核糖体

核糖体是最小的细胞器，在光镜下见不到的结构。在1953年由Ribinson和Broun用电镜观察植物细胞时发现胞质中存在一种颗粒物质。1955年Palade在动物细胞中也看到同样的颗粒，进一步研究了这些颗粒的化学成份和结构。1958年Roberts根据化学成份命名为核糖核蛋白体，简称核糖体Ribosome。又称核蛋白体。核糖体除哺乳类红细胞外，一切活细胞（真核细胞、原核细胞）中均有，它是进行蛋白质合成的重要胞器，在快速增殖、分泌功能旺盛的细胞中尤其多。

核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒（ribonucleoprotein particle），其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。

真核细胞的大小亚基是在核中形成的。在核仁部位rDNA转录出45SrRNA是rRNA的前体分子，与胞质运来的蛋白质结合，再进行加工，经酶裂解成28S、18S和5.8S的rRNA，而5SrRNA则在核仁外合成。28S、5.8S及5SrRNA与蛋白质结合，形成RNP分子团，为大亚基前体，分散在核仁颗粒区，再加工成熟后，经核孔入胞质为大亚基；18SrRNA也与蛋白质结合，经核孔入胞质为小亚基。大小亚基在胞质中可解离存在，在需要时且Mg²⁺浓度>0.001M时，合成完整单核糖体才具有合成功能；当Mg²⁺<0.001M时则重新解离。

按核糖体存在的部位可分为三种类型：细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体。按存在的生物类型可分为两种类型：真核生物核糖体和原核生物核糖体。

真核细胞中，核糖体进行蛋白质合成时，既可以游离在细胞质中，称为游离核糖体（free ribosome），也可以附着在内质网的表面，称为膜旁核糖体或附着核糖体，参与构成RER。分布在线粒体中的核糖体较小，约为55S（35S和25S大小亚基）。凡幼稚、未分化的细胞、胚胎细胞、培养细胞、肿瘤细胞，生长迅速，胞质中一般具有大量游离核糖体。真核细胞每个平均有10⁶~10⁷个核糖体，原核细胞每个平均只有15×10²~18×10³个。

在执行功能时，核糖体常3-5个或几十个甚至更多聚集并与mRNA结合，形成多聚核糖体（polyribosome或polysome）。mRNA的长短决定多聚核糖体的多少，可排列成螺纹状、念珠状等。此时，每一核糖体上均在以mRNA的密码为模板，翻译成蛋白质的氨基酸顺序。在活细胞中，核糖体的大小亚基、单核糖体和多聚核糖体处于不断解聚与聚合的动态平衡中。

核糖体是非膜相结构，大小15-20nm，可单个或成群分布于细胞质中，也可附着在核外膜、内质网上，或存在于线粒体、叶绿体中。用负染色高分辨电镜观察，核糖体不是圆形颗粒，而是由大、小二个亚基组成的不规则颗粒。

大亚基侧面观是低面向上的倒圆锥形，底面不是平的，边缘有三个突起，中央为一凹陷，似沙发的靠背和扶手。小亚基是略带弧形的长条，一面稍凹陷，一面稍外突，约1/3处有一细缢痕，将其分成大小两个不等部分。小亚基趴在大亚基上，似沙发上趴了一只小猴。大小亚基凹陷部位彼此对应相结合，形成内部空间，可容纳mRNA、tRNA及进行氨基酸结合等反应。

此外，在大亚基内有一垂直的通道为中央管，所合成的多肽链由此排放，以免受蛋白酶分解。

核糖体的主要成分为蛋白质和rRNA，二者比例在原核细胞中为1.5:1，在真核细胞中为1:1。每个亚基中以一条或两条高度折叠的rRNA为骨架，将几十种蛋白质组织起来紧密结合，使rRNA大部分围在内部，小部分露在表面。由于RNA的磷酸基带负电荷超过蛋白质带的正电荷，核糖体显强负电性，易与阳离子和碱性染料结合。

单个核糖体上存在四个活性部位：

• A部位（氨基酸部位/受位）：主要在大亚基上，接受氨酰基-tRNA。
• P部位（肽基部位/供位）：主要在小亚基上，释放tRNA。
• 肽基转移酶部位（T因子）：位于大亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长。
• GTP酶部位（G因子）：催化肽链从供体部位向受体部位移位。

