姓名：乔艳红学号：1241410052
年级：2010级班级：一班
学院：生命科学学院时间：2011年11月9日
核酶的发现与应用
一、核酶的发现
1981年，Thomas Cech和他的同事在研究四膜虫的26S rRNA前体加工去除基因内含子时获得一个惊奇的发现∶内含子的切除反应发生在仅含有核苷酸和纯化的26S rRNA前体而不含有任何蛋白质催化剂的溶液中，可能的解释只能是:内含子切除是由26S rRNA前体自身催化的，而不是蛋白质。为了证明这一发现，他们将编码26S rRNA前体DNA克隆到细菌中并且在无细胞系统中转录成26S rRNA前体分子。结果发现这种人工制备的26S rRNA前体分子在没有任何蛋白质催化剂存在的情况下，切除
了前体分子中的内含子。这种
现象称为自我剪接
(self-splicing)，这是人类第一
次发现RNA具有催化化学反
应的活性，具有这种催化活性
的RNA称为核酶。这一发现
之后不久，在酵母和真菌的线
粒体mRNA和tRNA前体加
工、叶绿体的tRNA 和rRNA前体加工、某些细
菌病毒的mRNA前体加工中都发现了自我剪接现象。Thomas Cech 因发现了核酶而获得1989年诺贝尔化学奖。核酶的发现在生命科学中具有重要意义，在进化上使我们有理由推测早期遗传信息和遗传信息功能体现者是一体的，只是在进化的某一进程中蛋白质和核酸分别执行不同的功能。核酶的发现为临床的基因治疗提供了一种手段，具有重要的应用前景。
二、核酶的概念
核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化
学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功
能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作
用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶
的功能很多,有的能够切割RNA, 有的能够切割
DNA, 有些还具有RNA 连接酶、磷酸酶等活性。
与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种
较为原始的催化酶。
U pA G pU 5'3'5'外显子
3'外显子
内含子
三、核酶的分类
剪接型（ splicing ）核酶：这类核酶具有核酸内切酶和连接酶两种活性。、作用机制：通过既剪又接的方式除去内含子 （Intron)。需要鸟苷酸或鸟苷及镁离子参与
剪接机制：
I 型内含子的结构特点： 1、拼接点序列为5’U... (3)
2、中部核心结构
3、内部引导序列
4、剪接通过转酯反应进行
剪切型（cleavage ）核酶：这类核酶催化自身或者异体RNA 的切割，相当于核酸内切酶。
这类RNA 进行催化反应时只切不接。类型：1) 自体催化剪切型 2) 异体催化剪切型。
特点：在 Mg
2+ 或其他二价金属离子存在下，在特定的位点，自我剪切，产生5‘-OH 和2’, 3‘-环磷酸二酯末端。 剪 切 机 制：
四、核酶的应用
核酶是在对多种植物病毒卫星RNA 及类
病毒RNA 的自我剪接研究中 发现的，数
量
pG pA G pU 3'U 5'OH 一次转酯反应二次转酯反应U pU 3'
pG pA G OH 5'
酸基团留在3′位置上，称为5′-内切酶；而有些
仅水解3′-磷酸二酯键，把磷酸基团留在5′位置上，称为3′-内切酶。能专一性地识别并水解双链DNA上的特异核苷酸顺序，称为限制性核酸内切酶（restr iction endonuclease，简称限制酶）。当外源DNA侵入细菌后，限制性内切酶可将其水解切成片段，从而限制了外源DNA在细菌细胞内的表达，而细菌本身的DNA由于在该特异核苷酸顺序处被甲基化酶修饰，不被水解，从而得到保护。限制性核酸内切酶可被分成三种类型。Ⅰ型和Ⅲ型限制酶水解DNA需要消耗A TP，全酶中的部分亚基有通过在特殊碱基上补加甲基基团对DNA进行化学修饰的活性。Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修饰DNA，能在所识别的特殊核苷酸顺序内或附近切割DNA。因此，被广泛用于DNA分子克隆和序列测定。
四、核酶的具体应用实例
(一) 抗病治疗
随着对核酶的深入研究，已经认识到核酶在遗传病，肿瘤和病毒性疾病上的潜力。
年，在国外的一些国家已经在小
白鼠体内得到较好的效果。 （二） 反义核酸技术
反义核酸反义核酸是指能与特定mRNA 精确互补、特异阻断其翻译的RNA 或D NA 分子。利用反义核酸特异地封闭某些基因表达，使之低表达或不表达，这种技术即为反义核酸技术[1-3]。它包括反义RNA 、反义DNA 和核酶(ribozymes)三大技术。反义核酶作为一种基因下向调节作用因子，在抑制一些有害基因的表达和 失控基因的过度表达上发挥着重要作用。随着反义核酶技术的发展和成熟，已逐渐应用于抗某些人体寄生虫病的研究。作用原理 反义核酸目前有三种来源：
一是利用固相亚磷酰胺法人工合成的短小反义寡聚核
苷酸(antisense oligodeoxyncleotides ，AON)，这是反
义核酸最普遍的应用方式，包括未修饰AON 和硫代磷
酸酯化(PS)、磷酸二酯化(PO)和甲基化等修饰AON 二
