CHAPTER 6 Ribosome and Ribozyme

OUTLINE 6.1 Ribosome structure 6.2 Ribosome Biogenesis 6.3 Ribosome Function 6.4 Ribozyme and Antisense RNA

核糖体的形态结构 ?

6.1 Ribosome structure ◆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。 ◆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 细胞有两种主要类型的核糖体: ◆原核细胞的核糖体: 沉降系数为70S，分子量为2.5x106,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2.5x106,由60S和40S两个亚基组成。

核糖体的大小亚基

Mg2+ 浓度对大小亚基的聚合和解离的影响: ◆70S核糖体在Mg2+的浓度小于1mm/L的溶液中易解离; ◆当Mg2+ 浓度大于10mm/L, 两个核糖体通常形成100S的二聚体。

镁离子浓度对核糖体的影响

各种来源的核糖体亚基组成 来源 完整核糖体 核糖体亚基 核糖体RNAs 细胞质 80S 60S(大亚基) 28S

核糖体的化学组成

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 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50000个。

◆The selective amplification of rDNA ●概念: ●Amphibian oocytes rRNA gene amplification 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。

滚环复制(rolling circle replication) ●卵母细胞中rRNA基因扩增机制 滚环复制(rolling circle replication) 卵母细胞中rRNA基因扩增的机制，有人认为归因于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。由于环状DNA能够通过滚环复制的方式进行复制，因而能够产生大量的rRNA基因。

rRNA基因扩增

18S、5.8S和28S rRNA基因的转录和加工 ◆组织: ●18S、5.8S和28S rRNA基因为一组串联在一起, ●每组rRNA基因有200个拷贝串联在一起。每一拷贝为一rDNA转录单位。 ●人的13、14、15、 21、22 等5条染色体上均有rRNA基因。在间期核中, 所有这5条染色体rRNA基因附着的区域,集合在一起, 形成一个核仁。

◆转录 ●45S primary transcript ; ●不同种的生物，pre-rRNA的长度范围在34S～45S之间; ●在转录单位中除了三个rRNA基因外，还包括一些间隔区； ●RNA polymerase I is specifically devoted to transcription of the three largest species of rRNAs;

不同种生物的前体rRNA 生物 pre-rRNA的 沉降系数 果蝇 34S 裂殖酵母 37S 烟草 38S 蛙 40S 鸡 45S

rRNA的前体转录物

前体rRNA的加工与修饰： ◆将45S的前体rRNA加工成成熟的18S、5.8S和28S rRNA； ◆甲基化修饰：甲基化的主要部位在核糖第二位羟基上。

45SrRNA前体的加工

rRNA的 甲 基 化

◆在前体rRNA加工过程中，rRNA的甲基化可能起指导作用：

Synthesis and Processing of the 5S rRNA ◆In eukaryotes, the 5S rRNA molecules are encoded by a large number of identical genes that are separate from the other rRNA genes and are located outside the nudeolus. ◆The 5S rRNA genes are transcribed by RNA polymerase III. The 5’end of the primary transcript is identical with that of the mature 5S rRNA, but the 3’ end usually contains extra nucleotides that are removed during processing.

5S rRNA基因

◆RNA polymerase III is unusual among the three polymerases in that it binds to a promoter site located within the transcribed portion of the gene rather than a site upstream from the gene's 5' flank. 内部启动子的实验证明: ?

确定内部启动子的实验

原核生物rRNA基因 ◆原核与真核生物的rRNA基因在组织结构上的差异: ●重复频率：如E.coli，只重复了7次； ●细菌的5S rRNA与16SrRNA 、23S rRNA基因组成一个转录单位，在染色体上的排列顺序是∶16S-23S-5S。

◆核酸酶RNaseⅢ将16S-23S-5S rRNA前体切割成单体; ◆细菌中的rRNA转录单位除了三种rRNA外，同时有几种tRNA分子。

原核生物rRNA前体的加工

6.2.2 核糖体的装配 原核生物核糖体的装配 ◆小亚基的rRNA和蛋白质的装配关系:

核糖体RNA的位置关系

核糖体在组装过程中,某些蛋白质必须首先结合到rRNA上,其他蛋白才能组长上去即表现出先后层次。根据同rRNA结合的顺序,将核糖体蛋白分为两种:

◆初级结合蛋白(primary binding protein) 这些蛋白质直接同rRNA结合, 其中同16S rRNA结合的初级蛋白有14种, 它们是: S3, S4, S17, S20, S6, S15, S8, S18, S9, S11, S12, S13, S7, S1。 同5S rRNA结合的有11种。 ◆次级结合蛋白(secondary binding protein) 这些蛋白质不直接同rRNA结合, 而是同初级结合蛋结合。它们是: S10, S16, S2, S6, S21, S14, S19。

核糖体结合蛋白