核糖体的形态结构和类型
第9章_核糖体
第9章核糖体第一节核糖体的类型和结构核糖体的模式图核糖体是合成蛋白质的细胞器，几乎存在于一切细胞内。
核糖体是一个颗粒状的结构，主要成分是蛋白质和RNA。
核糖体RNA成为rRNA，蛋白质称为r蛋白，蛋白质含量约占40％，RNA约占60％，r蛋白分子主要分布在核糖体的表面，而rRNA则位于内部，二者靠非共价键结合在一起。
电镜下，是无包膜的电子致密颗粒，略呈圆形或椭圆形，平均直径在150～250A。
核糖体由大、小两个亚单位组成。
大亚基略呈梨形，中心有一条中央管。
直径为230A，沉降系数为60S。
其上有与氨酰-tRNA 结合的位置，还含有转肽酶活性部位。
小亚基呈碟盘状，大小为230A×120A，沉降系数为40S，其上有蛋白质合成启动因子结合位点、起始氨酰-tRNA结合部位和mRNA结合位点。
电镜下，核糖体常成群呈丛状或螺旋状存在，与mRNA结合，构成多聚核糖体（polyribosome）。
附着于内质网上的称附着核糖体（bound ribosome），主要合成输送到细胞外的分泌性蛋白、膜嵌入糖蛋白、可溶性驻留蛋白和溶酶体蛋白等。
散在于胞质中的称游离核糖体（free ribosome），主要合成组成细胞本身所需的结构性蛋白质。
糖核体的大小两个不同的亚基，在不进行蛋白质合成时，它们是分开的，游离存在于细胞质中。
只是在进行蛋白质合成时才结合在一起。
原核生物和真核生物的核糖体成分的比较原核细胞的核糖体为70S，真核细胞线粒体和叶绿体内的核糖体也近似于70S，但除了这两个细胞器，真核细胞内的核糖体均为80S。
原核生物核糖体由约2/3的RNA及1/3的蛋白质组成。
真核生物核糖体中RNA占3/5，蛋白质占2/5。
真核细胞糖核体的沉降系数为80S。
大亚基为60S，小亚基为40S。
小亚基含有由一种18S的 rRNA 和33种蛋白质；大亚基含有5S、5.8S及 28S 三种rRNA 和约49种蛋白质。
tRNA结合部位1. tRNA的三叶草结构受体臂（acceptor arm）主要由链两端序列碱基配对形成的杆状结构和3′端末配对的3-4个碱基所组成，其3′端的最后3个碱基序列永远是CCA，最后一个碱基的3′或2′自由羟基（—OH）可以被氨酰化。
核糖体
核糖体的结构： 核糖体蛋白：位于外表面，具有高度同运行，进化保守 rRNA：位于内部，以16srRNA结构来说明。（P168）
三、核糖体蛋白质与rRNA的功能
核糖体上的位点： ⑴与mRNA的结合有关 ⑵与新掺入的氨酰tRNA的结合位点－－A位点 ⑶与延伸中的肽酰tRNA的结合位点－－P位点 ⑷肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点－E位点 ⑸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 ⑹肽酰转移酶的催化位点。
3
,
肽链的延长
丙
fMet fMet fMet
丝
CGG
UAC
CGG
EF-G 易位酶G因子 肽基转移酶 形成肽键 EF-T GTP 丙 fMet 丝 丙 A A GTP A P P A P P 位 位 位 位 位 位
丙
AGA
位
位
5
,
UAC C G G AGA CGG AU G G C C U C U G GA AC G
型的转录后基因调控方法，又称转录后基因沉默（ posttranscriptional gene
silencing PTGS）。 PTGS 早在1990年，Jorgensen等将带有紫色色素的基因通过转基因导入矮牵牛花 ( Petunia)中 ,以期牵牛花的颜色更加艳丽。结果花的颜色非但没有加深,而且呈 现出部分甚至全部的白色,这表明导入基因和植物中内源性基因的表达同时受抑。 由于这种由于外源基因的导入而造成的抑制作用最初被确认是发生在转录后水 平，所以被称为“转录后基因沉寂”（posttranscriptional gene silencing）或共 抑制（cosuppression）。
Nature News October 2, 2006
第11章 核糖体
15
E.coli核糖体小亚单位中rRNA与r蛋白的相互关系示意图 线条表示相互作用及作用力的强（粗线）与弱（细线） （引自Alberts et al，1989）
16
16SrRNA的一级结构是非常保守的 16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：臂环结构(stemloop structure) rRNA臂环结构的三级结构模型
100s
120s
10
对核糖体结构进行精细分析的必
要手段是：获得高质量的核糖体晶
二、核糖体的结构
体，然后进行X射线衍射分析
1、对核糖体的X射线衍射图谱分析表明：
每个核糖体有供tRNA结合的3个位点（A、P、E），横跨大小亚
单位的结合面；
11
1、对核糖体的X射线衍射图谱分析表明：
每个核糖体有供tRNA结合的3个位点（A、P、E），横跨大小亚
化的rRNA进行核糖体的重组装，显示核糖体中r蛋白与 rRNA的结构关系。