类，其中以PSAON 应用最广泛。ANO 设计合成简单，
只要其顺序与靶mRNA 部分顺序互补即可，而对基因
的读码框无要求；二是更具有实用价值的工人表达载
体，包括单个基因和多个基因的联合反义表达载体[3]，
它是利用基因重组技术将靶基因序列反向持插入到载体的启动子和终止子之间，
通过转录可源源不断产生反义RNA分子；三是天然存在的反义核酸分子，但目前分离纯化尚存在困难。
作用特点反义核酸作为基因治疗药物之一，与传统药物相比具有诸多优点。1)高度特异性：反义核酸药物通过特异的碱基互补配对作用于靶RNA或DNA，犹如“生物导弹”。2)高生物活性、丰富的信息量；反义核酸是一种携带特定遗传信息的信息体，碱基排列顺序可千变万化，不可穷尽。3)高效性：直接阻止疾病基因的转录和翻译。4)最优化的药物设计：反义核酸技术从本质上是应用基因的天然顺序信息，实际上是最合理的药物设计。5)低毒、安全：反义核酸尚未发现其有显著毒性，尽管其在生物体内的存留时间有长有短，但最终都将被降解消除，这避免了如转基因疗法中外源基因整合到宿主染色体上的危险性。
反义核酸技术反义核酸技术是20世纪70年代末发展起来的系统应用新技术，在人类基因组计划取得成果的基础上得到了快速发展。反义核酸化妆品是在生物技术药物研究的基础上最新发展起来的，与传统化妆品相比，具有高效、高选择性、安全环保的特点。反义核酸技术在化妆品领域异军突起，代表了化妆品发展的一个重要方向。反义技术是应用碱基配对的原理，以体内表达某种特定蛋白质的靶基因为基础，人工设计一段与之互补的基因片段封闭该靶基因，直接阻断该蛋白质的产生。针对有害基因，突变基因，非正常基因及其过度表达的基因，科学家设计了反义核酸，使这些基因关闭或者低表达。反义核酸是人工合成的D NA片段（简称寡核苷酸），它与待封闭基因的某一区段互补，能够抑制或封闭靶细胞基因的表达。由于它与基因序列（称为正义链）碱基互补，或者说具有某种意义上的“镜象”关系，因此，这类寡核苷酸称为“反义核酸”。自1978年反义核酸概念提出，到1998年10月第一个反义核酸药物在美国问世，标志着反义核酸理论已趋于成熟。人类基因组计划的进展为反义核酸技术的发展奠定了坚实基础。近年来，国际著名的大型制药公司纷纷以各种方式介入反义技术研究，并且有多个反义核酸药物进入三期临床试验，这些都表明反义核酸技术及其产品的发展前景十分广阔。反义核酸技术在药物研究方面的发展日臻成熟，随着基因组学的发展，在其他方面的应用也开始受到关注。包括农业育种、功能基因研究、化妆品等方面都已经有了成功应用的例子。反义核酸在应用领域不断扩展，同时其生产技术也在不断发展，反义序列筛选技术、寡核苷酸合成纯化技术逐步完善，并已有专业公司提供商业化服务，作为基因功能研究的工具已实现商业化，合成成本不断下降，促进了反义核酸产业的高速发展。反义技术是继基因克隆和重组技术之后在分子生物学领域中兴起的一门全新的基因工程技术。
果。目前，国外已有多个化妆品产品应
用了反义技术，包括Christian Dior、日本SK-II、朗斯国际等，国内进行反义技术化妆品开发的企业还很少。反义核酸技术系统应用于化妆品开发的特点设计简单——根据碱基互补原理，只要知道某种美损性皮肤问题的靶基因序列，就可设计相应的反义核酸DNA，进行系列化妆品产品的开发。特异性高——反义核酸通常为20个碱基左右的寡核苷酸，它通过多点与靶基因结合，因而具有非常高的特异性。靶点丰富——人类基因组计划研究成果为反义技术提供了丰富的靶点，可以不断开发出新的美容产品。反义核酸技术化妆品的特点与传统化妆品相比，反义核酸技术化妆品突破了传统化妆品的界限。
安全性——反义核酸DNA与人皮肤亲和性和同源性高，对人体皮肤不产生毒、副作用。参与皮肤细胞的生命活动——反义核酸化妆品直接参与人体皮肤细胞的生命活动，阻断致病mRNA翻译为致病蛋白质的过程，从本质上改善皮肤质量，达到美容目的。而传统产品是利用化学物质的腐蚀遮盖或物理摩擦作用，对人体皮肤进行外部侵蚀和剥离，其中的重金属（铅、汞等）经皮肤细胞吸收后，皮肤会因中毒而逐渐遭到破坏，从而也加快了皮肤衰老。促进健康基因生长，达到综合美容效果——明确了与美容相关的功能基因后，利用反义技术，对功能基因进行正向或负向调控，使皮肤细胞达到健康平衡的良好生理水平，达到综合美容效果。从而使肌肤呈现健康状态。生物技术时代，美丽体现在人体的内外平衡，更体现在人与自然的和谐共处。在经济发展迅速，人们健康意识增强的今天，对化妆品的环保、高效要求更加强烈。反义核酸技术应用于美容化妆品行业，顺应行业发展趋势，并将极大推动民族化妆品产业向前发展。
（三）核酶在医学上的应用
1、核酶抗肝炎病毒的研究
目前人们已进行了核酶抗甲型肝炎病毒（HAV)、乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV）以及HDV作用的研究。人工设计核酶多为锤头状结构，少部分是采用发夹状核酶。
2、抗人类免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV-Ⅰ)核酶
1998年，美国加利福尼亚大学Wong-Staal等利用发夹核酶抑制HIV-Ⅰ基因表达，并在Ⅰ期临床实验中受到良好效果。
3、抗肿瘤治疗
核酶能在特定位点准确有效地识别和切割肿瘤细胞的mRNA，抑制肿瘤基因的表达，达到治疗肿瘤的目的。
