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かくとうからだ

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细胞生物せいぶつがく
动物细胞

かくとうからだ(ribosome),旧称きゅうしょうかくとうかく蛋白たんぱくたいあるかく蛋白たんぱくたい”,细胞なかてきいち细胞[1][ちゅう 1],它也いちしゅまくじょう特殊とくしゅ構造こうぞうゆかり一大いちだいいちしょう两个亚基结合形成けいせい[2]主要しゅよう成分せいぶん相互そうご缠绕てきRNAしょう为“かくとうたいRNA”,ribosomal RNA,简称“rRNA”)蛋白たんぱくしょう为“かくとうからだ蛋白たんぱく”,ribosomal protein,简称“RP”)。かくとうからだ细胞ない蛋白たんぱく合成ごうせいてき场所,のう读取しん使RNAかく苷酸序列じょれつしょ包含ほうがんてき遗传しんいき,并使转化为蛋しろ质中氨基さんてき序列じょれつしんいき合成ごうせい蛋白たんぱく[3]ざい原核げんかく生物せいぶつかく生物せいぶつ地球ちきゅううえてき两种具有ぐゆう细胞结构てき主要しゅよう生命せいめい形式けいしき前者ぜんしゃ细分为きん细菌两类)てき细胞ちゅうゆうかくとうからだ存在そんざい一般いっぱん而言,原核げんかく细胞ただゆういち种核とうたい,而真かく细胞具有ぐゆう两种かくとうたい线粒たいかのう绿体なかてきかくとうからだあずか细胞质核とうからだあいどう)。

かくとうからだざい细胞ちゅう负责完成かんせい中心ちゅうしんほううらよしRNAいた蛋白たんぱく质这いち过程[4],此过ほどざい生物せいぶつがくちゅうしょう为“こぼし”。ざい进行こぼし译前,かくとうからだしょう單元たんげんかいさきあずか细胞かくなか转录いたてきしん使RNA(messenger RNA,简称“mRNA”)结合,さい结合かくとうからだだい單元たんげん构成かんせいてきかくとうたいきさき便びん利用りよう细胞质基质なかてき转运RNA(transfer RNA,简称“tRNA”)运送てき氨基さん分子ぶんし合成ごうせい[5]とうかくとうからだ完成かんせいいちじょうmRNA单链てきこぼし译后,大小だいしょう亚基かいさいつぎぶん离。

えいなかてきかくとうからだ”(ribosome)いち词是よしかくとう核酸かくさん”(“ribo”)まれ腊语词根soma”(为“からだ”)组合而成てき

がいじゅつ

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かくとうからだぐみそう蛋白質たんぱくしつ分子ぶんし聚合ぶつ,其序列じょれつよししん使RNA分子ぶんしひかえせい。這是所有しょゆうかつ細胞さいぼう相關そうかんてき病毒びょうどく必需ひつじゅてき

きん细菌てき细胞质中以及かく细胞てき细胞质基质、线粒たいかのう绿体なか含有がんゆうかくとうたいただし它们各自かくじ拥有てきかくとうからだざい大小だいしょう数量すうりょう及组なりとう方面ほうめんうえゆうしょ不同ふどう[6]

大小だいしょう

かくとうからだてきちゅう轴线直径ちょっけいやや长。 原核げんかく细胞ちゅうてき70Sかくとうからだ直径ちょっけい约为20nm(200Å),あい分子ぶんし质量约为2.5MDa[7]かく细胞细胞质基质中てき80Sかくとうからだ直径ちょっけい则介于25nmいたり30nm间(250-300Å),あい分子ぶんし质量为3.9-4.5MDa,70Sかくとうからだだい40%[8]かく细胞线粒体内たいないてき线粒たいかくとうからだ也比70Sかくとうたいややだいいち[9]

数量すうりょう

かくとうからだ原核げんかく细胞ちゅう唯一ゆいいつてきいち种细胞器,まい个原かく细胞ちゅう一般いっぱん含有がんゆう约15-18×103个核とうからだごと个真かく细胞ちゅう一般いっぱんゆう106いたり107个核とうたい蛋白たんぱく合成ごうせい旺盛おうせいてき细胞(如未成熟せいじゅくてき蟾蜍ひきがえるたまご细胞中核ちゅうかくとうたい往往おうおう正常せいじょう细胞,其含りょう达每个细胞约1012[10]哺乳ほにゅう动物てき成熟せいじゅく红细胞具有ぐゆうかくとうからだ[11]

组成

かくとうからだみやこゆかりrRNA及RP构成,rRNAあずかRPてき复合ぶつぞくかくとうかく蛋白たんぱく(Ribonucleoprotein,简称“RNP”)。まい个核とうからだ包含ほうがん2-4じょうrRNAあずか60-90种RP[ちゅう 2]。70Sかくとうたいちゅう,rRNA约占65%,かくとうからだ蛋白たんぱく质约うらない35%;80Sかくとうたいちゅう,rRNAあずかRP接近せっきん1:1;而线つぶからだかくとうたいちゅう蛋白たんぱく质所うらない比例ひれい最高さいこうてきざい这类かくとうたいちゅう,rRNA约占25%,かくとうからだ蛋白たんぱく质约うらない75%。よし于核とうからだてき核心かくしん成分せいぶんRNA(而非DNA),かくとうからだ部分ぶぶん生物せいぶつがく认为RNA世界せかい”遗留いたりいまてきあと[12]。(まいり见本条目じょうもく组成あきら节。)