₪同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构均不相同 ₪不同生物同一种类r蛋白之间具有很高的同源性，并在进化上
非常保守。
₪蛋白质结合到rRNA上具有先后层次性。 ₪核糖体的重组装是自我装配过程
13
70S核糖体的小亚单位中rRNA与全部的r蛋白关系的空间模型 对rRNA，特别是对16SrRNA结构的研究
第十一章 核糖体
第一节 核糖体的类型与结构
第二节
多聚核糖体与蛋白质的合成
1
1953年Robinsin和Brown用电镜在植物细胞中发现； 1955年Palade在动物细胞中观察到；
核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令
由氨基酸高效且精确地合成多肽链。
9 第九章 核糖体
第九章 核糖体1第 节 第一节 核糖体的类型与结构核糖体的基本类型与成分 核糖体的结构 核糖体蛋白质与rRNA的功能分析2发现史： Robinson＆Brown（1953）发现于植物细胞， Palacle（1955）发现于动物细胞 Roberts（1958）建议命名为核糖核蛋白体（ribosome）， 简称核糖体。
简称核糖体 核糖体功能：是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照 mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。
mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链 形态：颗粒状，无被膜，25 nm 化学成分：rRNA（60%）和r蛋白（40%） 存在：真核，原核，线粒体，叶绿体 存在：真核 原核 线粒体 叶绿体 类别：附着核糖体，游离核糖体 数量：不定3Free and membrane-bound ribosomes4一、核糖体的基本类型与成分两种基本类型的核糖体：5核糖体聚合与解聚 聚 解聚大,小亚基 单核糖体 二聚体1 mMMg2+浓度10 mM核糖体大小亚基常游离于细胞基质 中，当小亚基结合mRNA后，大亚 基才与其结合，形成完整的核糖体。
6二、核糖体的结构7研究方法核糖体的重组装 - 离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白 - 纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行重组装，显示其结构关系 双功能的交联剂和双向电泳分离可用于研究r蛋白在结构上的相互关系 电镜负染色与免疫标记技术结合，研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位816S rRNA结构 16S rRNA的一级结构是非常保守的； 16S rRNA的二级结构具有更高的保 守性： 臂环结构 (stem-loop structure) rRNA臂环结构的三级结构模型。
3’ Minor 5’ Central 3 3’ Major9核糖体蛋白质与rRNA的功能核糖体上有一系列与蛋白质合 成有关的结合位点与催化位 点 ①mRNA的结合位点 ②新掺入的氨酰-tRNA的结合 位点——氨酰基位点(A位点) ③延伸中的肽酰-tRNA的结合 位点——肽酰基位点(P位点) ④肽酰转移后即将释放的 tRNA的结合位点 ——E位点(exit site)10③ ④②①如何判断核糖体中的A、P是两个分开的独立位点？的独立位点核糖体蛋白质与rRNA的功能⑤肽酰tRNA从A位点转移到肽酰P位点相关转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点⑥肽酰转移酶的催化位点肽酰转移酶的催化位点r蛋白or rRNA?实验证据：①无法确定哪一种蛋白具有催化功能，在E. coli中核糖体蛋白突变甚至缺失对①无法确定哪一种蛋白具有催化功能在E coli蛋白质合成并没有表现出“全”或“无”的影响②多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，并非由于r蛋白的基因突变而往往是②多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株并非由于rRNA基因突变③在整个进化过程中rRNA的结构比核糖体蛋白的结构具有更高的保守性肽酰转移酶的催化位点Noller用蛋白酶和SDS处理E.Coli的50S亚单位，23S rRNA 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选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合p g⑤核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正以及抗菌素的作用等都与rRNA有关r蛋白质的主要功能关于r蛋白功能有多种推测，主要有：有多种推测主要有①对rRNA 