核糖体

核糖体（Ribosome），旧称“核糖 核蛋白 体”或“核蛋白体”，是一种不透 电子 的碱性大分子颗粒，是所有生物用来合成 蛋白质 的分子机器，是生命的基本元件。由 核酸 和蛋白质所构成。美国学者 乔治·帕拉德 是第一位识别并描述核糖体的人。1958年，被命名为“核糖体” 。

核糖体是 细胞 中最基础的 细胞器 ，即使是最原始的细菌也存在核糖体。在细胞中，核糖体是蛋白质的加工机器，负责将信使RNA（mRNA）编码的密码子信息解码为相应的蛋白质的氨基酸序列 。在 电子显微镜 下，核糖体是一种电子密度较高的圆形或椭圆形致密小颗粒，直径为25~30nm 。一个核糖体有两个分开的RNA-蛋白质 基体 ，被称作大亚基和小亚基。 大亚基在小亚基上，中间夹着一个 核糖核酸 模版 。

定义

核糖体是细胞内一种 核糖核蛋白 颗粒（ribonucleoproteinparticle），主要由 RNA （rRNA）和 蛋白质 构成，其功能是按照mRNA的指令将 遗传密码 转换成氨基酸序列并从氨基酸 单体 构建蛋白质聚合物。核糖体又被称为细胞内蛋白质合成的分子机器。

组成

核糖体是一种高度复杂的 细胞 机器。它主要由核糖体 RNA （rRNA）及数十种不同的 核糖体蛋白质 （r-protein）组成（物种之间的确切数量略有不同）。核糖体蛋白和rRNA被排列成两个不同大小的核糖体亚基，通常称为核糖体的大小亚基。核糖体的大小亚基相互配合共同在蛋白质合成过程 中将 mRNA转化为多肽链。

原核生物 的核糖体的直径约为20nm，由65%rRNA和35%核糖体蛋白组成。 真核生物 核糖体的直径在25到30nm之间，rRNA与 蛋白质 的比率接近1。细菌和真核生物的核糖体亚基非常相似。

用于描述核糖体亚基和rRNA片段的测量单位是Svedberg单位，代表的是 离心 时亚基的 沉降 速率 而不是它的大小。例如，细菌70S核糖体由50S和30S亚基组成。

功能

核糖体的主要功能是将 遗传密码 转换成氨基酸序列并从氨基酸 单体 构建蛋白质聚合物。mRNA包含一系列密码子，被核糖体解码以产生蛋白质。核糖体以mRNA作为模板，核糖体通过移动穿过mRNA的每个密码子（3个 核苷酸 ），将其与氨 基- 转运RNA 提供的适当氨基酸 联会 。 氨基 酰基 tRNA的一端含有与密码子互补的 反密码子 ，另一端携有适当的氨基酸。核糖体利用大的构象变化快速准确地识别合适的tRNA。通常与含有第一个氨基酸甲硫氨酸的氨酰基-tRNA结合的核糖体小亚基与AUG密码子结合，并招募核糖体大亚基。核糖体含有三个 RNA 结合位点：即A、P和E位点。A位点结合氨 酰基- tRNA或终止 释放因子 ；P-位点结合 肽基 tRNA （与tRNA结合的tRNA）多肽链；E位点（出口）结合游离 转运RNA 。蛋白质合成始于mRNA5'末端附近的起始密码子AUG。mRNA首先与核糖体的P位点结合。核糖体通过使用 原核生物 中的mRNA的Shine-Dalgarno序列和 真核生物 中的Kozak盒来识别起始密码子。

核糖体积极参与 蛋白质折叠 。在某些情况下，核糖体对于获得功能性 蛋白质 至关重要。例如，深度打结蛋白质的折叠依赖于核糖体将链条推过附着的环。

添加不依赖翻译的氨基酸

核糖体 质量控制 蛋白Rqc2的存在与mRNA非依赖性的蛋白质多肽链的延伸相关。这种延伸是核糖体通过Rqc2带来的 转运RNA 添加 cat 尾部的结果。

核糖体在 肽基 转移和肽基 水解 这两个极其重要的生物过程中起 催化 作用。

分类

细菌的核糖体70S核糖体由30S的小亚基和50S的大亚基组成。30S小亚基含有16SRNA（1540个核 酸）和21种 核糖体蛋白质 ；大亚基由5S RNA （120个 核苷酸 ）、23SRNA（2900个核苷酸）及31个核糖体蛋白组成。

真核生物 的核糖体80S核糖体定位于其胞质。每个核糖体由40S小亚基和60S大亚基组成。40S亚基具有18SRNA（1900个核苷酸）和33个 蛋白质 。60S大亚基由5SRNA（120个核苷酸）、28SRNA（4700个核苷酸）、5.8SRNA（160个核苷酸）和46个核糖体蛋白组成。

真核生物中，定位于 线粒体 中的核糖体称为 线粒体核糖体 （mitoribosomes），定位于 质体 的核糖体称为质体核糖体（plastoribosomes），如定位于 叶绿体 中的叶绿体核糖体（chloroplasticribosomes）。它们也是由大小亚基与蛋白质结合的一个70S核糖体，与细菌类似。二者中，叶绿体核糖体比线粒体核糖体更接近细菌。线粒体中的许多核糖体 核糖核酸 被缩短，而其5SrRNA被动物和真菌中的其它结构所取代。

