第九章核糖体(ribosome)
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)
第六章核糖体和核酶 6.1核糖体的结构和功能 6.1.1核糖体的组成和结构 （1）核糖体的分类 细胞质核糖体，线粒体核糖体，叶绿体核糖体。 真核核糖体，原核核糖体。 （2）核糖体的组成及化学成分 核糖体由大小亚基组成，每个亚基都是由多种蛋白质及rRNA组成。正常状况下各亚基在细胞质中单独存在，只有在蛋白质合成时才结合在一起。 ①真核核糖体 真核核糖体沉降系数为80S，由60S和40S组成，60S由28S rRNA,5.8S rRNA,5S rRNA,及49种蛋白质组成，40S亚基由18S rRNA和33种蛋白质组成。 ②原核核糖体 原核核糖体的沉降系数为70S，由50S和30S组成，50S亚基由33种蛋白质和23S rRNA及5S rRNA组成，30S亚基由21种蛋白质及16S rRNA组成。 （3）核糖体的结构 6.1.2核糖体的生物发生 6.1.2.1核糖体rRNA基因的转录和加工 编码rRNA基因过量扩增，增加编码rRNA的基因拷贝数，以适应大量需要的rRNA。其机制为：在染色体上增加rRNA基因的拷贝数；基因扩增，形成多个核。（1）真核28S rRNA,5.8S rRNA,18S rRNA及5S rRNA的转录 真核生物中28S rRNA,5.8S rRNA,18S rRNA串联在相同的染色体上，构成一个转录单位，并有大量的重复，在RNA PolmeraseI作用下在核仁转录中形成45S 的前rRNA。 5S rRNA位于不同的染色体上，由RNA PolmeraseIII在核仁外转录形成。（2）原核23S rRNA，5S rRNA，16S rRNA的转录 原核生物的rRNA基因的重复数比真核少，而且，编码23S rRNA，5S rRNA，16S rRNA的基因位于相同的转录单位中，且其排列顺序为16S-23S-5S. 6.1.2.2核糖体的装配 核糖体亚基的自我装配。某些蛋白质首先独立地结合到rRNA上，然后作为后一批蛋白的结合框架，最后一些活性所需蛋白再加上去形成整体。 真核生物核糖体在核仁中的装配。5S rRNA进入核仁与45S rRNA、蛋白质形成80S rRNA颗粒，然后降解为大小两颗粒，大颗粒为55S，含有32S和5S rRNA，32S RNA随后加工形成28S和5.8S两种rRNA，然后和5S rRNA组装成大亚基；小颗粒含有20S的前rRNA，快速加工为18S rRNA。
微生物技术在环境领域的应用——基因工程与分子生态学 环境科学与工程学院 朱艳彬 【微生物技术在环境领域的应用】基于16S rDNA的指纹图谱法 为什么选择16S rRNA基因作为微生物进化 的遗传标记? 【微生物技术在环境领域的应用】核糖体 ?细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein particle)，主要由RNA和蛋白质构成，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。 【微生物技术在环境领域的应用】结构 ?核糖体无膜结构，主要由蛋白质（40%）和RNA （60%）构成。 ?核糖体按沉降系数分为两类， ?70S存在于细菌等原核生物中 ?80S存在于真核细胞的细胞质中 ?有的漂浮在细胞内，有的结集在一起。 【微生物技术在环境领域的应用】沉降系数（sedimentation coefficient，s）?沉降系数（sedimentation coefficient，s） ?根据1924年Svedberg（离心法创始人--瑞典蛋白质 化学家）对沉降系数下的定义：颗粒在单位离心 力场中粒子移动的速度。 ?沉降系数是以时间表示的。 ?蛋白质，核酸等生物大分子的S实际上时常在10-13 次秒左右，故把沉降系数10-13次秒称为一个Svedberg单位，简写S，量纲为秒。 【微生物技术在环境领域的应用】功能 ?核糖体是细胞内蛋白质合成的场所，被喻为蛋白质的“合成工厂”。 ?当经过与DNA配对而转录形成的mRNA从细胞核的核孔出来后，核糖体便附着其上，开始滑动。从起始密码子(例如：AUU,AUG等)开始，一直翻译到终止密码子(UAA, UAG和UGA)。每翻译一个密码子便可通过转运RNA（tRNA）的搬运形成一个氨基酸分子，翻译的过程中，各氨基酸分子脱水缩合形成肽链，翻译完成后即形成初始的蛋白质多肽链。
