核糖体定义

核糖体是小的、亚球形的核糖核蛋白颗粒，没有膜，在蛋白质合成中起着关键作用。它们可以在细胞的各个部分找到，并于1943年首次由A. Claude从细胞质中分离出来，他将其命名为微粒体。罗宾逊和布朗在1953年对豆根进行显微研究时，首次在植物细胞中观察到核糖体。

G.E. Palade在动物细胞中发现了核糖体，并将其命名为Palade颗粒。进一步的研究揭示了这些细胞器在细胞中的过程的更多细节。核糖体既可以附着在内质网（ER）和细胞核上，也可以自由地存在于叶绿体、细胞质和线粒体中。

核糖体概述

核糖体是存在于细胞质、线粒体和内质网中的小型细胞器，通过蛋白质合成将遗传密码转化为氨基酸链。它们由RNA和蛋白质组成，在所有活细胞中都发挥着积极而不可或缺的作用。

mRNA与一种叫做核糖体的蛋白质结合，核糖体帮助解码核苷酸序列。另一种类型的RNA，tRNA，随后将氨基酸添加到核糖体中的蛋白质链中。核糖体是由RNA和蛋白质组成的关键细胞器，有助于将mRNA中的遗传密码翻译成氨基酸链，这被称为蛋白质合成或翻译。

核糖体的重要特征

• 核糖体是由核糖核蛋白组成的微小、亚微观颗粒。它们也被称为Palade颗粒或细胞引擎。其中的核糖体RNA（rRNA）是一种高度折叠的丝状物，长度可达7000 Å，并附有蛋白质分子。
• 核糖体是没有膜的结构。
• 核糖体，也被称为蛋白质工厂，负责合成蛋白质和多肽。
• 真核细胞的核糖体比原核细胞多。
• 核糖体可以是独立的，也可以形成称为多核糖体或多聚核糖体的簇。
• 多核糖体由多个核糖体组成，这些核糖体通过一条mRNA链连接起来。

发生情况

核糖体可以在原核细胞和真核细胞中发现，原核核糖体通常分布在细胞质中。

真核细胞中的核糖体要么游离在细胞质中，要么附着在内质网（ER）和核膜上。游离核糖体的细胞包括酵母、淋巴细胞和胚胎神经细胞，而胰腺细胞和肝实质细胞则含有结合核糖体。

核糖体附着在内质网膜上进行蛋白质合成。游离核糖体是不附着在内质网上的蛋白质合成场所，它们产生的蛋白质用于细胞内储存和利用。

核糖体的形状和数量

核糖体无论类型如何，形状都保持一致，呈扁球体。原核核糖体的直径通常在17-21纳米之间，长度在20-29纳米之间。真核核糖体的直径在20-24纳米之间，长度在30-34纳米之间。

核糖体在产生蛋白质的细胞中含量丰富，包括肝脏、胰腺、内分泌和分生组织细胞。核糖体存在于真核细胞中，数量可达500,000个，但在饥饿或不活跃的细胞中稀少。核糖体在细胞中含量丰富，大肠杆菌含有20,000-30,000个。它们在含有内质网（ER）的细胞中尤其普遍。

各种类型的细胞，包括酵母、腺体、血浆和肝细胞、神经细胞以及快速生长的植物和动物细胞，都含有大量的核糖体。

核糖体结构

核糖体由RNA、蛋白质、金属离子（如Mg2+）和一些脂质组成。70S和80S核糖体的组成不同，前者中RNA约占65%，后者中约占45%。

核糖体由一个较小的亚基和一个较大的亚基组成，较大的亚基负责添加氨基酸，较小的亚基负责解码mRNA。较小的亚基有3个位点和一个将头部与底部隔开的间隙，而较大的亚基由一个山谷隔开的3个位点组成。