结构
かくとうからだだい亚基(红色)かずかくとうからだしょう亚基(蓝色)あい互嵌あい组成かんせいてきかくとうたい

原核げんかく生物せいぶつてきかくとうからだあずかかく生物せいぶつてきかくとうからだじゅうふん相似そうじ[13]まい个核とうからだよし一大一小两个相互嵌合的亚基组成。すえあらため进自てん模型もけい(two-site model)てきさんてん模型もけい(three-site model)[14]かくとうたいちゅう含有がんゆうA、P、Eさん个与tRNA结合てきてん[15]じょ以上いじょうさん个tRNAてんそとかくとうたいちゅう还有结合mRNA及一些こぼし因子いんしまとてん。(まいり见本条目じょうもく结构あきら节)

こうのう

かくとうからだ以与mRNA结合,ざい种翻译因子いんしてき辅助读取其中てき遗传しんいき,并按あきら特定とくていてきしんいき利用りようtRNA转运らいてき氨基さん合成ごうせい具有ぐゆう特定とくていいち级结构てき肽。对该过程ゆう重要じゅうよう作用さようてき活性かっせい区域くいきよしRNA构成てき所以ゆえんかくとうからだ也被归为かく[16]。(かくとうからだ执行其功のうてき详细过程さん见本条目じょうもく工作こうさく过程あきら节)

ぶん

かくとうからだ按沉降けいすう、细胞ちゅうてき存在そんざい位置いち及状态等分とうぶん类。

单位

研究けんきゅうかくとうからだ及相关物质时常用じょうよう代表だいひょう单位离心りょく场下てき沉降速度そくどてき沉降けいすう(sedimentation coefficient)らい描述[ちゅう 3]。沉降けいすうてき一般表达式为[ちゅう 4][17]

沉降けいすう时间表示ひょうじ一般いっぱん使用しよう斯维とくはくかく单位[ちゅう 5]符号ふごう为S。

历史事件じけん

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もと研究けんきゅう

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かくとうからだゆかり罗马あま亚籍细胞生物せいぶつがく乔治·ほこりまい尔·帕拉とくよう电子显微镜于1955ねんざい哺乳ほにゅうあずか禽类动物细胞ちゅうくび发现直径ちょっけい20nm,とみ含RNA,のう够制づくり酶,しょう这种しん细胞描述为密集みっしゅうてき微粒びりゅうある颗粒[18]いちねんきさき,A. J. Hodgeとうじんざい植物しょくぶつてきからだ细胞中也ちゅうや发现りょうかくとうたいとう时人们仍无法しょう微粒びりゅうたいなかてきかくとうたい完全かんぜん区分くぶん开来[19]きさきらい,乔治·帕拉とく以及おもね尔伯とく·かつ劳德かつさと斯汀·とく·迪夫みちおいん发现かくとうからだ于1974ねん授于诺贝尔生理学せいりがくある医学いがく

虽然かくとうからださく为一种细胞器在20せい纪50年代ねんだい初期しょきやめ发现,ただし对这种细胞器仍没ゆう统一てき命名めいめいちょくいた1958ねん科学かがく查德·B·罗伯いばらRichard B. Robertsざい推荐じん使用しようかくとうからだいち词:

从此,にん们对几种细胞结构碎片さいへん概念がいねんじょうてき理解りかい逐渐きよし晰,かくとうからだ这一细胞器本身也有了更明确的定义。这次统一命名めいめい为核とうからだ及相关方面ほうめんてき研究けんきゅうてき发展奠定りょう良好りょうこうてきもと础。

ざい进入20せい纪60年代ねんだいきさきずいじん们对かくとうからだてき探索たんさくてき不断ふだん深入ふかいり,许多がく成果せいか不断ふだん涌现。苏联生物せいぶつ化学かがく亚历山大やまだい·谢尔盖维·斯皮りん经过长期研究けんきゅう,发现かくとうからだかく组分实际じょう需其他物たぶつ质辅じょそく发生自我じが组装[21]。Warner JRとうじんざい1963ねん发现众多かくとうからだ共同きょうどうこぼし译同いちじょうmRNAてき现象,并将们发现的结构めいいのち为“多核たかくとうからだ”(polyribosome)[22]。而B. J. McCarthyJ. J. Holland则1965ねん发现扰的かくとうからだざい无细胞系统中直接ちょくせつ利用りようDNAさく为模ばん合成ごうせい蛋白たんぱく质,而しん霉素ひとし抗生こうせいもと增强ぞうきょう这种特殊とくしゅてきこぼし[23]ざい对不どう类型てきかくとうからだてき研究けんきゅう方面ほうめん汤姆·おくぬの赖恩とうひと作出さくしゅつりょう较大贡献:1967ねんおくぬの赖恩とうじんざいだいねずみかん细胞てき线粒たいちゅう发现かくとうからだ[24]。1971ねんおくぬの赖恩とう证实ぜんざい线粒たいちゅう发现てき沉降けいすう约为55Sてきかくとうからだあずか70Sかくとうたいある80Sかくとうからだあいどうてき另一类核とうからだ[25]同年どうねんおくぬの赖恩とうじんまたうし胚胎はいたいてききも脏细胞线つぶ体内たいない发现原本げんぽん以为ただ存在そんざい于细胞质もと质中てき80Sかくとうたい,并证实这些80Sかくとうからだ具有ぐゆう合成ごうせい蛋白たんぱく质的活性かっせい[26]

20せい纪末かく种显ほろわざ术的发展使じん们对ほろ观事物的ぶってき研究けんきゅうじょうりょういち个台阶。2000ねん,Poul Nissenとうじん测得かくとうからだだい亚基中正ちゅうせいざい形成けいせいてき肽键しゅう围1.8nm范围ないじょりょう23S rRNA结构いきてき部分ぶぶん原子げんしがいそん在任ざいにんなんかくとうからだ蛋白たんぱく质侧链原子げんし,从而证明りょうかくとうからだいち种核酶[27]

