导图社区 核糖体与蛋白质
《细胞生物学》王金发编著第二版第6章核糖体与蛋白质详细思维导图,包括蛋白质的折叠、修饰与降解,核酶、RNA编辑、核糖的功能等内容。
编辑于2021-09-16 15:39:58核糖体(ribosome)与蛋白质
蛋白质的折叠、修饰与降解
蛋白质折叠与分子伴侣
蛋白质折叠
蛋白质折叠
通常是α螺旋或β片层构型
有利于防止蛋白质由于相互粘连聚集称为水不溶的“蛋白质团”而丧失功能。另一个好处是可防止水解酶的攻击
分子伴侣(chaperone)在蛋白质折叠中的作用
蛋白质的折叠并非自主行为,决定如何折叠的是蛋白质的氨基酸序列,但还需要帮手或需要指导者,细胞中具有这一功能的分子称为分子伴侣,本质也是蛋白质
分子伴侣与蛋白质底物的短片段结合,以稳定未折叠的蛋白质或是让其部分折叠,以防止底物蛋白聚集或被降解。
如Hsp70、Hsp90
Hsp70作用时需要ATP,并能将ATP水解,所以其具有ATP酶的活性,也是一种ATPase。帮助新生蛋白质和折叠不正常的蛋白质进行折叠
有一种分子伴侣称为伴侣蛋白,这种分子伴侣会形成一个折叠“工作室”,让被折叠的蛋白质进入室内的适宜环境
如Hsp60家族,是介导较大蛋白质正确折叠的分子伴侣
蛋白质酶促折叠——二硫键的形成
蛋白质多肽中半胱氨酸间二硫键的形成对于稳定蛋白质的折叠具有重要作用,蛋白质二硫化异构酶(PDI)催化二硫键的形成
PDI也是内质网中最为丰富的蛋白质
蛋白质的修饰与加工
蛋白质的共价修饰
被修饰的基团包括磷酰基、乙酰基、腺苷酰基、鸟苷基、甲酰基等
蛋白质的糖基化
一般而言,被糖基化的蛋白质常是分泌蛋白或细胞表面蛋白
蛋白质的磷酸化
是细胞内蛋白质( 酶)活性调节最为重要的调节方式
蛋白质的切割
或称酶解,是蛋白质成熟的重要步骤
典例:将一些多肽链N端的起始甲硫氨酸切除
蛋白酶体对蛋白质的降解
蛋白质酶解的两个重要作用
及时清理有毒性的、折叠不正常或装配不正确的蛋白质
为了适应细胞生理状态的变化,不得不将一些正常的蛋白质降解
蛋白酶体
对细胞的影响深远
约有50种蛋白质亚基组成
可彻底降解大多数蛋白质,因为在β亚基中有3个作用位点,能够切割 疏水、酸性、碱性的底物
泛素(Ub)
一种由76个氨基酸残基组成的多拷贝的蛋白质
泛素化
涉及3个反应步骤
核酶
核糖体是一种核酶
核糖体的2/3是rRNA,rRNA本身具有酶的活性
具有切割功能的核酶
RNase P是具有切割功能的核酶
四膜虫28S rRNA前体的自我剪接
自剪体
核酶与内含子的剪接
hnRNA中内含子的剪接
GU-AG规则
前RNA中内含子与外显子间有特征性序列,即在内含子和外显子交界处有2个相当短的保守序列:5'端为GU,3'端为AG。适用于真核生物基因的剪接位点,说明内含子的切除有一共同的机制
这种保守性不适用于线粒体、叶绿体和酵母tRNA基因转录后的加工
剪接体
在剪接过程中形成的剪接复合物。
主要组成是蛋白质和核小RNA(snRNA)
套索的形成与释放
内含子形成环的结构
I型、II型内含子的剪接
I型内含子
具有酶催化功能,转录成RNA后可以自剪接
自剪接需要鸟苷作为辅助因子
不形成套索结构
存在于细胞核、线粒体和叶绿体中编码RNA的基因中
II型内含子
也可以自剪接,不需要剪接体
形成套索结构
存在于真菌、藻类,以及植物的线粒体和叶绿体mRNA的初级转录物中
RNA编辑
指在mRNA水平上改变遗传信息的过程
RNA编辑对表达的调控
有些基因的主要转录产物必须经过编辑才能有效地起始翻译,或产生正确的可读框(ORF)
gRNA介导的mRNA插入编辑
指导RNA(gRNA)
例子:锥虫线粒体的细胞色素氧化酶亚基II基因的mRNA编辑
改变mRNA中单个核苷酸的RNA编辑
载脂蛋白B(apoB)
核糖体的功能——蛋白质合成
蛋白质合成的基本过程
在核糖体上合成的只是蛋白质的一级结构,即多肽链。合成是从多肽链的N端开始,到C端结束。对于mRNA来说,合成方向这是5'→3'端
阶段一:氨基酸激活
氨基酸与tRNA的正确有效结合
ATP供能、Mg2+介导,氨酰合成酶的催化
阶段二:起始
携带有多肽合成密码的mRNA与核糖体的小亚基结合,然后与起始氨酰tRNA结合,形成起始复合物
阶段三:延伸
一旦起始复合物形成,蛋白质的合成随即开始,此过程称为延伸,涉及4个重复的步骤
氨酰tRNA进入核糖体的A位点
肽键形成
转位
脱氨酰tRNA释放
整个过程需要GTP和一些延伸因子的参与
阶段四:终止与核糖体循环
终止是指核糖体沿着mRNA移动,若进入A位点的是终止密码子,由于没有与之匹配的反密码子而终止蛋白质的合成
3种终止密码子
UAA
UAG
UGA
需要释放因子(RF)的存在
细菌有3种终止释放因子:RF1-3
真核细胞有2种释放因子:eRF1和eRF3
阶段五:折叠及翻译后加工
释放的仅仅是多肽,是不具有生物学功能的,所以必须经过折叠及适当的加工才行
