1. 核糖体(riboso me)核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein particle), 其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链,所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。
按核糖体存在的部位可分为三种类型:细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体。
按存在的生物类型可分为两种类型:真核生物核糖体和原核生物核糖体。
原核细胞的核糖体较小, 沉降系数为70S,相对分子质量为2.5x103 kDa,由50S和30S两个亚基组成; 而真核细胞的核糖体体积较大, 沉降系数是80S,相对分子质量为3.9~4.5x103 kDa, 由60S和40S两个亚基组成。
在真核细胞中, 核糖体进行蛋白质合成时,既可以游离在细胞质中, 称为游离核糖体, 也可以附着在内质网的表面, 称为膜旁核糖体或附着核糖体。
真核细胞含有较多的核糖体, 每个细胞平均有106~107个, 而原核细胞中核糖体较少每个细胞平均只有15×102~18×103个。
典型的原核生物大肠杆菌核糖体是由50S大亚基和30S小亚基组成的。
在完整的核糖体中,rRNA约占2/3, 蛋白质约为1/3。
50S大亚基含有34种不同的蛋白质和两种RNA分子,相对分子质量大的rRNA的沉降系数为23S,相对分子质量小的rRNA为5S。
30S小亚基含有21种蛋白质和一个16S的rRNA分子。
真核细胞核糖体的沉降系数为80S,大亚基为60S,小亚基为40S。
在大亚基中,有大约49种蛋白质,另外有三种rRNA∶28S rRNA、5S rRNA 和5.8S rRNA。
小亚基含有大约33种蛋白质,一种18S的rRNA。
2. 基因扩增(gene a mp li fica tion)细胞内选择性复制DNA, 产生大量的拷贝。
如两栖类卵母细胞在发育的早期,rRNA基因的数量扩增到1000多倍。
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28S、18S和5.8S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,而在相同生物的其它类型细胞中,这些rRNA基因的拷贝数只有几百个。
卵母细胞中有如此众多的rRNA基因拷贝,为卵细胞在受精后的发育过程中合成大量核糖体创造了条件。
至于卵母细胞中rRNA基因扩增的机制,有人认为可能是通过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,但是第一个含有rRNA基因的环状DNA是如何形成的尚不清楚。
由于环状DNA 能够通过滚环复制(rolling circle replication)的方式进行复制,因而能够产生大量的rRNA基因。
3. 5S rRNA基因(5S rRNAgene)5S rRNA是核糖体大亚基的一个组份,原核生物和真核生物都有5S rRNA,而且结构相似。
真核生物的5S rRNA基因与其它三种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基因的数量比45S rRNA转录单位多,人的5S rRNA基因有500个拷贝,并且在染色体上串连排列。
非洲爪蟾的5S rRNA基因的一个重复单位含有一个5S rRNA基因、一个不转录的假基因(101bp的5S rRNA基因的片段),每个重复单位间被不转录的间隔序列隔开,间隔序列的长度变化不定,最长达400bp;5S rRNA基因转录的速度很快,其结果产生过量的5S rRNA,有些最后要被降解掉。
5S rRNA基因是由RNA聚合酶Ⅲ转录的,原初转录物的5'端与成熟的5S rRNA的5'端完全相同。
在某些生物中,3'端通常含有多余的核苷酸,在加工时要被切除。
所以,5S rRNA只需要进行简单的加工,或者根本不需要进行加工。
4. A位点(A si te)即氨酰基位点,是与新掺入的氨酰tRNA(aminoacyl-tRNA )结合的位点, 又叫受位(entry site),主要位于大亚基,是接受氨酰tRNA的部位。
5. P位点(P si te)即肽酰tRNA位点(peptidyl-tRNA site), 又叫供位(donor site), 或肽酰基位点, 主要位于大亚基, 是肽基tRNA移交肽链后肽酰tRNA所占据的位置, 即与延伸中的肽酰tRNA结合位点。
6. E 位点(exit site, E si te)E位点是脱氨酰tRNA(deaminoacyl-tRNA)离开A位点到完全从核糖体释放出来的一个中间停靠点,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。
7. SD序列(SD sequence)在原核生物中, 核糖体中与mRNA结合位点位于16S rRNA 的3'端,mRNA中与核糖体16S rRNA结合的序列称为SD序列(SD sequence),它是1974年由J.Shine 和L.Dalgarno发现的,故此而命名。
SD序列是mRNA 中5'端富含嘌呤的短核苷酸序列,一般位于mRNA的起始密码AUG的上游5~10个碱基处,并且同16S rRNA 3'端的序列互补。
8. 多聚核糖体(po lyriboso mes)在蛋白质合成过程中,同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合,同时合成若干条蛋白质多肽链,结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体(polysome 或polyribosomes)。