核糖体带动抗生素研究 据新华社北京10月7日电(记者潘治) 瑞典皇家科学院7日宣布，美国科学家文卡特拉曼·拉马克里希南、托马斯·施泰茨和以色列科学家阿达·约纳特3人因“对核糖体结构和功能的研究”而共同获得今年的诺贝尔化学奖。 生命体就像一个极其复杂而又精密的仪器，不同“零件”在不同岗位上各司其职，有条不紊。而这一切，就要归功于仿佛扮演着生命化学工厂中工程师角色的“核糖体”：它翻译出DNA所携带的密码，进而产生不同的蛋白质，分别控制人体内不同的化学过程。 DNA(脱氧核糖核酸)是核酸的一类。生物体中的每一个细胞里，都有DNA 分子。这些DNA分子决定了生命体的外貌及功能。DNA是几乎所有生物的遗传物质基础，它存储了大量的“指令”信息，能引导生物的发育和生命机能的运作。但是在生命体中，DNA所含有的指令就像一张写满密码的图纸，只有经核糖体的翻译，每条指令才能得到明确无误的执行。 具体而言，核糖体的工作，就是将DNA所含有的各种指令翻译出来，之后生成任务不同的蛋白质，例如用于输送氧气的血红蛋白、免疫系统中的抗体、胰岛素等激素或者分解糖的酶等等。 诺贝尔奖评委会介绍，三位科学家都采用了X射线蛋白质晶体学的技术，标识出了构成核糖体的成千上万个原子。这些科学家们不仅让我们知晓了核糖体的“外貌”，而且在原子层面上揭示了核糖体功能的机理。基于核糖体研究的有关成果，可以很容易理解，如果细菌的核糖体功能得到抑制，那么细菌就无法存活。在医学上，人们正是利用抗生素来抑制细菌的核糖体从而治疗疾病的。评委会说，三位科学家构筑了三维模型来显示不同的抗生素是如何抑制核糖体功能的，“这些模型已被用于研发新的抗生素，直接帮助减轻人类的病痛，拯救生命”。
1核糖体工程技术研究进展 微生物广泛存在于自然界中，是新活性化合物及其先导结构的重要来源[1]。但是野生型的菌株在自然界中产生的活性物质的产量非常低，特别是具有商业价值的抗生素，产量一般都介于1~100 μg/mL[2]。为了满足工业化生产的需要，就必须通过各种技术和方法来提高菌株产生物活性物质的能力。 1.1 核糖体工程的由来 从自然界分离到的野生型菌株产生的次级代谢产物产量通常很低，如何提高野生型菌株的抗生素产量成为研究的重点[3]。通过物理或化学的条件进行随机的诱变是改良菌株的经典方法，虽然有效但通常需要耗费大量的时间和资源[4]。“核糖体工程”是国际上最新发展起来的一门菌种改良新技术，日本国家食品研究所的Kozo Ochi 教授首先提出来核糖体工程（Ribosome Engineering）这一概念[5, 6]，它是以核糖体蛋白结构上的突变对微生物次级代谢调控作用的影响机制出发建立起来的微生物推理育种的新方法。 1.2核糖体工程的作用机制 在营养极度缺乏的条件下，原核生物可以分泌抗生素、生成产物、合成酶、形成孢子和气生菌丝等，有非常广泛的适应能力。微生物具有对营养物质匮乏的环境进行紧缩应答（Stringent Response）或称紧缩控制（Stringent Control）的反应机制[7]，其原理如图1-1所示[5]，当微生物生长的环境中缺少氨基酸时，会导致微生物产生一系列的细胞反应，如迅速中止RNA的积蓄和蛋白质合成，同时还伴随着细胞的形态分化（如气生菌丝和孢子的形成）和启动次级代谢产物（如抗生素、色素和酶等）的生物合成。在这个反应过程中，四磷酸鸟苷酸（ppGpp）起着非常重要的作用，它的合成基因是relA。当微生物处于营养缺乏的环境时，它的生长由对数期进入稳定期，在这一变化中，由于环境中缺少氨基酸，蛋白质合成的装配车间也就是核糖体的A部（氨酰-tRNA的结合部位）会与游离的tRNA 结合，因此导致肽链的延伸被迫停止，进而终止了蛋白质的合成[8]。这一信息传递到它的合成基因relA，触发合成ppGpp，从而激活微生物的次级代谢产物的生物合成。
*Symport同向运输：两种物质同向运输。 *Antiport反向运输：两种物质朝反方向运输。 *siRNA小干扰RNA：由DICER识别并切割的任何来源的双链RNA分子而形成。 *miRNA：由RNA聚合酶II转录，经DICER切割而成的成熟功能小分子RNA。 occluding junction封闭连接：将相邻上皮细胞的质膜紧密连接在一起，阻止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一侧。 Anchoringjunction锚定连接：通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞或细胞与基质之间连接起来。 Communicatingjunction通讯连接：特殊的细胞连接，主要功能是细胞间的信号通讯与传导。*Gapjunction间隙连接：是动物细胞中通过连接子(connexons)进行的细胞间连接。Plasmodesmata胞间连丝：植物中相邻细胞质膜穿过细胞壁形成一个管道，将细胞质连通。Chemicalcynapse化学突触：可兴奋细胞间的连接方式，是动物神经细胞之间传递电信号的主要方式。 *F class ATP pump F型泵：蛋白质，又叫ATP合成酶，利用质子跨膜梯度来驱动ATP合成。*V class ATP pump V型泵：质子泵，利用ATP水解的能量来运输质子。 *Photophosphorylation光合磷酸化：光合磷酸化是指由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。 *oxidative phosphorylation氧化磷酸化：在真核细胞的线粒体或细菌中，是物质在体内氧化时释放的能量供给ADP与无机磷合成ATP的偶联反应。 