第九章 核糖体
第一节 核糖体的类型与结构
在原核细胞中，它可以游离形式存在，也可以与
mRNA结合形成串状的多核糖体。平均每个原核细胞约含有 2000个核糖体，真核细胞中约有丝分裂 106~7个。
真核细胞中核糖体游离于细胞质基质中或结合在内分质网上进行蛋白质合成。实验证明，所有蛋白质的合成都是在游离核糖体上开始的，分泌蛋白、溶酶体蛋白及膜蛋白由于信号肽 的引导而结合于内质网上，
而其它蛋白新生肽链没有信号顺序，不能和内质网结合。
核糖体的唯一功能是按照 mRNAR的指令由氨基酸
合成多肽链。
核糖体是颗粒状结构，直径为 25nm，由 rRNA和 r
蛋白质构成。
一、核糖体的基本类型与成分
核糖体的基本类型有两种原核细胞的核糖体为
70S，真核细胞的线粒体与叶绿体近似于 70S，真核细胞的为 80S。核糖体均由大小两个亚单位组成。
（表 ）亚基 原核生物（ 70S）30S 50S 真核生物（ 80S）40S 60S
rRNA
蛋白质分子数目
16S 23S
5S
21 34
18S 28S
5.8S
5S
约 33 约 49
二、核糖体的结构
目前己了解 E.coli核糖体的几乎全部 r蛋白的分布及相互关系。
1,E.coli核糖体小亚单位中的部分的分布,
2、核糖体小亚单位 rRNA的二级结构：
以上技术己用于对 50S亚单位的分析，并取得了一些重要的进展。
三、核糖体蛋白质与 rRNA的功能
在核糖体中,rRNA是起主要作用的结构成分，基功能有：
①具有肽酰转移酶的活性；
②为 tRNA提供结合位点（ A位点,P位点,E位点）；
③为多种蛋白质提供结合位点；
④ 在蛋白质的合成时参与同 mRNA的结合。
此外核糖体大小亚单位的结合、校正阅读、无意义链或框架漂移的校正、以及抗生素的作用等都与
rRNA有关。
核糖体蛋白质在翻译过程时也起着重要的作用。
第二节 多聚核糖体与蛋白质的合成
一、多聚核糖体
细胞内进行蛋白质合成时，由多个核糖体串连在一条 mRNA分子上高效地进行多肽链的合成。这种由两个或更多核糖体与 mRNA的聚合体叫多聚核糖体。
二、蛋白质的合成
多聚核糖体中核糖体的数量由 mRNA的长度来决定，相邻的核糖体间距约 80个核苷酸。这样，细胞内各种多肽的合成，不论其分子量大小 或 mRNA长短如何，单位时间内所合成的多肽分子数目大体相等即在相同数量 mRNA的情况下，可大提高多肽的合成速度。
以原核细胞为例，肽链合成的基本环节与主要步骤如下：
（ 1） mRNA与 30S的核糖体小亚单位结合，接着
fmet-tRNA与 mRNA形成起始复合物。
（ 2）核糖体 50S大亚单位与起始复合物结合，形成
70S的完整核糖体与 mRNA的起始复合物，甲酰甲硫氨酸占据 P位点（肽酰位）。
（ 3）肽链延伸主要包括 3个步骤：
①氨酰 tRNA与延伸因子 EF-Tu和 GTP形成的复合物相结合；
②延伸因子 EF-Tu将氨酰 tRNA安置到 A位点，到位后,GTP水解,EF-Tu连同 GDP离开核糖体；
③肽链的生成与移位，由肽酰转移酶催化形成二肽
酰 RNA，移位需要实际延伸因子 EF-G（移位酶）及
GTP。肽酰 tRNA从 A位点转移到 P位点。原核 P位点无负载的 TRNA移到 E位点后脱落,A位点空出；
④蛋白质合成的终止。
A位点的终止密码与释放因子结合，活化肽链转移酶，水解 P位点的多肽与 tRNA之间的连锁，多肽脱离核糖体，核糖体随即离解成 30S和 50S亚单位。
三,RNA在生命起源中的地位
DNA仅具有信息载体功能，而无酶的活性；蛋白质具有多种酶活性而未发现有遗传信息载体功能；
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。
具有催化作用的 RNA统称核酶。（备注）
第十章 细胞骨架
细胞骨架是指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系。
广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质；狭义的细胞骨架指细胞质骨架，
由微丝、微管、中间纤维和微梁组成。
细胞骨架与其它细胞器明显不同，具有弥散性、
整体性和变动性是其鲜明的特点。
第一节 细胞质骨架
一、微丝（ MF）