在mRNA的起始密码子部位,核糖体亚基装配成完整的起始复合物,然后向mRNA的3'端移动,直到到达终止密码子处。
当第一个核糖体离开起始密码子后,空出的起始密码子的位置足够与另一个核糖体结合时,第二个核糖体的小亚基就会结合上来,并装配成完整的起始复合物,开始蛋白质的合成。
同样,第三个核糖体、第四个核糖体、……依次结合到mRNA 上形成多聚核糖体。
根据电子显微照片推算,多聚核糖体中,每个核糖体间相隔约80个核苷酸。
9. 嘌呤霉素(pu romyci n)嘌呤霉素是一种蛋白质合成抑制剂,它具有与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,并掺入到生长的肽链中。
虽然嘌呤霉素能够同A位点结合,但是不能参与随后的任何反应, 因而导致蛋白质合成的终止并释放出C-末端含有嘌呤霉素的不成熟的多肽。
10. N-端规则(N-end ru le)每一种蛋白质都有寿命特征, 称为半衰期(half-life)。
蛋白质的半衰期与多肽链N-端特异的氨基酸有关,它们对蛋白质的寿命有控制作用。
如末端是精氨酸或赖氨酸的多肽,寿命就很短,而末端是缬氨酸或甲硫氨酸的多肽,寿命就很长。
蛋白质N-末端与半衰期的关系,称为N端规则。
11. 蛋白酶体(p roteasomes)蛋白酶体既存在于细胞核中,又存在于胞质溶胶中, 是溶酶体外的蛋白水解体系, 由10~20个不同的亚基组成中空的圆桶形的结构,显示多种肽酶的活性,能够从碱性、酸性和中性氨基酸的羧基侧水解多种与遍在蛋白连接的蛋白质底物。
蛋白酶体对蛋白质的降解是与环境隔离的。
主要降解两种类型的蛋白质:一类是错误折叠的蛋白质,另一类就是需要进行数量调控的蛋白质。
蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素(ubiquitin)介导,所以又称为泛素降解途径。
泛素是由76个氨基酸残基组成的小肽,它的作用主要是识别要被降解的蛋白质,然后将这种蛋白质送入蛋白酶体的圆桶中进行降解。
蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程:一是对被降解的蛋白质进行标记,由泛素完成;二是蛋白酶解作用,由蛋白酶体催化。
蛋白酶体存在于所有真核细胞中,其活性受γ干扰素的调节。
12. 核酶(rib ozyme)核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。
核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。
核酶的功能很多,有的能够切割RNA, 有的能够切割DNA, 有些还具有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。
13. 小分子RNA(smal l RNA)存在于真核生物细胞核和细胞质中,它们的长度为100到300个碱基(酵母中最长的约1000个碱基)。
多的每个细胞中可含有105~106个这种RNA分子,少的则不可直接检测到, 它们由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成, 其中某些象mRNA一样可被加帽。
主要有两种类型的小分子RNA:一类是snRNA(small nuclear RNA),存在于细胞核中;另一类是scRNA(small cytoplasmic RNA),存在于细胞质中。
小分子RNA通常与蛋白质组成复合物, 在细胞的生命活动中起重要的作用, 某些snRNPs和剪接作用密切相关,它们分别与供体和受体剪接位点以及分支顺序相互补。
scRNA参与蛋白质的合成和运输, 如SRP颗粒就是一种由一个7SRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白体颗粒,主要功能是识别信号肽, 并将核糖体引导到内质网。
14. 反义RNA(ant isense RNA)反义RNA是指与mRNA互补的RNA分子, 也包括与其它RNA互补的RNA分子。
由于核糖体不能翻译双链的RNA,所以反义RNA与mRNA特异性的互补结合, 即抑制了该mRNA的翻译。
通过反义RNA控制mRNA 的翻译是原核生物基因表达调控的一种方式,最早是在E.coli 的产肠杆菌素的Col E1质粒中发现的,许多实验证明在真核生物中也存在反义RNA。
近几年来通过人工合成反义RNA的基因, 并将其导入细胞内转录成反义RNA, 即能抑制某特定基因的表达,阻断该基因的功能, 有助于了解该基因对细胞生长和分化的作用。
细胞中反义RNA的来源有两种途径∶第一是反向转录的产物,在多数情况下, 反义RNA是特定靶基因互补链反向转录产物, 即产生mRNA和反义RNA的DNA是同一区段的互补链。
第二种来源是不同基因产物,如OMPF基因是大肠杆菌的膜蛋白基因,与透性有关,其反义基因MICFZE 则为另一基因。
15. 内含子(intron)内含子是基因内的间隔序列,不出现在成熟的RNA分子中,在转录后通过加工被切除。
大多数真核生物的基因都有内含子。
16. 外显子(exon)外显子是最后出现在成熟RNA中的基因序列, 又称表达序列。
17. 自我剪接(se lf-spl ici ng)具有自我催化能力,将自身的某些部位切除的现象称为自我剪接。
在酵母和真菌的线粒体mRNA和tRNA前体加工、叶绿体的tRNA 和rRNA 前体加工、某些细菌病毒的mRNA前体加工中都发现了自我剪接现象。