Cytoplasm细胞质：是细胞质膜包围的除核区以外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。Cytosol细胞质基质：是真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器和颗粒以外的胶状物质。包涵物：细胞质中没有代谢活性，却有特定形态的结构。 Glycogen granule糖原颗粒：是细胞储存葡萄糖的形式。 Fat drop脂滴：是细胞储存脂类的形式。 Secretory granule分泌颗粒：为内含酶、激素等生物活性物质。 *Polyribosomes多聚核糖体：核糖体在细胞内不是单个独立执行功能的，而是多个核糖体串联在一条mRNA分子上高效地进行肽链合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA聚合体称为多聚核糖体。 Nucleozyme核酶：*核酶(ribozyme,Rz)与脱氧核酶(deoxyribozyme,DRz)的统称，核酶即具有催化功能的RNA，脱氧核酶即具有催化功能的DNA。 RISC(RNA诱导沉默复合体)：由siRNA/miRNA单链与Argonaute蛋白和Dicer酶组合而成的复合物。 ER内质网：内质网是由内膜构成的网状和囊状管道系统，主要负责脂质的合成，细胞器与质膜上的蛋白的合成。糙面内质网（RER）的功能是合成蛋白质大分子，并把它从细胞输送出去或在细胞内转运到其他部位。滑面内质网（SER）的功能与糖类和脂类的合成、解毒、同化作用有关，并且还具有运输蛋白质的功能。 Signalpeptide信号肽：用于，引导新合成的肽链转移到内质网上的一段多肽。 *Signalrecognitionparticle SRP信号识别颗粒：由6种多肽和1个RNA组成的核糖核蛋白，作用是结合新生肽链上的信号肽，以阻断蛋白质的翻译，使得核糖体结合到ER膜上。SRP receptor SRP受体：内质网膜上的整合蛋白，可以与SRP特异性结合。 Translocon转位因子：内质网膜的整合蛋白复合物，能形成亲水通道使得新合成的多肽链进入ER腔。 Golgi apparatus高尔基体：由许多扁平的囊泡构成的细胞器，功能是蛋白质的加工、分类、包装与脂质的运输。
一、核糖 体的形态结构 ? 核糖体唯一的功能是按照m R N A 的指令将氨 基酸合成蛋白质多肽链。使细胞内蛋白质合成 的分子机器，是细胞内数量最多的细胞器。 1、 核糖体的类型和化学组成 ? 大小两个亚基都是由核糖体R N A 和核糖体蛋白组 成的。（M g 2+的浓度） ? 原核生物（大肠杆菌）的核糖体： ? 大亚基50S ：33种蛋白质；23S r R N A ,5S r R N A ? 小亚基30S ：21种16S r R N A （ 小亚基 主要由16S r R N A 决定） ? 真核细胞核糖体： ? 大亚基60S ：49种蛋白质；28S r R N A ，5 S r R N A ， 5.8 S r R N A ? 小亚基40S ：33种蛋白质；18S r R N A 二、核糖体的生物发生 ? 1、 核糖体r R N A 基因的转录与加工 ? 真核生物核糖体由18S 、5.8S 、28S r R N A 和5S r R N A 基因 ? 真核生物有 四种r R N A 基因,? 真核生物前r R N A 的修饰：两个特征1. 2以及修饰的意义。 ? 真题再现：03选择前体r R N A 甲基化的重要作用是： A ．保证最后的r R N A 能够装配成正确的三级结构B ．防止前体r R N A 被加工（x 对加工起引导作用） C ．防止成熟r R N A 部分被降解。 二、核糖体的生物发生 ---真核生物的核糖体生物发生 ? 2 5S r R N A 基因的转录与加工 ? 由R N A 聚合酶3转录,使用的是内部启动子。 ? 学习重点 ? １.关于核糖体的形态结构, 主要学习掌握真 核细胞和原核细胞核糖体的化学组成、细菌核糖体的结构模型。 ? 2. 核糖体的生物发生是本章的重点内容之一 ? ３. 核糖体的蛋白质合成作用,反义R N A 与核 酶 ? 本章考题近年来主要以小题为主。 第六章 核糖体与核酶
核糖体的研究综述 安钰坤 摘要：核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，主要由RNA(rRNA）和蛋白质构成，其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。核糖体的研究对生物生存、繁殖、发育和遗传均是十分重要的。对核糖体的研究是近年来生命科学研究的热点,本文综述了核糖体的研究现状。 关键字：核糖体，蛋白质，亚基 1.核糖体的发现与功能 核糖体是由罗马尼亚籍细胞生物学家乔治·埃米尔·帕拉德(George Emil Palade)用电子显微镜于1955年在哺乳类与禽类动物细胞中首次发现的，他将这种新细胞器描述为密集的微粒或颗粒[1]。一年之后，A. J. Hodge等人在多种植物的体细胞中也发现了核糖体，可是当时人们仍无法将微粒体中的核糖体完全区分开来。