五、核酶技术面临的问题
1、核酶催化切割反应的可逆性问题
2、催化效率低，如何提高催化效率
3、寻找合适载体将核酶高效、特异地导入靶细胞
4、使核酶在细胞内有调控地高效表达
5、增强核酶在细胞内的稳定性
6、对宿主的损伤问题有待进一步考察
型内含子核酶研究进展* 李志杰 张 翼 ** (武汉大学生命科学学院,武汉430072) 摘要 型内含子核酶作为最早被发现的RNA 催化剂,在过去20年里得到了深入研究.相关研究成果使人们在RNA 的生物学功能、催化特征、结构与折叠特征等方面的认识有了革命性更新.回顾了 型内含子核酶研究的主要进展,重点对近年来在 型内含子核酶的结构和折叠方面所取得的重要成果进行了介绍,分析和总结.关键词 型内含子,核酶,催化,结构,折叠学科分类号 Q71 在 型内含子核酶被发现之前,蛋白质一直被认为是唯一具有催化功能的生物大分子.1982年,Krug er 等[1]报道了在没有蛋白质存在的条件下,四膜虫(T etr ahymena ther mop hilia )26S rRNA 的前体可以在体外自我剪接(autoex cision 或self splicing ),它所含的 型内含子RNA 可以催化核酸主链上的磷酸二酯键断裂和连接反应.在随后的几年中,更多的实验事实证明四膜虫 型内含子具有和蛋白质酶相似的催化能力[2].几类其他的RNA 也相继被证明具有催化活性.为了与蛋白质酶类相区别,化学本质为RNA 的具有催化功能的生物大分子被统称为核酶(ribozyme). 除了 型内含子核酶之外,过去十几年里陆续发现的核酶主要包括:锤头状核酶(hammerhead ribozyme),发卡状核酶(hairpin ribozyme),HDV 核酶(hepatitis delta virus ribozyme),Neurosp ora v arkud satellite 核酶,RNase P 核酶,以及 型内含子核酶等[3]. 近两年来,人们又发现两种重要的有催化活性的RNA:一种是真核生物剪接体所包含的U2和U 6RNA [4],另一种是核糖体大亚基rRNA [5].核糖体大亚基rRNA 是目前发现最大的核酶,它所具有的肽键转移酶活性在已经发现的各种核酶中也显得很特殊,因为无论其他核酶所催化的反应有多复杂,其本质都是磷酸酯键转移反应.另外,人们通过体外演化(in vitro evolution)的方法得到了一些可以催化其他生化反应的人工核酶. 1 型内含子核酶的体外催化 1 1 天然 型内含子核酶所催化的反应 型内含子核酶所催化的典型反应是包括两步 磷酸酯键转移反应的RNA 剪接反应.在这个反应 中需要镁离子、外源鸟苷或其磷酸化衍生物(GM P 、GDP 、GTP).首先,一个外源鸟苷的3!羟基攻击5!剪接位点的磷原子,并与内含子5!的第一个核苷酸形成3!,5!磷酸二酯键;然后,5!外显子的3!羟基攻击3!剪接位点的磷原子,导致内含子的释放和外显子的连接(图1).这个反应机制是由体外剪接研究得到的,实验证明此反应中间产物在体内也存在,表明 型内含子在体内的剪接是通过同样的反应机制.剪接反应释放出5!端连有外源G 的内含子是 型内含子自剪接反应的显著特征 [6] . Fig 1 Self splicing mechanism of group introns [6] 图1 型内含子的自剪接反应[6] 圆圈? #? 所在处为剪接位点. *国家自然科学基金资助项目(30170213). **通讯联系人.武汉大学生命科学学院生物技术系. Tel:027 ********,Fax:027 ******** E mail:yi z hang@https://www.doczj.com/doc/3911692008.html, 收稿日期:2002 11 20,接受日期:2002 12 28
U pA G pU 5'外显子3'外显子 内含子 核酶的研究进展 摘要： 80年代初，由美国科学家Cech 和Altman 发现了核酶,随着人类基因工程研究的深入，工作者和基础科学研究人员开始注意到核酶在各方面的应用潜力。 关键词： 概念 分类 剪接机制 反义核酸技术 医学上的应用 应用实例 技术问题 核酶的概念 核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一R NA 分子中的某些部位。核酶的功能很多,有的能够切割RNA, 有的能够切割DN A, 有些还具有RNA 连接酶、磷酸酶等活性。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。 核酶的分类 剪接型核酶：这类核酶具有核酸内切酶和连接酶两种活性。、作用机制：通过既剪又接的方式除去内含子 。需要鸟苷酸或鸟苷及镁离子参与 剪接机制： I 型内含子的结构特点： 1、拼接点序列为5’U... (3) 2、中部核心结构 3、内部引导序列 pGpA G pU 3'U 5' O H