药物化学家利用细菌和 真核生物 核糖体的差异来制造抗生素如 氨基糖苷类抗生素 、 四环素 类抗生素等 蛋白质合成抑制剂 类抗生素，特异性地破坏细菌感染。由于它们的结构不同，细菌70S核糖体易受这些抗生素的影响，而 真核 80S核糖体则不然。尽管 线粒体 具有与细菌相似的核糖体，但线粒体也不受这些抗生素的影响，因为它们被双膜包围，不容易将这些抗生素带入 细胞器 。 叶绿体 也是如此。

游离核糖体可在 细胞质 中的任何位置移动，但被排除在 细胞核 和其它细胞器之外。由游离核糖体生成的 蛋白质 被释放到细胞质中并在细胞内使用。由于细胞质含有高浓度的谷胱甘肽，它是一种还原性的环境，因此，细胞质中的游离核糖体不能产生由氧化的 半胱氨酸 残基 形成的含有二硫键的蛋白质。

当核糖体开始合成某些细胞器所需的蛋白质时，核糖体可以与膜结合。在 真核生物 中，这种结合发生在粗糙 内质网 （ER）上。核糖体将新产生的多肽链直接插入ER中，这些多肽链然后通过分泌途径被转运至其目的地。膜结合核糖体产生的蛋白质通常在质膜内使用，或通过胞吐作用从 细胞 中排出。

结构

各种核糖体尽管大小差异很大，但它们的核心结构非常相似。大部分rRNA高度组织成各种三级结构基序。较大核糖体中额外的 核糖核酸 都是以几个长的连续插入形式出现，使得它们在核心结构中形成环而不被破坏或改变。核糖体的所有催化活性均由RNA进行，其表面的 蛋白质 可以稳定rRNA结构。

超微结构

20世纪70年代早期核糖体的一般 分子结构 得到解析。21世纪初期，核糖体结构已经实现了高 分辨率 解析，达到大约几个nm的精度。

2000年，古生物 Haloarcula marismortui和细菌 抗辐射奇异球菌 50S亚基及Thermusthermophilus30S亚基的 原子 分辨率核糖体结构几乎同时得到解析，这些研究于2009年获得 诺贝尔化学奖 。

2005年 大肠杆菌 70S核糖体基于X射线 晶体 分辨率为3.5Å的空核糖体结构、基于冷冻 电子显微镜 分辨率为11-15Å将新合成的 蛋白质 链进入蛋白质传导通道时的核糖体结构得到解析。

2006年， 分辨率 为2.8Å和3.7Å的 转运RNA 和mRNA分子复合时的核糖体 原子结构 通过X射线晶体得到解析。这些结构使人们可以看到Thermusthermophilus核糖体与mRNA和经典核糖体位点结合的tRNA相互作用的细节。随后，核糖体与含有Shine-Dalgarno序列的长mRNA的相互作用的分辨率为4.5-5.5Å的结构也得到解析。

2011年，来自 酿酒酵母 （Saccharomycescerevisiae）的 真核生物 80S核糖体的第一个完整的原子结构也通过 晶体学 获得。该模型揭示了 真核生物 特异性元件的结构及其与普遍保守核心的相互作用。同年，嗜热 四膜虫 （Tetrahymenathermophila）真核40S和60S核糖体结构的完整模型得到解析。40S亚基结构描述了40S亚基的结构以及40S亚基在翻译起始过程中与eIF1的相互作用。

生物合成

细菌 细胞 通过多个核糖体基因 操纵子 的 转录 在 细胞质 中合成核糖体。在真核生物中，该合成过程发生在细胞质和 核仁 中，组装过程涉及四种rRNA合成、加工和组装中协调作用的超过200种的 蛋白质 。

核糖体的起源

核糖体可能最初起源于 核糖核酸 ，看起来像一个 自我复制 的复合体，只是有在氨基酸出现后才进化具有合成蛋白质的能力。将核糖体从古老的自我复制机器演变为其当前形式的翻译机器的驱动力可能是将蛋白质结合到核糖体的自我复制机制中的选择压力，这种转变增加了其自我复制的能力。

分化的核糖体

通常认为核糖体只有 原核生物 和 真核生物 核糖体两种。但是，核糖体异质性令人惊讶，核糖体在不同物种中具有不同的组成。与主要 模式生物 中的典型核糖体相比，异质核糖体具有不同的结构，并因此具有不同的活性。

核糖体组成的异质性参与 蛋白质 合成的翻译控制。不同 细胞 群特异的核糖体可以影响基因的翻译方式。一些核糖体蛋白从组装的 配位化合物 中与 细胞质 复制物可实行交换，表明体内核糖体的结构可以在不合成全新核糖体的情况下得到修饰。

核糖体蛋白

一组高度酸性的核糖体蛋白（RP），也称为P蛋白，在核糖体茎中以多拷贝存在于60S亚基上，P蛋白介导选择性翻译。这些P蛋白可以在酵母和 哺乳动物 细胞中找到。如果酵母中没有P蛋白，酵母对冷敏感。如果人体细胞缺失P蛋白，诱导细胞自噬。

某些核糖体蛋白是绝对关键的，而其它 核蛋白 则不是。例如，在 小鼠 中，Rpl38是HoxmRNA亚组翻译所必需的，而Rpl38的突变导致短尾的 同源 异型转化。

对核心核糖体蛋白（RP）的修饰也可以引起异质核糖体的形成。