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Chapter 6

Chapter 6. 核糖体与核酶. 纲 要. 6.1 核糖体的形态结构 6.2 核糖体的生物发生 6.3 核糖体的功能－蛋白质的合成 6.4 反义 RNA 与核酶. 核糖体的形态结构. ?. 6.1 核糖体的形态结构. ◆ 核糖体 (ribosome) 是细胞内一种 核糖核蛋白颗粒 (ribonucleoprotein partical), 是细胞内 合成蛋白质 的细胞器。 ◆ 细胞内数量最多的细胞器 在大肠杆菌中有几万个，占细胞干重的 40% ，在真核细胞中可达几十万甚至几百万个

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Presentation Transcript

  1. Chapter 6 核糖体与核酶

  2. 纲 要 6.1 核糖体的形态结构6.2 核糖体的生物发生6.3 核糖体的功能－蛋白质的合成6.4 反义RNA与核酶

  3. 核糖体的形态结构 ?

  4. 6.1核糖体的形态结构 ◆核糖体(ribosome)是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein partical),是细胞内合成蛋白质的细胞器。 ◆细胞内数量最多的细胞器 在大肠杆菌中有几万个，占细胞干重的40%，在真核细胞中可达几十万甚至几百万个 ◆核糖体的主要成分是核糖体RNA(rRNA), 占60%, 蛋白质(r蛋白质), 占40%。

  5. 6.1.1 核糖体的类型 按存在部位分: 细胞质核糖体 • 游离核糖体 • 附着核糖体 细胞器核糖体 • 线粒体核糖体 • 叶绿体核糖体。

  6. 按生物类型分两种: ◆原核细胞的核糖体: 沉降系数为70S，由50S和30S两个亚基组成。 ◆真核细胞的核糖体: 沉降系数是80S，由60S和40S两个亚基组成。

  7. 核糖体的大小亚基 从两个不同角度观察的E.coli 核糖体的三维结构

  8. ◆70S核糖体在Mg2+的浓度小于1mm/L的溶液中易解离; ◆当Mg2+浓度大于10mm/L, 两个核糖体通常形成100S的二聚体。 Mg2+浓度对大小亚基的聚合和解离的影响:

  9. 镁离子浓度对核糖体的影响

  10. 核糖体的化学组成 核糖体RNA + 核糖体蛋白质

  11. 6.2 核糖体的生物发生(Biogenesis) ◆在细胞内,核糖体是自我装配的。 ◆真核细胞和原核细胞的核糖体合成和装配过程各不相同。 ◆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。

  12. 6.2.1 核糖体基因 rRNA基因的扩增 ◆在染色体上增加rRNA基因的拷贝数: ●细菌的E.coli的基因组中有七套rRNA基因; ●典型的真核生物细胞含有几百到几千个18S、 5.8S和28S rRNA基因的拷贝; ●5S rRNA基因的拷贝数多达50,000个。

  13. ◆ rRNA基因的选择性扩增 ●两栖类卵母细胞rRNA基因扩增 基因扩增是通过形成几千个核进行的，每个核里含有几百拷贝的编码18S、5.8S和28S的rRNA基因，最后卵母细胞中的这些rRNA基因的拷贝数几乎达到50万个。

  14. ●卵母细胞中rRNA基因扩增机制 滚环复制(rolling circle replication) 卵母细胞中rRNA基因扩增的机制，有人认为归因于从染色体上分离出来的环状DNA分子，这种环状DNA中含有rRNA基因。由于环状DNA能够通过滚环复制的方式进行复制，因而能够产生大量的rRNA基因。

  15. 基因扩增 rRNA 滚环复制

  16. ◆组织: ●真核生物18S、5.8S和28S rRNA基因为一组串联在一起, ●5S的rRNA基因则位于另一条染色体上。 18S、5.8S和28S rRNA基因的转录和加工

  17. ●45S前rRNA ; ●不同种的生物，前rRNA的长度范围在34S～45S之间; ●在转录单位中除了三个rRNA基因外，还包括一些间隔区； ●真核生物中，RNA聚合酶I参与这三个rRNA基因的转录; ◆转录

  18. rRNA的前体转录物

  19. 不同种生物的前体rRNA 生物 pre-rRNA的沉降系数 果蝇 34S 裂殖酵母 37S 烟草 38S 蛙 40S 鸡 45S 鼠 45S 人 45S

  20. ◆前体rRNA有两个独特的特点: 含有大量的甲基化的核苷, 具有很多假尿苷(pseudouridine)。 前体rRNA的加工与修饰： ◆在前体rRNA加工过程中，rRNA的甲基化可能起指导作用：

  21. 45SrRNA前体的加工

  22. 5S rRNA的合成和加工 ◆真核生物的5S rRNA基因与其他三种rRNA基因不在同一条染色体上，它是由核仁以外的染色体基因转录的，然后运输到核仁内参与核糖体的装配。. ◆5S rRNA基因是由RNA聚合酶Ⅲ转录的，内部启动子 ◆5S rRNA只需要进行简单的加工，或者根本不需要进行加工。