后来，乔治·帕拉德以及阿尔伯特·克劳德和克里斯汀·德·迪夫因发现核糖体于1974年被授于诺贝尔生理学或医学奖。虽然核糖体作为一种细胞器在20世纪50年代初期已被发现，但对这种细胞器仍没有统一的命名。直到1958年，科学家理查德·B·罗伯茨才推荐人们使用“核糖体”一词。（图1为典型的细胞图解） Figure 1：典型的细胞图解，其中显示了几种主要细胞器及一些重要细胞结构：1.核仁2.细胞核3.核糖体4.囊泡 5.糙面内质网6.高尔基体7.细胞骨架8.光面内质网9.线粒体10.液 泡11.细胞质12.溶酶体13.中心粒 核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein particle），主要由RNA(rRNA）和蛋白质构成，其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链。因此核糖体是细胞不可缺少的基本结构，存在于所有细胞中。核糖体往往并不是单个独立地执行功能，而是由多个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽键的合成。这种具有特殊功能与形态的核糖体与mRNA的聚合
6核糖体与核酶
1.核糖体(rib osome) 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2.5x103kDa,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 amp li f icat ion) 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)
第九章核糖体 一、填空题 1. 真核生物有三种RNA聚合酶，其中聚合酶Ⅲ转录。 tRNA 2. 原核和真核生物的mRNA至少有三种差别：①； ②；③。 真核生物mRNA有5‘帽子结构;3’有poly（A）结构；原核的mRNA是多顺反子3. 组成真核生物核糖体大亚基的rRNA有三种，分别是、、。 18S 5.8S 28S 4. 原核生物和真核生物的核糖体分别是70S和80S，而叶绿体的核糖体是，线粒体的核糖体则是。 70S 55S 5. 在蛋白质合成过程中，mRNA是蛋白质合成的，tRNA 是按密码子转运氨基酸的，而核糖体则是蛋白质合成的。 模板运载工具装配场所 6．真核生物有三种RNA聚合酶，分别转录不同的基因，如RNA聚合酶Ⅰ转录。 rRNA 7．核糖体是一种可以进行自我组装的细胞器。真核生物的核糖体是在细胞核内装配的。编码三种rRNA的基因在染色体上属于同一个，并在核仁中转录成的前体。离体实验表明：原核生物核糖体30S小亚基上的21种蛋白质中，有种是初级结合蛋白，是直接与的rRNA结合的；剩下的次级结合蛋白并不直接与rRNA结合，但它们是维持核糖体功能所必需的。 18S、5.8S、28S 转录单位45S的rRNA 14 16S 二、判断题 1．原核生物和真核生物的核糖体都是在胞质溶胶中装配的。 错。真核生物的核糖体是在核仁中装配的。 2．原核生物和真核生物核糖体的亚基虽然不同，但两者形成的杂交核糖体仍能进行蛋白质合成。 对。 3．细胞内一种蛋白质总量是否处于稳定状态，取决于其合成速率、催化活性以及降解速率。 错。蛋白质的含量取决于合成和降解的比率，而与催化活性无关。4．mRNA的合成是从DNA模板链的3，末端向5‘末端方向移动进行，而翻译过程则是从mRNA模板的5’末端想3‘末端进行。 对。 5．氯霉素是一种蛋白质合成抑制剂，可抑制细胞质核糖体上的蛋白质合成。 错。它只能抑制70S核糖体进行蛋白质合成，而不能抑制80S核糖体进行蛋白质合成。 6．单个核糖体的大小亚基总是结合在一起，核糖体之间从不交换亚基。 错。在每一轮翻译后，核糖体的亚基之间会进行互换。当核糖体从一条mRNA 链上释放下来后，它的两个亚基解体，进入一个含游离大亚基和小亚基的库，并
Chapter 6 核糖体与核酶 6.1核糖体的形态结构 核糖体(ribosome)是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein partical)，是细胞内合成蛋白质的细胞器。 细胞内数量最多的细胞器。在大肠杆菌中有几万个，占细胞干重的40%，在真核细胞中可达几十万甚至几百万个。 核糖体的主要成分是核糖体RNA(rRNA), 占60%, 蛋白质(r蛋白质), 占40%。 6.1.1 核糖体的类型 按存在部位分： 细胞质核糖体：游离核糖体和附着核糖体 细胞器核糖体：线粒体核糖体和叶绿体核糖体。 按生物类型分两种： 原核细胞的核糖体：沉降系数为70S，分子量为2.5x103KDa，由50S和30S 两个亚基组成。 真核细胞的核糖体：沉降系数是80S，分子量为3.9-4.5x103KDa，由60S和40S两个亚基组成。 6.2 核糖体的生物发生(Biogenesis) 在细胞内，核糖体是自我装配的。真核细胞和原核细胞的核糖体合成和装配过程各不相同。