蛋白质合成细胞器核糖体.pptx

细菌核糖体RNA的二级结构 细菌核糖体RNA的二级结构 RNA
四、核糖体50S大亚基结构特点 (P.307) 核糖体50S大亚基结构特点 50S 1.具有催化肽键形成的位点。 1.具有催化肽键形成的位点。 具有催化肽键形成的位点 2.具有GTPase相关位点(P.308), 包括两部分： 2.具有GTPase相关位点(P.308), 包括两部分： 具有GTPase相关位点 ①核糖体蛋白L11-rRNA 区域 核糖体蛋白L11L11 ②核糖体毒作用的颈-环区 核糖体毒作用的颈-
核糖体蛋白质与rRNA rRNA的功能 9.1.3 核糖体蛋白质与rRNA的功能 一、核糖体上具有与蛋白质合成有关的结合位点与 催化位点 1.与mRNA的结合位点 1.与mRNA的结合位点 真核生物的mRNA同核糖体的结合主要靠5‘端 真核生物的mRNA同核糖体的结合主要靠5 端 mRNA同核糖体的结合主要靠 的帽子结构。 原核生物mRNA中与核糖体16S mRNA中与核糖体 的帽子结构。 原核生物mRNA中与核糖体16S rRNA结合的序列称为SD序列 结合的序列称为SD序列(SD rRNA结合的序列称为SD序列(SD sequence) 2.与新掺入的氨酰tRNA的结合位点： 2.与新掺入的氨酰tRNA的结合位点：A位点 tRNA的结合位点 3.与延伸中的肽酰tRNA的结合位点： 3.与延伸中的肽酰tRNA的结合位点：P位点 中的肽酰tRNA的结合位点
通过X 通过X射线衍射确定的原核细胞核糖体大亚基的模式图
细菌核糖体X-射线衍射模式图 细菌核糖体 射线衍射模式图 结合到两个核糖体亚单位的A体亚单位的
因子结合 位点
示三个tRNA上反密码子的大致位置及其 上反密码子的大致位置及其 示三个 与mRNA 上互补密码子的相互作用

FH4
CHO-HN-CH-COO-tRNA CH2 CH2 S COO-
Met-tRNAfMet
fMet-tRNAfMet
氨酰- tRNA合成酶特点
a、专一性： • 对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专
一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。 • 对t RNA 具有极高专一性。
b、校对作用： 氨酰- tRNA合成酶的水解部位可以水解错误
mRNA靠S-D序列同16S rRNA的互补及IF-3的 固定作用和IF-1 的帮助，首先进入核糖体小亚基， 这时候AUG的位置正好对应于大亚基的P位。
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⒉ fMet- tRNA fMet在核糖体小亚基上就位
在IF-2和GTP帮助下， fMet- tRNA fMet进入小 亚基上与起始密码相应的位置 ，整个过程对fMettRNA fMet是特异和严格的，其余的氨基酰- tRNA都 不能进入到这个位置上。这步还包括IF-1的脱落。
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翻译延伸因子
原核生物 EF-Tu
EF-Ts EF-G
功能
协助氨基酰-tRNA进 入A位
结合GTP
转位酶，协助mRNA 前移，由A位进入P
位，释放无负载 tRNA
真核生物 eEF-1α eEF-1β eEF-2
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三 肽链合成的终止
• 肽链合成的终止包括：终止密码的辨认，肽链从完工 的肽酰-tRNA上水解释放出来，mRNA从核糖体中脱 离及大小亚基的分离等。终止过程需要释放因子RF 的参与。 原核生物的RF有三种：
4、64组密码子中，AUG既是甲硫氨酸的密码，又 是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而 是 多 肽 链 合 成 的 终 止 密 码 子 ： UAG 、 UAA 、 UGA。

