◎ 王 璽 張 健

蛋白質是高中生必須掌握的一個非常重要的名詞概念。它是生命活動的主要承擔者，例如DNA 聚合酶能夠復制遺傳物質，胰島素可以傳遞信息，調節血糖，免疫球蛋白可與外來病原體結合，保護機體健康。蛋白質是貫穿高中生物學科絕大多數知識點的主線索。

本文從五個基本生物學基本觀念出發，層層剖析，提出問題，深化理解蛋白質相關的多個知識點。

一、蛋白質的合成

基本觀念:蛋白質由核糖體合成。

除了哺乳動物成熟紅細胞等特例外，幾乎絕大多數的細胞都有核糖體，包括最小的原核細胞支原體。病毒沒有核糖體，無法生產蛋白質，需要寄生于活細胞中。

問題一:蛋白質全都在核糖體中合成的嗎? 答:現已知細胞內所有蛋白質的合成步驟都起始于核糖體。具有特殊信號肽序列的多肽合成起始后，很快隨著核糖體轉移到內質網。

問題二:其他細胞器可以合成蛋白質嗎? 答:分泌蛋白的進一步的合成和加工發生在內質網中，然后以囊泡包被運輸到高爾基體完成最后的加工修飾。其他細胞器不能合成蛋白質。

問題三:溶酶體不能合成蛋白質，其中的蛋白質從哪來? 答:溶酶體中含有多種蛋白質類的酸性水解酶。這些水解酶起始在核糖體上合成，之后轉移到內質網進行N-連接的糖基化，再進入高爾基體發生特異反應，生成甘露糖-6-磷酸的糖基標記，由此被分選轉運到溶酶體[1]。

問題四:線粒體和葉綠體中含有的某些蛋白質從哪來? 答:線粒體和葉綠體屬于半自主性細胞器。這兩種細胞器的蛋白質，一部分由自己內部專用的核糖體合成;另一部分由細胞核編碼，于游離核糖體中合成后被釋放，然后依據其特異性的序列信息，轉運到線粒體或葉綠體[1]。

二、蛋白質的加工

基本觀念:分泌蛋白的最后加工和分選由高爾基體完成。

問題一:內質網形成的囊泡里包裹的蛋白質一般不具有活性嗎? 答:某些生長因子和某些病毒囊膜蛋白，在粗面內質網中切除信號肽后便成為有活動性的成熟多肽。還有很多蛋白質激素和神經多肽需要在高爾基體分泌的囊泡中發生特異性水解才會具有生物活性[1]。

問題二:只有分泌蛋白需要加工嗎? 答:高中所學的分泌蛋白有蛋白質類激素、抗體，消化酶等。細胞膜上的糖蛋白也需要加工修飾。問題三:原核細胞沒有高爾基體，能產生分泌蛋白嗎? 答:原核生物中20%的蛋白質需要跨膜轉運來通過細胞質膜，包括水解酶類、細胞毒素、生長因子等[2]。問題四:原核細胞產生的分泌蛋白沒有高爾基體的加工，如何獲得活性? 如何運送到細胞膜?答:原核細胞產生的分泌蛋白也具有特殊序列，可引導多肽轉運到周質空間，并可能影響該蛋白質的切割和折疊。然而將真核細胞編碼蛋白質的基因導入如大腸桿菌細胞內，是無法產生有活性的成熟蛋白質，因為原核細胞缺乏真核細胞蛋白質修飾折疊的輔助因子，也沒有內質網和高爾基體[2]。

