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核糖体与蛋白质
核糖体与蛋白质的思维导图，主要内容有1.核糖体的形态结构与rRNA基因⒉核糖体的装配3.核糖体的功能-4.蛋白质的折叠、修饰与降解5核酶6.RNA编辑。
编辑于2022-09-18 12:19:05 四川省- 核糖体与蛋白质
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核糖体与蛋白质
4.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
多肽合成之后必须快速折叠成高级结构，方可快速发挥作用
蛋白质折叠成的高级结构，通常是α螺旋或β片层构型
作用
有利于防止蛋白质由于相互粘连聚集成为水不溶的"蛋白质团"而丧失功能
可防止水解酶的攻击
分子伴侣在蛋白质折叠中的作用
分子伴侣(蛋白质)
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
作用
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
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
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催化二硫键的形成
蛋白质的修饰与加工
蛋白质的共价修饰
被修饰的基因包括磷酰基、乙酰基、腺苷酰基、鸟苷基、甲酰基等
蛋白质的糖基化
一般，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
是细胞内蛋白质活性调节最为重要的调节方式
蛋白质的切割
将一些多肽链N端的起始甲硫氨酸切除
细胞内有很多蛋白质合成后是以前体形式存在的，通过切割以后才有活性
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
对细胞有深远影响，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
一种由76个氨基酸残基组成的多拷贝的蛋白质
泛素化
泛素激活酶E1的激活
将泛素分子转移到泛素结合酶E2的半胱氨酸残基
将与E2结合的泛素C端第76位甘氨酸羧基与靶蛋白的赖氨酸侧链的氨基形成共价键
5.核酶
核糖体是一种核酶
核糖体是合成蛋白质的机器，它的构成成分的2/3是rRNA，只有1/3是蛋白质
具有切割功能的核酶
RNase P是具有切割功能的核酶
1983年，Sidney Altman及其同事分离了复合体中的RNA，并证明分离的RNA具有催化作用，可能是维持RNA结构的稳定
四膜虫28S rRNA前体的自我剪接
在大多数真核生物rRNA加工，从前rRNA中切除的序列都是间隔区而不是内含子
核酶与内含子的剪接
hnRNA中内含子的剪接
核剪接
概念
是指发生在细胞核中的剪接，主要是对hnRNA中内含子的剪接
特点
前mRNA中内含子与外显子间有特征性序列
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
剪接过程中需要snRNA参与，并要形成剪接体
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
要形成套索结构
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
6.RNA编辑
RNA编辑对表达的调控
RNA编辑的结果不仅扩大了遗传信息，而且使生物能更好地适应生存环境。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
gRNA介导的mRNA插入编辑
指导RNA在锥虫线粒体的细胞色素氧化酶亚基Ⅱ基因的mRNA编辑中起重要作用
改变mRNA中单个核苷酸的RNA编辑
载脂蛋白B基因的mRNA是通过单个碱基修饰的RNA编辑合成不同蛋白质
3.核糖体的功能——蛋白质的合成
蛋白质合成的基本过程
第一阶段:氨基酸激活
对于蛋白质多肽的合成基本化学问题
氨基酸的羧基必须被激活，才能促进肽键的形成
新的氨基酸必须与mRNA中携带的密码信息建立一种有效的关联
条件
需要将氨基酸与tRNA正确有效结合
ATP功能，镁离子介导，氨酰合成酶的催化
第二阶段: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
第三阶段:延伸
氨酰tRNA进入核糖体的A位点
肽键形成
转位
脱氨酰tRNA释放
第四阶段:终止与核糖体循环
终止是指沿着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
蛋白质合成的终止需要释放因子的存在
细菌的3种终止释放因子
RF1
识别UAA、UAG
RF2
识别UAA、UGA
RF3
虽不识别特异的终止密码子，但是能够增加其他因子的活性
释放因子与tRNA非常相似，所以释放因子能够进入A位点直接与终止密码子相互作用
第五阶段: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
加工包括乙酰化、磷酸化、甲基化等
和可能需要增减一些氨基酸
核糖体的功能位点
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
tRNA及氨酰tRNA的合成
tRNA的氨酰化是由氨酰tRNA合成酶催化完成的
每一种氨酰tRNA合成酶识别一种特异的氨基酸
氨基酸的激活
在偶联反应中，氨基酸通过高能键与tRNA连接
氨酰tRNA合成酶与相关联tRNA的识别主要是通过反密码环和受力臂的相互作用，有时tRNA的其他部分对识别也有帮助
多聚核糖体
多聚核糖体的形成
在mRNA的起始密码子部位，核糖体亚基装配成完善的起始复合物，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起来，并装配成完整的起始复合物，依次结合
