司曉敏

(北京市第66中學 100053 )

蛋白質(zhì)是生命活動的執(zhí)行者，其合成均發(fā)生在核糖體上，合成的蛋白質(zhì)會被運往不同的部位，發(fā)揮其應(yīng)有的功能。在真核細胞內(nèi)，一部分蛋白質(zhì)邊合成邊加工，邊轉(zhuǎn)運，其最終主要定位在細胞膜、溶酶體和細胞外；另一部分蛋白質(zhì)在核糖體上合成完成后被定位在細胞質(zhì)溶膠，細胞核、線粒體、葉綠體和微體等部位(圖1)。

圖1 蛋白質(zhì)在細胞中的定位總覽

1 分泌蛋白的分選與轉(zhuǎn)運機制

分泌蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)外的精準定位與信號肽和囊泡密切相關(guān)。

1.1 “信號肽”假說 20世紀70年代初，洛克菲勒大學布洛貝爾(Gūnter Blobel)博士提出 “信號肽假說”,以解釋蛋白質(zhì)如何從核糖體合成后到達內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并在隨后的20多年的工作中證實了假說的正確性和普遍性。

什么是信號肽？一般認為是新合成多肽鏈中用于指導(dǎo)蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移的N-末端氨基酸序列。信號肽通常由16～36個氨基酸組成，一般位于N端(有時不一定在N端)，對蛋白質(zhì)的靶向轉(zhuǎn)運有決定作用。

信號肽假說的內(nèi)容包括：①蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)信號是由DNA指導(dǎo)合成的多肽；②蛋白質(zhì)在合成之初首先合成的一段多肽就是信號肽；③信號序列合成后與膜上特定受體相互作用，產(chǎn)生通道，多肽在延長的同時穿過膜結(jié)構(gòu)。

信號肽與位于細胞溶膠中的SRP(信號肽識別顆粒)結(jié)合，此時翻譯停止，SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的SRP受體相結(jié)合，原來游離在細胞質(zhì)內(nèi)的核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核蛋白受體結(jié)合并產(chǎn)生通道，三重結(jié)合確保新生肽鏈正確無誤地附著并進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，翻譯重新開始，多數(shù)蛋白質(zhì)會在信號肽完全進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，被位于ER的內(nèi)膜上的信號序列切除酶切除，翻譯繼續(xù)進行，當?shù)鞍踪|(zhì)完全過膜后，核糖體解離。被切除信號肽的肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔進一步加工、分選和轉(zhuǎn)運。也有一部分蛋白質(zhì)并不切除信號肽，這部分蛋白質(zhì)就滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上成為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜蛋白。

1.2 囊泡運輸機制 囊泡機制很好地解釋了蛋白質(zhì)如何從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體再到細胞外。細胞內(nèi)的囊泡有很多種，按結(jié)構(gòu)特征可以分為包被囊泡和無包被囊泡兩類；按生理功能，可分為轉(zhuǎn)運囊泡、儲存囊泡、分泌囊泡等。通過囊泡運輸?shù)奈镔|(zhì)主要有兩類，一類是囊泡膜上的膜蛋白和脂類等，參與細胞器的組成與特定的細胞功能(如細胞代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等)；另一類是囊泡所包裹的內(nèi)含物，如神經(jīng)遞質(zhì)、激素、各種酶和細胞因子等，這些物質(zhì)可參與蛋白質(zhì)或脂類的降解或剪切功能等，或者分泌到細胞外，調(diào)節(jié)自身或其他細胞的功能。

囊泡運輸既是生命活動的基本過程，又是一個極其復(fù)雜的動態(tài)過程，在高等真核生物中尤其如此，涉及許多種類的蛋白質(zhì)和調(diào)控因子。囊泡運輸一般包括出芽、錨定和融合等過程。細胞內(nèi)的囊泡運輸系統(tǒng)，就好比一個城市的交通運輸系統(tǒng)，各種具有動力(即動力蛋白)的不同車輛(即運輸復(fù)合體)裝載著所運輸?shù)牟煌浳?即囊泡上的貨物分子)，按照指定的行駛路線(即微管)抵達目的地后，完成貨物的卸載。一個城市的良好交通運輸狀況，需要精細的交通控制(即調(diào)節(jié)分子)。如果控制得不好，某些地方就會出現(xiàn)交通擁堵，嚴重時整個城市的交通都會癱瘓。當類似情況出現(xiàn)在細胞內(nèi)時，這些細胞就無法實現(xiàn)正常功能，甚至會因此而死亡。分泌蛋白正是通過這種運輸機制完成從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體，以及從高爾基體到細胞外的過程。這個分選和轉(zhuǎn)運的過程伴隨著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中的加工，最終形成成熟的蛋白質(zhì)分泌到細胞外。

研究證實，定位在細胞膜、溶酶體等上的蛋白質(zhì)和分泌蛋白有著類似的分選和轉(zhuǎn)運機制。

2 定位在線粒體內(nèi)的蛋白質(zhì)的分選和轉(zhuǎn)運機制

定位在線粒體、細胞核、葉綠體的蛋白質(zhì)有相似的分選和定位機制。這部分蛋白質(zhì)在核糖體上完全合成后，在分選和轉(zhuǎn)運之前是以前體的形式存在的，該前體包括已經(jīng)合成完成的蛋白質(zhì)和N端的一段信號序列。信號序列會被位于線粒體外膜上的外膜受體復(fù)合體所識別。識別以后蛋白質(zhì)會通過外膜受體蛋白和內(nèi)膜受體蛋白所形成的膜蛋白通道進入線粒體基質(zhì)中，然后信號序列會被蛋白酶所切除。切除了信號序列的這部分蛋白質(zhì)會在線粒體基質(zhì)當中進行折疊呈現(xiàn)出正確的構(gòu)象，形成成熟的線粒體蛋白。