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核糖体是一个巨大的分子机器，在所有活细胞中都存在，主要功能是进行蛋白质的生物合成（翻译）。
1 核糖体的发现
20世纪50年代中期，细胞生物学家George Emil Palade利用电子显微镜首先观察到了核糖体。
20世纪50年代末期，Richard B. Roberts创造了"核糖体"(ribosome)一词，取自"核糖核酸"("ribo")和希腊语词根"soma"(意为"体")。
1974年，Albert Claude, Christian de Duve和George Emil Palade 由于发现核糖体而被授予诺贝尔生理医学奖。
2009年，Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz和Ada E. Yonath 由于解析了核糖体的结构和作用机制而获得诺贝尔化学奖。
2 组成与结构
核糖体是一个高度复杂的细胞机器，它主要由特化的RNA和几十个蛋白组成。这些蛋白和RNA组装成两个不同大小的核糖体亚基即大亚基和小亚基。核糖体的大小亚基有机组合在一起将mRNA的信息翻译到多肽链上。
2.1 细菌核糖体
原核核糖体直径大概20 nm，RNA与蛋白各占65%和35%；真核核糖体的直径在25-30 nm，RNA和蛋白各占一半。结构表明在多肽合成反应发生的区域没有发现核糖体蛋白的存在。这说明核糖体的蛋白组分没有直接参与肽键形成的催化反应，而是作为支架可能提升了rRNA合成蛋白的能力。
描述核糖体亚基和rRNA的单位通常是S（Svedberg，一种测量物质离心时的沉降系数）。细菌拥有70S核糖体，由大亚基（50S）和小亚基（30S）组成。小亚基包括16S rRNA（约1500 nt）和约21个蛋白，大亚基包括5S rRNA（约120 nt），23S rRNA（约2900 nt）和约33个蛋白。
2.2 真核核糖体
真核生物在细胞质中含有80S核糖体，由大亚基（60S）和小亚基（40S）组成。小亚基包括18S rRNA（约1900 nt）和约33个蛋白；大亚基包括5S rRNA（约120 nt），5.8S（约160 nt）23S rRNA（约2900 nt）和约46个蛋白。
2.3 质体和线粒体核糖体
在真核生物中，线粒体和质体如叶绿体中都存在核糖体。这些核糖体和细菌的比较像，应该是起源于共生的细菌。叶绿体的核糖体比线粒体核糖体更像细菌的。在线粒体中，很多rRNA被削短甚至消失，如5S 。[3]现在已知最简rRNA发现于Leishmania tarentolae的线粒体中，每个亚基只有一个rRNA，即9S（约610 nt） 和12S（约1173 nt）。
3 功能
核糖体主要工作就是将遗传信息转入氨基酸序列和利用氨基酸合成蛋白多聚体。核糖体作为核酶在肽基转移酶中心（PTC）催化肽基的转移和水解，以在氨基酸之间形成肽键。
3.1 翻译
以mRNA为模板，核糖体以三个碱基为单位来进行解码，利用氨酰tRNA将合适的氨基酸带到催化中心，tRNA上有一个互补的反密码子可以和和mRNA进行结合。小亚基一般会先结合一个甲硫氨酸的氨酰tRNA，结合到mRNA的起始密码子（AUG）上，然后再招募大亚基。核糖体通常包括三个tRNA结合位点，A、P、E。A位点主要结合氨酰tRNA，P位点主要结合肽基tRNA，而E位点则结合一个不带氨基酸的tRNA。蛋白合成一般从起始密码子开始。核糖体识别起始密码子在原核中通过SD（Shine-Dalgarno）序列，真核中这是Kozak序列。
3.2 翻译蛋白的折叠
核糖体在蛋白折叠过程中起到非常积极的作用。核糖体参与的折叠得到的蛋白三维结构一般和利用化学方法复性得到的是一致的，但是经过的路径可能不一样。在一些情况下，核糖体对于取得有功能的蛋白结构是非常关键的，例如，一些深度纠缠的蛋白折叠就依赖于核糖体将多肽链推过相关的茎环。
4 核糖体的定位
核糖体主要有两种定位一种是自由地漂在细胞质中，另外一种就是结合在膜上的。当一个核糖体开始合成一些细胞器中所需要的蛋白的时候，核糖体就需要结合到相关的膜上。在真核细胞中，糙面内质网正是此类核糖体聚集的地方。新合成的多肽直接被插入到ER中，然后同分泌途径转运到它们的目的地。这些核糖体生产的蛋白一般在细胞膜或者胞外发挥功能。
5 生物合成与组装
在原核细胞中，核糖体在细胞质中通过核糖体基因的转录和翻译来生成。在真核细胞中，这个过程发生在细胞质和核仁中。组装的过程涉及到了超过200个蛋白，包括rRNA的合成与加工，以及rRNA和核糖体蛋白的组装。
6 起源
核糖体可能首先起源于RNA世界，开始作为自我复制的复合体，后来在氨基酸出现以后，才进化出可以合成蛋白质的能力。研究表明古老的核糖体在可能在只有rRNA的情况下就可以拥有催化肽键的能力。此外，相关证据强力地指向古核糖体可以作为自我复制的复合体，rRNA有信息、结构和催化的功能因为rRNA 可以编码核糖体自我复制所需要的tRNA和蛋白。
因为在生命起源之前，氨基酸种类是逐渐增多的，所以它们和核酶的相互作用将在范围和效率上逐步提升其核酶的功能。可以说核糖体从远古无生命时代走来，一步一步地壮大自己，最后自己成为了一个永生的酶。
参考资料：
[1] nobelprize 1974
[2] The Structure and Function of the Eukaryotic Ribosome NCBI
[3] Structural aspects of mitochondrial translational apparatus NCBI
[4] Structure of a mitochondrial ribosome with minimal RNA 2009
[5] ribosome PDB
[6] Specialized Internal Structures of Prokaryotes 70S
[7] Protein Folding Activity of the Ribosome (PFAR) –– A Target for Antiprion Compounds 2014
[8] Evolution of Protein Synthesis from an RNA World 2012
[9] Unusual resistance of peptidyl transferase to protein extraction procedures 1992
[10] The ribosome as a missing link in the evolution of life 2015
[11] The Coevolutionary Roots of Biochemistry and Cellular Organization Challenge the RNA World Paradigm 2013
[12] Specialized ribosomes: a new frontier in gene regulation and organismal biology 2012
[13] Specialized ribosomes and the control of translation 2018
[14] Cell Cycle–Regulated Modification of the Ribosome by a Variant Multiubiquitin Chain 2000
[15] The ribosomal protein Asc1/RACK1 is required for efficient translation of short mRNAs 2016
[16] Transformation of Chloroplast Ribosomal RNA Genes in Chlamydomonas: Molecular and Genetic Characterization of Integration Events 1990
