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起，中央为一凹陷；小亚基呈长条形，大小约为２３ａｍｘ１２ｎｍ．在约１／３长度处有一个细的裂缝，将小亚基分为大小两个区域；大小亚基结合形成完整核糖体的时候，凹陷部分彼此对应形成隧道，ｍＲＮＡ将从此穿过。此外，在大亚基上也有一条垂直于ｍＲＮＡ通道的隧道。蛋白质合成时，新合成的肽链由此隧道中穿出，可保护新生肽链免受蛋白水解酶的降解。
单个核糖体上有６个与蛋白质合成有关的活性位点（图２），在蛋白质合成中各司其职：①ｍＲＮＡ结合位点；②Ａ位点（ａｍｉｎｏａｃｙｌ．ｔＲＮＡｓｉｔｅ）：即氨酰基－ｔＲＮＡ位点，是新参入的氨酰＿ｔＲＮＡ结合位点；③Ｐ位点（ｐｅｐ．ｔｉｄｙｌ—ｔＲＮＡｓｉｔｅ）：即肽酰基＿ｔＲＮＡ位点，为延伸中的肽酰一ｔＲＮＡ结合位点；④Ｅ位点（ｅｘｉｔｓｉｔｅ）：即释放位点，为肽酰转移后即将释放的空载ｔＲＮＡ结合位点；⑤肽酰基转移酶的催化位点：可催化氨基酸间形成肽键，这是蛋白质合成中的关键反应；⑥ＧＴＰ酶的结合位点：为延伸因子ＥＦ．Ｇ的结合位点，可催化肽酰ｔＲＮＡ从Ａ位点转移到Ｐ位点，促进肽链延伸。
核糖体大小亚基相互配合，相互分工。大亚基有肽酰基转移酶中心（ｐｅｐｔｉｄｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｃｅｎｔｒｅ），催化肽酰转移反应；小亚基为解码中心（ｄｅｃｏｄｉｎｇｃｅｎｔｒ
ｅ），涉及ｔＲＮＡ上的反密码子和ｍＲＮＡ中密码子间的匹配，小亚基还具有复杂的校正机制．使翻译发生的错误减少到最小程度。
图２核糖体结构示意图
１．２核糖体ＲＮＡ（ｒＲＮＡ）
原核细胞核糖体３０Ｓ亚基含有２１种蛋白质和一分子１６Ｓ核糖体ＲＮＡ（ｒＲＮＡ）；５０Ｓ大亚基中含有３４种蛋白质以及５Ｓ，２３ＳｒＲＮＡ各一分子。真核细胞核糖体的４０Ｓ小亚基中有３０多种蛋白质以及一分子１８ＳｒＲＮＡ；６０Ｓ大亚基中有５０多种蛋白质及５Ｓ，５．８ｓ和２８ＳｒＲＮＡ各一分子。
核糖体ＲＮＡ是细胞中最多的一类ＲＮＡ，约占细胞总ＲＮＡ的８（）％，也是３类ＲＮＡ（ｔＲＮＡ，ｍＲＮＡ，ｒＲＮＡ）中相对分子质量最大的一类，它与蛋白质结合形成核糖体。２０世纪５（）年代，人们普遍相信酶即是蛋白·３３８·质这一理论，所以核糖体中包含蛋白质并没有让任何人感到惊奇。人们也理所当然地认为，核糖体蛋白是催化合成蛋白质的酶。核糖体中包含ＲＮＡ却曾经让人感到迷惑不解。它到底发挥着怎样的作用呢？在很长的时间内，由于研究手段的限制，关于这个问题的解答一直没有实质的进展。直到２０世纪９０年代初，Ｈ·诺勒（Ｈａｒ．ｒｙＮｏｌｌｅｒ）等证明大肠杆菌的２３ＳｒＲＮＡ能够催化肽键的形成，才确认ｒＲＮＡ是一种酶［２｜。在２０世纪
末２１世纪初的几年，核糖体大、小亚基及其复合物高分辨率晶体结构在一些科学家（以２００９年诺贝尔化学奖获得者为代表）的不懈努力下得到解析。科学家们终于可以根据这些结构得以全面地评价ＲＮＡ在核糖体中的作用。
在小亚基的１６ＳｒＲＮＡ中．ＲＮＡ螺旋之间相巨作用决定了３０Ｓ小亚基的形状，核糖体蛋白结合在外表，没有完全埋在ＲＮＡ中的蛋白质，３０Ｓ和５０Ｓ亚基的界面处也极少有蛋白质。通过小亚基的晶体结构分析显示出结合ｔＲＮＡ的Ａ，Ｐ，Ｅ部位，这些部位虽然有蛋白质，但似乎除去蛋白质并不会改变其结构，也不会影响其功能。这些事实表明解码是小亚基ｒＲＮＡ的功能。同样，位于大亚基上的肽酰基转移酶中心，只有ＲＮＡ，并无蛋白质，也就更加清楚证明肽键的形成是由大亚基的２３ＳｒＲＮＡ所催化。现在已经可以得出结论，核糖体的蛋白质组分只是作为结构框架，而ｒＲＮＡ在蛋白质合成过程中的各个环节均起到催化作用，可以说核糖体是一个大的核酶（ｒｉｂｏｚｙｍｅ）。
目前虽已测出很多ｒＲＮＡ分子的一级结构，并且也预测了很多二级结构（图３）。随着核糖体原子分辨率晶体结构的解析，对于ｒＲＮＡ三级结构及其功能已经有了较深入的研究。
图３嗜热栖热菌Ｔｈｅｒｍｕｓｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ２３ＳｒＲＮＡ二级结构示意图
中国诺贝尔奖１．３核糖体蛋白
大肠杆菌核糖体蛋白质的一级结构均被测定：３０Ｓ