4、剪接通过转酯反应进行 剪切型核酶：这类核酶催化自身或者异体RNA的切割，相当于核酸内切酶。 这类RNA进行催化反应时只切不接。类型：1) 自体催化剪切型2) 异体催化剪切型。 特点：在Mg 2+ 或其他二价金属离子存在下，在特定的位点，自我剪切，产生5‘-OH 和2’, 3‘-环磷酸二酯末端。 核酶的应用 核酶是在对多种植物病毒卫星RNA及类病毒RNA的自我剪接研究中发现的，数量较少，常见于rRNA的内含子。 核酶的具体作用主要有： 1.核苷酸转移作用。 2.水解反应，即磷酸二酯酶作用。 3.磷酸转移反应，类似磷酸转移酶作用。 4.脱磷酸作用，即酸性磷酸酶作用。 RNA内切反应，即RNA限制性内切酶作用。核酸内切酶可以催化水解多核苷酸内部的磷酸二酯键。有些核酸内切酶仅水解5′磷酸二酯键，把磷酸基团留在3′位置上，称为5′-内切酶；而有些仅水解3′-磷酸二酯键，把磷酸基团留在5′位置上，称为3′-内切酶。能专一性地识别并水解双链DNA上的特异核苷酸顺序，称为限制性核酸内切酶。当外源DNA侵入细菌后，限制性内切酶可将其水解切成片段，从而限制了外源DNA在细菌细胞内的表达，而细菌本身的D NA由于在该特异核苷酸顺序处被甲基化酶修饰，不被水解，从而得到保护。限制性核酸内切酶可被分成三种类型。Ⅰ型和Ⅲ型限制酶水解DNA需要消耗ATP，全酶中的部分亚基有通过在特殊碱基上补加甲基基团对DNA进行化学修饰的活性。Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修饰DNA，能在所识别的特殊核苷酸顺序内或附近切割DNA。因此，被广泛用于DNA分子克隆和序列测定。
核酶的发现与基本内容 什么是核酶 核酶(ribozyme)是具有催化功能的RNA分子，是生物催化剂，可降解特异的mRNA 序列。核酶又称核酸类酶、酶RNA、核酶类酶RNA。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。 核酶的发现 1981年，Thomas Cech和他的同事在研究四膜虫的26S rRNA前体加工去除基因内含子时获得一个惊奇的发现∶内含子的切除反应发生在仅含有核苷酸和纯化的26S rRNA前体而不含有任何蛋白质催化剂的溶液中，可能的解释只能是:内含子切除是由26S rRNA前体自身催化的，而不是蛋白质。 为了证明这一发现，他们将编码26S rRNA前体DNA克隆到细菌中并且在无细胞系统中转录成26S rRNA前体分子。结果发现这种人工制备的26S rRNA前体分子在没有任何蛋白质催化剂存在的情况下，切除了前体分子中的内含子。这种现象称为自我剪接(self-splicing)，这是人类第一次发现RNA具有催化化学反应的活性，具有这种催化活性的RNA称为核酶。 这一发现之后不久，在酵母和真菌的线粒体mRNA和tRNA前体加工、叶绿体的tRNA 和rRNA前体加工、某些细菌病毒的mRNA前体加工中都发现了自我剪接现象。 Thomas Cech 和S.Altman因发现了核酶而获得1989年诺贝尔化学奖。 (内含子：断裂基因的非编码区，可被转录，但在mRNA加工过程中被剪切掉。前体：修饰加工前，刚刚转录出来的RNA) 核酶的特点 核酶的功能很多，有的能够切割RNA，有的能够切割DNA，有的还具有RNA连接酶、磷酸酶等活性。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。 大多数核酶通过催化转磷酸酯和磷酸二酯键水解反应参与RNA自身剪切、加工过程。
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。
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)
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
酶的应用与发展论文集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
摘要：生物工程是现代科技的一项高新技术,是当今最有发展前景的学科之一。而酶工程是生物工程的重要组成部分,酶作为生物催化剂,它广泛应用于食品、酿造、淀粉糖、制革、纺织、印刷、医药、石油化工等20多个领域。它可提高产品品质、改进产品工艺、降低劳动强度、节约原料和能源、保护环境,并产生巨大的经济效益和社会效益。关键字：酶工程酶的固定化酶的应用前景 从世界范围而言,酶制剂总量的55%是水解酶,主要用于焙烤食品、酿酒、淀粉加工、酒精和纺织等工业;35%是蛋白酶,主要用于洗涤剂、制革和乳品工业;其余是药用酶制剂、试剂级酶制剂和工具酶。 1酶工程 酶工程技术是利用酶和细胞或细胞器所具有的催化功能来生产人类所需产品的技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改造，以及生物传感器。 酶的生产 酶的生产是各种生物技术优化与组合的过程，分为生物提取法、生物合成法和化学合成法三种,其中生物提取法是最早采用而沿用至今的方法,它是指采用各种提取、分离、纯化技术从动物、植物、器官、细胞或微生物细胞中将酶提取出来；生物合成法是20世纪60年代以来酶生产的主要方法,是指利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的生命活动而获得人们所需酶的技术过程；而化学合成法因其成本高,且只能合成那些已经弄清楚化学结构的酶,所以难以进行工业化生产，至今仍处在实验室研究的阶段。