核糖体的生物发生包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装。 6.2.1 核糖体基因 1. rRNA基因的扩增 在染色体上增加rRNA基因的拷贝数：细菌的E.coli的基因组中有七套rRNA 基因；典型的真核生物细胞含有几百到几千个18S、 5.8S和28S rRNA基因的拷贝，5S rRNA基因的拷贝数多达50,000个。 2. rRNA基因的选择性扩增 ①两栖类卵母细胞rRNA基因扩增 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18S、5.8S和28S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。 ②卵母细胞中rRNA基因扩增机制
Lesson 1 4 5 Lesson 1 1.细胞质：动态移动工厂 与我们生命相关的大多数性质是细胞质的性质。细胞质大部分由半流体物质组成，并以外部的质膜为界。细胞器悬浮在其中，由丝状的细胞骨架支撑。细胞质中溶解了大量的营养物质，离子，可溶性蛋白以及维持细胞功能的其它物质。 2.细胞核：信息中心 真核细胞的细胞核是最大的细胞器，在染色体上储存着遗传物质（DNA）。（原核细胞的遗传物质存在于拟核中。）细胞核含有一或两个核仁，核仁促进细胞分裂。被穿孔的囊称为核膜，它将细胞核及其内容物从细胞质中分离出来。小分子可以穿过核膜，但较大的分子如mRNA 和核糖体必须通过核孔进入和排出。 3.细胞器：专用的功能单位 所有的真核细胞都含有多种细胞器，每个细胞器在细胞中都有其特定功能。本节介绍的细胞器包括核糖体，内质网，高尔基体，液泡，溶酶体，线粒体和植物细胞中的质体（叶绿体）。 一个细胞中核糖体的数量可能从几百到上千不等，这一数量反映了核糖体是氨基酸被组装成蛋白质以供输出或用于细胞过程的场所这个事实。一个完整的核糖体由一个较大的亚基和一个较小的亚基组成。在蛋白质合成过程中，两个亚基沿着一条mRNA链移动，“读取”编码在其中的基因序列，并将该序列翻译成脯氨酸。多个核糖体可能附着在单个mRNA链上，这种组合被称为多聚体。大多数细胞蛋白质是在细胞质中的核糖体上制造的。可输出的蛋白质和膜蛋白通常在内质网的帮助下产生。 内质网，是一些不规则排列的膜囊，小管，和液泡组成的，可能有光滑和粗糙的区别。两种类型都与蛋白质的合成和运输有关。粗糙内质网上分布着许多核糖体，也可能细胞分裂后核膜的来源。 光滑的内质网上没有核糖体，主要作用是脂肪和类固醇的合成以及细胞内有毒物质的氧化。两种类型的内质网都充当细胞内的隔室，其中特定的产物可以被分离并随后分流到细胞内或细胞外的特定区域。 运输小泡能够将可运输分子从内质网运输到另一个膜质细胞器上。在高尔基复合体内，蛋白质分子被修饰和包装，以输出细胞或运送到细胞质中的其他地方。 细胞中的液泡似乎是中空的，但实际上充满了流体和可溶性分子。最典型的液泡出现在植物细胞中，用作贮水场所和糖以及其他分子的贮存地点。动物细胞中的液泡进行吞噬作用（颗粒物质的摄入）和胞饮作用（空泡饮酒vacuolar drinking）。 液泡的一个亚单位是被称为溶酶体的细胞器，它含有消化酶（包装在高尔基复合体中的溶酶体），可以分解大部分生物大分子。它们起到消化食物颗粒和降解受损细胞部分的作用。 线粒体是所有细胞中产生能量的化学反应的场所。此外，植物细胞含有质体，它们利用光能在光合作用过程中制造碳水化合物。在线粒体内嵴上提供了很大的表面积分布着ATP酶。
1.真核生物有三种RNA聚合酶，其中聚合酶Ⅲ转录。 2.原核和真核生物的mRNA至少有三种差别：①＿；②；③ 3.组成真核生物核糖体大亚基的rRNA有三种，分别是：、、。 4.原核生物和真核生物的核糖体分别是70S和80S，而叶绿体的核糖体是，线粒体的核糖体则是。 5.在蛋白质合成过程中，rRNA是蛋白质合成的，tRNA是按密码子转运氨基酸 的，而核糖体则是蛋白质合成的。 6.细胞核内不能合成蛋白质，因此，构成细胞核的蛋白质（包括酶）主要由合成，并通过引导进入细胞核。 7.RNA编辑是指在的引导下，在水平上改变 8.原核生物线粒体核糖体的两个亚基的沉降系数分别是和。 9.核糖体两个亚基的聚合和解离与Mg2＋浓度有很大的关系，当Mg2＋浓度小于时， 70S 的核糖体要解离；当Mg2＋浓度大于时，两个核糖体聚合成 100S的二聚体。 10.70S核糖体中具有催化活性的RNA是。 11.在蛋白质的合成过程中mRNA起到的作用，即根据mRNA中密码子的指令将合成多肽链中氨基酸按相应顺序连接起来，密码子决定了多肽链合成的起始 位置和其上的氨基酸顺序。然而mRNA的密码子不能直接识别氨基酸，所以氨基酸必须先与相应的tRNA结合形成，才能运到核糖体上。tRNA以其 识别mRNA密码子，将相应的氨基酸转运到核糖体上进行蛋白质合成。因此，通过密码子才能翻译出mRNA上的遗传信息，翻译过程中需要既能携带氨基酸又能识别密码子的tRNA作为连接器，将氨基酸转运到相应密码子的位置，完成蛋白质合成。 12.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，由10～20个不同的亚基组成结构，显示多种肽酶的活性，能够从碱性、酸性和中性氨基酸的端水解多种与连接的蛋白质底物。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，另一类就是。蛋白酶体对蛋白质的降解通过介导。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：①对被降解的蛋白质进行标记，由完成；②蛋白酶解作用，由催化。蛋白酶体存在于所有细胞中，其活性受素的调节。