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二、蛋白质的合成
蛋白质的合成过程比较复杂，由核糖体、mRNA和携 带各种氨基酸的tRNA、多种蛋白质因子、以及GTP 等的共同完成，一般要经过：
起始 延伸 终止 三个阶段的反应，才能转译出多肽产物。
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翻译的起始
第一步，mRNA只能与细胞质中游离的核糖体30S小亚 基结合，此时的结合部位是mRNA的起始密码子AUG（如何 识别第一个AUG是起始密码子。
60S：28S、5.8S、5S rRNA； 40S：18SrRNA。 》尽管原核生物与真核生物核糖体的蛋白质和rRNA差异
很大，但结构总体相似，特别是负责与mRNA结合的小亚 基。 》原核和真核细胞的rRNA都具有甲基化现象，这种甲基 化与RNA的转录后加工过程的酶识别有关。 》另外原核5S、16S rRNA和真核5.8S、18S rRNA结构高 度保守，常用于研究生物进化。
第十一章 核糖体(精要部分).
第十一章 核糖体和蛋白质合成
核糖体(ribosome)是合成蛋白质的无膜包被细胞器，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。 核糖体几乎存在于一切细胞内，游离于细胞质基质中，或 附着于内质网膜及核膜上（真核细胞）。
第一节 核糖体的类型与结构
蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性； 与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应，并提供
更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。
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基于原始RNA的 自我复制体系
目前的细胞系统
原始RNA 原始RNA进化 RNA进化后指导蛋白质合成
基于RNA和蛋白质的自我复制体系 新酶的出现能够催化DNA的复 制和RNA转录
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6SrRNA基因的常用途径
细菌的rRNA具有高度的保守性，又具有高度

缬 脯 苏 天冬
缬 丙 酪 甘
缬 丙 丝 精
3. 简并性(degeneracy)
1. 核糖体大小亚基分离； 2. 核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子附近； 3. fMet-tRNAfMet结合在核糖体P位 ； 4. 核糖体大亚基结合形成起始复合物。
一、翻译起始复合物的装配启动肽链合成
（a）起始复合物的装配过程；（b）rRNA识别mRNA的核糖体结合位点，保证翻译起始在起始密码子处
密码子（codon）
起始密码子和终止密码子：
遗传密码表
遗传密码的特点
1. 方向性(directional)
翻译时遗传密码的阅读方向是5→3，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5→3的方向逐一阅读，直至终止密码子。
N
C
肽链延伸方向
5
3
读码方向
2. 连续性(non-punctuated)
23S-rRNA 5S-rRNA
18S-rRNA
28S-rRNA 5.8S-rRNA 5S-rRNA
蛋白质
rpS 21种
rpL 36种
rpS 33种
rpL 49种
不同细胞核蛋白体的组成
核蛋白体的组成
核糖体在翻译中的功能部位
四、肽链生物合成需要酶类和 蛋白质因子
氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸的活化； 转肽酶(peptidase)，催化核蛋白体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与tRNA分离； 转位酶(translocase)，催化核蛋白体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。

在基因治疗和基因组编辑中的应用
基因表达调控
通过调控核糖体的翻译过程，可 以实现对特定基因表达的调控， 从而达到治疗遗传性疾病或癌症
的目的。
基因组编辑
利用核糖体在蛋白质合成中的重 要作用，可以设计基因组编辑工 具，实现对人类基因组的精确编
辑。
基因疗法
通过调控核糖体的翻译过程，可 以开发出新型的基因疗法，用于 治疗各种遗传性疾病和罕见病。
02 核糖体的合成
核糖体RNA的合成
01
02
03
转录
核糖体RNA由RNA聚合酶 转录产生，转录过程中需 要DNA作为模板。
剪接
转录后的核糖体RNA需要 经过剪接，去除内含子， 形成成熟的核糖体RNA。
修饰
核糖体RNA中的碱基可能 经过甲基化、假尿嘧啶化 等修饰，这些修饰对核糖 体的功能至关重要。
不同生物的核糖体在结构和功能上存在差异，反映了生物 在进化过程中的适应和变异。对核糖体的比较研究有助于 深入了解生物多样性的形成和演化机制。
在疾病诊断和治疗中的意义
核糖体与多种疾病的发生和发展密切 相关，如癌症、感染性疾病等。通过 对核糖体的研究，有助于发现新的疾 病标志物和药物靶点，为疾病的诊断 和治疗提供新的思路和方法。
在合成生物学和生物工程中的应用
生物催化剂
核糖体是一种高效的蛋白质合成机器，可以作为生物催化剂用于 生产各种高附加值化学品和生物材料。
生物传感器
利用核糖体对特定分子的识别能力，可以开发出新型的生物传感器 ，用于环境监测、食品安全等领域。
生物制药
通过优化核糖体的翻译效率，可以提高蛋白质药物的产量和质量， 加速生物制药产业的发展。
核糖体的结构
核糖体由大、小两个亚基组成，每个 亚基都由RNA和蛋白质构成。

