第九章 核糖体(ribosome)
核糖体的概述 核糖体的类型与结构 多聚核糖体与蛋白质的合成
第一节 核糖体的概述
1.概念
核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome) 核糖体是一种颗粒状的结构，没有
被膜包被，主要成分是蛋白质和RNA， 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。是合成蛋 白质的细胞器
rRNA ：18SrRNA 40S
S蛋白：33种
二、核糖体的结构
结构与功能的分析方法 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
结构与功能的分析方法
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进行核糖体的重组装，
显示核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系 双向电泳技术可显示出E.coli核糖体在装配各阶段中，
作用机制，从而为揭开核糖体这一具有30多亿年历史的 古老的高度复杂的分子机器的运转奥秘迈出了极重要的 一步。
三、核糖体蛋白质与rRNA的功能
核糖体上与蛋白质合成有关的 结合位点与催化位点
核糖体蛋白质与rRNA的功能分析 （核糖体中肽酰转移酶的活性研究） rRNA的主要功能 r蛋白质的主要功能
1985年，Cech发现RNA具有催化RNA拼接过 程的活性
1992年，又证明RNA具有催化蛋白质合成的 活性
（三）rRNA的主要功能
目前认为，在核糖体中rRNA是起主要作用的结构 成分，其主要功能是：
具有肽酰转移酶的活性； 为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点) 在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结
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
涉及的多数因子为G蛋白(具有GTPase活性)，核糖体上 与之相关位点称为GTPase相关位点。
最近人们成功地制备L11-rRNA复合物的晶体，获得了 其空间结构高分辨率的三维图象。
这一结果证实了前人用各种实验技术所获得的种种结论 提出直观、可靠且比人们的预料更为精巧复杂和可能的
与rRNA结合的蛋白质的类型 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。 对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究 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
同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构 均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。
第二节 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
一、核糖体的基本类型与成分
（一）基本类型
按存在的方式分为：
附着核糖体：真核细胞ER、外核膜；原核细胞质膜内侧。 游离核糖体：呈游离状态，分布于细胞质基质中。
按沉降系数分为：
70S的核糖体：原核细胞核糖体、真核细胞线粒体和叶绿体。 80S的核糖体：真核细胞内的线粒体。
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 rRNA基 因突变。
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。
证据
Noller证明23SrRNA具有肽酰转移酶的活性
用对肽酰转移酶敏感的抗生素处理或者用核酸酶 处理均可抑制其合成多肽的活性。
但用各种手段去掉或阻断r蛋白质的合成，则肽 酰转移酶的活性不受影响。
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
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(stem-loop structure)
rRNA臂环结构的三级结构模型
合以及在肽链的延伸中与mRNA结合； 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。
（四）r蛋白质的主要功能
对rRNA折叠成有功能的三维结构是 十分重要的；
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；
在核糖体的结合位点上甚至可能在催 化作用中, 核糖体蛋白与rRNA共同行 使功能。
第三节 聚核糖体与蛋白质的合成
多聚核糖体(polyribosome or polysome) 蛋白质的合成 RNA在生命起源中的地位及其演化过程
一、多聚核糖体
概念
核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是 由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上 高效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态 结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。
（一）与蛋白质合成有关的 结合位点与催化位点
与mRNA的结合位点。 A位点：与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点。 P位点：与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点——肽酰基位点。 E位点：肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点——E位点
(exit site)。 与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶
2.存在部位
真核细胞：大量 细 胞 原核细胞：大量
支 原 体：数以百计
细胞器
线粒体 叶绿体
高度特化的细胞内没有核糖体 例如：哺乳动物成熟的红细胞
3.细胞内的分布
分布在细胞内蛋白质合成旺盛的区域， 其数量与蛋白质合成的程度有关。
例如：指数生长期的细菌中，数以万计 饥饿状态的细胞中，仅有几百个
（二）主要成分
r蛋白质： 约占1/3，分布核糖体表面 rRNA ： 约占2/3，位于核糖体内部
主要成分
50S 70S核糖体
30S
23SrRNA rRNA
5SrRNA L蛋白： 31种
rRNA ：16SrRNA
S蛋白：21种
80S核糖体
28SrRNA
rRNA 5.8SrRNA
60S
5SrRNA
L蛋白： 49种
(即延伸因子EF-G)的结合位点 肽酰转移酶的催化位点 与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的
结合位点
（白质合成的活 性，即不具有肽酰转移酶的活性。
目前认为，在核糖体中rRNA是起 主要作用的结构成分。
核糖体蛋白
很难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蛋白 质合成并没有表现出“全”或“无”的影 响。