细菌核糖体的结构和功能

二十多年来,国际上几家实验室独立地竞争性地应用高分辨率X-射线衍射技术在原子水平上绘制出了细菌完整核糖体及其亚基精细的三维结构图,为其生物功能的研究提供了清晰的结构基础。由于这项伟大的科学成果,美国科学家文卡特拉曼·拉马克里希南（Venkatraman Ramakrishnan）、托马斯．施泰茨（Thomas A．Steitz）和以色列女科学家阿达．约纳特（Ada E．Yonath）三人荣获2009年度诺贝尔化学奖。细菌核糖体是细胞中合成蛋白质的一种细胞器,包括大小不同的两个亚基,由3种RNA和50多种不同的蛋白质组成。     

蛋白质分子的构象运动及其功能意义

 <正> 自从五十年代末成功地运用X射线衍射分析技术测定肌红蛋白分子的晶体结构以来,我们关于蛋白质在三维水平的结构及其与功能关系的认识,已经历了两个阶段。第一个阶段包括60年代初至70年代中期。在这一期间,解决了蛋白质晶体结构测定方法的一般化问题,使以同晶置换法为主的一套X射线衍射分析技术成为研究生物大分子三维结构的成熟手段,给     

RNA在核糖体催化蛋白质合成中的作用

核糖体是所有生命细胞的蛋白质合成工厂.近几年对核糖体晶体结构的研究有了里程碑式的进展.核糖体是一个核酶.用体外筛选技术发现的核酶像核糖体一样也能催化肽键形成.RNA在生命起源中也有着不可替代的作用.近期发现的小RNA在转录调节、染色体复制、mRNA稳定性和翻译,及蛋白质降解和转运过程中都起作用.RNA越来越受到人们的重视,一个崭新的现代“RNA世界”正在出现.虽然核糖体在细胞中起着非常重要的作用,但是其肽基转移反应机制还不很清楚.本文介绍了肽基转移核酶与核糖体催化机理以及RNA在生命与进化中的作用和功能.     

建议开展核糖体RNA拓扑学与核糖体失活蛋白的研究

(一)核糖体RNA拓扑学研究的重要性核糖体是细胞合成蛋白质的唯一场所。核糖体包括两个亚基,由RNA和蛋白质组成,蛋白质占1/3,而RNA占2/3,即RNA是主要组分。蛋白质生物合成的大多数步骤,包括肽链合成的起始、延伸和终止都是在核糖体上进行的。整个合成过程涉及二百多种生物大分子的协同作用。在蛋白质生物合成中,重要的是肽键的形成。这一化学反应就是在核糖体上进行的。核糖体的任何个别组分或局部组分都不能催化肽键的形成,而必须是完整的核糖体,因此人们认为核糖体本身就是一个包括多种蛋白质和rRNA的复杂酶系(有人把核糖体看作     

核糖体的发现与认识过程

回顾核糖体的发现与认识的历史,介绍科学家运用电子显微镜和X射线衍射分析方法研究并揭示核糖体结构和功能的过程．主要介绍科学家帕拉德、拉马克里希南、施泰茨和尤纳斯在这方面所做的工作和历史性的贡献,并以此说明物理化学方法在生命科学发展中的重要作用。     

蛋白质结构的晶体学修正

近十多年来,蛋白质空间结构的精确化,取得了显著进展。用于测定蛋白质和核酸等生物大分子三维结构的X射线单晶衍射法,通常采用同晶置换等实验方法,来获得结构的初始模型。由于各种原因,初始模型的原子坐标误差平均达0.3到0.5埃。这样的精度远不能满足结构和功能研究的需要。蛋白质反应的分析指出,原子位置0.1埃数量级的变化,可以产生相当不同的蛋白质行为。酶的特异作用来源于活性部位的独特原子配置以及同底物结合中或以后的构象变化,这种变化有时小到用一般方法难以确定。为了测定这类原子水平的结构细节和微     

X射线衍射法在研究蛋白质动态过程中的应用

介绍了X射线衍射技术在研究蛋白质动态过程中的应用.首先介绍了用常规X射线衍射法和劳埃X射线衍射法等数据采样法研究反应时间为几分钟的蛋白质催化反应.然后介绍了通过选择不匹配底物,不适宜酸度,选择温度和酸度的跳跃,金属和光化学瞬时激发达到反应的同步来研究反应时间为几秒钟的蛋白质催化反应.     