体的意思，中文简称核糖体。
“Note that in the matrix there are
numerous small and dense granules (g)
which appear to have particular affinity for
the membrane limiting the cavities of the
➢概念：细胞内蛋白质合成时，一个mRNA分子可结合多个核糖体，同时进行多条多 肽链的合成；当前一个核糖体结合mRNA启动多肽链合成并向mRNA3‘端移动一 定距离后，下一个核糖体就结合到mRNA起始位点。这种多个核糖体与同一 mRNA结合的聚合体称为多聚核糖体。
➢意义：提供mRNA利用率，在一定时间内合成更多的蛋白质。
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线粒体概述
贴壁生长的成纤维细胞中，镜下观察线粒 体为短线状小体
➢主要成分：
r蛋白质：40%，核糖体表面。 rRNA：60%，核糖体内部。
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核糖体形态结构
➢核糖体由大、小两个亚基组成；大亚基：圆锥形；小亚基：弧形。 ➢蛋白质合成时核糖体大、小亚基聚合；合成完成后分开，游离于胞质中。
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核糖体形态结构
核糖体普遍分布于原核细胞和真核细胞；线粒体基质和叶绿体基质中含有核糖体。
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蛋白质合成过程
（四）终止
1）mRNA的终止密码（UAA\UAG\UGA）
进入A位，阻止氨酰-tRNA进位。 2）相关释放因子（RF）识别结合A
位终止密码；P位的肽酰-tRNA经酶 解肽链与tRNA分离。 3）肽链由中央管出口释放， tRNA 从P位脱落，大小亚基解聚并与
mRNA 分离。
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多核糖体
endoplasmic reticulum. ”

成二聚体
40S
80S
60S
核糖体(ribosome)
120S
三、核糖体的类型
真核细胞内
• （1）附着核糖体：附着在内质网膜和外层核膜表面的核 糖。主要合成外输性蛋白和分泌蛋白，如抗体，肽素激素 及酶类等，次外还有溶酶体酶。
• （2）游离核糖体：游离在细胞质基质中的核糖体。主要 合成构成细胞自身结构所必需的结构蛋白和催化各种生化 反应的酶蛋白，以及血红蛋白，肌动蛋白和肌球蛋白等。
核糖体有多个与蛋白质合成密切相关的活性部位
• （1）mRNA结合位点位于小亚基上。 • （2）氨酰基结合位点，大部分位于大亚基上。 • （3）肽酰基结合位点核，糖大体(ri多bos数ome位) 于小亚基上。
平台头部 ຫໍສະໝຸດ 部 小亚基基部头部
平台
mRNA
中央突
谷
柄
嵴
大亚基
中央突 嵴
核糖体(ribosome)
真核细胞细胞器核糖体
游离核糖体 附着核糖体
线粒体 55~80s 叶绿体 70s
组成元素：C,H,O,N,P有的还含有S
原核
细胞
组成物质：rRNA和蛋白质
真核
（故核糖体又被称为 糖核蛋白质） 核糖体(ribosome) 细胞
rRNA 60% 50%
蛋白质 40% 50%
二、核糖体的形态结构
大小：直径15～25cm 形态：颗粒状 组成：大小两个亚基
小亚基的功能
将mRNA结合到核糖体上，并稳定mRNA与核糖体的结合； 提供部分tRNA的结合部分（A位）和tRNA被释放的部位 （P位）
大亚基的功能
提供大部分tRNA的结合部位（A味），提供肽酰基转移 酶位点，催化肽链延伸；提供肽酰－tRNA由A位移到P 位所需的能量；提供生长肽链的容纳和释放通道。