かくとうからだこぼし译系统なかてきしょう关分れい如一种被称为こぼし装置そうち(translational apparatus)てき分子ぶんしてき结构及功のう20せい纪中研究けんきゅうてき热点。ちょくいたこんてん,该领いきてき研究けんきゅうじゅうふんかつ跃。

せい细结构研究けんきゅう

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うみ盐盒きんHaloarcula marismortuiてき50S亚基てき三维分子结构图。分子ぶんしちゅうてきあわ蓝色部分ぶぶん为蛋しろ质,あわ橙色だいだいいろ及黄しょく部分ぶぶん为RNA单链[28]分子ぶんし核心かくしんてきあきら绿色部分ぶぶん为亚もとてき活性かっせい中心ちゅうしん

はやざい20せい纪70年代ねんだい初期しょきにん们已开始着手ちゃくしゅ了解りょうかいかくとうからだ整体せいたいてき分子ぶんし结构。

21せい纪初,ざいひと们有能力のうりょく对亚显微结构进行だか解析かいせきてき研究けんきゅうきさき,描述かくとうからだ结构てきせい确度达到じゅうふんいち纳米[らいみなもと請求せいきゅう]

2000ねん最初さいしょ几份关于かくとうからだ原子げんし级结构的论文连续发表:さいさき公布こうふてきぞくきんなかてきうみ盐盒きんHaloarcula marismortuiかくとうからだ50S亚基てき结构图[28]ぞく于细きんちゅうてきこう輻射ふくしゃ奇異きい球菌きゅうきんDeinococcus radiodurans[29]久之ひさゆききさきぞく嗜热栖热きんえいThermus thermophilusThermus thermophilusかくとうからだ30S亚基てき结构图也公布こうふ[30]。紧接着せっちゃくまたゆう一份更精细的结构图被公布[31]きゅうねんきさきぶん卡特ひしげ曼·ひしげ马克さとまれみなみたく马斯·ほどこせたいいばらおもね达·约纳とくいん为确てい这些かくとうからだてき详细结构つくえせい而被授予2009ねん诺贝尔化がく[32]。2001ねん5がつ上述じょうじゅつ几份结构坐标被よう于重现精确到5.5Åてき嗜热栖热きんかんせいてき70Sかくとうからだ分子ぶんし结构[33]

嗜热栖热きんThermus thermophilusてき30S亚基てき三维分子结构图。分子ぶんしちゅうてきあわ蓝色部分ぶぶん为蛋しろ质,あわ橙色だいだいいろ部分ぶぶん为RNA单链[29]

两份关于だい肠杆きんEscherichia coliてき70Sかくとうからだ结构てき论文则于2005ねん发表。论文ちゅう描述りょう使用しようX线晶からだがく方面ほうめんてきわざ术获得分とくぶんべんりつだか达3.5Åてき中空なかぞらかくとうたい结合mRNAあるtRNAてきかくとうからだてき结构[34]ざい该篇论文发表两周きさきいち份基于冷电子显微镜わざ术的结构图被公布こうふ[35],该图以11-15Åてきぶんべんりつ描绘りょうかくとうたいちゅう一条刚合成的肽链被输入蛋白たんぱく质输どおりどう(protein-conducting channel)てき画面がめんいちねんきさき,结合りょうmRNAtRNAてきかくとうからだてき原子げんし级结构图よし两个研究けんきゅうしょう组分别以2.8Åてきぶんべんりつ[36]及3.7Åてきぶんべんりつ[37]独立どくりつ绘出。这些结构图使じん们最终看いた嗜热栖热きんかくとうからだあずかざい该核とうからだ经典区域くいきちゅう结合てきmRNA、tRNA一起反应的细节。过了ひさかくとうたい与一よいち含有がんゆうなついん-达尔序列じょれつてき长链mRNAてきはん应也ざい4.5-5.5Åてきぶんべんりつ视化[38]

ざい2011ねんだいいち个从酵母こうぼちゅうてき酿酒酵母こうぼきんSaccharomyces cerevisiaeてきかく生物せいぶつ80Sかくとうからだてきかんせいてき原子げんし结构よしあきらからだ衍射获得。[39]该模がた揭示けいじりょうかく生物せいぶつ特有とくゆう要素ようそてき结构以及它们与普遍ふへん保存ほぞんないかくてき相互そうご作用さよう

合成ごうせい

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かくとうからだ组装

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ざい细菌细胞ちゅうかくとうからだどおり过对rDNAてきみさお纵组てき转录ざい细胞质中合成ごうせいてき[40]ざいかく细胞ちゅうかくとうからだてき合成ごうせい主要しゅよう发生ざい细胞かくてきかくひとし细胞かくなかてきいち区域くいきさとざい区域くいきちゅう,rDNA转录产生てき45S rRNAぜんからだ(rRNAてきぜんからだ分子ぶんしあずか从细胞质ちゅう运来てき蛋白たんぱく质结あい形成けいせい80S rRNPぜんからだ,80S rRNPぜんからださい经过加工かこう(其中てき45S rRNAぜんからだRNA酶きれかいなり5.8S rRNA18S rRNA28Sr RNAてき较小てきrRNAへんだん),ざい5-10minうち剪切なり32S rRNP20S rRNP。20S rRNPざい5minないさい加工かこう形成けいせい12S rRNP,率先そっせんそうはいなり40Sかくとうからだ亚基。32S rRNPざい加工かこう剪切为28S rRNP5.8S rRNPきさき,需耗费约30min才能さいのうあずかざいかくじんがい合成ごうせいてき5S rRNA5S rDNA定位ていいざいかくじん组织共同きょうどうそうはいなり60Sかくとうからだ亚基。[41]大小だいしょう亚基经かくあなはいにゅう细胞质后,そうはいなりかくとうたい

