无肽键生成 结论: 具有肽酰转移酶的活性分子是23S rRNA。,46,核酶的类型 RNA和蛋白质复合物（RNP颗粒） 核糖核酸酶P(ribonuclease P)，是一种核糖核蛋白, 含有一个tRNA分子(长为375个核苷)和一个分子量为20kDa的多肽。 具有催化活性的小分子RNA 、型内含子,47,核剪接,剪接体,套索,剪接体,48,Group I intron splicing,49,II组内含子的剪接,