蛋白质合成的细胞定位
总结词
蛋白质合成主要发生在细胞内的核糖体上，核糖体是 细胞内蛋白质合成的场所。
详细描述
核糖体是细胞内一种由RNA和蛋白质组成的颗粒状结 构，主要存在于细胞质中。核糖体在蛋白质合成过程中 起着至关重要的作用，它能够读取mRNA上的遗传信 息，将一个个氨基酸按照特定的顺序连接起来形成多肽 链。同时，核糖体还具有催化肽键形成的酶活性，促进 蛋白质合成的进行。除了核糖体外，细胞内还有其他一 些细胞器也参与了蛋白质的合成过程，如内质网、高尔 基体等。这些细胞器在蛋白质的修饰、加工和运输等方 面起着重要作用。
蛋白质合成PPT课件
目录
• 蛋白质合成简介 • 蛋白质合成的过程 • 蛋白质合成的调控 • 蛋白质合成与疾病的关系 • 研究展望
01
蛋白质合成简介
蛋白质合成的基本概念
总结词
蛋白质合成是指细胞内利用已有的小分子物质作为原料，通过一系列酶促反应将氨基酸 按照特定的顺序连接起来形成多肽链，进而形成具有特定结构和功能的蛋白质的过程。
翻译后加工与修饰
总结词
翻译后加工与修饰是蛋白质合成的重要环节，涉及多 种酶促反应和化学修饰。
详细描述
翻译后加工与修饰是蛋白质合成的最后阶段，涉及到 多种酶促反应和化学修饰。这些加工和修饰包括剪切 、磷酸化、糖基化、乙酰化等，有助于完善蛋白质的 结构和功能。这些加工和修饰过程通常在特定的细胞 器或细胞部位进行，需要特定的酶和化学环境的支持 。通过翻译后加工与修饰，蛋白质的结构和性质得以 最终确定，从而发挥其在细胞生命活动中的重要功能 。
04
蛋白质合成与疾病的关系
蛋白质合成异常与疾病的发生
癌症
蛋白质合成异常可能导 致细胞增殖失控，引发

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)； 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选择性地结合以及在肽链
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。
一、核糖体的基本类型与成分
核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome) 基本类型 附着核糖体 游离核糖体 70S的核糖体 80S的核糖体 主要成分 r蛋白质：40%，核糖体表面 rRNA:60%,，核糖体内部
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
一、多聚核糖体 (polyribosome或polysome)
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义 细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小或是mRNA的长短如 何，单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。 以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA的利用及对其浓度的 调控更为经济和有效。
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。
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。
蛋白质合成过程中很多重 要步骤与50S核糖体大亚单位相关
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。

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转肽
肽酰转移酶
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肽基转移酶
延长过程中肽链的生成
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移位
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肽链合成的终止与释放
识别mRNA的终止密码子，水解 所合成肽链与tRNA间的酯键， 释放肽链
R1识别UAA、UAG
R2识别UAA、UGA
R3影响肽链的释放速度
RR帮助P位点的tRNA残基脱落， 而后核糖体脱落
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终止
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多核糖体
在细胞内一条mRNA链上结合着 多个核糖体，甚至可多到几百个。 蛋白质开始合成时，第一个核糖 体在mRNA的起始部位结合，引 入第一个蛋氨酸，然后核糖体向 mRNA的3’端移动一定距离后， 第二个核糖体又在mRNA的起始 部位结合，现向前移动一定的距 离后，在起始部位又结合第三个 核糖体，依次下去，直至终止。 每个核糖体都独立完成一条多肽 链的合成，所以这种多核糖体可 以在一条mRNA链上同时合成多 条相同的多肽链，这就大大提高
这种代表遗传信息的三联体称为密码子，或三联 体密码子。
因此 mRNA 分子的碱基顺序即表示了所合成蛋 白质的氨基酸顺序。
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遗传密码表
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密码性质
1.密码子不重叠 2.密码子的通用性
所有生物共用一套密码。在真核细胞线粒体中， UAG不是终止密码子，是Trp的密码子； AUA不是Ile的密码子，而是Met的密码子； AGA和AGG不是Arg密码子，而是终止密码子。 3.密码的兼（简）并性