酶的纯化 酶的纯化属于一种后处理工艺，包括粗制工艺与精制工艺，对超酶液进行浓缩精制是生产高质量酶制剂的重要环节。其提纯手段一般是依据酶的分析大小、形状、电荷性质、溶解度、专一结合位点等性质而建立。要得到纯酶,一般需要将各种方法联合使用。最常用的纯化方法有根据溶解度特性的沉淀法;根据电荷极性的离子交换层析、等电点聚焦电泳等;根据大小或重量的离心分离、透析、超滤等;根据亲和部位的亲和层析、共价层析等。 酶的固定化技术 酶的固定化技术是把从生物体内提取出来的酶,用人工方法固定在载体上，这是是酶工程的核心,它使酶工程提高到一个新水平。自从1969年世界上第一次使用固相酶技术以来，至今已有40多年的历史。由于固定化酶的运动被化学或物理的方法限制了,能将其从反应介质中回收,所以原则上能在批量操作或连续操作中重复使用酶。 固定化酶具有如下性质:酶的稳定性提高;最适pH值改变;酶的活性和催化底物有所变化;最适温度有所提高，对抑制剂和蛋白酶的敏感性降低;反应完成后可通过简单的方法回收,且酶活力降低不多,这样可使酶重复使用[3]。同时由于酶没有游离到产品中,便于产品的分离和纯化;实现批量或连续操作模型的可能,可进行于产业化、连续化、自动化生产。 2酶的应用现状 在食品业的应用
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)
超氧化物歧化酶（SOD）的发现及其应用 早在1930年，Keilin和Mann就发现了SOD，不过，当时他们仅认为是一种蛋白质，并命名为血铜蛋白。直到1969年，McCord和Fridovich在研究对黄嘌呤氧化酶时，发现SOD具有酶的活性，并正式把它命名为superoxidedismutse，中文名即为超氧化物歧化酶。 超氧化物歧化酶 一、超氧化物歧化酶（SOD）分类及作用 根据分子中所含的金属辅基不同，SOD可分为Cu，Zn-SOD，Fe-SOD，Mn-SOD 和Ni-SOD四类。其中Cu，Zn-SOD主要存在于真核细胞的细胞浆中，如猪血、鸭血、猪肝等动物血液和内脏器官等组织中；Mn-SOD存在于真核细胞的线粒体、细菌中；Fe-SOD只存在于原核细胞中，如海藻中的螺旋藻、铁钉叶等；Ni-SOD 是最近发现只存在于某些极少数原核细菌中。 SOD是机体内天然存在的超氧自由基清除因子，它可以把有害的超氧自由基转化为过氧化氢和氧气，生成的过氧化氢会被过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)分解为完全无害的水。因而SOD是机体内防止自由基损伤的第一道防线，，是生物体内最重要的抗氧化酶。SOD作为机体内最有效、最重要的抗氧化酶之一，能有效清除老年机体代谢过程中所产生的超氧自由基，延缓衰老。 二、自由基 自由基是一类非常活跃的化学物质，是个有不成对（奇数）电子的原子或原子团。其中最重要的是超氧自由基，它可聚集体表、心脏、血管、肝脏和脑细胞中。如果沉积在血管壁上，会使血管发生纤维性病变，导致动脉管硬化，高血压，心肌梗塞；沉积在脑细胞时，会引起老年人神经官能不全，导致记忆、智力障碍以及抑郁症，甚至老年性痴呆等，是造成人类衰老和疾病的元凶。而在衰老的皮肤和脑中存在的脂褐素和蜡样质,可使皮肤变黑和粗糙，这两种物质也是由自由
RNA酶的发现 “酶是细胞内高效和高度专一的生物催化剂，酶的本质是蛋白质”，在生物化学及有关教科书中对酶都是这样叙述的。毫无疑问，这种说法是正确的，因为已研究的数千种酶，它们无一例外都是由氨基酸组成的蛋白质。然而，有一个实验事实引起了科学家的关注，许多真核生物的DNA转录成mRNA 时，其原始转录产物的分子量比转译成相应蛋白质的mRNA的分子量要大得多，说明DNA的原始转录产物(亦称mRNA前体)是通过某种加工后才成为成熟的mRNA的，这种成熟的mRNA才能转译成蛋白质。那么这种后加工过程是怎样进行的呢？科学家们发现在mRNA前体分子中总是有一些不连续的小片段核苷酸序列，称居间序列(IVS)，在mRNA成熟过程中，它们被切除了，是否是这些IVS行使剪切mRNA前体转变成熟的mRNA的功能？之后，在真核细胞DNA转录成rRNA前体和tRNA前体时都发现了它们在成熟过程中切除了部分序列，因此如何证明这种“自我剪接”现象成为众多科学家关注的对象。 1981年，美国科罗拉多大学CechT.R.实验室用一种原生动物四膜虫的26S rRNA前体做实验时发现，在rRNA成熟过程中确实剪下了一个IVS序列， 长度为413个碱基，他们把它称为L 19RNA，就是这个L 19 RNA可剪切rRNA前体 使它成为成熟的rRNA，因此L 19 RNA具有类似于酶的催化作用。经他们反复研究后证实，在这一剪接过程中确实没有酶或其他蛋白质的参与，也不需要能量物质ATP或GTP，完全是rRNA前体自身的催化反应，由于这是一种核糖核酸催化核糖核酸的反应，因此他们把具有催化功能系列的IVS称谓核酶(Ribozyme)。这一惊人的发现不久被一系列的实验所证实，为此年轻科学家Cech于1989的获得诺贝尔化学奖。 随着研究的不断深入，科学家们发现这种由核糖核酸组成的核酶的催化性质与由氨基酸组成的蛋白类酶具有十分相似之处，例如核酶也是高度专一 的，四膜虫中L 19RNA只催化底物多聚核糖核酸，对五聚脱氧胞苷酸(dpC 5 )或 五聚脱氧腺苷酸(dpA 5)不但没有活性而且还是L 19 RNA的抑制剂。由此可见， 酶与核酶除了它们的一级结构组成不同外，作为生物催化剂的催化特征与作用特点是相同的。 迄今为至，科学家已发现了7类自然界存在的核酶，即第一类内含子、第二类内含子、核糖核酸酶P的RNA亚基、锤头型核酶、发夹型核酶、肝炎