かくとうからだ一般的合成过程需要超过200种蛋しろ质的协同配合はいごうらい完成かんせい聚合、加工かこうかくとう体内たいないてき4个rRNA,以及はたrRNA种核とうからだ蛋白たんぱく捆绑、组装ざいいちおこり

大小だいしょう亚基てき聚合あずかかい

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大小だいしょう亚基ざい细胞质中可分かぶん存在そんざいただし两者はま合成ごうせいかんせいかくとうからだきさきざい备翻译能りょく[42]

とうMg2+てき浓度为10mmol/L时,大小だいしょう亚基聚合;Mg2+てき浓度くだいたり0.1mmol/L时,大小だいしょう亚基则会发生かい[43]

分布ぶんぷ分布ぶんぷじょう

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ざいかく细胞ちゅう,细胞质核とうからだ以其分布ぶんぷじょう态分为ゆう离核とうからだ(free ribosome)あずかまく结合かくとうからだ(membrane-bound ribosome)两类。どういち种生物的ぶってきゆう离核とうからだあずかまく结合かくとうからだざい结构じょうぼつゆう别的,它们てき不同ふどうただざい于两しゃざい细胞ちゅう分布ぶんぷ位置いちじょうてき异。

ゆう离核とうからだ

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约70%てき细胞质核とうからだ处于ゆう离状态[44],这些悬浮ざい细胞质基质なかてきかくとうからだしょう为“ゆう离核とうからだ”。ゆう离核とうからだ几乎以在细胞质基质中沿细胞こつ任意にんいうつり动。ざいゆう离核とうたいじょう合成ごうせいてき蛋白たんぱく质会直接ちょくせつ释放いた细胞质基质中,这些蛋白たんぱく质只のうよう于构なり该细胞自身じしん结构(しょううちみなもとせい蛋白たんぱく,如はだ红蛋しろあるはだ纤维蛋白たんぱくひとし)。

よし于细胞质ざい整体せいたいじょう处于还原氛中且常含有がんゆうだか浓度てきたに胱甘肽所以ゆえん具有ぐゆう硫键てき蛋白たんぱく质(硫键ゆかりはん胱氨さんざんもと形成けいせい不能ふのうざいゆう离核とうたいちゅう合成ごうせい

じょう态转换

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いち个核とうからだ处于ゆう离态还是まく结合态仅仅取决于它们ただしざいこぼし译的mRNA单链くびはしだいいち三联体密码子AUえーゆーG)きさきゆういちだんうち质网靶向信号しんごう序列じょれつ”(ER-targeting signal sequence,长度约为45-90nt),该序列じょれつ经核とうからだこぼし译,のういた长度约为16-26个氨もとさんてき肽片だんしょう为“信号しんごう”,signal peptide),这种合成ごうせいりょう信号しんごう肽的かくとうからだざい肽链延伸えんしん约80个氨基さんざんもときさきはた进入まく结合态[ちゅう 7]附着ふちゃくざいない质网じょう[45]

かくとうからだこぼし译出てき信号しんごう暴露ばくろざい细胞质基质中,かい信号しんごう识别颗粒(Signal Recognition Particle,简称SRP)识别结合,SRPのう以其类似tRNA分子ぶんしてき构型うらないすえかくとうからだてきAてん使つかいかくとうからだこぼし译暂时停止ていし。SPR识别糙面ない质网まく上相かみや应的SRP受体またたたえ停泊ていはく蛋白たんぱく,docking proteins),而SRP受体またのう使かくとうからだどおり过它与ない质网じょうてきえき(translocon)あい[ちゅう 8]とうかくとうからだ停止ていし浮动きさき,SRP便びんあずか其受からだぶん离,ただしかくとうたいはた仍粘ざいないおけ网膜じょう开始继续こぼし译,延伸えんしんてき肽链则穿过易子中こなかてきどおりどう进入糙面ない质网腔[46]

まく结合かくとうからだ

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另一些粘ざいうち质网てきまくじょう[ちゅう 9]あるかくまくじょうてきかくとうからだしょう为“まく结合かくとうからだ”。とういち个核とうからだ开始形成けいせい一些其他细胞器中需要利用到的蛋白质时,这类かくとうからだ以与しょう应细胞器てき细胞まくしょう结合,なり为膜结合かくとうたいざいかく细胞ちゅう,这一过程发生在一类称为糙面内质网的うち质网うえせいざい延伸えんしんちゅうてき肽链かい不断ふだん被膜ひまく结合かくとうたいとおる过内质网まく注入ちゅうにゅうない质网腔中,さい囊泡てき形式けいしきどおり分泌ぶんぴつみちSecretory pathway)输送いたてき其他部位ぶいまく结合かくとうからだすんで合成ごうせいざい细胞ない利用りようてき蛋白たんぱく质,也可以合成ごうせい需要じゅようどおり胞吐排出はいしゅつ细胞てき分泌ぶんぴつ蛋白たんぱくまたたたえ为“そと输性蛋白たんぱく质”,如抗体こうたい蛋白たんぱく质类げきもとひとし[らいみなもと請求せいきゅう]

聚核とうからだ

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つね见多个核とうからだ排列はいれつなりにし纹状ある念珠ねんじゅじょう一起かずき沿着いちじょうmRNA单链进行こぼし译。这种よしいち个mRNAくしおこりらいてき个核とうからだてき结构しょう为“聚核とうからだある聚核とうからだ”,它可以提だかmRNAてきこぼし译效りつ[47]

