核糖体是在活细胞中合成蛋白质的分子复合体。它读取信使RNA（mRNA）的序列，通过翻译（生物学）过程将氨基酸连接成多肽链。每个核糖体都由一个小亚基和一个大亚基组成，两者均含有核糖体RNA（rRNA）和核糖体蛋白。小亚基帮助解读遗传信息，大亚基则催化肽键的形成。因此，核糖体将遗传信息与细胞蛋白质的合成联系起来。(ncbi.nlm.nih.gov)
组成与结构
核糖体没有膜包裹。其结构以高度折叠的RNA为骨架，并结合了众多蛋白质。这些蛋白质能够稳定RNA的构象，并支持核糖体的组装与功能；rRNA则直接参与信息解码和催化。肽键形成中心主要由RNA构成，因此核糖体是一种核酶，而非普通的蛋白质酶。(pdb101-west.rcsb.org)
核糖体通常以离心过程中测得的沉降系数来描述。细菌和古菌一般具有70S核糖体，由30S小亚基和50S大亚基组成。真核生物的细胞质核糖体一般为80S，由40S和60S亚基组成。字母S表示斯维德伯格单位：这些数值不仅取决于颗粒的质量，也受其形状和流体动力学性质的影响，因此各亚基的数值不能直接相加。(pdb101.rcsb.org)
在典型的细菌核糖体中，小亚基含有16S rRNA，大亚基含有23S和5S rRNA。真核生物的细胞质核糖体通常在小亚基中含有18S rRNA，在大亚基中含有28S、5.8S和5S rRNA。尽管大小和外围结构有所不同，各类核糖体都具有保守的功能核心。(ncbi.nlm.nih.gov)
信息解码与蛋白质合成
核糖体通过遗传密码解读mRNA，其中每个密码子都是由三个核苷酸组成的序列。转运RNA（tRNA）起衔接作用：每个tRNA都携带一个氨基酸，并具有能与相应mRNA密码子配对的反密码子。在tRNA进入核糖体之前，不同的氨酰-tRNA合成酶会将氨基酸连接到各自对应的tRNA上。因此，蛋白质合成的准确性既取决于tRNA的氨酰化，也取决于核糖体的选择作用。(ncbi.nlm.nih.gov)
翻译主要分为三个阶段：
- 起始： 小亚基、起始因子、mRNA和起始tRNA在起始密码子处组装，随后大亚基加入，形成具有功能的翻译复合体。
- 延伸： 核糖体依次选择氨酰-tRNA，形成肽键，并沿mRNA向前移动。
- 终止： 终止密码子招募释放因子，促使已完成的多肽释放。随后，核糖体循环过程将各组分分离，使其能够参与后续的翻译。(ncbi.nlm.nih.gov)
核糖体有三个主要的tRNA结合位点：A位点，即氨酰位点；P位点，即肽酰位点；以及E位点，即出口位点。在延伸过程中，新进入的tRNA占据A位点，正在延长的肽链则从P位点的tRNA转移到A位点tRNA所携带的氨基酸上。移位过程使tRNA和mRNA相对于核糖体移动。mRNA的读取方向是从5′端到3′端，而蛋白质则从氨基端向羧基端延长。(ncbi.nlm.nih.gov)
新生肽链通过大亚基中的出口通道伸出。蛋白质折叠可以在合成完成之前就开始。多个核糖体能够同时翻译同一条mRNA，形成多聚核糖体，从而提高单条转录本的蛋白质产量。(ncbi.nlm.nih.gov)
细胞内定位与组装
在真核细胞中，核糖体可以游离于细胞质中，也可以与内质网（ER）结合。内质网上的核糖体负责合成许多分泌蛋白和膜蛋白。游离核糖体与附着核糖体并不是两类固定不变的核糖体：它们的位置取决于正在合成的蛋白质所含的定位信息。核糖体附着在内质网朝向细胞质的表面，而不是其内部。(ncbi.nlm.nih.gov)
细胞质核糖体亚基的生成主要始于核仁，这是细胞核内的一个特化区域。rRNA前体经过加工和修饰，并与从细胞质输入的核糖体蛋白结合。未成熟的大小亚基分别输出到细胞质中，并在那里完成最终成熟。在哺乳动物中，5S rRNA先在核仁以外的区域转录，随后整合到大亚基前体中。(ncbi.nlm.nih.gov)
线粒体具有不同于细胞质核糖体的专门核糖体。例如，哺乳动物的线粒体核糖体被称为55S核糖体，而非70S或80S。其翻译系统合成由线粒体基因组编码、参与氧化磷酸化的蛋白质。这说明，以大小区分细菌和真核生物核糖体的方式，并不适用于真核细胞内的所有核糖体。(rcsb.org)
发现与结构研究
乔治·帕拉德利用电子显微镜观察并描述了如今被认定为核糖体的微小颗粒。随后的生化研究确立了它们在蛋白质合成中的作用。后来，X射线晶体学在原子尺度上解析了核糖体亚基的结构，揭示了RNA在核糖体功能中的核心作用。2009年诺贝尔化学奖共同授予文卡特拉曼·拉马克里希南、托马斯·A. 施泰茨和阿达·E. 约纳特，以表彰他们对核糖体结构与功能的研究。(nobelprize.org)
冷冻电子显微镜技术使研究人员能够观察处于不同功能状态的核糖体，包括tRNA移动过程中的中间状态。结构研究还解释了许多抗生素如何结合细菌核糖体并阻断翻译。这种结合取决于核糖体之间的分子差异，而不仅仅取决于其整体沉降系数。(rcsb.org)