第六章核糖体与核酶 教学目的 1、掌握真核细胞和原核细胞核糖体的化学组成； 2、掌握核糖体rRNA基因的转录与加工、核糖体的装配； 3、掌握核酶的发现。 教学内容 本章分4节讨论了核糖体和核酶： 1．核糖体的形态结构 2．核糖体的生物发生 3．核糖体的功能—蛋白质的合成 4．反义RNA与核酶 计划学时及安排 本章计划3学时。 教学重点和难点 核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，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。 1．关于核糖体的形态结构，主要学习掌握真核细胞和原核细胞核糖体的化学组成、细菌核糖体的结构模型。 2．核糖体的生物发生是本章的重点内容之一。主要是掌握核糖体rRNA 基因的转录与加工、核糖体的装配。 3．核糖体的蛋白质合成作用，仅作一般介绍。但与细胞生物学关系密切的两个内容应特别注意：多聚核糖体在细胞生命活动中的意义、通过嘌呤霉素的抑制实验揭示A位点和P位点是两个独立的位点。 4. 反义RNA与核酶是本章的另一个重点。由于核酶的发现在分子生物学中具有重要意义, 需要重点掌握。特别是核酶的发现过程及证实、核酶与内含子剪接的关系、核酶的应用尤为重要。此节还简要讨论了RNA编辑, 这也是分子生物学中的一个重要研究课题。 从细胞生物学的角度考虑，核糖体在细胞的遗传信息流中起信息转换作用；在生物化学中，将核糖体看成是蛋白质合成的工厂，这就是核糖体在两个不同学科中的定位。
教学方法讲授法，自学 教学过程 6．核糖体和核酶 核糖体是合成蛋白质的细胞器，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。 ◆概述 ☆最早是Albert Claude于20世纪30年代后期发现的。 ☆核糖体(ribosome)，是细胞内一种核糖核蛋白颗粒。 ☆核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。 6.1 核糖体的形态结构 6.1.1类型与化学组成 ■ 核糖体的类型 核糖核蛋白体，简称核糖体(ribosome)。 ⒈基本类型 ● 按存在的部位（三种）： ☆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（两种）： ☆真核生物核糖体 ☆原核生物核糖体 ● 按存在的方式（两种）： ◆附着核糖体 ◆游离核糖体 ⒉主要成分 ◆r蛋白质：40%，核糖体表面 ◆rRNA：60%，核糖体内部 ● Mg2+ 的浓度对于大小亚基的聚合和解离有很大的影响。 Mg2+的浓度对于大小亚基的聚合和解离有很大的影响，体外实验表明:70S核糖体在Mg2+的浓度小于1mmol/L的溶液中易解离; 当Mg2+浓度大于10mmol/L，两个核糖体通常形成100S的二聚体(图)。
第十一章核糖体 选择题 1.组成核糖体的核糖核酸为 A.mRNA B.tRNA C.rRNA D.sRNA 2.真核细胞质中核糖体的大小亚基分别为60S和40S，其完整的核糖体颗粒为 A.100S B.80S C.70S D.90S 3.在蛋白质合成的过程中，肽键的形成是在核糖体的哪一部位 A.供体部位 B.受体部位 C.肽基转移酶位 D.GTP酶活性部位 4.影响核糖体大小亚基结合的金属离子为 A.Ca2+ B.Na+ C.K+ D.Mg2+ 5.肽基转移酶存在于 A.核糖体的大亚基中 B.核糖体的小亚基中 C.mRNA分子内 D.tRNA分子内 6.遗传密码子是指 A.DNA分子上每3个相邻的碱基 B.rRNA分子上每3个相邻的碱基 C.tRNA分子上每3个相邻的碱基 D.mRNA分子上每3个相邻的碱基 7.一个tRNA上的反密码子是UAC，与其相对应的mRNA密码子是 A.CAC B.AUG C.TUG D.ATG 8.以mRNA为模板合成蛋白质的过程称为 A.转录 B.转化 C.翻译 D.复制 9.在蛋白质合成的过程中，氨酰tRNA进入核糖体的哪一部位 A.供体部位 B.受体部位 C.肽转移酶中心 D.GTP酶部位 10.在蛋白质合成过程中，tRNA的功能是 A.提供合成的场所 B.起合成模板的作用 C.与tRNA的反密码相识别 D.运输氨基酸 11.游离于细胞质中的核糖体，主要合成 A.外输性蛋白质 B.溶酶体内蛋白 C.细胞本身所需的结构蛋白 D.高尔基复合体内蛋白 12.参与蛋白质合成的酶是 A.羧基肽酶 B.谷氨酰氨合成酶 C.肽基转移酶 D.连接酶 13.细胞的蛋白合成时，氨基酸活化所需的能源是 A.ATP B.ADP C.GTP D.cAMP 14.真核细胞核糖体小亚基中所含rRNA的大小为
