12.1.1.掌握核糖体的形态结构、类别和构成分子及解离和重组装等研究结果。
一、核糖体的功能:
核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的信息将氨基酸高效且精确地合成多肽链。 二、核糖体的形状、分布与化学组成
1、形状：颗粒状结构，没有膜结构包围;
2、分布：真核细胞、原核细胞以及叶绿体和线粒体；常分布在蛋白合成旺盛的区域，数目与蛋白合成程度有关。
3、化学成分:rRNA 约2/3，位于内部; r蛋白质约1/3，位于表面rRNA对控制翻译的精确性、tRNA的选择、蛋白因子的结合、肽键的形成等发挥主要作用。 三、基本类型与成分
*细胞中的核糖体有几种存在形式？所合成的蛋白质在功能上有什么不同？
①胞质中游离核糖体：是绝大部分蛋白质起始合成的部位；②粗面内质网上附着的核糖体：合成膜蛋白、分泌蛋白等；③线粒体或叶绿体中的核糖体：合成极少的线粒体蛋白或叶绿体蛋白
1、基本类型
1)70S的核糖体：原核细胞，真核细胞的叶绿体和线粒体【70S指沉降系数为70S】
2)80S的核糖体：真核细胞中
2、主要成分
1)r蛋白质:40%，核糖体表面
2)rRNA:60%,，核糖体内部
3、结构组成：核糖体大亚基、核糖体小亚基。每个亚基都含rRNA和 r蛋白。用EDTA、尿素和一价盐可逐级去掉核糖体上的r蛋白，得到纯的rRNA。
rRNA中的某些核苷酸残基被甲基化修饰，甲基化常发生在rRNA序列较保守的区域。
4、解离:
1)70S核糖体在低Mg浓度时，易解离成60S和40S的大小亚基，Mg浓度增高时，两个80S核糖体常形成120S 的二聚体。(大亚基中含23S rRNA和5S rRNA的；小亚基含16S rRNA。)
【大亚基的蛋白称为L蛋白，小亚基的称为S蛋白】
2)80S核糖体在 Mg浓度小于1mmol/L溶液中，易解离成50S和30S的大小亚基，2+Mg浓度大于10mmol/L 溶液中，两个70S核糖体常形成100S的二聚体。(大亚基中含28S rRNA和5S rRNA的；小亚基含18S rRNA。) 核糖体的大小亚基常游离于细胞质基质中，只有当小亚基与mRNA结合后大亚基才与小亚基结合形成完整的核糖体，肽链合成终止后，大小亚基解离。
四、核糖体的结构
1、结构与功能的分析方法
博客出版
1)离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白;
2)核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系：纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重组装的过程中，某些蛋白质必须首先结合到rRNA上，其他蛋白才能装配上去，即表现出现后层次。
3)双功能的交联剂和双向电泳分离：可用于研究r蛋白在结构上的相互关系。
4)电镜负染与免疫标记技术结合：研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位。
5)对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究已十分成熟:
①16SrRNA的一级结构是非常保守的
②16SrRNA的二级结构具有更高的保守性
③16SrRNA可以分为四个结构域：中心结构域，5'端结构域，3'端结构域和主结构域。
6)23S rRNA结构更复杂，有6个结构域。
7)rRNA折叠成高度压缩的三维结构，不但构成了核糖体的核心，还决定核糖体的整体形态。而r蛋白本身
不参与将遗传信息变成蛋白质的反应，其作用类似于黏土，将关键的rRNA黏在一起，从而稳定rRNA的三维结构，有助于RNA催化蛋白合成时自身构象的改变。
附：自主装配概念【翟版未到,】
12.1.2.掌握核糖体的功能部位及其在蛋白质合成中的作用:mRNA结合部位、P位、A位、肽酰基转移
酶部位、G因子部位、E位。附：核酶概念
1、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: 希腊黑暗时代1)与mRNA的结合位点：蛋白质起始合成首先需要mRNA与小亚基结合。
原核生物中，核糖体与mRNA结合位点位于16S rRNA的3’端，准确识别基础是细菌中mRNA上的Shine-Dalgarno(SD序列)，位于起始密码子上游5-10bp处，SD序列能与端序列互补结合。 16S rRNA的真核生物中无SD序列，小亚基准确识别mRNA的基础主要依赖于mRNA5’端的甲基化帽子结构。
2)与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点，又称A位点(aminoacyl site)
3)与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点——肽酰基位点，又称P位点(petidyl site)
4)脱氨酰Trnar 离开A位点到完全释放的一个位点——E位点(exit site)
5)与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点
6)肽酰转移酶的催化位点
7)与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点