组成

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  • かく细胞拥有沉降けいすう为80Sてき80Sかくとうからだ,它由沉降けいすう为40Sてきしょうつぎ單元たんげんかず沉降けいすう为60Sてきだいつぎ單元たんげん组成。80Sかくとうからだ包含ほうがん4种沉降けいすう不同ふどうてきrRNA及逾80种RP。其中,しょう亚基ゆかり18S rRNAじゅう约0.7MDa,长约1900nt)かず约33种RP构成,而大亚基则由5S rRNAせい质与70Sかくとう体内たいないてき基本きほんしょうどう)、5.8S rRNAじゅう约40kDa,长约160nt)、28S rRNAじゅう约1.7MDa,长约4700nt)かず约49种RP构成。[50][51][52]いち些真かく生物せいぶつてき线粒たいあるかのう绿体中也ちゅうやつつみ含有がんゆう一大一小两个以蛋白质相连的亚基的70Sかくとうたいすえうち共生きょうせいがく”,かく细胞ちゅうてき线粒たい及叶绿体ゆかり其他细胞吞噬てき细菌えんじ而来てき所以ゆえん这两种细胞器ちゅう存在そんざいてきかくとうからだあずか细菌细胞ちゅうてき相似そうじ[53]

あい关组ぶん

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かい离从细胞内分ないぶん离得いたてきかくとうからだじょりょうのういた本身ほんみ包含ほうがんてき种较难脱离的、ぞくかくとうからだ蛋白たんぱくてき分子ぶんししょう为“かくとうからだ蛋白たんぱく”,real ribosomal proteins)そと,还可以得いた附着ふちゃくざいかくとうたいじょうてき其他蛋白たんぱく质(しょう为“かくとうからだしょう关蛋しろ”,proteins associated with ribosome,简称“PAR”)。这些かくとうからだ实际组分てき分子ぶんし主要しゅよう参与さんよこぼし译过ほどただし非核ひかくとうからだ组成部分ぶぶんてきこぼし因子いんし容易よういあらいだっ[らいみなもと請求せいきゅう]

结构

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かくとうからだごと个亚もとよし具有ぐゆうさん级结构的rRNA褐色かっしょく)及かくとうからだ蛋白たんぱく(蓝色)缠绕而成。红色部分ぶぶん为活せい中心ちゅうしん

かくとうからだよし一大一小两个亚基构成,这两个亚もとちゅうかく具有ぐゆう合成ごうせいちゅうてき肽链、mRNA、tRNA及翻译因子いんし等分とうぶん提供ていきょうてき特殊とくしゅてき结构。かくとうからだだい亚基あずかしょう亚基存在そんざいしょう为“桥”てき接触せっしょくめん,总共有きょうゆう12对桥しょうだいしょう亚基连接おこりらい,它们还起いただいしょう亚基间传递信いきてき作用さよう。70Sかくとうからだてき这些桥中,じょりょう3对桥ちゅう包含ほうがんりょうRP,其余てき桥都よしrRNA组成。rRNA桥主ようよし16S rRNAしょう沟与23S rRNAしょう沟之间的相互そうご作用さようらい建立こんりゅう。rRNA-RP桥则どおり过蛋しろ质识别RNA结构而实现[56]

かくとうからだだい亚基

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かくとうからだだい單元たんげんそと侧边缘有三个较明显的凸起,とつおこり间有两处凹陷。だい亚基内部ないぶゆういちじょう起源きげん肽酰转移酶中心ちゅうしん附近ふきんよこ贯大亚基てき、为合成ごうせいちゅうてき肽链提供ていきょうてきせま长通どうしょう为“肽链输出どおりどう”),这条どおりどう长约35aa[57](约8.5nm)。かく种原かく生物せいぶつ50Sだい亚基肽链输出どおりどうてきあなみち大小だいしょう并不完全かんぜんしょうどうあなみち最大さいだい约2nm,最小さいしょう约1nm),主要しゅようよし23S rRNA构成,どう需要じゅよういち些RP(如L4、L22、L39とう)辅助成形せいけい[56]ゆう研究けんきゅう认为该通どう具有ぐゆう动态てき结构,仅能あずか新生しんせい肽链ちゅうてきこう应模たい相互そうご作用さよう调节こぼし译效りつ,而且のう够调节通过通どうてき肽链てききょうこぼし译折叠こぼし译后おさむ[58]

かくとうからだしょう亚基

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かくとうからだしょう單元たんげんだい致呈ひらたがたいちめん也有やゆう凹陷。ざいしょう亚基一端约三分之一处有一条为mRNA穿ほじ提供ていきょうてき凹槽(也称为小亚基てき“颈部”),该凹そう处的そら局限きょくげん使とくmRNAてきかい码区てい现Uかたち转角构象[56]

ざい进行てん译前,两个ゆう离的亚基结合ざい一起かずき,协同こぼし译夹ざい两者间的mRNA链[らいみなもと請求せいきゅう]

かくとう体位たいいてん

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  • かくとうたいAてん(amino acyl-tRNA site,简称“A”),也称“受位”,かくとう体内たいない接受せつじゅしん氨酰-tRNAまとてん主要しゅよう部分ぶぶん于大亚基ちゅうざいAくらい处5S rRNAゆう一段序列能与氨酰-tRNAてきT29C环的保守ほしゅ序列じょれつ互补,便びん于新氨酰-tRNA移入いにゅうAおこりはじめようてきtRNAぼつゆう该段序列じょれつ它只のう直接ちょくせつ进入かくとうたいP[57]
  • かくとうたいPてん(peptidyl-tRNA site,简称“P”),也称“きょう”,かくとう体内たいないまえいちtRNAはた其肽もとあるかぶと酰甲硫氨酰基转移いたりきさきいち个tRNAじょうてきてん。该位点在てんざいだい亚基ちゅうてき区域くいき含有がんゆう肽酰转移酶。ざい对核とうからだ结晶がくてき研究けんきゅうちゅうじん们发现,かくとうからだ该位てん内的ないてき肽酰转移酶附近ふきん1.8nmてき范围ない并没ゆうかくとうからだ蛋白たんぱく[59](一般认为细胞中的主要催化剂てき化学かがくほん质是蛋白たんぱく质)。该发现表明ひょうめいかくとうたいちゅうてき蛋白たんぱく质组份本身ほんみ可能かのう并不直接ちょくせつさく为催剂,而是充当じゅうとうrRNAてき构,并起いた增强ぞうきょうrRNA催化能力のうりょくてき作用さようまいり见:かく)。

