核糖体的生物合成

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新闻背景:三位科学家因核糖体研究获诺贝尔化学奖
2009年10月7日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,英国剑桥大学科学家文卡特拉曼·拉马克里希南、美国科学家托马斯·施泰茨和以色列科学家阿达·约纳特因“对核糖体结构和功能的研究”而共同获得2009年诺贝尔化学奖。这是瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩举行的新闻发布会上展示3位科学家的照片。新华社记者吴平摄
新华网北京10月7日电(记者潘治)生命体就像一个极其复杂而又精密的仪器,不同“零件”在不同岗位上各司其职,有条不紊。而这一切,就要归功于仿佛扮演着生命化学工厂中工程师角色的“核糖体”:它翻译出DNA所携带的密码,进而产生不同的蛋白质,分别控制人体内不同的化学过程。
诺贝尔奖评选委员会7日介绍说,三位科学家文卡特拉曼·拉马克里希南、托马斯·施泰茨和阿达·约纳特因“对核糖体的结构和功能的研究”而获得今年的诺贝尔化学奖。
DNA(脱氧核糖核酸)是核酸的一类,因分子中含有脱氧核糖而得名。生物体中的每一个细胞里,都有DNA分子,它们对于无论是一个人还是一棵植物或者一个细菌而言,都至关重要,因为这些DNA分子决定了生命体的外貌及功能。DNA是几乎所有生物的遗传物质基础,它存储了大量的“指令”信息,能引导生物的发育和生命机能的运作。但是在生命体中,DNA所含有的指令就像一张写满密码的图纸,只有经核糖体的翻译,每条指令才能得到明确无误的执行。
具体而言,核糖体的工作,就是将DNA所含有的各种指令翻译出来,之后生成任务不同的蛋白质,例如用于输送氧气的血红蛋白、免疫系统中的抗体、胰岛素等激素、皮肤的胶原质或者分解糖的酶等等。人体内有成千上万种蛋白质,它们各自拥有不同的形式与功能,在化学层面上构建并控制着生命体。
诺贝尔奖评委会介绍,三位科学家都采用了X射线蛋白质晶体学的技术,标识出了构成核糖体的成千上万个原子。这些科学家们不仅让我们知晓了核糖体的“外貌”,而且在原子层面上揭示了核糖体功能的机理。“认识核糖体内在工作的机理,对于科学理解生命非常重要。这些知识可以立刻应用于实际。”
基于核糖体研究的有关成果,可以很容易理解,如果细菌的核糖体功能得到抑制,那么细菌就无法存活。在医学上,人们正是利用抗生素来抑制细菌的核糖体从而治疗疾病的。评委会说,三位科学家构筑了三维模型来显示不同的抗生素是如何抑制核糖体功能的,“这些模型已被用于研发新的抗生素,直接帮助减轻人类的病痛,拯救生命”。
抗体是由核糖体合成
蛋白质合成的细胞内定位
核糖体的功能就是将mRNA上的遗传密码(核苷酸顺序)翻译成多肽链上的氨基酸顺序。因此,它是肽链的装配机,即细胞内蛋白质合成的场所,细胞合成的蛋白质可分为两类:外输性蛋白和内源性蛋白。
1.外输性蛋白:主要在固着核糖体上合成,分泌到细胞外发挥作用,如抗体蛋白、蛋白类激素、酶原、唾液等,也能合成部份自身结构蛋白,如膜嵌入蛋白、溶酶体蛋白。
2.内源性蛋白:又称结构蛋白,是指用于细胞本身或组成自身结构的蛋白质,主要是在游离核糖体上合成,如红细胞中的血红蛋白,肌细胞中的肌纤维蛋白。
蛋白质生物合成的简要过程
蛋白质生物合成是一个复杂而重要的生命活动,它在细胞中有粗细的结构基础,进行得十分迅速有效,是依靠分子水平上的严密组织和准确控制进行的。
蛋白质合成不仅要有合成的场所,而且还必须有mRNA、tRNA、20种氨基酸原料和一些蛋白质因子及酶。Mg、K+离子等参与,并由ATP、GTP提供能量,合成中mRNA是编码2合成蛋白质的模板,tRNA是识别密码子,转运相应氨基酸的工具。核糖体则是蛋白质的装配机,它不仅组织了mRNA和rRNA的相互识别,将遗传密码翻译成蛋白质的氨基酸顺序,并且控制了多肽链的形成。


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