另外，核糖体上还有许多与起始因子、延长因子、释放因子以及各种酶相结合的位点。

（一）蛋白质合成的细胞内定位：核糖体的功能是将mRNA上的遗传密码翻译成多肽链上的氨基酸顺序，是肽链的装配机。细胞合成的蛋白质可分为两类：外输性蛋白和内源性蛋白。

• 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，也能合成部分自身结构蛋白，如膜嵌入蛋白、溶酶体蛋白。
• 内源性蛋白（结构蛋白）：用于细胞本身或组成自身结构的蛋白质，主要在线粒核糖体上合成，如红细胞中的血红蛋白、肌细胞中的肌纤维蛋白。

（二）蛋白质生物合成的简要过程

• 第一阶段（氨基酸的激活和转运）：在胞质中进行，氨基酸与tRNA在氨基酰-tRNA合成酶催化下形成氨酰基-tRNA复合物。此酶高度专一，能识别并反应对应的氨基酸与其tRNA。
• 第二阶段（在多聚核糖体上形成多肽链）：
  • 多肽链的起始：mRNA从核到胞质，在起始因子和Mg²⁺作用下，小亚基与mRNA的起始部位结合，甲硫氨酰-tRNA的反密码子识别mRNA上的起始密码AUG，接着大亚基结合上去。
  • 多肽链的延长：第二个密码对应的氨酰基-tRNA进入核糖体的A位，密码与反密码互补结合。在大亚基上的转肽酶作用下，P位的tRNA携带的氨基酸转移到A位的氨基酸后形成肽键，tRNA脱离P位，核糖体沿mRNA往前移动，重复循环。
  • 多肽链的终止与释放：当mRNA上出现终止密码（UGA、UAA、UAG）时，无对应的氨基酸运入核糖体，终止因子识别并进入A位，抑制转肽酶作用，使多肽链与tRNA之间水解脱下，顺着大亚基中央管全部释放。大小亚基与mRNA分离。
• 第三阶段（信号学说）：分泌蛋白质多肽的合成一开始也在游离多聚核糖体上，但mRNA在AUG之后有一段信号顺序，翻译出信号肽（Signal Peptide）。胞质中存在信号识别颗粒（SRP），能识别露出核糖体之外的信号肽，并与RER膜上的SRP受体结合，使核糖体附着于RER。信号肽经内质网膜插入膜腔，信号肽酶切除信号肽，肽链不断延长并在内质网腔中形成一定空间构型。合成终止后，核糖体大小亚基离开。固着核糖体与RER的结合是特异性、暂时性、功能性的。

电镜下，多聚核糖体的解聚和粗面内质网的脱粒可看作是蛋白质合成降低或停止的形态指标。多聚核糖体的解聚是指多聚核糖体分散为单体，失去正常有规律排列，孤立地分散在胞质中或附在粗面内质网膜上。脱粒是指粗面内质网上的核糖体脱落下来，分布稀疏散在胞质中。

正常情况下，蛋白质合成旺盛时，细胞质中充满多聚核糖体，RER上附有许多念珠线状和螺旋状的多聚核糖体。当细胞处于有丝分裂阶段时，蛋白质合成明显下降，多聚核糖体出现解聚。在急性药物中毒性（四氯化碳）肝炎和病毒性肝炎后，以及肝硬化病人的肝细胞中，常可见大量多聚核糖体解聚呈离散单体状，固着多聚核糖体脱落，导致分泌蛋白合成减少，血浆白蛋白含量下降。

一些药物可直接抑制蛋白质合成的不同阶段。抗生素如链霉素、氯霉素、红霉素等能直接抑制细菌核糖体上蛋白质的合成：有的抑制起始阶段，有的抑制肽链延长和终止，有的阻止小亚基与mRNA的起始结合，四环素抑制氨酰基-tRNA的结合和终止因子，氯霉素抑制转肽酶，红霉素抑制转位酶。抗生素的抗细菌作用就是通过干扰细菌蛋白合成而抑制细菌生长。

总之，核糖体的结构特点是暂时的、功能的动态结构；核糖体种类与合成蛋白质的种类密切相关；核糖体合成的蛋白质之去向与内膜系统联系。核糖体不是由生物膜构成的，而是由蛋白质和RNA构成的复合体，由大小两个亚基组成。核糖体是蛋白质合成的场所。附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质主要分为两类：分泌蛋白（通过内质网运输到高尔基体，经加工包装后被分泌到细胞外）和排列到质膜内的蛋白质。游离的核糖体合成的蛋白质一般是分布到细胞质基质中的蛋白质。

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