  23. 5S rRNA基因

  24. ◆原核与真核生物的rRNA基因在组织结构上的差异:◆原核与真核生物的rRNA基因在组织结构上的差异: ●重复频率低：如E.coli，只重复了7次； ●细菌的5S rRNA与16SrRNA 、23S rRNA基因组成一个转录单位，在染色体上的排列顺序是∶16S-23S-5S。 原核生物rRNA基因

  25. ◆核酸酶RNaseⅢ将16S-23S-5S rRNA前体切割成单体; ◆细菌中的rRNA转录单位除了三种rRNA外，同时有几种tRNA分子。

  26. 原核生物rRNA前体的加工

  27. 6.2.2 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: 组成核糖体的蛋白质和rRNA在大小亚基中均有一定的空间排布。

  28. 核糖体RNA的位置关系

  29. 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: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:

  30. 这些蛋白质直接同rRNA结合, 其中同16S rRNA结合的初级蛋白有14种, 它们是: S3, S4, S17, S20, S6, S15, S8, S18, S9, S11, S12, S13, S7, S1。 同5S rRNA结合的有11种。 ◆次级结合蛋白(secondary binding protein) 这些蛋白质不直接同rRNA结合, 而是同初级结合蛋结合。它们是: S10, S16, S2, S6, S21, S14, S19。 ◆初级结合蛋白(primary binding protein)

  31. 核糖体结合蛋白

  32. 真核生物核糖体装配模型 核糖体的合成与装配

  33. ◆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； ◆大亚基成熟与运送 32S rRNA28S rRNA+5.8S rRNA ◆小亚基成熟与运送: 20S rRNA18S rRNA

  34. 6.3 核糖体的功能 进行蛋白质的合成

  35. 6.4 Ribozyme and Antisense RNA ◆核酶(ribozyme) ◆反义RNA(Antisense RNA)

  36. 6.4.1 真核细胞中的小分子RNA(small RNA) ◆大小:100～300 bases ◆由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成 ◆某些像mRNA一样可被加帽 ◆类别: scRNA snRNA

  37. scRNA(small cytoplasmic RNA): snRNA(small nuclear RNA)： ◆snRNPs(small nuclear ribonucleoproteins)颗粒，核小核糖核蛋白； ◆ snRNPs分类: 由于snRNA富含脲嘧啶核苷，分类时把它分为U1、U2、……等。

  38. 6.4.2 Antisense RNA 反义RNA分类 (P250) ◆I类∶直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或编码区； ◆Ⅱ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: 直接抑制靶mRNA转录的RNA。

  39. 6.4.3 核酶Ribozyme ◆具有催化活性的RNA， 化学本质是核糖核酸(RNA)， 却具有酶的催化功能。 ◆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。

  40. 核酶的作用

  41. ●1981 年，Cech等在研究四膜虫的26SrRNA前体加工时发现:26S rRNA前体可进行自剪切 (self- splicing) ●意义：进化和医药方面 核酶的发现

  42. 前体的自剪接 rRNA

  43. ◆核酶的类型 根据核酶的结构和催化反应可分为3种类型: ●RNA和蛋白质复合物：催化切割tRNA 核糖核酸酶 P (ribonuclease P)，是一种核糖核蛋白, 含有一个单链RNA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 ●Ⅰ、Ⅱ型内含子 特点：都涉及磷酸二酯键的切割或连接，底物是RNA。

  44. 核酶的作用机制 ●核剪接 ●I 型内含子剪接 ●II型内含子剪接

  45. ◆核剪接(nuclear splicing) ●剪接发生在细胞核中，从pre-mRNA中切除内含子，加工成熟的mRNA被运送到细胞质。 ◆3个主要特点： ●在pre-mRNA中内含子与外显子间有特征性序列，即GU-AG规则； ●需要snRNA参与，形成剪接体； ●形成套索结构。

  46. 核剪接

  47. ◆核剪接机制 ●GU-AG 规则；前体RNA中参与内含子剪接的两个特殊位点，即在内含子和外显子交界处有两个相当短的保守序列: 5＇端为GU， 3＇端为 AG， ●剪接体 • 剪接复合物，主要是蛋白质和小分子核RNA(snRNAs)， • U1, U2, U4, U5, and U6.

  48. ◆ I 组内含子剪接 ●结构特点: 内含子转录后可以形成9个由碱基配对形成的特定二级结构, 分别命名为P1至P9, P1和P7是保守的。 ●需要游离的鸟苷 ●存在的细胞器:核、线粒体、叶绿体 ●基因:前体rRNA、mRNA和tRNA

  49. I 型内含子的剪接

  50. ◆ I I组内含子剪接 ●结构特点: 内含子转录后可以形成6个发夹环 ●GU-AG规则 ●不需snRNA参与,不形成剪接体 ●形成套索 ●存在的细胞器:线粒体、叶绿体 ●基因:前体mRNA

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