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
抗生素是主要蛋白质合成抑制剂
不同的抗生素作用机制不同
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
通过嘌呤霉素对蛋白质合成的抑制实验发现核糖体的A位点和P位点是两个独立的位点
2.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
原核生物核糖体重组实验
核糖体重组
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试验方法
结果表明
30S亚基的蛋白质只与16S rRNA结合；50S亚基的蛋白质只与23S rRNA结合
从不同种细菌提取30S亚基的rRNA和蛋白质，可装配成有功能的30S亚基，这表明不存在种间差异
原核生物核糖体与真核生物核糖体的亚基不同，由二者的rRNA和蛋白质重组后的核糖体没有功能
大肠杆菌的核糖体与玉米叶绿体核糖体亚基重组后具有功能
由于不同生物的线粒体核糖体大小不同，而原核生物的核糖体基本稳定，所以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
1.核糖体的形态结构与rRNA基因
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
虽然核糖体都是由大、小亚基的聚合和解离有很大的影响，但是这两个亚基并非都是结合在一起的，在不进行蛋白质合成时，它们都是分开的，并且各自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
镁离子的浓度对于大、小亚基的聚合和解离有很大的影响
核糖体的类型
核糖体的rRNA基因扩增与染色体定位
编码rRNA基因的过量扩增
机制
增加编码rRNA基因的拷贝数
在染色体上增加rRNA基因的拷贝数
如E.coli
通过基因增殖
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。能够转录这三个前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。转录单位中还存在间隔区
子主前体的加工过程十分的复杂，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合成题
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是核糖体大亚基的一个组分，原核生物和真核生物的核糖体都有5S rRNA，而且结构相似
5S rRNA基因与其他三种不在同一染色体上，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
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，然后再经过加工，成为成熟的rRNA
核酸酶Ⅲ
将16S-23S-5S前rRNA切割成单体的主要酶
也需要其他的一些核酸酶
细菌的rRNA也有甲基化，但比真核生物rRNA甲基化程度低
核糖体与蛋白质
4.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
多肽合成之后必须快速折叠成高级结构，方可快速发挥作用
蛋白质折叠成的高级结构，通常是α螺旋或β片层构型
作用
有利于防止蛋白质由于相互粘连聚集成为水不溶的"蛋白质团"而丧失功能
可防止水解酶的攻击
分子伴侣在蛋白质折叠中的作用
分子伴侣(蛋白质)
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
作用
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
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
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催化二硫键的形成
蛋白质的修饰与加工
蛋白质的共价修饰
被修饰的基因包括磷酰基、乙酰基、腺苷酰基、鸟苷基、甲酰基等
蛋白质的糖基化
一般，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
是细胞内蛋白质活性调节最为重要的调节方式
蛋白质的切割
将一些多肽链N端的起始甲硫氨酸切除
细胞内有很多蛋白质合成后是以前体形式存在的，通过切割以后才有活性
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
对细胞有深远影响，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
一种由76个氨基酸残基组成的多拷贝的蛋白质
泛素化
泛素激活酶E1的激活
将泛素分子转移到泛素结合酶E2的半胱氨酸残基
将与E2结合的泛素C端第76位甘氨酸羧基与靶蛋白的赖氨酸侧链的氨基形成共价键
5.核酶
核糖体是一种核酶
核糖体是合成蛋白质的机器，它的构成成分的2/3是rRNA，只有1/3是蛋白质
具有切割功能的核酶
RNase P是具有切割功能的核酶
1983年，Sidney Altman及其同事分离了复合体中的RNA，并证明分离的RNA具有催化作用，可能是维持RNA结构的稳定
四膜虫28S rRNA前体的自我剪接
在大多数真核生物rRNA加工，从前rRNA中切除的序列都是间隔区而不是内含子
核酶与内含子的剪接
hnRNA中内含子的剪接
核剪接
概念
是指发生在细胞核中的剪接，主要是对hnRNA中内含子的剪接
特点
前mRNA中内含子与外显子间有特征性序列
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
剪接过程中需要snRNA参与，并要形成剪接体
