《细胞生物学》第十二章：核糖体

核糖体，旧称“核糖核蛋白体”或“核蛋白体”，普遍被认为是细胞中的一种细胞器，除哺乳动物成熟的红细胞，植物筛管细胞外，细胞中都有核糖体存在。

核糖体

• 多核糖体与蛋白质合成
  • 多核糖体
    • 概念：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
    • 大大提高了蛋白质合成的速率，更重要的是减轻了细胞核的负担，减少了基因的拷贝数，也减轻了细胞核 进行基因转录和加工的压力
  • 蛋白质合成
    • 必须依靠 tRNA
    • 氨基酸+tRNA——氨酰-tRNA 复合物
    • 每一种氨基酸均有专一的氨酰-tRNA 合成酶催化，此酶首先激活氨基酸的羟基，使它与特定的 tRNA 结合，形成氨酰-tRNA 复合物。所以，此酶是高度专一的，能识别并作用于对应的氨基酸与其 tRNA，而 tRNA 能以反密码子识别密码子，将相应的氨基酸转运到核糖体上合成肽链
    • 3 个主要阶段
      • 肽链的起始
        • 30 S 小亚基与 mRNA 的结合
          • 特殊的序列：SD 序列；蛋白质因子：起始因子（IF1、IF2、IF3）
        • 第一个氨酰-tRNA 进入核糖体
        • 完整起始复合物的装配
      • 肽链的延伸
        • 氨酰-tRNA 进入核糖体 A 位点的选择
        • 肽键的形成
        • 转位
        • 脱氨酰-tRNA 的释放
      • 肽链的终止
        • 当 mRNA 上出现终止密码时（UGA、UAA 和 UGA），就无对应的氨基酸运入核糖体，肽链的合成停止，释放因子促使肽酰转移酶催化水分子添加到肽酰-tRNA，使得多肽链末端的羧基释放出来，肽链延伸终止形成完整的蛋白链。释放因子 RF1 可以识别 UAA 或 UAG，RF2 可以识别UAA 或 UGA
• 核糖体与 RNA 世界
  • 核糖体的本质是核酶，核酶的化学本质是核糖核酸（RNA），却具有酶的催化功能
  • 生命的最早形式可能是由膜包裹的一套具有自我复制能力的分子体系和简单的物质与能量供 应体系组成，其遗传物质的载体是原始的 RNA，而不是 DNA
• 核糖体的类型与结构
  • 核糖体的基本类型与化学组成
    • 核糖体的基本类型
      • 依据存在的生物类型
        • 原核生物核糖体
        • 真核生物核糖体
          • 细胞质核糖体，包括附着核糖体和游离核糖体
          • 线粒体核糖体
          • 叶绿体核糖体
    • 核糖体的化学成分
      • 由 rRNA 和蛋白质组成
      • 核糖体 RNA 称为 rRNA，核糖体蛋白质称为 r 蛋白
      • 与核糖体大、小亚基结合的 r 蛋白分别记为 L 蛋 白和 S 蛋白
      • r 蛋白数量远远大于 rRNA，但 rRNA 占核糖体质量一半以上
      • r 蛋白主要分布在核糖体的表面，而 rRNA 则位于内部，二者靠非共价键组合在一起
      • 原核细胞的核糖体较小，沉降系数为 70 S
      • 真核细胞的核糖体体积较大，沉降系数是 80 S
  • 核糖体的结构
    • 颗粒状结构，没有被膜
    • 核糖体结构的研究方法主要是 X 射线晶体衍射分析，其前提是获得高质量的核糖体结晶
    • rRNA 折叠成高度压缩的三维结构，不仅构成核糖体的核心，还决定核糖体的整体形态；r 蛋白定位在 核糖体表面或填充于 rRNA 之间的缝隙中。r 蛋白大多有球形结构域和伸展的尾部，伸展的多肽链尾部伸 入核糖体折叠的 rRNA 分子中。r 蛋白不参与将遗传信息变成蛋白质的翻译反应，r 蛋白的作用类似于黏土 或砂浆将关键的rRNA“砖”黏在一起
  • 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
      • 与 mRNA 的结合位点，位于小亚基上
      • A 位点，即氨酰基位点，是氨酰-tRNA结合位点
      • P 位点，即肽酰基位点，是肽酰-tRNA结合位点
      • E 位点，是肽酰基转移后即将释放的脱酰 tRNA 的结合位点
      • GTP 酶的结合位点，即延伸因子 EF-G 的结合位点
      • 肽基转移酶（大亚基中的 RNA）的催化位点
    • rRNA 与 r 蛋白的功能
      • rRNA 的功能
        • 具有肽酰转移酶活性
        • 为 tRNA 提供结合位点
        • 为多种蛋白质合成因子提供结合位点
        • 在蛋白质合成起始时参与同 mRNA 选择性结合以及在肽链的延伸中与 mRNA 结合
        • 核糖体大小亚基结合、校正阅读、无意义链或框架漂移的校正、抗生素的作用等都与 rRNA 有关
      • r 蛋白质的功能
        • 对 rRNA 折叠成有功能的三维结构十分重要
        • 在蛋白质合成中，核糖体的空间构象发生变化时，某些 r 蛋白对此起“微调”作用