真核細胞內蛋白質的定位

司曉敏

(北京市第66中學 100053 )

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

圖1 蛋白質在細胞中的定位總覽

1 分泌蛋白的分選與轉運機制

分泌蛋白質在細胞內外的精準定位與信號肽和囊泡密切相關。

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”,以解釋蛋白質如何從核糖體合成后到達內質網，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蛋白質跨膜轉移的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)，對蛋白質的靶向轉運有決定作用。

信號肽假說的內容包括：①蛋白質跨膜運轉信號是由DNA指導合成的多肽；②蛋白質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，產生通道，多肽在延長的同時穿過膜結構。

信號肽與位于細胞溶膠中的SRP(信號肽識別顆粒)結合，此時翻譯停止，SRP與內質網上的SRP受體相結合，原來游離在細胞質內的核糖體與內質網上的核蛋白受體結合并產生通道，三重結合確保新生肽鏈正確無誤地附著并進入內質網腔，翻譯重新開始，多數蛋白質會在信號肽完全進入內質網腔后，被位于ER的內膜上的信號序列切除酶切除，翻譯繼續進行，當蛋白質完全過膜后，核糖體解離。被切除信號肽的肽鏈在內質網腔進一步加工、分選和轉運。也有一部分蛋白質并不切除信號肽，這部分蛋白質就滯留在內質網上成為內質網的膜蛋白。

1.2 囊泡運輸機制 囊泡機制很好地解釋了蛋白質如何從內質網到高爾基體再到細胞外。細胞內的囊泡有很多種，按結構特征可以分為包被囊泡和無包被囊泡兩類；按生理功能，可分為轉運囊泡、儲存囊泡、分泌囊泡等。通過囊泡運輸的物質主要有兩類，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導等)；另一類是囊泡所包裹的內含物，如神經遞質、激素、各種酶和細胞因子等，這些物質可參與蛋白質或脂類的降解或剪切功能等，或者分泌到細胞外，調節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，又是一個極其復雜的動態過程，在高等真核生物中尤其如此，涉及許多種類的蛋白質和調控因子。囊泡運輸一般包括出芽、錨定和融合等過程。細胞內的囊泡運輸系統，就好比一個城市的交通運輸系統，各種具有動力(即動力蛋白)的不同車輛(即運輸復合體)裝載著所運輸的不同貨物(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(即調節分子)。如果控制得不好，某些地方就會出現交通擁堵，嚴重時整個城市的交通都會癱瘓。當類似情況出現在細胞內時，這些細胞就無法實現正常功能，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質網到高爾基體，以及從高爾基體到細胞外的過程。這個分選和轉運的過程伴隨著在內質網和高爾基體中的加工，最終形成成熟的蛋白質分泌到細胞外。

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

2 定位在線粒體內的蛋白質的分選和轉運機制

定位在線粒體、細胞核、葉綠體的蛋白質有相似的分選和定位機制。這部分蛋白質在核糖體上完全合成后，在分選和轉運之前是以前體的形式存在的，該前體包括已經合成完成的蛋白質和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合體所識別。識別以后蛋白質會通過外膜受體蛋白和內膜受體蛋白所形成的膜蛋白通道進入線粒體基質中，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會在線粒體基質當中進行折疊呈現出正確的構象，形成成熟的線粒體蛋白。