談談rRNA和核糖體(關於翻譯的故事)

2021-02-20 聚焦生命走近科學

(George E. Palade,November 19, 1912 – October 8, 2008)

昨天介紹Christian de Duve工作的過程中提到了外分泌蛋白的相關內容,那些工作的主要成果其實是由上圖中的George E. Palade完成的,他最重要的工作就是發現了細胞內的第一神器:核糖體。今天就和大家談談核糖體,以及在教材中總是猶抱枇杷半遮面的rRNA。

首先簡單介紹一下核糖體的基本結構,參見下圖:

核糖體大、小亞基在真核生物和原核生物中具體結構有細微的差異,這裡的差異可以體現出生物進化的一些重要細節,這個內容後續有專文和大家分享。

下面以原核生物小亞基中的16S rRNA為例,簡單介紹一下核糖體中rRNA的功能。先給大家看一下, Thermus thermophilus (一種嗜熱菌)的16S rRNA的二級結構:

大家不要被它的外表嚇到,其本質上也就是RNA而已,只是有比較複雜的自身配對結構,這和大家所熟知的tRNA結構的形成沒太大區別。

那它的功能呢?看看下面這個圖:

16S rRNA的一項主要功能就是幫助翻譯的起始,它能與編碼不同蛋白質的mRNA的開放閱讀框(起始密碼子前的一段序列)相互識別並配對結合,從而讓核糖體與mRNA完成翻譯起始過程的定位,大致情況參看下圖:

(這個圖的內容不翻譯大家讀起來也應該問題不大吧?)

其他的rRNA在核糖體中的功能總體來說都是協助翻譯的完成,在此就不一一分析了。下面的視頻內容是真核生物細胞中翻譯的完整過程,作為上課用的素材是很吸引眼球的:

說起翻譯,有一個重要的細節要想大家談談。人教版高中生物必修一中有下面這個圖:

根據這個內容產生了一個說法:「核糖體中由於發生胺基酸的脫水縮合,所以會有水的生成」。然而,這是一個經典的錯誤推理。因為核糖體中根本沒有發生胺基酸的脫水縮合。人教版高中生物必修二中有下面這個內容:

這個過程中確實有「肽鍵」的形成,然而在這裡並沒有「脫水」。實際情況如下圖:

圖中C原子和N原子之間形成肽鍵後,N原子上的一個氫原子與即將離開的tRNA結合,該tRNA的末端羥基重新形成,離開後可以與另一個對應的胺基酸結合,而真正的脫水縮合其實發生在tRNA與胺基酸的結合過程,如下圖:

所以,胺基酸脫水縮合形成肽鍵只是一個概括性的說法,而不是實際發生的過程,因此核糖體中也就不會因為這件事而有水生成(就算有也只能是因為其他的事情)。

最後,再分享一個真核細胞的三維動態視頻,衝刺階段這些素材有助於緩解一下學生備考的緊張情緒。


(特別說明:視頻中糖蛋白糖鏈的添加在其他一些資料中認為是在內質網中進行的,這個小細節屬於需要更多實驗數據證明的內容,也可能不同糖蛋白的實際情況是有所區別的。)

感謝關注和閱讀,歡迎留言交流和批評指正。

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