微丝又称肌动蛋白纤维，由肌动蛋白组成，直径为 7nm的骨架纤维。
（一）成分
肌动蛋白是微丝的结构成分。单体外观呈哑铃铛状，其三维结构见图 10-1A。在哺乳动物和鸟类细胞中
至少已 6种肌动蛋白,4种称为?肌动蛋白，另外两种为?肌动蛋白和?肌动蛋白。
（二）装配
微丝又称纤维形肌动蛋白（ F-actin），由球形肌动蛋白（ G-actin）单体形成的多聚体。肌动蛋白单体具有极性，装配时头尾相接，故微丝具有极性。
球形肌动蛋白可加到微丝两端，在一定条件下，
微丝可以表现出一端因加亚单位而延长，而加一端因来单位脱落而减短，这种现象称为踏车现象。
动物细胞内，微丝成束排列在一起，也有疏散成网状分布。有些微丝是永久的结构，有些微丝是暂时性的结构。
（三）微丝结合蛋白
微丝系统的主要组分是肌动蛋白纤维，即微丝。
此外还包括许多微丝结合蛋白。
同样的肌动蛋白可以形成不同的亚细胞结构如肌肉
微丝、微绒毛轴心等，这是因为它受同样不同的肌动蛋白结合蛋白调节。微丝结合蛋白参与形成微丝纤维高级结构。目前已发现多种肌动蛋白结合蛋白。
1、肌肉收缩系统中的有关蛋白肌球蛋白：
原肌球蛋白（ Tm）：
肌钙蛋白（ Tn）：
2、非肌肉细胞中的微丝结合蛋白未发现肌钙蛋白。已分离了几十种微丝结合蛋白，
与微丝装配及结合有密切关系。参（表 10-1）：
（四）微丝特异性物细胞松弛素：阻抑肌动蛋白聚合，可以破坏微丝的三维网络。
鬼笔环肽：对微丝具有稳定作用。
（五）微丝的功能
1、肌肉收缩
2、微绒毛：微绒毛的微丝轴心起维持微绒毛的作用。
3、应力纤维：在细胞质中具有收缩功能。
4、胞质溶胶和阿米巴运动
5、胞质分裂环
二、微管（ MT）
微管存在于所有真核细胞中由微管蛋白组装成的长管状细胞器结构，平均外径为 24nm。
（一）成分
微管蛋白有 2种，即?-微管蛋白和?-微管蛋白，二者形成异二聚体是微管装配的基本单位。
（二）形态
微管是由微管蛋白二聚体装配成的长管状细胞器结构，平均外径 24nm，内径 15nm，微管壁由 13根原纤维排列构成。微管可装配成单管，二联管（纤维和鞭毛）或三联管（中心粒和基体）。
（三）微管的装配
1、装配过程：微管蛋白形成二聚体,二聚体先形成原纤维，经过侧面增加而扩展为片层，至于 13根原纤维 时，即合拢形成 一段微管。新的二聚体再不断
加到微管的端点使之延长。参（图 10-11）。
微管具有极性,-即为头 尾 的方向，微管的延长主要是靠正极的装配。在一定条件下，微管一端发生装配使微管延长，而另一端发生去装配而使微管缩短，称为跳车现象。细胞质微管与微管蛋白亚单位库处于相对平衡状态。
2、微管组织中心
微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管中心（ TMOC）。动物细胞的 TMOC为中心体。 TMOC决定了细胞微管的极性，微管的（ —
极）极指向 TMOC，（ +）极背向 TMOC。
（四）微管结合蛋白
现已发现有几种蛋白参与微管的组装并增加微管的稳定性，这些蛋白称为微管结合蛋白（ MAPs）。
MAPs在不同类型或组织的细胞中是不同的，这可能导致了微管与功能的差异。
（五）微管特异性药物
秋水仙素；结合有秋水仙素的微管蛋白可组装到微管末端，阻止其它蛋白的加入。
紫杉酚和重水（ D2O）：可使微管稳定性增加并使细胞周期停止于有丝分裂期。
（六）微管的功能
1、维持细胞形态
2、细胞内运输
3、鞭毛和纤毛运动
4、纺锺体和染色体运动
5、基体和中心粒
中心体由一对互相垂直的中心粒构成。鞭毛和纤毛的基部称为基体。中心粒和基体是同源的，均可自我复制。
三、中间纤维（ IF）
在哺乳动物细胞中发现 10nm纤维，因其直径介于粗肌丝和细肌丝之间，故被命为中间纤维。
（一） IF的成分
按其组织来源及免疫原性可分为 5类：①角蛋白纤维；②波形纤维；③结蛋白纤维；④神经元纤维；⑤
神经胶质纤维。
IF来源于同一基因家族，具有高度的同源性。在 IF
分子肽链中部有一段约束 310介氨基酸形变残基的?—
螺旋区是高度保守的。两个相邻亚基对应的?— 螺旋区
形成双股超螺旋，即长辈 40-50NM的杆部。而非螺旋化的头部（ N端）和尾部（ C端）的氨基酸顺序和肽链长度在各类不同 IF蛋白分子中有很在差异。
（二） IF的装配