三、蛋白質的利用

基本觀念:蛋白質類激素(如胰島素)不能口服。

蛋白質是生物大分子，如若口服會被消化酶分解成小分子肽或氨基酸，從而失去相應的功能。問題一:多酶片為何能口服?答:多酶片的外層是淀粉酶、胃蛋白酶，內層是腸溶衣片包裹的胰蛋白酶。該藥片不能嚼碎，原因是內部的胰蛋白酶暴露在胃酸環境下會喪失活性。問題二:抗體可以口服嗎? 答:抗體(免疫球蛋白)一般不能口服。IgA 是母乳中含量最多，最為重要的一類抗體，可以防止病原體吸附在黏膜表面，從而抑制病菌的入侵。新生兒通過母乳獲得的IgA，可保留在消化道黏膜上發揮作用。嬰兒黏膜分泌物內含分泌片，可以封閉IgA 抗體的蛋白酶敏感位點，使其在富含蛋白酶的黏液中存在更長的時間[3]。

四、蛋白質的結合

基本觀念:真核細胞中蛋白質可以和DNA 結合形成染色體。

問題一:蛋白質可以和RNA 結合嗎? 答:RNA 可以和蛋白質結合為核糖體。另外，端粒酶也是一種由催化蛋白和RNA 模板組成的酶，可合成染色體末端的DNA。

問題二:蛋白質還可以與什么物質結合? 答:蛋白質與糖可結合成糖蛋白參與細胞間的信息交流。其實所有的蛋白質均能結合或黏附特定的物質，結合過程或短暫或緊密[4]。例如鈣調蛋白，只有在和鈣離子結合時才能被激活，賦予蛋白質特定功能。

問題三:原核細胞中存在蛋白質和DNA 結合的復合物嗎? 答:原核細胞的DNA 分子裸露，并未與蛋白質結合。僅當DNA 發生復制時，DNA 聚合酶可以和DNA 暫時性地結合。DNA 聚合酶最早是在1957年，由美國科學家阿瑟·科恩伯格在大腸桿菌中發現的[5]。

五、蛋白質的運輸

基本觀念:主動運輸的過程中需要載體蛋白的協助。

問題一:載體蛋白是如何協助物質進行主動運輸的? 答:幾乎所有類型的生物膜都有載體蛋白。載體蛋白可專一性地與特定的小分子結合，通過改變自身構象，協助特定小分子完成跨膜轉運。該過程載體蛋白不會對被轉運物進行化學修飾[1]。

問題二:胞吞胞吐的過程中有載體蛋白參與嗎? 答:胞吞胞吐又被稱為膜泡運輸。參與此運輸過程的是受體蛋白。問題三:載體蛋白和受體蛋白如何區別? 答:載體蛋白可被看作是一扇旋轉式門，每次都需要改變自身空間結構，且只允許那些能與自身結合的分子或離子通過，直接將物質轉運進出生物膜。受體蛋白結合特定分子后，會將信息從一個胞內分子傳遞到另一個分子，最終號召的分子可與效應蛋白(如參與某些代謝過程的酶、調節轉錄相關的蛋白質)相互作用，從而改變細胞的特定生理行為[4]，并不一定起到控制物質進出生物膜的功能。低密度脂蛋白(LDL)的運輸過程中，膜受體蛋白主要負責在細胞內側募集銜接蛋白。銜接蛋白再結合網格蛋白，網格蛋白的聚集會導致質膜的內陷，從而包裹LDL 進入細胞，并與胞內體初步融合。受體蛋白在此細胞器中被釋放，與LDL 分離。如此受體蛋白返回細胞膜可重復使用。而含有LDL 的胞內體進一步與溶酶體融合，最終LDL 被水解釋放出膽固醇和脂肪酸供細胞利用[1]。

問題四:蛋白質顆粒進出生物膜一定依賴于胞吞胞吐嗎? 答:蛋白質進出核膜依賴的是核孔復合體，并非胞吞胞吐作用。以親核蛋白為例，它們一般具有特殊的氨基酸序列，核孔復合體只會識別被某些蛋白因子結合的待轉運親核蛋白，同時核孔復合體的空間結構發生改變，方能將親核蛋白從胞質側轉移進入核質側，而后蛋白因子會與被轉運的親核蛋白分離[1]。

通過五個方向對蛋白質知識點的深入探討與分析，能夠充分拔高學生生物學專業素養，培養學生的鉆研精神。