• 肽酰位点（P位点）是携带tRNA的肽链附着的地方。
• 氨基酸位点，也称为A位点，是携带活化氨基酸的带电tRNA附着的地方。
• E位点是游离tRNA将其肽链转移到P位点后离开的地方。
• 蛋白质合成发生在核糖体亚基在细胞质中围绕mRNA结合时。然后，在这些亚基之间的裂隙中合成多肽链，在真核细胞中，它们通过从裂隙延伸到内质网腔的通道被推入内质网。
• 核糖体是细胞中最常见的细胞器，呈扁球体状，直径约为250 Å。
• 较大的亚基呈圆顶状；另一方面，较小的亚基呈扁椭圆形，几乎是较大亚基的一半大小。它与较大的亚基上方形成一个帽状结构。
• 核糖体由两个亚基组成，在70S核糖体中，较大的亚基重1.8 × 106道尔顿，较小的亚基重约0.9 × 106道尔顿。相比之下，80S核糖体的较大亚基重1.5-1.8 × 106道尔顿，较小的亚基重3-3.5 × 106道尔顿。
• 核糖体有三个区域——A位点、P位点和E位点——在蛋白质合成过程中，不同类型的tRNA分子在此结合。氨酰-tRNA结合到A位点，肽酰-tRNA结合到P位点，脱酰-tRNA从E位点退出。

核糖体的化学组成

核糖体主要由核糖体RNA（rRNA）、蛋白质和金属离子组成。

i) 核糖体RNA

70S核糖体主要有3种rRNA，如23S、16S和5S。较大的亚基含有23S和5S rRNA，而较小的亚基只含有16S rRNA。

核糖体主要由核糖体RNA组成，原核核糖体含有66%，真核核糖体含有60%。

80S核糖体有四种rRNA，较大的亚基含有28S、5.8S和5S rRNA，较小的亚基含有18S rRNA。

ii) 核糖体蛋白质

核糖体蛋白质具有多种功能，包括基本、结构和酶促功能。它们被归类为较小核糖体亚基的S-蛋白质和较大核糖体亚基的L-蛋白质。

核糖体是核糖核蛋白颗粒，含有一种叫做肽酰转移酶的酶，它催化肽键的形成。rRNA保留在较大核糖体亚基内的蛋白质上。

iii) 金属离子

核糖体含有金属离子，包括Mg2+、Ca2+和Mn2+，以及rRNA和蛋白质。

核糖体类型

1. 原核核糖体

原核核糖体在原核细胞的蛋白质合成中起着关键作用。它们具有区别于真核核糖体的独特特征。

原核核糖体由两个亚基组成，小亚基为30S，大亚基为50S。这些单位以其基于离心过程中沉降速度的Svedberg (S) 值表示。此外，原核核糖体含有三条rRNA链：16S RNA、5S RNA和23S RNA。

2. 真核核糖体

真核核糖体比原核核糖体大，具有两个亚基，小亚基（40S）和大亚基（60S），它们含有排列在RNA骨架上的核糖体蛋白质。小亚基检查tRNA反密码子和mRNA之间的匹配，而大亚基催化肽键的形成。

原核核糖体和真核核糖体之间有什么相似之处吗？

核糖体是细胞的重要组成部分，它们在蛋白质的产生中起着关键作用。尽管原核核糖体和真核核糖体在结构和功能上存在差异，但它们也存在相似之处，使其对细胞过程至关重要。

• 原核核糖体和真核核糖体的一个相似之处是它们都由RNA和核糖体蛋白质组成。这些成分协同作用，形成核糖体的复杂结构，作为蛋白质合成的场所。
• 两种核糖体之间的另一个特征是它们都由由RNA组成的两个亚基组成。这些亚基在蛋白质合成过程中结合在一起形成一个功能单元。
• 原核核糖体和真核核糖体都位于细胞质中，使它们能够轻松获取携带用于生成蛋白质的遗传信息的信使RNA分子。
• 原核和真核的小亚基主要由单链RNA结构组成，分别为16S rRNA或18S rRNA。尽管两者之间存在差异，但它们都具有这一特征。

原核和真核RNA的区别

尽管原核和真核核糖体有相似之处，但它们也存在一些差异。

• 真核核糖体是80S颗粒，而原核核糖体是70S颗粒。真核核糖体由一个60S大亚基和一个40S小亚基组成。原核核糖体由一个50S大亚基和一个30S小亚基组成。
• 原核生物和真核生物是两种不同的生物群体，它们在细胞组织上有所不同。原核生物缺乏细胞核和膜结合细胞器，而真核生物两者兼具。
• 原核核糖体有3种RNA和50种蛋白质；另一方面，真核核糖体有5种RNA和只有8种蛋白质。
• 原核生物的核糖体中有3条RNA链，而真核生物有4条。
• 真核细胞中的核糖体以游离形式和结合形式存在。相比之下，原核细胞只有一种游离形式。