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
要形成套索结构
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
6.RNA编辑
RNA编辑对表达的调控
RNA编辑的结果不仅扩大了遗传信息，而且使生物能更好地适应生存环境。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
gRNA介导的mRNA插入编辑
指导RNA在锥虫线粒体的细胞色素氧化酶亚基Ⅱ基因的mRNA编辑中起重要作用
改变mRNA中单个核苷酸的RNA编辑
载脂蛋白B基因的mRNA是通过单个碱基修饰的RNA编辑合成不同蛋白质
3.核糖体的功能——蛋白质的合成
蛋白质合成的基本过程
第一阶段:氨基酸激活
对于蛋白质多肽的合成基本化学问题
氨基酸的羧基必须被激活，才能促进肽键的形成
新的氨基酸必须与mRNA中携带的密码信息建立一种有效的关联
条件
需要将氨基酸与tRNA正确有效结合
ATP功能，镁离子介导，氨酰合成酶的催化
第二阶段: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
第三阶段:延伸
氨酰tRNA进入核糖体的A位点
肽键形成
转位
脱氨酰tRNA释放
第四阶段:终止与核糖体循环
终止是指沿着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
蛋白质合成的终止需要释放因子的存在
细菌的3种终止释放因子
RF1
识别UAA、UAG
RF2
识别UAA、UGA
RF3
虽不识别特异的终止密码子，但是能够增加其他因子的活性
释放因子与tRNA非常相似，所以释放因子能够进入A位点直接与终止密码子相互作用
第五阶段: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
加工包括乙酰化、磷酸化、甲基化等
和可能需要增减一些氨基酸
核糖体的功能位点
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
tRNA及氨酰tRNA的合成
tRNA的氨酰化是由氨酰tRNA合成酶催化完成的
每一种氨酰tRNA合成酶识别一种特异的氨基酸
氨基酸的激活
在偶联反应中，氨基酸通过高能键与tRNA连接
氨酰tRNA合成酶与相关联tRNA的识别主要是通过反密码环和受力臂的相互作用，有时tRNA的其他部分对识别也有帮助
多聚核糖体
多聚核糖体的形成
在mRNA的起始密码子部位，核糖体亚基装配成完善的起始复合物，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起来，并装配成完整的起始复合物，依次结合
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
抗生素是主要蛋白质合成抑制剂
不同的抗生素作用机制不同
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
通过嘌呤霉素对蛋白质合成的抑制实验发现核糖体的A位点和P位点是两个独立的位点
2.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
原核生物核糖体重组实验
核糖体重组
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试验方法
结果表明
30S亚基的蛋白质只与16S rRNA结合；50S亚基的蛋白质只与23S rRNA结合
从不同种细菌提取30S亚基的rRNA和蛋白质，可装配成有功能的30S亚基，这表明不存在种间差异
原核生物核糖体与真核生物核糖体的亚基不同，由二者的rRNA和蛋白质重组后的核糖体没有功能
大肠杆菌的核糖体与玉米叶绿体核糖体亚基重组后具有功能
由于不同生物的线粒体核糖体大小不同，而原核生物的核糖体基本稳定，所以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
1.核糖体的形态结构与rRNA基因
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
虽然核糖体都是由大、小亚基的聚合和解离有很大的影响，但是这两个亚基并非都是结合在一起的，在不进行蛋白质合成时，它们都是分开的，并且各自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
镁离子的浓度对于大、小亚基的聚合和解离有很大的影响
核糖体的类型
核糖体的rRNA基因扩增与染色体定位
编码rRNA基因的过量扩增
机制
增加编码rRNA基因的拷贝数
在染色体上增加rRNA基因的拷贝数
如E.coli
通过基因增殖
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。能够转录这三个前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。转录单位中还存在间隔区
子主前体的加工过程十分的复杂，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合成题
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是核糖体大亚基的一个组分，原核生物和真核生物的核糖体都有5S rRNA，而且结构相似
5S rRNA基因与其他三种不在同一染色体上，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
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，然后再经过加工，成为成熟的rRNA
核酸酶Ⅲ
将16S-23S-5S前rRNA切割成单体的主要酶
也需要其他的一些核酸酶
细菌的rRNA也有甲基化，但比真核生物rRNA甲基化程度低