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对另一种嗜热细菌Ｔｈｅｒｍｕｓｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ５０Ｓ亚基Ｘ射线衍射图的分辨率可以达到６Ａ，这已经可以识别结构中几乎所有原子［８］８。遗憾的是。由于核糖体晶体不够稳定，无法得到足够的Ｘ射线衍射数据来解析其结构；但是，尤纳特并没有放弃她钟爱的核糖体研究。她领导的研究组接下来采用一种在死海中发现的古细菌（Ｈａｌｏａｒｃｕｌａｍａｒｉｓｍｏｒｔｕｉ）作为研究对象，这种细菌在极端条件下生长，它的核糖体可能会更加的稳定。同时，她在液氮温度下对核糖体进行结晶，以使晶体能在ｘ射线下更加稳定。１９９１年，尤纳特研究组报道了在３Ａ分辨率下对Ｈ．ｍａｒｉｓｍｏｒｔｕｉ核糖体５０Ｓ亚基结构的尝试性初步分析的结果［９］９。这是核糖体结构研究领域的重要突破。
但困扰科学家们几十年的相位问题的完全解决是由Ｔ·施泰茨研究组完成的。１９９８年，他们用核糖体的低温电镜结构计算出低分辨率相位，结合ＭＩＲＡＳ相位信息。得到了Ｈ．ｍａｒｉｓｍｏｒｔｕｉ核糖体５０Ｓ亚基的９Ａ分辨率电子密度图（图４），这个密度图显示了可辨认的ＲＮＡ密度特征，这表明他们的实验方法可以最终解析
核糖体的结构［１０］。一年以后，Ｔ．施泰茨研究组又得到了Ｈ．ｍａｒｉｓｍｏｒｔｕｉ核糖体
５０ｓ亚基５Ａ分辨率的衍射图象（图４）。１９９９年，Ｖ·拉马克里希南研究组和Ａ·尤纳特研究组也分别独立报道了Ｔ．ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ核糖体３０Ｓ亚基的５．５Ａ和４．５Ａ分辨率的结构［…Ｉ１２ｊ。
２０００年，一系列高分辨率核糖体晶体结构发表在Ｎａｔｕｒｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｅｌｌ等顶级学术杂志上。Ｔ·施泰茨研究组报道了Ｈ．ｍａｒｉｓｍｏｒｔｕｉ核糖体５０Ｓ亚基２．４Ａ分辨率的结构（图４）［１３］，Ｖ·拉马克里希南研究组报道了Ｔ．ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ核糖体３０Ｓ亚基的３．０Ａ分辨率的结构［１４］，Ａ·尤纳特研究组也报道了Ｔ．ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ核糖体３０Ｓ亚基的３．３Ａ分辨率结构［１５］。２００１年，美国加州大学的Ｈ·诺勒领导的研究组报道了Ｔ．ｔｈｅｒ—ｍｏｐｈｉｌｕｓ完整核糖体（７０Ｓ）的５．５Ａ分辨率结构［１６３。同样是Ｈ．诺勒研究组，２００６年，他们又得到了结合一分子ｍＲＮＡ和两个ｔＲＮＡｓ的Ｔ．ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ完整核糖体（７０Ｓ）的３．７Ａ分辨率结构［”］。这些高分辨率的晶体结构为核糖体酶学机理的研究提供了坚实的基础。
图４高分辨率５０Ｓ核糖体结构解析历程。左：９Ａ分辨率；中：５Ａ分辨率；右：２．４Ａ分辨率
核糖体ｘ射线高分辨率解析核糖体晶体结构对于了解核糖体的基本功能也有着非同一般的意义。通过对ＤＮＡ双螺旋结构的测定以及对生命的遗传过程的研究，人们早已认识到合成蛋白质的过程具有非
常高的保真度，但是核糖体又在保证不发生氨基酸替换的前提下容忍密码子的第三位碱基有“摇摆性”。Ｖ·拉马克里希南研究组对核糖体３０Ｓ亚基的结构分析揭示了这一重要性质的结构基础。
自从发现核酶后，科学家一直试图用多种实验验证核糖体作为核酶催化肽键的生成。在低分辨率的５０Ｓ亚基结构中已经可以看出，催化肽键形成的酶活性中心没有蛋白质，只有ＲＮＡ。高分辨率核糖体５０Ｓ亚基结构的解析为这种核酶假设提供了直接的清晰的证据。为了确定核糖体催化肽键形成的酶学机制，Ｔ·施泰茨研究组解析了５０Ｓ亚基与不同底物类似物的复合物结构。与此同时，其他一些研究组也进行了很多的突变以及计算化学的研究。这些研究的结果都表明，肽酰－ｔＲ．·３４０·ＮＡ３’端的２的Ｈ提供主要的催化功能。
４解析核糖体结构的意义
解析核糖体原子分辨率的晶体结构不仅使我们对蛋白质合成这个最重要最基础的生命过程有了分子水平上的了解，同时也将在人类健康领域产生深远影响。众所周知，抗生素的广泛使用造成了致病菌产生抗药性，这已经成为全球性的公共健康问题。近年来，严重耐药菌感染病例数不断上升，耐药菌的问题不容小视。而现在已知的抗生素约有一半是以细菌的核糖体作为靶标的。高分辨率的细菌核糖体晶体结构的解析使我们对核糖体结构和功能有了新的的认识，可以针对性地设计新的、高效的蛋白质合成抑制剂，从而有效地消灭耐药菌。三位科学家也构筑了三维模型来显示不同的抗生素是如何抑制核糖体功能的，这些模型已被用于研
发新的抗生素．直接帮助减轻人类的病痛，拯救生命。
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