姓名：乔艳红学号：1241410052 年级：2010级班级：一班 学院：生命科学学院时间：2011年11月9日
核酶的发现与应用 一、核酶的发现 1981年，Thomas Cech和他的同事在研究四膜虫的26S rRNA前体加工去除基因内含子时获得一个惊奇的发现∶内含子的切除反应发生在仅含有核苷酸和纯化的26S rRNA前体而不含有任何蛋白质催化剂的溶液中，可能的解释只能是:内含子切除是由26S rRNA前体自身催化的，而不是蛋白质。为了证明这一发现，他们将编码26S rRNA前体DNA克隆到细菌中并且在无细胞系统中转录成26S rRNA前体分子。结果发现这种人工制备的26S rRNA前体分子在没有任何蛋白质催化剂存在的情况下，切除 了前体分子中的内含子。这种 现象称为自我剪接 (self-splicing)，这是人类第一 次发现RNA具有催化化学反 应的活性，具有这种催化活性 的RNA称为核酶。这一发现 之后不久，在酵母和真菌的线 粒体mRNA和tRNA前体加 工、叶绿体的tRNA 和rRNA前体加工、某些细 菌病毒的mRNA前体加工中都发现了自我剪接现象。Thomas Cech 因发现了核酶而获得1989年诺贝尔化学奖。核酶的发现在生命科学中具有重要意义，在进化上使我们有理由推测早期遗传信息和遗传信息功能体现者是一体的，只是在进化的某一进程中蛋白质和核酸分别执行不同的功能。核酶的发现为临床的基因治疗提供了一种手段，具有重要的应用前景。 二、核酶的概念 核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化 学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功 能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作 用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶 的功能很多,有的能够切割RNA, 有的能够切割 DNA, 有些还具有RNA 连接酶、磷酸酶等活性。 与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种 较为原始的催化酶。
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
核酶的发现与应用 一、核酶的发现 1968年Francis Crick在他的论文“基因密码的起源”一文中提到“可能第一个酶是具有复制能力的RNA”时，没有人予以注意。 20年后，在1987年第52届冷泉港定量生物学国际讨论会上Alan Weiner做会议总结时又重复了20年前Francis Crick的话，会议注意力已集中到最近发现的具有酶活性的RNA分子上。 1981年，Cech发现四膜虫rRNA的前体在没有蛋白质的情况下能专一地催化寡聚核苷酸底物的切割与连接，具有分子内催化的活性。 1983年，Altman等发现大肠杆菌RNaseP的蛋白质部分除去后，在体外高浓度镁离子存在下，与留下的RNA部分(M1 RNA)具有与全酶
相同的催化活性。 1986年，Cech又证实rRNA前体的内含子能催化分子间反应。 核酶的发现对于所有酶都是蛋白质的传统观念提出了挑战。1989年，核酶的发现者T.Cech和S.Ahman被授予诺贝尔化学奖。 二、核酶的应用 （一）应用于生命起源的研究 体内选择技术的应用已经找到了一些催化基本生化反应（如RNA 剪切、连接、合成以及肽键合成等）的核酶，这些结果支持了在蛋白质产生以前核酶可能参与催化最初的新陈代谢的设想。 （二）在医学领域中的应用 1、通过识别特定位点而抑制目标基因的表达，抑制效率高，专一性强。 2、免疫源性低，很少引起免疫反应。 3、针对锤头核酶而言，催化结构域小，既可作为转基因表达产物，也可以直接以人工合成的寡核苷酸形式在体内转运。 4、用于RNA的修复，核酶、反义核酸和小分子RNA（snRNA）是RNA修复的常用工具。核酶是天然的具有催化能力的RNA分子，能特异性地催化RNA剪接。经过基因工程改造的核酶，可以位点特异性地切割任意给定的RNA分子。 5、核酶抗肝炎病毒的研究：目前人们已进行了核酶抗甲型肝炎病毒（HAV)、乙型肝炎病毒（ HBV）、丙型肝炎病毒（ HCV）以及HDV作用的研究。人工设计核酶多为锤头状结构，少部分是采用发夹状核酶。 6、抗人类免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV-Ⅰ)核酶。1998年，美国加利福尼