工作こうさく过程

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かくとうたいちゅう肽链のべ长及蛋白たんぱく质被分泌ぶんぴつ入内じゅだい质网てき过程てきしめせ动画。

原核げんかく细胞あずかかく细胞ちゅう进行てきこぼし译过ほど并不完全かんぜんしょうどうだい致可ぶん为被原核げんかくこぼしかくこぼしあずかきんこぼし[60]さん种类がた。这三种类型翻译步骤基本相同,ただし这几种翻译中利用りようてきかくとうたい、mRNA及tRNAとうざい结构じょうゆう一定いってい异,且各需要じゅよう一套翻译因子系统的参与(其中かくこぼし译中わたる及的生物せいぶつ大分おおいた约有200种[61])。

よしかくとうからだぬし导的こぼし译主よう可分かぶん为起はじめ延伸えんしん、终止及再循环4个步骤[62]

かくとうからだ对mRNAてきこぼし译过ほど迅速じんそく且准确的。ざい37时,细菌细胞ない合成ごうせい肽链てき速度そくど约为每秒まいびょう连接15个氨もとさん[3]とう合成ごうせい速度そくど达到每秒まいびょう连接1000个氨もとさん时,错误りつ约为じゅうまんふんいち[63]

こぼし译起はじめ

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这一系列けいれつ图片70Sかくとうからだ执行こぼし译功のう过程てき图解。(处于こぼし过程ちゅうてきmRNAtRNA实际じょう处于かくとう体内たいないてきただし为了让读しゃさら好地こうち了解りょうかいmRNA、tRNA以及きさきてき图片ちゅう还将现的一些翻译因子在核糖体中的位置和变化,作者さくしゃはた阻挡它们てきかくとうからだ区域くいき隐去りょうしたどう。)此图展示てんじてき原核げんかくこぼし译的おこりはじめ过程(结构2qnhあずか1vsp),图中てきmRNAあずかtRNAせいざいもたれ各自かくじてきなついん-达尔序列じょれつあずかはんなついん-达尔序列じょれつ相互そうご识别并结あい

原核げんかくこぼし译与こぼし译中てきおこりはじめ过程基本きほんしょうどうさきゆかりfmet-tRNA、まちこぼし译mRNAかくとうからだ组成こぼし译起はじめ复合ぶつ(translation initiation complex)[64]こぼし译的おこりはじめ过程需要じゅようおこりはじめ因子いんし参与さんよやめ发现てき原核げんかくおこりはじめ因子いんしゆう3种,きんおこりはじめ因子いんしゆう4种,かくおこりはじめ因子いんしゆう12种。

肽链延伸えんしん

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こぼし译起はじめきさきかくとうからだ沿mRNA链由5'はしあさ3'はしうつり动。从おこりはじめみつ码子处开はじめかくとうからだ利用りよう具有ぐゆうあずかとうまえただしざいこぼし译的みつ码子あい对应てきはんみつ码子てき氨酰-tRNA携带てき氨基さん合成ごうせい肽链。かくとうからだごとこぼし译一个三联体密码子就为延伸中的肽链的Cはし添加てんかいち分子ぶんし氨基さん,其自身じしん也同时顺mRNA单股うつりいちだん距离。

肽链延伸えんしん阶段一个不断循环进行的过程(ちょくいたりかくとうからだいた终止みつ码子处)。该阶だんさい细分为进なり肽和うつりさん个步骤。かく及原かくこぼし延伸えんしん阶段てき不同ふどう主要しゅようざい各自かくじ延伸えんしん因子いんし体系たいけいてき不同ふどうやめ发现てき原核げんかく延伸えんしん因子いんしゆう3种,きん延伸えんしん因子いんしゆう2种,かく延伸えんしん因子いんしゆう2种[72]

此圖展示てんじてき原核げんかく翻譯ほんやくちゅうてき延伸えんしん過程かていなかてきしん驟(結構けっこう2wrnあずか2wro)。ちゅう左側ひだりがわ紫色むらさきいろ部分ぶぶんため攜帶りょう氨基醯-tRNAてきEF-Tu,它通過つうかEF-TsすいかいGTPさんせいのうりょう推動しょ於核とうたいAくらいてきtRNA進入しんにゅうP

进位

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すえかくとうたいAないmRNA部分ぶぶんみつ码子てき引导,具有ぐゆう对应はんみつ码子てき氨基酰-tRNA进入Aくらいてき骤,しょう为“进位”。

