核糖体的结构与功能

核糖体是执行翻译的大型核糖核蛋白机器，负责读取信使RNA并合成蛋白质。它由核糖体RNA和许多蛋白质组成，排列成两个亚基，既能解码密码子，又能催化肽键形成。

Definition

核糖体是一种双亚基核糖核蛋白复合物，其小亚基解码信使RNA密码子，大亚基通过其核糖体RNA催化肽键形成，使核糖体成为一种核酶。

Scope

本主题涵盖核糖体的双亚基结构、其核糖体RNA和蛋白质组成、小亚基上的解码中心和大亚基上的肽酰转移酶中心、A、P和E转移RNA位点，以及催化作用由RNA完成的发现。这是一个结构和机制性主题，不提供临床指导。

Core questions

• 核糖体的组成和总体结构是什么？
• 解码和肽键形成在哪里发生？
• 为什么核糖体被认为是一种核酶？
• 细菌核糖体和真核核糖体有何不同？

Key concepts

• 核糖体小亚基和大亚基
• 核糖体RNA (rRNA) 和核糖体蛋白
• 解码中心（小亚基）
• 肽酰转移酶中心（大亚基）
• A、P和E转移RNA位点
• 多聚核糖体
• 抗生素结合位点

Key theories

核糖体是一种核酶

大亚基的原子结构显示催化位点没有蛋白质侧链，表明核糖体RNA形成了肽酰转移酶中心并催化肽键形成。

Mechanisms

核糖体由小亚基和大亚基组成。小亚基结合信使RNA并监测其解码中心内的密码子-反密码子配对；大亚基包含肽酰转移酶中心和一条供新生链离开的隧道。转移RNA占据氨酰基（A）、肽酰基（P）和出位（E）三个位点，这些位点横跨两个亚基，并随着核糖体的延伸和易位而移动。细菌亚基和完整核糖体，以及后来真核核糖体的高分辨率结构显示，核糖体RNA形成了解码中心和催化中心，从而确立了核糖体作为一种基于RNA的机器；许多这些结构也标示了抗生素的结合位点。多个核糖体可以同时翻译一个信使RNA，形成多聚核糖体。

Clinical relevance

由于许多临床上重要的抗生素结合并抑制细菌核糖体，并且核糖体生物发生缺陷会导致一组称为核糖体病（ribosomopathies）的疾病，因此核糖体结构对于抗菌药理学和某些疾病至关重要。本条目解释了结构和功能，并非个体诊断或治疗决策的依据。

Evidence & guidelines

此处总结的结构图景基于对细菌和真核核糖体的X射线晶体学和冷冻电子显微镜研究，并已在主要综述文献中得到巩固。

History

核糖体在20世纪中叶被确认为蛋白质合成的场所，但其详细结构直到2000年左右才浮出水面，当时解析了细菌大、小亚基的晶体结构，随后又解析了包含mRNA和tRNA的完整70S核糖体。真核核糖体于2011年以高分辨率解析，此后冷冻电子显微镜的进展已捕获了核糖体在多种功能状态下的图像。

Key figures

• Thomas Steitz
• V. Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Marat Yusupov
• Joachim Frank

Seminal works

• nissen-2000
• carter-2000
• selmer-2006
• ben-shem-2011

Frequently asked questions

核糖体由什么组成？

核糖体由核糖体RNA和许多核糖体蛋白组成，组织成两个亚基；RNA形成了解码中心和催化性肽酰转移酶中心。

为什么许多抗生素以核糖体为靶点？

细菌核糖体与人类核糖体差异足够大，药物可以结合细菌核糖体上的功能位点并选择性地阻断蛋白质合成，这就是核糖体成为主要抗生素靶点的原因。