核糖体

生物学

hé táng tǐ

核糖体是存在于所有细胞中的微小结构,负责读取信使RNA并把氨基酸组装成蛋白质。

Visualization

Definition

核糖体是细胞内的一台微型机器,通过读取来自DNA的指令副本,把氨基酸按正确顺序连接起来,从而合成蛋白质。它是一种没有膜结构的细胞器,由核糖体RNA和蛋白质构成,负责读取信使RNA上的密码子,并把转运RNA运来的对应氨基酸连接成多肽链,它既可以游离在细胞质中,也可以附着在粗面内质网上。从结构上看,它是一种核糖核蛋白复合体,小亚基负责解读mRNA,大亚基负责催化肽键的形成:细菌中是30S和50S亚基(组装成70S),真核细胞质中则是40S和60S亚基(组装成80S)。肽基转移酶中心由核糖体RNA构成,这使核糖体本身成为一种核酶。翻译过程经历起始、延伸(氨酰tRNA的运送、肽键的形成以及移位,每一步都由GTP水解驱动)以及在终止密码子处结束这几个阶段。

Example

你头发中的蛋白质、帮你消化午餐的酶,以及对抗感冒的抗体,都是由核糖体组装出来的。每个密码子由$3$个核苷酸组成,因此一条含有$900$个编码核苷酸的mRNA会翻译出含$300$个氨基酸的蛋白质;由于细菌核糖体每秒能添加约$15$到$20$个氨基酸,合成这样一个蛋白质大约需要$15$到$20$秒。一个快速生长的大肠杆菌细胞含有约$20{,}000$个核糖体,约占其干重的四分之一,四环素、红霉素和链霉素等抗生素正是通过结合细菌核糖体上与真核核糖体不同的位点而发挥作用的。

Key Insight

从细菌到人类,每一个活细胞中都存在核糖体,这是所有生命拥有共同祖先的证据之一。DNA中的指令在被核糖体转化为蛋白质之前是毫无用处的,而蛋白质几乎承担着细胞中的一切工作,因此核糖体正是遗传信息转化为实际行动的地方。由于核糖体的催化核心是RNA而非蛋白质,这为早期"RNA世界"假说提供了有力证据,在那个世界里,RNA既储存信息又催化反应;核糖体RNA序列至今仍是构建生命之树的标准分子。