  • 原核げんかくこぼし译中,结合りょうGTPてき延伸えんしん因子いんしEF-Tu(EF-Tu·GTP)あずか氨基酰-tRNA形成けいせい氨基酰-tRNA·EF-Tu·GTP三元复合物并进入核糖体AEF-Ts催化みずかい复合ぶつ携带てきGTP产生のうりょう完成かんせい进位。これきさき,EF-Tu·GDPだつ离核とうたい,EF-Tu则释放出ほうしゅつGDP并与EF-Tsじゅうしん复合形成けいせいEF-T,以待さいつぎ利用りよう
  • かくこぼし译中,氨基酰-tRNAゆかりeEF-1以复合成ごうせい氨基酰-tRNA·eEF-1·GTP三元复合物的形式带入核糖体的Aくらい[73]。GTPすいかいきさき,eEF-1·GDP离开かくとうたいざいきん细胞ちゅう延伸えんしん骤还需要じゅようだいさん种真かく延伸えんしん因子いんしeEF-3参加さんか,其作よう维持こぼし译的じゅん确性[72]
此圖展示てんじてき原核げんかく翻譯ほんやくてき延伸えんしん過程かていなかてきてん肽步驟(結構けっこう2wdkあずか2wdl),ちゅうしめぎいずるりょうかくとうからだ內A、P、Eさんてんざい該步ちゅう,肽醯轉移てんい酶催かくとうたいPくらいてきtRNAうんてきもとだん轉移てんいいたAくらい內tRNAてんうんてき氨基さんじょう,Eくらい內的おろしのち準備じゅんび排出はいしゅつかくとうからだてきtRNA。あきら綠色みどりいろ部分ぶぶんためtRNAじょううんてき肽鏈ある氨基さん

转肽

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かくとうからだてき肽酰转移酶催于核とうたいPくらいてきtRNAじょう运载てききのえ酰甲硫氨酰基ある肽酰もと转移いたAない刚进にゅうかくとうからだてきしん氨基酰-tRNA转运てき氨基さんじょう使つかい前者ぜんしゃてき羧基あずかきさきしゃてき氨基これ脱水だっすい缩合形成けいせい肽键。此步骤称为“转肽”(transpeptidation)。

转肽骤完ちょんゆかりかくとうからだだい亚基ないてきかく催化完成かんせい[74]ざい转肽这いち骤中生成せいせいてき肽酰-tRNAはたうらないすえかくとうたいAくらい,而Pちゅう刚卸载甲酰甲硫氨酰基ある肽酰もとてきそら载tRNA则将进入かくとうからだてきE

此圖展示てんじてき原核げんかく翻譯ほんやくてきうつり過程かていなかてきうつり驟(結構けっこう2wriあずか2wrj)。左側ひだりがわ紫色むらさきいろ部分ぶぶんため原核げんかく延伸えんしん因子いんしなかてきEF-G,のう促使かくとうからだ內的tRNA發生はっせいてんあいだてき移動いどう

うつり

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EF-Gはたくらい于核とうたいAくらいてきtRNA推入Pくらいてき骤称为“うつり”。

EF-G具有ぐゆう转位酶活性かっせいのう催化GTPすいかい提供ていきょうのうりょう,推动处于かくとうたいAくらいてき肽酰-tRNA[75]使つかい进入Pくらいどう时使PちゅうてきtRNA进入Eくらい、并使EくらいてきtRNA排出はいしゅつかくとうからだ),かくとうからだ也沿mRNAうつり动一个密码子。かくとうたいうつりきさき,其Aくらいはたさいつぎそら,为新氨基酰-tRNA进位提供ていきょうそら间。

ざい肽链延伸えんしんてき过程ちゅう上述じょうじゅつ三个步骤是重复循环的。循环ごと完成かんせいいち,肽链てきCはし便びん加入かにゅう一个氨基酸分子,ちょくいたりこぼし译进にゅう终止阶段。

こぼし译终とめ

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此圖展示てんじてき原核げんかく翻譯ほんやくちゅうてき終止しゅうし過程かてい結構けっこう2b64あずか2b66)。左側ひだりがわ紫色むらさきいろ部分ぶぶん原核げんかく釋放しゃくほう因子いんしRF-1,它能識別しきべつぼう終止しゅうしみつ碼子使翻譯ほんやく停止ていしよし於圖ちゅうmRNAまつはし終止しゅうし因數いんすうてき解析かいせき較低,所以ゆえんただのういただい致的樣子ようす,而不能ふのうかん察到它們てき精細せいさい結構けっこう

ざいかくとうからだ读取いたり终止みつ码子[ちゅう 10]时,こぼし译进にゅう终止阶段。こぼし译的终止需要じゅよう释放因子いんしてき参与さんよ[76]やめ发现てき原核げんかく释放因子いんしゆう3种,而かく释放因子いんしゆう2种[77][ちゅう 11]

  • 原核げんかくこぼし译中,终止みつ码子よしⅠ类释放因子いんしのう识别[78]。其中,RF-1のう识别终止みつ码子UAA、UAG;而RF-2のう识别UAA、UGA[79]RF-1あるRF-2进入かくとうたいAくらいあずか终止みつ码子互补はい对后使こぼし停止ていしRF-3使つかいかくとう体内たいないてき肽酰转移酶改变构ぞう,从而发挥酯酶活性かっせいすいかい肽与tRNA间的化学かがくざいRR作用さようそら载tRNA、mRNARFあずかかくとうからだぶん离,かくとうからだてきだいしょう亚基也发せいかい[らいみなもと請求せいきゅう]
  • ざいかくこぼし译中,三种终止密码子都由eRF-1识别[80]かくこぼし译的终止过程与原よはらかくこぼし译的也大体だいたいしょうどう[81]

联读こぼし

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こぼし译终とめしつ可能かのう导致かくとうからだえつ过终どめみつ码子,ちょうmRNAてき3'はし继续こぼし译,这种现象しょう为“联读こぼし”(read-through translation)。やめ发现种mRNA联读こぼし译的产物达到检测てき水平すいへい。许多具有ぐゆう重要じゅうよう生理せいり义的蛋白たんぱく质就どおり过这种方しき合成ごうせいてき[82]