摘要：生物工程是现代科技的一项高新技术,是当今最有发展前景的学科之一。而酶工程是生物工程的重要组成部分,酶作为生物催化剂,它广泛应用于食品、酿造、淀粉糖、制革、纺织、印刷、医药、石油化工等20多个领域。它可提高产品品质、改进产品工艺、降低劳动强度、节约原料和能源、保护环境,并产生巨大的经济效益和社会效益。 关键字：酶工程酶的固定化酶的应用前景 从世界范围而言,酶制剂总量的55%是水解酶,主要用于焙烤食品、酿酒、淀粉加工、酒精和纺织等工业;35%是蛋白酶,主要用于洗涤剂、制革和乳品工业;其余是药用酶制剂、试剂级酶制剂和工具酶。 1酶工程 酶工程技术是利用酶和细胞或细胞器所具有的催化功能来生产人类所需产品的技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改造，以及生物传感器。 1.1酶的生产 酶的生产是各种生物技术优化与组合的过程，分为生物提取法、生物合成法和化学合成法三种,其中生物提取法是最早采用而沿用至今的方法,它是指采用各种提取、分离、纯化技术从动物、植物、器官、细胞或微生物细胞中将酶提取出来；生物合成法是20世纪60年代以来酶生产的主要方法,是指利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的生命活动而获得人们所需酶的技术过程；而化学合成法因其
成本高,且只能合成那些已经弄清楚化学结构的酶,所以难以进行工业化生产，至今仍处在实验室研究的阶段。 1.2酶的纯化 酶的纯化属于一种后处理工艺，包括粗制工艺与精制工艺，对超酶液进行浓缩精制是生产高质量酶制剂的重要环节。其提纯手段一般是依据酶的分析大小、形状、电荷性质、溶解度、专一结合位点等性质而建立。要得到纯酶,一般需要将各种方法联合使用。最常用的纯化方法有根据溶解度特性的沉淀法;根据电荷极性的离子交换层析、等电点聚焦电泳等;根据大小或重量的离心分离、透析、超滤等;根据亲和部位的亲和层析、共价层析等。 1.3酶的固定化技术 酶的固定化技术是把从生物体内提取出来的酶,用人工方法固定在载体上，这是是酶工程的核心,它使酶工程提高到一个新水平。自从1969年世界上第一次使用固相酶技术以来，至今已有40多年的历史。由于固定化酶的运动被化学或物理的方法限制了,能将其从反应介质中回收,所以原则上能在批量操作或连续操作中重复使用酶。 固定化酶具有如下性质:酶的稳定性提高;最适pH值改变;酶的活性和催化底物有所变化;最适温度有所提高，对抑制剂和蛋白酶的敏感性降低;反应完成后可通过简单的方法回收,且酶活力降低不多,这样可使酶重复使用[3]。同时由于酶没有游离到产品中,便于产品的
第十二章核糖体2012 ribosome 概述 1953年，Robinsin和Brown在植物细胞中通过电镜观察到这种颗粒结构； 核糖体是体积较小（直径25~30nm）的无膜包围的细胞器，在普通光镜下观察不到； 全名——核糖核蛋白体（ribosome），简称——核糖体或核蛋白体。 分布：除少数几种高度分化的细胞外（如哺乳动物红细胞），核糖体存在于一切细胞中【原核细胞（支原体）、真核细胞】，这有别于其他细胞器。 分类：附着核糖体 游离核糖体。 本章内容 第一节核糖体的类型与结构 第二节多聚核糖体与蛋白质的合成 第一节核糖体的类型与结构（P367,263） 一、核糖体的基本类型与化学组成 1、核糖体的基本类型（P367）： 70S和80S （S为Svedberg沉降系数单位） 70S核糖体存在于原核细胞和真核细胞的线粒体、叶绿体中； 80S核糖体存在于真核细胞（线粒体、叶绿体除外） 二、核糖体的结构 主要成分是rRNA（60％）和r蛋白（40％） 1、核糖体能够自我装配——不需要其他大分子的参与； 2、装配过程具有先后层次——某些r蛋白首先结合到rRNA上，其他蛋白才能装配； 3、不同原核生物中r蛋白序列之间具有很高的同源性； 不同真核生物中，r蛋白序列之间也存在很高的同源性。 4、rRNA序列一级结构非常保守，二级结构更加一致——臂环。
5、核糖体构型的稳定性依靠Mg2+ ： 在Mg2+浓度小于1mM的溶液中，70S核糖体易离解为50S和30S大小亚单位； 当Mg2+浓度大于10mM时，两个核糖体形成100S的二聚体； 三、核糖体蛋白质与rRNA的功能 1、核糖体的功能位点：6个 ①mRNA结合位点； ②A位点（氨酰基位点）； ③P位点（肽酰基位点）； ④E位点； ⑤与延伸因子EF-G的结合位点； ⑥肽酰转移酶的催化位点。 2、rRNA是核糖体功能的主导者： 肽酰转移酶催化位点(23S rRNA)； 为tRNA提供结合位点（A、P、E位点）； 为多种蛋白质合成因子提供结合位点； 在合成起始和肽链延伸中与mRNA结合。 3、r蛋白的功能： 促进rRNA三维结构的折叠； 对核糖体构象变化起调控作用； 与rRNA共同行使结合、催化功能。 第二节 多核糖体与蛋白质的合成 一、多核糖体（P374） 1、定义：多个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种聚合体称为多核糖体（polyribosome）。 2、相邻核糖体之间的距离约80个核苷酸，核糖体的数量决定于mRNA的长度。 3、多核糖体大大提高了多肽的合成效率。 二、蛋白质的合成（以原核细胞为例） 三、核糖体与RNA世界
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 g2+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种蛋白质；16S r R N A（小亚基的形 态主要由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，5S r R N A， 5.8S 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 ?25S 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