第九章 细胞骨架（cytoskeleton）主要内容： 1、 细胞骨架的概念 2、 MT、MF、ZF的结构，组成及功能 3、 核骨架及染色体骨架的结构组成 概述： cytoskeleton-真核细胞中的蛋白纤维网架体系 细胞质骨架：MT、MF、IF 狭义 微梁 广义 功能 形态观察→分子水平 1928年，kiotzoff最初提出，1963年采用戌二醛固定后，才发现其存在。 第一节 细胞质骨架 一、微丝（micorfilament MF） 又称激动蛋白纤维，真核cell中由肌动蛋白组成，d为7nm的骨架纤维。
（一）成份： 肌动蛋白：43KD 哑铃状，存在于所有真核cell 中 （哺孔类、鸟类）6种 ?、r肌动蛋白在肌肉及非肌cell中 基因由同一祖先基因进化而来 （二）装配 头→尾相接 纤维形肌动蛋白CF-）球形肌动蛋白（G-actTon） 有极性（+极较-极快） 微丝是由一条肌动蛋白单体链形成的右手螺旋 踏车行为（tread miwing） 体外装配 F-action G-acton 体内装配：装配取决于（1）单体的浓度；（2）成束，成网的程度；（3）微丝结合蛋白的调节 （三）MF结合蛋白（naicrofilament associated pvotein）不同的MF含有不同的MF结合蛋白→独特结构 1、肌肉收缩中的有关蛋白 肌球蛋白：（myosin）：450KD ——4条多肽链 ——分子结构
HMM HMM-S1 头部20nm ATPase 活性，构成组份的横桥与肌动蛋白 分子结合 360KD HMM-S2 LMM 尾部130nm φ=2nm 150KD 分子排列方式：平行交错排列→粗肌体 尾一尾相对 4000 个分子/粗肌体 H band 原肌球蛋白（tropomyosin Tm） 5-10% 64KD 长40nm 两条多肽链形成a-螺旋 肌动蛋白：Tm=7:1结合细肌丝 肌钙蛋白：（troponin Tn） 80KD 3个亚基 CapI: 32KD ｝ 2个亚基存在于2线 (封端蛋白) 36KD 结合于actin的（+）报，防止ac+in解聚 a——辅肌动蛋白 200KD 粘着两条肌动Pr丝，横连成束 组蛋白：116KD——另外使actin同质膜相联 其它蛋白还有： titin mebulin dystrophin （伴肌动蛋白） （肌营养不良蛋白） 细肌丝的分子结构（图9-4） →Fig 10-4
细胞生物学目录 第一章绪论 第二章细胞生物的研究方法和技术 第三章质膜的跨膜运输 第四章细胞与环境的相互作用 第五章细胞通讯 第六章核糖体和核酶 第七章线粒体和过氧化物酶体 第八章叶绿体和光合作用 第九章内质网，蛋白质分选，膜运输 第十章细胞骨架，细胞运动 第十一章细胞核和染色体 第十二章细胞周期和细胞分裂 第十三章胚胎发育和细胞分化 第十四章细胞衰老和死亡
第一章绪论 1.原生质体：被质膜包裹在细胞内的所有的生活物质，包括细胞核和细胞质 细胞质：细胞内除核以外的原生质，即细胞中细胞核以外和细胞膜以内的原生质部分 原生质体：除去细胞壁的细胞 2.结构域：生物大分子中具有特异结构和独立功能的区域 3.装配模型：模板组装，酶效应组装，自组装 4.五级装配： 第一级,小分子有机物的形成 第二级，小分子有机物组装成生物大分子 第三级,由生物大分子进一步组装成细胞的高级结构 第四级,由生物大分子组装成具有空间结构和生物功能的细胞器 第五级，由各种细胞器组装成完整细胞 6.支原体：目前已知的最小的细胞 第二章细胞生物的研究方法和技术 1.显微镜技术：光镜标本制备技术、 2.光镜标本制备技术步骤：样品固定、包埋与切片、染色 3.电子显微镜种类：透射电子显微镜，扫描电镜，金属投影，冷冻断裂和冷冻石刻电镜，复染技术，扫描隧道显微镜 4.细胞化学技术：酶细胞化学技术，免疫细胞化学技术，放射自显影 5.细胞分选技术：流式细胞术 6.分离技术：离心技术，层析技术，电泳技术 第三章质膜的跨膜运输 1.细胞功能：外界与通透性障碍，组织和功能定位，运输作用，细胞间通讯，信号检测 2.膜化学组成：膜脂，膜糖，膜蛋白 3.膜脂的三个种类：磷脂，糖脂，胆固醇 4.脂质体用途：用作生物膜的研究模型，作为生物大分子与药物的运载体 5.膜糖功能：细胞与环境的相互作用，接触抑制，信号转导，蛋白质分选，保护作用。 6.膜蛋白类型：整合蛋白，外周蛋白，脂锚定蛋白 7.膜蛋白功能：运输蛋白，酶，连接蛋白，受体（信号接受和传递） 8.不对称性的研究方法：冰冻断裂复型，冰冻蚀刻 9.膜流动性研究方法：质膜融合，淋巴细胞的成斑成帽效应，荧光漂白恢复技术 10.膜流动性的重要性：酶活性，信号转导，物质运输，能量转换，细胞周期 11.影响膜脂流动性的因素：脂肪酸链，胆固醇，卵磷脂/鞘磷脂比值 12.影响膜蛋白流动的因素：整合蛋白，膜骨架，细胞外基因，相邻细胞，细胞外配体、抗体、药物大分子 13.膜骨架的主要蛋白：血影蛋白，肌动蛋白和原肌球蛋白，带4.1蛋白，锚定蛋白 14.转运蛋白质包括：载体蛋白，通道蛋白 15.协同运输的方向：同向协同，反向协同
