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蛋白质合成是细胞代谢最复杂也是最核心的过
程，其中涉及到200 多种生物大分子参与作用。早在
1950 年，人们利用放射性同位素标记法证明了核糖体
是蛋白质合成的部位，其结构和功能一直倍受关注。
任何生物的核糖体都是由大小两个亚基组成，真核细
胞80S 核糖体包括60S 大亚基和40S 小亚基，原核细
胞70S 核糖体包括50S 大亚基和30S 小亚基。30S 小
亚基包含1 个16S rRNA 和21 种蛋白质，50S 大亚基包
含了1 个23S rRNA、1 个5S rRNA 和34 种蛋白质，蛋
白质含量约占三分之一，而rRNA 的含量占三分之二。
在蛋白质生物合成中，rRNA 与蛋白质两者究竟谁起主
导作用，一直是人们感兴趣的问题，并提出不少假说。
1 rRNA 功能的假说
关于rRNA 功能的假说主要有三种：①rRNA 主要作
为核糖体蛋白质装配的结构骨架，在蛋白质合成中，核
糖体蛋白质起催化作用；②rRNA 是一种决定蛋白质序
列的物质；③rRNA 具有催化活性，它直接催化蛋白质的
合成。自从1926 年美国化学家Sumner 首次从刀豆中提
取了脲酶结晶并证明是蛋白质以来，有很多种酶被分离
并经研究证明是蛋白质，因此长期以来人们一直认为酶
的化学本质就是蛋白质，人们也理所当然地接受了第一
个假说，认为核糖体中的蛋白质是作为酶催化蛋白质的
合成。1960 年前后，mRNA 的发现否定了第二种假说。
对于第三种假说，人们始终处于怀疑状态，因为它是对
酶是蛋白质学说的极大挑战。
1982 年Cech 发现原生动物四膜虫rRNA 前体（ 约
6400 个nt）在鸟苷（G）或其衍生物以及Mg2 + 存在下能
切除自身413 个核苷酸的内含子，并将两个外显子拼
接起来变成成熟的rRNA，证明RNA 具有催化功能，并
称之为核酶（ribozyme）。1983 年Altman 等确认大肠杆
菌RNaseP（一种核糖核蛋白复合体）中的RNA 组分在
较高Mg2 + 浓度下具有类似全酶的催化活性。自此以
后，自然界中的RNA 催化功能不断被发现，T. Cech 和
S. Altman 也因为核酶的发现而荣获1989 年诺贝尔化
学奖。核酶的发现具有重要的意义，在酶学领域，打破
了多年来“酶的化学本质就是蛋白质”的传统观念；在
RNA 领域，这一发现对传统观念的冲击更大，它使人
们认识到，RNA 的生物功能远非“传递遗传信息”那么
简单，人们开始重新审视RNA 的生物学功能。直到最
近，通过X 射线衍射分析核糖体大、小亚基的结晶，才
证实了肽键的形成是由r RNA 催化，核糖体就是一种
核酶，人们逐渐开始接受第三种假说。特别是近年来，
30S 亚基、50S 亚基和70S 亚基核糖体高分辨率结构的
解析，能使人们从结构上较全面地评价RNA 在核糖体
中的作用。已经可以得出结论，在核糖体内蛋白质主
要起维持rRNA 的构象，起辅助作用；在蛋白质合成过
程中rRNA 起到非常重要的作用。
2 核糖体是一种核酶
2. 1 肽酰转移酶中心 生物体内绝大多数生化反应
由酶（蛋白质）催化控制。多少年来，人们努力寻找催
化蛋白质生物合成的关键酶———肽酰转移酶。核糖体
大亚基的精细结构表明，核糖体大亚基空腔的底部，是
P 位点上肽酰tRNA 与A 位点上氨酰tRNA 相互作用
形成肽键的部位，称为肽酰转移酶中心。在肽键形成
处2nm 的范围中，完全没有蛋白质的电子云存在，肽酰
转移酶中心完全由23SrRNA 的结构域V 组成。肽酰
tRNA 和氨酰tRNA 是通过与23SrRNA 的碱基配对进
行精确定位的，这对于核糖体催化活性的发挥非常重
要。P 位点上肽酰tRNA 的第74、75 位2 个胞嘧啶（C）
与23SrRNA 上P 环（helix80）的2 个鸟嘌呤（G）配对；
对；A 位点上氨酰tRNA 的第75 位C 与23SrRNA 上A
环（helix92）的配对。这些相互作用决定了A 位点上
氨酰tRNA 上9 氨基的位置，从而便于9 氨基攻击P
位点tRNA 相连的多肽链上的羰基碳原子。
2. 2 mRNA 通道 Fnank 认为，穿过30S 亚基颈部，从
细胞质一侧延伸进入亚基间的缝隙有一个通道，该通
道即为mRNA 进入核糖体的通道。在通道的附近
16SrRNA 的3’端1400 ～ 1500 核苷酸序列高度保守，能
与mRNA 相互作用。由于小亚基颈部的空间局限使得
mRNA 的解码区呈现U 转角构象。
2. 3 肽通道及核糖体上其他活性位点 人们发现在
大亚基表面的峡谷中部有一开口，在开口的下方连有
一狭窄的通道，长约8. 5nm，孔径大小不等（ 孔径最大
2nm，最小1nm），该通道即为肽通道，主要由23SrRNA
结构域I—V 组成，同时一些蛋白质如L4、L22、L39 等
也发挥了重要作用。在其余的一些核糖体活性位点如
E 位点，tRNA 与16S、23SrRNA 接触的同时，tRNA 的反
密码臂与S7 蛋白接触面很大，T:C 环、T:C 臂与L1 蛋
白接触。核糖体大亚基与小亚基之间存在接触面，这
些接触面称为桥，总共有12 对桥将大、小亚基连接起
来，它们还起到大、小亚基间传递信息的作用。在这些
桥中，除了3 对桥中包含了蛋白质，其余的桥都由
rRNA 组成。RNA 桥主要由16SrRNA 小沟与23SrRNA
小沟之间的相互作用来建立。RNA 一蛋白质桥则通
过蛋白质识别RNA 结构而实现。
核糖体结晶结构表明，催化肽键形成的肽酰转移
酶中心完全由rRNA 组成，大量蛋白质都远离核糖体
的功能中心，位于核糖体的表面，它们更多的是起到稳
定rRNA 构象的作用，作为核糖体的结构支架。体外
试验已证明在没有蛋白质存在的情况下，核糖体仍然
能够解读mRNA，促进肽键形成并合成多肽链。因此
推测，在核糖体的进化过程中，最先出现的核糖体可能
完全是由rRNA 组成的，并且具有肽酰转移酶中心，但
其体型可能更小，结构更简单，功能也更加有限。在进
化过程中，蛋白质才加入核糖体，从而起到稳定rRNA
的作用，并增加其功能。
由于核糖体的结构非常复杂，对核糖体结构研究
还在继续，研究的最终目的是在原子水平上的分辨，以
揭示核糖体组分间的确切的相互作用。"
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