16S rRNA与tRNA 同P、A位点结合有关;23S rRNA与tRNA 同P、A、E位点结合有关。核糖体中最主要的活性部分是肽酰转移酶的催化位点。
2、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:
1)依赖延伸因子Tu(EF-Tu)的氨酰tRNA的结合;
2)延伸因子G(EF-G)介导的转位作用;Met-tRNA的结合;
3)依赖于起始因子2的f
4)依赖于释放因子的蛋白合成终止作用;
5)应急因子与核糖体结合产生阻断蛋白合成等。
3、rRNA具有催化功能，核糖体实际是核酶
4、rRNA主要功能:
1)具有肽酰转移酶的活性;
2)为tRNA提供结合位点(A、P、E位点)
3)为多种蛋白质合成因子提供结合位点。
4)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结合此外，大小亚基的结合、校正阅读、无意义链或框架漂移校正、抗生素作用均与rRNA有关。
5、r蛋白主要功能:
1)对rRNA折叠成有功能的三维结构十分重要，并维持基结构
2)在蛋白合成中，核糖体空间构象发生的变化，r蛋白可能对构象变化起“微调”功能
3)在结合位点甚至可能在催化作用中，r蛋白与rRNA共同行使功能。
一、多聚核糖体 (polyribosome或polysome)
1、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体与 mRNA的聚合体称为多聚核糖体。
【其中包含的核糖体数目由mRNA长度决定。在原核细胞中，实验中分离出来的多聚核糖体常与DNA连在一起。】
2、多聚核糖体的生物学意义:
1)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。
2)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。
二、蛋白质的合成
电伴热酶联法1、肽链的起始(Initiation)
1)小亚基与mRNA结合：结合部位是mRNA的起始密码子AUG。原核细胞: 起始密码子AUG上游的SD序列与16S RNA结合，确保30S小亚基准确识别起始密码子，而非中间部分的AUG。此过程需起始因子(IF)协助。原核有三种IF IF仅存在于30S小亚基，一旦形成70S核糖体即从30S小亚基中释放。 IF作用：帮助形成起始复合物。
IF1作用：协助30S小亚基与mRNA结合，并防止氨酰-tRNA 进入核糖体错误位点 IF2：是一种GTP结合蛋白，协助第一个氨酰-tRNA进入核糖体，调节核糖体动态平衡，增加30S小亚基与mRNA结合。电视剧北平战与和
IF3：能结合mRNA，但不能结合50S亚基，只有IF3释放后，50S才能结合上去。真核细胞：小亚基先识别mRNA 5’端甲基化帽子，并沿着mRNA移动扫描，直到出现第一个AUG。
2)第一个氨酰-tRNA进入核糖体：伴随的IF3释放。
3)完整起始复合物的组装。
起始-tRNA与AUG结合后，大亚基与起始复合物结合，形成完整核糖体-mRNA起始复合物。伴随着GTP水解，IF1-3水解。
2、肽链的延伸(Elongation)
1)氨酰-tRNA 进入核糖体A位点的选择
2)肽键的形成
3)转位(translocation)
4)脱氨酰-tRNA的释放
3、肽链的终止 UAA UGA UAG终止密码子
*简述真核细胞核糖体进行蛋白质合成的过程。
①肽链合成的起始：核糖体小亚单位与mRNA5’端的cap识别并结合在一起，接着甲硫氨酸tRNA的反密码子识别并与mRNA的AUG配对形成起始复合物，此过程还需GTP和蛋白起始因子；②核糖体60S大亚基与起始复合物中的40S小亚基结合形成80S的完整核糖体与mRNA的起始复合物，此时发生GTP水解，甲硫氨酸（第一个）分子进入Ｐ位点；③肽链的延伸：ａ氨酰ｔRNA分子结合到核糖体Ａ位点；ｂ肽酰转移酶催化形成新的肽键；ｃ核糖体小亚单位沿ｍRNA由５’→３’准确移动三个核苷酸的距离，在Ｅ位点ｔRNA从核糖体释放，另一氨酰ｔRNA可结合到Ａ位点，如此循环完成整个多肽链的延伸；④蛋白质合成的终止：遇到终止密码子时，在释放因子协助下，多肽脱离核糖体，核糖体也脱离ｍRNA并解离为大小亚基
三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程
1、生命是自我复制的体系
1)三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA可能是生命起源中最早的生物大分子。
2)核酶(ribosome)：具有催化作用的RNA。
3)由RNA催化产生了蛋白质
2、DNA代替了RNA的遗传信息功能食用菌罐头
1)DNA双链比RNA单链稳定;
2)DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复。
3、蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能
1)蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性;
2)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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