包括乙酰化、磷酸化、甲基化等
还可能需要增减一些氨基酸
核糖体的功能位点
原核生物有4种与RNA分子结合的位点
A位点
即氨酰基位点,是与新掺入的氨酰tRNA结合的位点,又叫受位,主要位于大亚基
P位点
即肽酰tRNA位点,又叫供位或肽酰基位点,主要位于大亚基
E位点
是脱氨酰tRNA离开P位点到完全从核糖体释放出来的一个中间停靠点,只作暂时的停留
mRNA结合位点
蛋白质的起始合成,首先需要mRNA与小亚基的结合,推测在核糖体上必然有与mRNA结合的位点
真核生物中mRNA的5'端有帽子结构(原核生物的无),推测它们与原核生物的核糖体结合机制不同
原核生物中,核糖体中与mRNA结合的位点位于16S rRNA的3'端。这二者结合的序列称为SD序列
SD序列时mRNA 中5'端富含嘌呤的短核苷酸序列,一般位于mRNA起始密码子AUG上游5~10个碱基处,并且与16S rRNA 3'端序列互补
tRNA及氨酰tRNA的合成
tRNA合成酶本身具有校读机制
多聚核糖体
在蛋白质合成过程中,同一条mRNA分子能够与多个核糖体结合,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。
多聚核糖体的形成
多聚核糖体的意义
提高mRNA的利用率
提高蛋白质合成速率
蛋白质合成抑制剂
抗生素
不同的抗生素作用机制不同(表)
子主题
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,能够与氨基酸结合
核糖体的装配
核糖体亚基的自我装配
组装过程有先后顺序:某些蛋白质必须先结合到rRNA上,其他蛋白质才能组装上去
可通过减去某一种蛋白质来验证蛋白质在亚基装配及亚基中的作用(验证出30S亚基上的蛋白质分3类)
原核生物核糖体重组实验
核糖体重组
是指将不同来源的核糖体大小亚基、不同亚基的rRNA或蛋白质重新组合,形成杂合的核糖体后研究其功能的实验方法。
结果表明有5种情况
如:30S亚基的蛋白质只与16S rRNA结合
线粒体的核糖体亚基与原核生物核糖体亚基相互重组形成的杂合核糖体没有功能
真核生物核糖体的装配
编码核糖体亚基的蛋白质基因转录后在细胞核中加工成熟,随即运送到细胞质中合成蛋白质,再将合成的蛋白质送回细胞核的核仁中参与核糖体亚基的装配
核糖体的形态结构与rRNA基因
核糖体RNA约占60%;核糖体蛋白质约占40%
核糖体的形态结构与类型
核糖体是由大、小两个亚基组成的复合物
原核生物核糖体沉降系数为70S,由50S和30S亚基组成
真核生物核糖体沉降系数为80S,由60S和40S亚基组成
大亚基含有3种rRNA
28S rRNA
5S rRNA
5.8S rRNA
小亚基含有一种rRNA (18S)
2个亚基并非都是结合在一起的,在不进行蛋白质合成时各自分开并游离在细胞质中,只有在进行蛋白质合成时才结合在一起。
核糖体的类型(表6-1)
核糖体rRNA基因扩增与染色体定位
一类是rRNA基因。另一类是核糖体蛋白质编码基因
编码rRNA基因的过量扩增
机制:增加编码rRNA基因的拷贝数(2种方法)
在染色体上增加rRNA基因的拷贝数
如E.coli
通过基因扩增
如两栖类的卵细胞
真核生物rRNA基因的染色体定位
18S、5.8S、28S这3个rRNA基因在真核生物染色体中是串联在一起的,被间隔区隔开,5S rRNA基因位于不同染色体上
核糖体rRNA基因的转录与加工
18S rRNA、5.8S rRNA、28S rRNA基因转录与加工
这3个基因首先转录成一个45S的前rRNA(pre-rRNA)。能够转录这3个前rRNA的DNA区域称为一个转录单位。意指它们有一个共同的转录起点和转录终点。转录单位中还存在有间隔区。
前体的加工过程也十分复杂,通过3H标记的尿嘧啶和放线菌素D研究人的培养细胞前rRNA合成
不同生物中这3个基因的转录起点和间隔区的长短并不完全相同
真核生物前rRNA的修饰
甲基化的主要部位在核糖第二位的羟基上,而假尿苷则是由尿苷异构化而成
推测甲基化对rRNA的加工具有指导作用
前rRNA的修饰位点是特异的,是由指导RNA通过碱基配对引导的,然后由RNA-修饰酶完成修饰
所有参与修饰与切割的指导RNA都位于一种snoRNA之中
5S rRNA基因的转录与加工
5S rRNA基因与其他3种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,然后转运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(使用的是内部启动子)
原核生物rRNA基因及转录与加工
也是多拷贝的,并且也要被转录成一个前体,然后再经加工,成为成熟的rRNA
核酸酶III(RNase III)
将16S-23S-5S前rRNA切割成单体的主要酶
也需要其他一些核酸酶
也有甲基化,只是程度低