转录和翻译的习题 1．下图为真核细胞中合成蛋白质的示意图（f代表4个核糖体），下列说法不正确的是（） A．a为mRNA，b、c、d、e可为多肽 B．最终合成的b、c、d、e在结构上各不相同 C．合成a的场所主要在细胞核 D．该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质 ．2 右图为真核细胞中发生的一个生理过程。据图 判断，下列描述中不．正确的是. A．合成mRNA的场所是细胞核，需要ATP供 能和RNA聚合酶催化 B．该过程遵循碱基互补配对原则 C．图中所示最终合成的四条多肽链在结构上各 不相同 D．该过程主要发生在细胞质中，由少量的 mRNA迅速合成大量蛋白质 29 3.蛋白质种类繁多，功能多样，是生物体生命活动的体现者和承担者。右图所示是某种蛋白质合成示意图，据图所示，下列说法错误的是 A．mRNA合成的方向是从右到左 B．如果蛋白质中氨基酸的数目为a，则合成该 蛋白质的基因中碱基数多于6a C．该图可以表示胰岛细胞合成胰岛素的过程 D．每一个核糖体上都将合成一条完整的多肽链， 这反映了基因表达的高效性 4下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是（多选） A．图中表示4条多肽链正在合成 B．转录尚未结束，翻译即已开始 C．多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译 D．一个基因在短时间内可表达出多条多肽链
5 右图表示真核细胞中遗传信息的传递过程，请据图回答： （1）科学家克里克提出的中心法则包括图中所示的遗传信息 的传递过程。A过程发生在的间期，B过程需要的原料 是，图中需要解旋酶的过程有。 （2）基因突变一般发生在过程中，它可以为生物进化提 供。 （3）D过程表示tRNA运输氨基酸参与翻译，已知甲硫氨酸和酪 氨酸的密码子分别是AUG、UAC，某tRNA上的反密码子是AUG，则该 tRNA所携带的氨基酸是。 （4）图中a、b为mRNA的两端，核糖体在mRNA上的移动方向 是。图中的不同核糖体最终形成的肽链（填 “相同”或“不同”）。 6 铁蛋白是细胞内储存多余Fe3+的蛋白，铁蛋白合成的调节与 游离的Fe3+、铁调节蛋白、铁应答元件等有关。铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码上游的特异性序列，能与铁调节蛋白发生特异性结合，阻遏铁蛋白的合成。当Fe3+浓度高时， Fe而丧失与铁应答元件的结合能力，核糖体能与铁蛋白mRNA一端铁调节蛋白由于结合3+ 结合，沿mRNA移动，遇到起始密码后开始翻译(如下图所示)。回答下列问题： （1）图中甘氨酸的密码子是，铁蛋白基因中决定的模板链碱基序列为。
第九章核糖体 一、核糖体的结构及功能 核糖体是体积较小的无膜包围的细胞器，在光镜下看不到。1958年才把这种含有大量RNA的合成蛋白质的关键装置定名为核糖核蛋白体ribosome，简称为核糖体。 (一)核糖体的一般性质。 1.存在与分布 核糖体存在一切生物的细胞中，包括真核细胞和原核细胞。这是有别于其它细胞器的特点。在真核细胞中，有些核糖体是游离分布在细胞质基质中，也有许多是附着在rER膜及核膜外表。此外，还有核糖体是分布在线粒体和叶绿体的基质中。在原核细胞内，大量核糖体游离在细胞质中，也有的附着在质膜内侧面。细菌的核糖体占总重量的25—30%。 2.形态和大小 一般直径12—30nm，由大、小两亚单位构成，通常是以大亚单位附在内质网膜或核膜外表。当进行蛋白质合成时，小亚单位先接触mRNA才与大亚单位结合，而合成完毕后又自行解离分开。另外，多个核糖体还可由mRNA串联成多聚核糖体polyribosome(=polysome)，每个多聚核糖体往往由5-6个核糖体串成，但也有多至50个以上的(例如肌细胞中合成肌球蛋白的多聚核糖体是由60—80个串联而成)。 3.数量和分类
细胞中的核糖体数量多少不一。一般来说，增殖速度快的细胞中偏多，分泌蛋白质的分泌细胞中也较多。例如分泌胆汁的肝细胞中为6×106个，大肠杆菌为1500—15000个。在不同类型生物细胞之中，核糖体大小及组分都有一定差异。一般可分为两大类：80s型和70s型。 大亚单位 60s 真核生物核糖体 80s 小亚单位 40s 大亚单位 50s 原核生物核糖体 70s 小亚单位 30s （“s”是沉降系数衡量单位。大、小亚单位组成核糖体，并非由s值直接相加，这是因为s值的变化与颗粒体积及形状相关） 叶绿体中的核糖体与原核生物的相似，而线粒体中的核糖体较小且多变，如哺乳动物的线粒体核糖体是55s.一般将它们都划分到原核生物的70s型。 (二)核糖体的化学组成 主要组分是蛋白质和rRNA，极少或无脂类。70s型核糖体之中，蛋白质：rRNA约1：2；而在80s型核糖体之中，蛋白质：rRNA约1：1。 1.rRNA类型 rRNA可占细胞中RNA总量的80%以上