其他不同的核糖体

根据其位置有不同类型的核糖体。

细菌核糖体：这些核糖体具有70S的沉降系数，存在于细菌细胞中。

线粒体核糖体：这些是存在于线粒体中的核糖体，根据生物体的不同有不同类型。它们通常被认为是70S型的，尽管哺乳动物有60S线粒体核糖体，而植物有78S和真菌有73S。

质体核糖体：叶绿体含有被称为质体核糖体或质体核糖体的核糖体。在高等植物中，它们是70S。

核核糖体：核核糖体是存在于细胞核中的核糖核蛋白颗粒。

核仁核糖体：这些是存在于核仁中的RNP颗粒，直径为150-200 Å。

细胞质核糖体：这些是存在于细胞质中的大颗粒。

核糖体的功能

核糖体负责细胞中的蛋白质合成，但原核核糖体和真核核糖体在几个方面发挥着不同的作用。

原核核糖体由30S和50S亚基组成，形成一个70S颗粒，而真核核糖体由40S和60S亚基组成，形成一个80S颗粒。此外，原核生物有三条RNA链，而真核生物有四条。最后，原核核糖体自由存在于细胞质中，而真核核糖体可以附着在核膜和内质网膜上，也可以自由存在于细胞质中。

核糖体是所有活细胞的重要组成部分，其主要功能是蛋白质合成。这个过程称为翻译，包括核糖体通过读取mRNA序列并将其翻译成氨基酸链来合成蛋白质。核糖体不仅合成蛋白质，还将蛋白质运输到细胞内的预期目的地。

除了合成和运输蛋白质，核糖体还参与了许多细胞过程。细胞质中的游离核糖体合成有助于原生质形成​​的蛋白质，这对于细胞发育和分裂至关重要。

此外，核糖体在肽酰转移和肽酰水解过程中充当催化剂，这些过程涉及肽键的形成或分解。这些催化活性对于许多生物过程（如代谢调节）至关重要。

最后，通过核糖体较大亚基的隧道或通道的新合成多肽链受到保护，免受蛋白质消化酶的作用。因此，在这些链到达细胞内或细胞外的最终目的地之前，核糖体发挥着保护作用，同时确保这些链的正确折叠。

结论

核糖体是迷人的结构，在蛋白质合成过程中起着不可或缺的作用。它们由RNA和蛋白质组成，它们协同作用，通过读取信使RNA序列来创建氨基酸链。这个过程涉及使用细胞辅助物，如转运RNA和代谢能量，来启动、延伸和终止肽合成。

有趣的是，核糖体可以在通过翻译产生蛋白质的细胞中找到。翻译是细胞内发生的一个基本生物过程，其中存储在DNA中的遗传信息用于创建细胞正常功能所必需的功能蛋白质。核糖体通过解码mRNA分子中包含的遗传信息并将其用于构建复杂的蛋白质结构来促进这个过程。

除了在蛋白质合成中的关键作用外，核糖体还与许多疾病途径有关。例如，核糖体功能的突变或失调与几种类型的癌症和其他以异常蛋白质产生为特征的疾病有关。总的来说，虽然核糖体看起来是简单的结构，但它们在维持细胞健康和身体正常功能方面发挥着关键作用。

常见问题

1. 核糖体有什么独特之处？

核糖体通过将mRNA中的遗传密码翻译成氨基酸来制造蛋白质。它们利用额外的细胞蛋白质、转运RNA和能量来启动、延伸和终止肽合成过程。

2. 人类能在没有核糖体的情况下生存吗？

蛋白质对细胞过程和修复至关重要，没有它们，细胞就无法正常运作。核糖体是合成蛋白质所必需的，因此在活生物体中没有它们生命是不可能的。

3. 什么是细菌核糖体？

细菌核糖体是一种复杂的分子机器，可将遗传信息翻译成蛋白质。它具有较大的尺寸和复杂的结构，直径为200-250 Å，分子量为2.5 MDa。

4. 生物体会利用核糖体吗？

核糖体通过一个称为翻译的过程，在所有生命系统中利用mRNA构建蛋白质和酶。核糖体的核心在所有物种中都是相同的。

5. 核糖体是否与其他细胞协作？

核糖体是产生蛋白质的基本细胞器，就像建造房屋的砖块一样。它们遵循RNA和细胞核的指令，类似于工人遵循工头的指令。

6. 所有细胞都有核糖体吗？

核糖体存在于所有活细胞中，并负责蛋白质合成。它们以游离颗粒的形式存在于原核细胞和真核细胞中，或结合在真核细胞内质网的膜上。