核糖体展示技术在非编码核酸研究中的应用

非编码RNA(non-coding RNA)是一类内源性的不具有蛋白质编码功能的RNA分子,在细胞的生长增殖、发育、核内运输,甚至在肿瘤的发生中发挥着重要的作用。核糖体展示技术(ribosome profiling)是多聚核糖体分离和深度测序技术(deep sequencing)相结合的新兴组学技术,可以精确地测定正在被翻译的转录本并具有组学广度。对非编码RNA研究而言,这既是一个新的高度又是一门新的技术。系统阐述了核糖体展示技术的实验原理、目前研究取得的进展,以及在非编码RNA调控机理中的应用。     

高分辨率高精度蛋白质晶体结构

自从六十年代初期应用X射线晶体衍射方法测定第一个蛋白质(肌红蛋白)的三维结构以来,我们关于蛋白质三维结构的知识已有了相当的积累.截止86年7月的统计,已有286个蛋白质分子的原子坐标存入国际蛋白质数据库.以此为基础,一些重要生命活动的结构机理已经在三维水平上得到精细阐明(参见),一个由分子生物学和X射线晶体学结合形成的新领域——蛋白质晶体学,应运而生.二十多年来,这一领域的发展已经历了二个阶段.第一阶段大体从六十年代初到七十年代中期,在这期间,分析方法和技术从突破发展到成熟和实用,并有近40个蛋白质结构测定出来,使我们获得了蛋白质结构知识的面面观.     

核糖体模型研究进展

随着低温电子显微镜、X射线晶体衍射等技术的发展以及有关核糖体各组分结构数据的增多,高分辨率的E.coli核糖体模型已经被建立.对该模型作了概要介绍,包括了对mRNA通道,A、P位点tRNA,肽基转位酶,肽通道等在核糖体中的定位以及它们与核糖体的相互作用.有助于提高对核糖体结构、功能、及翻译过程的理解.     

揭示核糖体结构的秘密

近年来有科学家利用Ｘ射线晶体学、电子显微镜以及电子计算机绘制而成了核糖体的高分辨率图谱。该图谱揭示出一种细菌核糖体的 2个亚基的主要组成部分中的 2个ＲＡＮ分子及 31个蛋白质的大多数结构。耶鲁大学的ＰｅｔｅｒＢ .Ｍｏｒｒｅ在 2 0 0 0年 8月 11日的Ｓｃｉｅｎｃｅ上报道 ,他们从核糖体晶体中发现有一种非预料中的蛋白质包围了一个预料中的卷曲的ＲＮＡ。这种蛋白质经常有一个球状部分 ,另外还有一根短链延伸深入到核糖体结构中去。研究者将一种新分子导入核糖体 ,这种新分子停靠在肽键形成部位 ,由此他们进一步证实了位于隧道结…     

核糖体结构研究中的里程碑

核糖体是一个以RNA和蛋白质为基础的合成蛋白质的分子机器.其复杂的结构使它长期被结晶学家视为该研究领域中的喜马拉雅山.最近在核糖体结构研究中的突破性进展,首次在核糖体及其亚基高度复杂的电子密度图上定位了几种已知三维结构的蛋白质和许多双链rRNA区,并揭示了亚基界面的精细结构和tRNA、mRNA和核糖体间复杂的相互作用.     

生命的起源--"RNA世界论"假说

自具有催化功能的 RNA分子被发现以来 ,主张生命起源于可以携带遗传信息的 RNA的“RNA世界论”受到广泛承认。该假说的关键之处在于要用实验证明“翻译系统”(能生产比 RNA功能更多的蛋白质 )能够在“RNA世界”中产生 ,证明这个“翻译系统”可由特定的 RNA分子组合来构成。为此 ,最近几年来 ,采用试管人工进化法 ( systematic evolution of ligands byexponential enrichment SEL EX法 ) ,在试管内挑选具有上述功能的 RNA分子的研究非常盛行。与此同时 ,解释“翻译系统”的主要结构——核糖体功能构造的研究也不断的有新结果问世…     

核糖体基因表达的调节

核糖体是细胞制造蛋白质的场所。我们不难概括这些微小颗粒的功能,一方面它接受遗传指令,结合mRNA分子处理信息,另一方面它把氨基酸连接成链,合成一个蛋白质分子。有关核糖体的现代知识,主要来自于对E.coli核糖体的详细研究。近年来发现了某些意想不到的核糖体遗传学问题,进一步了解了调节核糖体合成的复杂性。本文着力叙述新近进展,早期工作请详见有关评论。 原核细胞核糖体由3种RNA和50多种蛋白质装配而成。当细菌生长在丰富培养基里时,细胞将以较     