折叠成有功能的三维结构是十分重要的②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③在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中, r蛋白与rRNA共同行使功能第二节多聚核糖体与蛋白质的合成定义：多个核糖体串连在一条mRNA分子上定义多个核糖体串连在一条二、蛋白质的合成的基本过程链的起始⏹⏹链的延伸⏹链的终止消耗2ATP 第一步反应第二步反应3’-CCA-OHE = 氨酰-tRNA合成酶SD序列(SD sequence)(q)IRES进入位点（一）肽链的起始基与①30S小亚基与mRNA的结合起始因子（initiation factors,IF）：IF1, IF2, IF3②第一个氨酰-tRNA进入核糖体第个氨酰大亚基小亚基组合③大基小基合（二）肽链延伸①氨酰位点tRNA进入A②形成肽键③转位④脱氨酰-tRNA的释放tRNA（三）肽链的终止核糖体沿着☐mRNA移动，如果进入A位的是终止密码子(UAA、UAG、UGA)，终止合成☐终止需要释放因子(release factor, RF)，与tRNA非常相似，能进入A位。
核糖体(ribosome)
多聚核糖体的解聚：是指多聚核糖体分散为单体，失去正
常有规律排列，孤立地分散在胞质中或附在粗面内质网膜
细
上。一般认为，游离多聚核糖体的解聚将伴随着内源性蛋
胞 生
白质生成的减少。脱粒是指粗面内质网上的核糖体脱落下 来，分布稀疏，散在胞质中，RER上解聚和脱离将伴随外 输入蛋白合成。
物
正常情况下，蛋白质合成旺盛时，细胞质中充满多聚核糖
核 糖 体
头部 基部 小亚基
基部
头部
平台
mRNA
a
中央突
谷
柄
嵴
大亚基
中央突 嵴
5
核糖体大小亚基的结合和解离依细胞的生理状 态和Mg²＋浓度变化
细胞的生理状态
当细胞在合成蛋白质时，大小亚基结合
细
当细胞合成蛋白质合成结束时，大，小亚基解离
胞 生
Mg²+浓度
物
当Mg²+浓度大于0.001mol/L时，大，小亚基结合成
体
另外，一些药物，致癌物可直接抑制蛋白质合成的不同阶
段，有些抗苔素，如链霉素、氯霉素、红霉素等对原核与
真核生物的敏感性不同，能直接抑制细菌核糖体上蛋白质
的合成作用。有的抑制在起始阶段，有的抑制肽链延长和
终止阶段，有的阻止小亚基与mRNA的起始结合，四环素
抑制氨基酰-tRNA的结合和终止因子，氯霉素抑制转肽酶，
一个中间停靠点,只是作暂时的停
留。当E位点被占据之后,A位点
同氨酰tRNA的亲和力降低,防止
了氨酰tRNA的结合,直到核糖体
准备就绪,E位点腾空,才会接受下
一个氨酰tRNA。
a
11
小亚基的功能
细
将mRNA结合到核糖体上，并稳定mRNA与核糖体的结合；
第十一章 核糖体
第十一章核糖体核糖体是一种核糖核蛋白颗粒（ribonucleoprotein particle），是细胞内合成蛋白质、没由膜包被的细胞器，其功能是按照mRNA的信息将氨基酸高效精确地合成蛋白质多肽链。
因为富含核苷酸，1958年Roberts建议把这种颗粒命名为核糖蛋白体，简称核糖体（ribosome）第一节核糖体的类型与结构一、核糖体的基本类型与化学组成：生物界有两种基本类型的核糖体：一种是原核细胞核糖体；另一种是真核细胞核糖体。
两种核糖体都有两个大小不同的亚基（subunit）组成，每个亚基都含有rRNA和蛋白质。
原核细胞核糖体沉降系数为70S，相对分子质量为2.5*106，易解离为50S与30S的大小亚基。
真核细胞核糖体沉降系数为80S，相对分子质量为4.8*106，易解离为60S与40S的大小亚基。
rRNA中的某些核苷酸残基被甲基化修饰，甲基化常发生在rRNA序列较为保守的区域。
核糖体大小亚基常常游离于细胞基质中，只有当小亚基与mRNA结合后打牙祭才与小亚基结合形成完整的核糖体。
肽链合成终止后，大小亚基解离，又游离于细胞质基质中。
二、核糖体的结构结构与功能的分析方法表明：（1）离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白。
（2）核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系：纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重组装的过程中，某些蛋白质必须首先结合到rRNA上，其他蛋白才能装配上去，即表现出现后层次。
（3）双功能的交联剂和双向电泳分离：可用于研究r蛋白在结构上的相互关系。
（4）电镜负染色与免疫标记技术结合：研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位。
（5）对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究已十分成熟：①16SrRNA的一级结构是非常保守的②16SrRNA的二级结构具有更高的保守性③16SrRNA可以分为四个结构域：中心结构域，5'端结构域，3'端结构域和主结构域。
蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大亚单位相关：（1）依赖延伸因子Tu(EF-Tu)的氨酰tRNA的结合；（2）延伸因子G(EF-G)介导的转位作用；（3）依赖于起始因子2的fMet-tRNA的结合；（4）依赖于释放因子的蛋白合成终止作用；（5）应急因子与核糖体结合产生阻断蛋白合成等。
细胞生物学(第五版)-第10章-核糖体精选全文完整版
二、蛋白质的合成
又称蛋白质的翻译，是细胞中最复杂、最精确的生 命活动之一。蛋白质合成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等的参与
蛋白质合成分为三步：
起始(Initiation)包括核糖体与mRNA 结合，形 成起始复合物，其中含有第一个氨酰-tRNA。
仅发现在哺乳动物成熟的红细胞 等极个别高度分化的细胞内没有 核糖体，线粒体和叶绿体中也含 有核糖体。 核糖体是细胞最基本的不可缺少 的结构。
核糖体是一种不规则颗粒状的结构，其主 要成分是RNA和蛋白质，直径约25 nm 核糖体蛋白分子主要分布在核糖体表面， 核糖体RNA(rRNA)位于内部，二者靠共价 键结合在一起。
甲基转移酶催化形成的。
30S小亚基与mRNA的结合需要 起始因子(initiation factor，IF)的 帮助。 这些起始因子仅位于30 S亚基上。 一旦30 S亚基与50 S亚基结合形 成70S核糖体后便释放。 起始因子的主要作用：帮助形成 起始复合物。 原核细胞有3种起始因子： IF1、IF2和IF3。
主要包括4个步骤： 1、氨酰-tRNA进入核糖体A位点的选择 2、肽键的形成 3、转位(translocation) 4、脱氨酰-tRNA的释放。
1.氨酰-tRNA在核糖体A位点的入位
起始的tRNAiMet占据P位点， 核糖体接受第2个氨酰-tRNA进 入A位点，这就是肽链延伸的 第一步。 为了有效地结合A位点，第二 个氨酰-tRNA必须与有GTP的 延伸因子(elongation factor， EF)EF-Tu结合形成复合物氨酰 -tRNA·EF-Tu·GTP。
三、核糖体蛋白质与rRNA的功能
核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位 点与催化位点
【2024版】第十一章-核糖体
可编辑修改精选全文完整版第十一章核糖体核糖体是一种核糖核蛋白颗粒（ribonucleoprotein particle），是细胞内合成蛋白质、没由膜包被的细胞器，其功能是按照mRNA的信息将氨基酸高效精确地合成蛋白质多肽链。
因为富含核苷酸，1958年Roberts建议把这种颗粒命名为核糖蛋白体，简称核糖体（ribosome）第一节核糖体的类型与结构一、核糖体的基本类型与化学组成：生物界有两种基本类型的核糖体：一种是原核细胞核糖体；另一种是真核细胞核糖体。
两种核糖体都有两个大小不同的亚基（subunit）组成，每个亚基都含有rRNA和蛋白质。
原核细胞核糖体沉降系数为70S，相对分子质量为2.5*106，易解离为50S与30S的大小亚基。
真核细胞核糖体沉降系数为80S，相对分子质量为4.8*106，易解离为60S与40S的大小亚基。
rRNA中的某些核苷酸残基被甲基化修饰，甲基化常发生在rRNA序列较为保守的区域。
核糖体大小亚基常常游离于细胞基质中，只有当小亚基与mRNA结合后打牙祭才与小亚基结合形成完整的核糖体。
肽链合成终止后，大小亚基解离，又游离于细胞质基质中。
二、核糖体的结构结构与功能的分析方法表明：（1）离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白。
（2）核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系：纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重组装的过程中，某些蛋白质必须首先结合到rRNA上，其他蛋白才能装配上去，即表现出现后层次。
（3）双功能的交联剂和双向电泳分离：可用于研究r蛋白在结构上的相互关系。
（4）电镜负染色与免疫标记技术结合：研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位。
（5）对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究已十分成熟：①16SrRNA的一级结构是非常保守的②16SrRNA的二级结构具有更高的保守性③16SrRNA可以分为四个结构域：中心结构域，5'端结构域，3'端结构域和主结构域。
蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大亚单位相关：（1）依赖延伸因子Tu(EF-Tu)的氨酰tRNA的结合；（2）延伸因子G(EF-G)介导的转位作用；（3）依赖于起始因子2的fMet-tRNA的结合；（4）依赖于释放因子的蛋白合成终止作用；（5）应急因子与核糖体结合产生阻断蛋白合成等。
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