かくとうからださい循环

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かくとうからださい循环かくとうからだ参与さんよてきこぼし译中てきさいきさきいち个过ほどざい该过ほどちゅうかくとうからだ复合ぶつ发生解体かいたい,以便投入とうにゅういち使用しよう。该过ほどざいかくとうからださい循环因子いんし(RRF)かず参与さんよ蛋白たんぱく合成ごうせい过程ちゅう转位てき延伸えんしん因子いんし(EF-G)てき协同作用さよう完成かんせいてきかくとうからだざい其再循环过程ちゅうゆかりRRFてき结构いきⅠ识别结合かくとうからだてきこうのう。RRFてき结构いきⅡ则具有ぐゆうはたかくとうからだかい离为だいしょう單元たんげんてき能力のうりょく[83]

こうのう抑制よくせい

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化学かがく药剂师如今やめ利用りよう细菌あずかかく生物せいぶつ(如ひと)细胞中核ちゅうかくとうからだ结构てき异来ひっさげある合成ごうせいのう抵抗ていこう细菌感染かんせん而不损伤受感染かんせんしゃ自身じしん细胞てき抗生こうせいもと(如氨基とう苷类抗生こうせいもと四环素类抗生素ひとし蛋白たんぱく合成ごうせい抑制よくせい剂类抗生こうせいもと),这类抗生こうせいもとのう抑制よくせい感染かんせん患者かんじゃてき病原びょうげんたい微生物びせいぶつてき细胞ないてき蛋白たんぱく合成ごうせいもと于70Sかくとうからだあずか80Sかくとうからだ结构じょうてき不同ふどう,细菌细胞ちゅうてき70Sかくとうからだ容易ようい受到ぼう些抗せい素的すてき损害而真かく细胞ちゅうてき80Sかくとうからだ却可以不受影响[84]。虽然一些真核生物的线粒体中也含有类似细菌核糖体的70Sかくとうたいただし线粒たい拥有具有ぐゆう一定选择透过性、使つかい这些抗生こうせいもと不能ふのう随意ずいいとおる过的そう磷脂そう分子ぶんしまく所以ゆえん这些细胞也可以避めん该类抗生こうせいもと对其中核ちゅうかくとうからだてきかげ[85]

まいり

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ちゅう

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  1. ^ いん为在ぼう些场あい细胞”一词也会被用于专指具有磷脂そう分子ぶんしまく结构てき亚细胞结构,而核とうからだ虽然やめ一种公认的细胞器,却是ぼつゆう被膜ひまくつつみ裹、完全かんぜんはだかてき大分おおいた所以ゆえんかくとうからだゆう时会严格てい义为“无膜细胞”(non-membranous organelles)。
  2. ^ 70Sかくとうたい、80Sかくとうたいある线粒たいかくとうたい各自かくじ拥有てきrRNAあずかRPてき数量すうりょうしょう固定こていてきただし三者组分之间的数量差异较大。文中ぶんちゅう给出てき范围ゆび不同ふどう类核とうからだしょ含rRNAあずかRPてき数量すうりょうてき范围,而不ぼう单独一类核糖体各组分的范围。まいり见本条目じょうもく组成いち节。
  3. ^ 注意ちゅういてき,沉降けいすう代表だいひょうてき并不ぶつ质的大小だいしょうある数量すうりょう所以ゆえんかくとうからだかく组分名称めいしょうちゅうてき数字すうじしょう并不とう于原かくとうからだ名称めいしょうちゅうてき数字すうじれい如,70Sかくとうからだ实际じょうよし30Sかくとうからだ亚基及50Sかくとうからだ亚基组成,而30+50≠70。
  4. ^ 其中,ωおめが代表だいひょう离心转子てき角速度かくそくど(单位为rad/s),r代表だいひょうぶつ质到旋转中心ちゅうしんてき距离(单位为m),代表だいひょう沉降速度そくど(单位为m/s)。
  5. ^ 蛋白たんぱく质、核酸かくさん及核とうかく蛋白たんぱくとう生物せいぶつ大分おおいたてき沉降けいすう往往おうおうざい10-13s左右さゆう,为方便びんおこり见,沉降けいすうちゅう10-13s换算为一个斯维德伯格单位,りょう为秒。
  6. ^ 原文げんぶん
  7. ^ こぼし译时ざいmRNAじょう读取いた上述じょうじゅつ信号しんごう序列じょれつてきかくとうからだ则仍しょう保持ほじゆう离状态。かくとうからだ转变为膜结合态只为了合成ごうせいのう导入ない质网腔并ぶん泌到细胞外的がいてき蛋白たんぱく质,合成ごうせい分泌ぶんぴつ蛋白たんぱくてきゆう离态かくとうからだ需要じゅよう转换いたりまく结合态。
  8. ^ えきいち蛋白たんぱく质偶联通どう,糙面ない质网まくちゅう存在そんざいのうあずかSRP受体结合てきえきかくとうからだ以粘ざい糙面ない质网じょう
  9. ^ ねばりょうかくとうからだてきない质网しょう为“あらめんない质网”(ある“糙面ない质网”),这种ない质网いん其表めんゆうかくとうからだ所以ゆえんひかりめんない质网显得さら糙而とくめい
  10. ^ 终止みつ码子ゆうさん种,ふん别为UAA(赭石みつ码子)、UAG(琥珀こはくみつ码子かずUGA(蛋白石たんぱくせきみつ码子)。三种终止密码子都不对应任何氨基酰-tRNA,所以ゆえん不能ふのうにんなん氨基酰-tRNA识别。
  11. ^ 原核げんかく释放因子いんしぶん为RF、RR两类,其中RFさい细分为RF1あずかRF2(Ⅰ类)及RF3(Ⅱ类)。かく释放因子いんし仅有RF,也可细分为两类:eRF1(Ⅰ类)あずかeRF3(Ⅱ类)。

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