1、两个相邻亚基的对应?— 螺旋区形成双股超螺旋二聚体。
2、两个二聚体反向平行以半交叠方式构成四聚体。
也不排除顺向平头排列的可能。
3、四聚体首尾相连形成原纤维。
4,8根原纤维构成圆柱状的 IF。
（三） IF的功能
IF的功能不很清楚，一个重要的原因是没有找到
IF特异性工具药。
一般认为 IF在细胞中 和细胞间起支架作用，同时参与传递细胞内机械的或分子的信息。
第二节 细胞核骨架
一、核基质
细胞核骨架存在于核内的以蛋白成分为主的纤维网架体系。对核骨架的概念有两种理解：狭义的核骨架仅指核基质，即细胞核内除核膜、核纤层、染色质、
核仁和核孔复合体以外以纤维蛋白成分为主的纤维网架体系；广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体以及染色体骨架。
（一）形态结构
核骨架的形态结构根据不同报道有所差异。一般是由纤维蛋白构成的纤维网络，核仁与染色质位于核
骨架纤维网络中，核内骨架与核纤层有丰富的纤维联络，构成统一的核骨架网络。
（二）成分
主要成分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白并含有少量 RNA。核骨架蛋白可分为两类：①各种类型细胞共有的；②与细胞类型及分程度相关。
1、核骨架蛋白
又称为 MAR结合蛋白，已鉴定的 MAR结合蛋白有：
① DNA拓扑异构酶 Ⅱ,
②核基质蛋白：
③ Nuc2+蛋白：
④ ARPB：等等。
2、核骨架结合蛋白
核基质的功能不仅仅依靠核基质本身的蛋白来完成，
更重要的是通过多种核基质结合蛋白的共同参与，完成核基质复杂多样的生物学功能。
（ 1）转录因子，具有严格的序列特异性：
（ 2）酶：
（ 3）受体：
（ 4）供体：
3、其它
（ 1） B23：
（ 2）肌动蛋白：
（三）核骨架结合序列（ MAR）：
MAR的功能有：①通过于核骨架质蛋白的结合，
将 DNA放射环锚定在核骨架上；②作为许多功能性基
因调控蛋白的结合位点。
（四）功能
1、为 DNA复制提供空间支架。 DNA以放射环的形式与 DNA复制的酶及因子锚定于核骨架上形成复合体，
进行 DNA复制。
2、核骨架与基因表达。真核细胞中 RNA的转录和加工均与核骨架有关。
3、核骨架与病毒复制有关。
4、核骨架参与染色体构建。
二、染色体骨架（备注）
染色体骨架是指染色体中由非组蛋白构成的骨架。
有些工作证明，染色体骨架与核骨架中存在相同的蛋白组分，如 DNA拓扑酶 Ⅱ 。
三、核纤层
核纤层是细胞核内核膜下的纤维蛋白网络，由 1
至 3种核纤层蛋白组成。
核纤层与 IF、核骨架相互连结。形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架结构体系。
（一）形态结构
核纤层是由走直径 10nm左右的纤维蛋白正交编织成的网络，分布于内核膜与染色质之间，厚度为 30-
100nm。分裂期细胞，核纤层解体。
（二）成分
核纤层由核纤层蛋白构成，分子量 60-80KD。在哺乳类和鸟类中，存在 2类核纤层蛋白,A型核纤层蛋白；
B型核纤层蛋白。在非洲爪蟾中有 4种。
（三）核纤层蛋白的分子结构与中间纤维蛋白的关系
核纤层与中间纤维有许多共同点：①两者均形成
10nm纤维；②两者均能抵抗高盐和非离子去垢剂的抽提；③中间纤维蛋白与核纤层蛋白分子存在相同的抗原决定簇；④两者在结构上有密切联系。生物学功能均不清楚。
对一级结构的研究发现，核纤层蛋白的一段氨基酸序列与 IF蛋白高度保守的?— 螺旋区有很强的同源性说明 核纤层蛋白是中间纤维蛋白家族的成员 。无论是单体，还是组装成纤维，核纤层蛋白具有 IF的所有结构特征。
（四）核纤层蛋白在细胞分化中的表达
核纤层蛋白在细胞分化中的表达具有一定的细胞
特异性。
（五）核纤层在细胞分裂过程中的变化
核纤层闻显著的结构重组发生于分裂期。分裂前期，核膜崩解，核纤层解聚；分裂未期，核膜重现，
形成子细胞的核纤层。
细胞分裂期中，核纤层蛋白的磷酸化水平发生显著改变，分裂前期高度磷酸化，而末期则发生去磷酸化，提示磷酸化可能是分裂期中核纤层结构动态变化的调控因素。
（六）功能
一般认为核纤层在细胞中起支架作用，为核膜及染色质提供结构支架。
核纤层在有丝分裂时与核膜的破裂及重建密切相关。