大肠杆菌细胞的软X射线显微成像研究

软X射线显微术是研究含水甚至活性生物样品的有力工具。相对于光学显微镜 ,它具有更高的成象分辨率 ;相对于电子显微镜 ,它的样品制备简单—无须对样品进行脱水、染色和超薄切片等。报道的是利用合肥同步辐射X射线源和接触显微成象技术 ,对自然状态下含水的完整XL1 blueMRF′细菌细胞进行显微成象研究。从获得的显微图象中可以看出一些新的现象。含有DNA、蛋白质的拟核以及中体对波长 2 .4nmX射线具有较弱的吸收能力 ;不少细菌细胞的两端对 2 .4nm波长的X射线的吸收也具有很大的差异。这些有趣现象产生的根本原因和生物学意义有待进一步研究。     

RNA三维结构的测定:基于冷冻电子显微镜技术的新视角

RNA在人类生物学和疾病功能障碍中发挥重要作用.对于绝大多数RNA分子而言,复杂的高级结构是其发挥功能的先决条件.了解RNA的三维结构对于研究非编码RNA功能、致病机理以及开发靶向药物至关重要.然而,由于RNA的固有灵活性,实验测定其三维结构的难度较大.冷冻电子显微镜技术(冷冻电镜, cryo-EM)得益于探测器技术和软件算法的快速发展,且不受核磁共振对小分子量及X射线晶体学对结晶的要求所制约,近年来在其他结构分析方法中脱颖而出.本文概述近年来以冷冻电子显微镜技术为核心联用其他技术(如核磁共振、晶体学和理论建模等)解析RNA三维结构的研究进展,以促进RNA结构研究和RNA靶向药物设计的发展.     

遗传信息传递的晶体学解密

生物大分子(如蛋白质等)在生物体内行使功能必须要保证其立体结构的正确性。作为研究大分子高级结构的主要手段,结晶技术结合X-射线衍射技术、核磁共振技术以及电镜技术被普遍应用于高级结构的数据分析。随着这些技术的进一步完善,目前已经能完成蛋白质与配体的共结晶。遗传信息从最原始的DNA或RNA传递到以蛋白质的形式呈现功能的过程是由众多酶或蛋白质复合体催化的多步骤进程,解析其中重要元件的空间结构推动了对这些酶反应机理的深入研究。主要阐述结晶技术在遗传信息传递过程中关键酶或蛋白质复合体的研究中的应用。     

生物三维电子显微学进入全新高速发展时期

生物三维电子显微学主要由三个部分组成——电子晶体学、单颗粒技术和电子断层成像术,其结构解析对象的尺度范围介于x射线晶体学与光学显微镜之间,适合从蛋白质分子结构到细胞和组织结构的解析。以冷冻电镜技术与三维重构技术为基础的低温电子显微学代表了生物电子显微学的前沿。低温单颗粒技术对于高度对称的病毒颗粒的解析最近已达到3．8A分辨率,正在成为解析分子量很大的蛋白质复合体高分辨结构的有效技术手段。低温电子断层成像技术目前对于真核细胞样品的结构解析已达到约40A的分辨率,在今后5年有望达到20A。这样,把x射线晶体学、NMR以及电镜三维重构获得的蛋白质分子及复合体的高分辨率的结构,锚定到较低分辨率的电子断层成像图像中,从而在细胞水平上获得高精确的蛋白质空间定位和原子分辨率的蛋白质相互作用的结构信息。这将成为把分子水平的结构研究与细胞水平的生命活动衔接起来的可行途径。     

一个从中等分辨率电子云密度图确定蛋白质主链C~α原子座标的方法

本文叙述了一个简单的从中等分辨率电子云密度图确定蛋白质骨架结构的方法.方法的第一步是依据蛋白质结构已知的立体化学参数以及密度图上代表侧链的密度的位置来确定C~α原子位置.第二步是用Hendrickson分子叠合法将螺旋区的结构标准化.这个方法对于无法得到合用的高分辨率衍射数据或相角的蛋白质结构的测定是有用的.     

生物学研究中利用强X射线源的衍射技术

X射线衍射技术应用于生物学研究,六十年代主要是采用固定靶或旋转靶X射线源,研究蛋白质和核酸等的静态晶体结构,以从分子解剖学的角度认识有关的生命现象。但是,这种技术方法对于较复杂的生物体系和生命现象中发生在分予水平的瞬时动态过程,诸如酶促反应巾酶分子结构变化与功能的关系,肌肉收缩过程巾肌动蛋白和肌球蛋白的变化规律等分了生理学变化,却无从观祭。因此,近年来开始利用电子同步加速器的强X射线作为衍射光源,来研究肌肉运动和酶反应等复杂体系的动态过程。目前,国际上已建立了若干可供生物学研究应用的电子同步加速器强X射线源。