第六章核糖体与核酶 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。 核糖体最早是Albert Claude于20世纪30年代后期发现的, 其后又证明了其蛋白质合成功能。 随着分子生物学的发展，核糖体概念的涵意有了进一步的发展。细胞内除了从事蛋白质合成的核糖体外，还有许多其它功能的核糖核蛋白体颗粒，通常是一些小分子的RNA同蛋白质组成的颗粒，它们参与RNA的加工、RNA的编辑、基因表达的调控等。 核糖体的生物发生包括蛋白质和rRNA的合成、核糖体亚基的组装等。在活跃进行蛋白质合成的生物中，需要大量的核糖体，意味着需要合成大量rRNA和蛋白质，可通过增加染色体上的基因拷贝数及基因扩增实现，基因扩增主要形成较多的核。真核生物的18S、5.8S、28SrRNA基因组成一个转录单位，转录成一个45S的前体，它具有两个独特的特点，先是具有大量的甲基化核苷，再是有很多假尿苷。原核生物的16S、23S、5S3种rRNA基因组成一个转录单位。原核生物基因的重复次数较少，真核生物中编码5SrRNA的基因位于不同的染色体上，而在原核生物中它与另外基因排列在同一染色体上。真核生物核糖体亚基在核仁中装配，首先要合成参与核糖体装配的蛋白质，包括核糖体结构蛋白和前rRNA 加工有关的酶，他们在细胞质游离的核糖体上合成被运输到细胞核中参与装配；原核生物核糖体亚基在细胞质中装配。 核糖体的蛋白质合成功能是通过放射性标记实验发现的。将细胞与放射性标记的氨基酸短暂接触后进行匀浆，然后分级分离，发现在微粒体部分有大量新合成的放射性标记的蛋白质。后将微粒体部分进一步分离，得到核糖体和膜微粒，这一实验结果表明核糖体与蛋白质合成有关。在其上合成的是蛋白质的一级结构，N端开始、C端结束。核糖体中有一个mRNA结合位点和3个tRNA结合位点（A位点、P位点、E位点，主要位于大亚基）。多肽链的合成分为起始（30S亚基与mRNA的结合；第一个氨酰-tRNA进入核糖体；完整起始复合物的装配）、延伸（氨酰tRNA进入核糖体的A位点、肽键形成、转位、脱氨酰tRNA的释放）和终止（如果进入A位点的是终止密码子，则没有反密码子与之相配，合成终止）3个阶段。原核生物mRNA通过5’端的SD序列与核糖体16SrRNA结合，真核生物则依赖于mRNA5’端甲基化帽子结构将mRNA与核糖体小亚基结合，此过程需要起始因子的帮助。蛋白质的合成过程中可以形成多聚体核糖，同时合成若干条蛋白质多肽链，提高了翻译效率。 不同的蛋白质合成抑制剂具有不同的作用机制，对于研究蛋白质合成机制来说是一种有效的工具。抗生素是主要的蛋白质合成抑制剂，如氯霉素、链霉素，链霉素主要是抑制起始tRNA和非起始tRNA与核糖体的结合，导致肽链合成的提前终止。此外链霉素也可引起遗传密码子的错读。嘌呤霉素是一种蛋白质合成
RNA 酶的发现 “酶是细胞内高效和高度专一的生物催化剂，酶的本质是蛋白质”，在生物化学及有关教科书中对酶都是这样叙述的。毫无疑问，这种说法是正确的，因为已研究的数千种酶，它们无一例外都是由氨基酸组成的蛋白质。然而，有一个实验事实引起了科学家的关注，许多真核生物的DNA转录成mRNA 时，其原始转录产物的分子量比转译成相应蛋白质的mRNA勺分子量要大得多，说明DNA勺原始转录产物（亦称mRNA前体）是通过某种加工后才成为成熟的mRNA勺，这种成熟的mRNA才能转译成蛋白质。那么这种后加工过程是怎样进行的呢？科学家们发现在mRNA前体分子中总是有一些不连续的小片段核苷酸序列，称居间序列（IVS），在mRNA?熟过程中，它们被切除了，是否是这些IVS行使剪切mRN厕体转变成熟的mRNA勺功能？之后，在真核细胞DNA专录成rRNA前体和tRNA前体时都发现了它们在成熟过程中切除了部分序列，因此如何证明这种“自我剪接”现象成为众多科学家关注的对象。 1981年，美国科罗拉多大学CechT.R.实验室用一种原生动物四膜虫的26S rRNA前体做实验时发现，在rRNA成熟过程中确实剪下了一个IVS序列，长度为413个碱基，他们把它称为L I9RNA就是这个L I9RNA可剪切rRNA前体使它成为成熟的rRNA因此L19RNA具有类似于酶的催化作用。经他们反复研究后证实，在这一剪接过程中确实没有酶或其他蛋白质的参与，也不需要能量物质ATP或GTP 完全是rRNA前体自身的催化反应，由于这是一种核糖核酸催化核糖核酸的反应，因此他们把具有催化功能系列的IVS 称谓核酶（Ribozyme）。这一惊人的发现不久被一系列的实验所证实，为此年轻科学家Cech于1989的获得诺贝尔化学奖。 随着研究的不断深入，科学家们发现这种由核糖核酸组成的核酶的催化性质与由氨基酸组成的蛋白类酶具有十分相似之处，例如核酶也是高度专一的，四膜虫中L19RNA只催化底物多聚核糖核酸，对五聚脱氧胞苷酸（dpC5）或五聚脱氧腺苷酸（dpAJ不但没有活性而且还是L19RNA的抑制剂。由此可见，酶与核酶除了它们的一级结构组成不同外，作为生物催化剂的催化特征与作用特点是相同的。 迄今为至，科学家已发现了7 类自然界存在的核酶，即第一类内含子、第二类内含子、核糖核酸酶P的RNA亚基、锤头型核酶、发夹型核酶、肝炎 6病毒核酶和VS核酶，前3种常含数百个核苷酸，因此称大分子核酶，后4 种含