真核细胞内蛋白质的定位

司晓敏

(北京市第66中学 100053 )

蛋白质是生命活动的执行者，其合成均发生在核糖体上，合成的蛋白质会被运往不同的部位，发挥其应有的功能。在真核细胞内，一部分蛋白质边合成边加工，边转运，其最终主要定位在细胞膜、溶酶体和细胞外；另一部分蛋白质在核糖体上合成完成后被定位在细胞质溶胶，细胞核、线粒体、叶绿体和微体等部位(图1)。

图1 蛋白质在细胞中的定位总览

1 分泌蛋白的分选与转运机制

分泌蛋白质在细胞内外的精准定位与信号肽和囊泡密切相关。

1.1 “信号肽”假说 20世纪70年代初，洛克菲勒大学布洛贝尔(Gūnter Blobel)博士提出 “信号肽假说”,以解释蛋白质如何从核糖体合成后到达内质网，并在随后的20多年的工作中证实了假说的正确性和普遍性。

什么是信号肽？一般认为是新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列。信号肽通常由16～36个氨基酸组成，一般位于N端(有时不一定在N端)，对蛋白质的靶向转运有决定作用。

信号肽假说的内容包括：①蛋白质跨膜运转信号是由DNA指导合成的多肽；②蛋白质在合成之初首先合成的一段多肽就是信号肽；③信号序列合成后与膜上特定受体相互作用，产生通道，多肽在延长的同时穿过膜结构。

信号肽与位于细胞溶胶中的SRP(信号肽识别颗粒)结合，此时翻译停止，SRP与内质网上的SRP受体相结合，原来游离在细胞质内的核糖体与内质网上的核蛋白受体结合并产生通道，三重结合确保新生肽链正确无误地附着并进入内质网腔，翻译重新开始，多数蛋白质会在信号肽完全进入内质网腔后，被位于ER的内膜上的信号序列切除酶切除，翻译继续进行，当蛋白质完全过膜后，核糖体解离。被切除信号肽的肽链在内质网腔进一步加工、分选和转运。也有一部分蛋白质并不切除信号肽，这部分蛋白质就滞留在内质网上成为内质网的膜蛋白。

1.2 囊泡运输机制 囊泡机制很好地解释了蛋白质如何从内质网到高尔基体再到细胞外。细胞内的囊泡有很多种，按结构特征可以分为包被囊泡和无包被囊泡两类；按生理功能，可分为转运囊泡、储存囊泡、分泌囊泡等。通过囊泡运输的物质主要有两类，一类是囊泡膜上的膜蛋白和脂类等，参与细胞器的组成与特定的细胞功能(如细胞代谢和信号转导等)；另一类是囊泡所包裹的内含物，如神经递质、激素、各种酶和细胞因子等，这些物质可参与蛋白质或脂类的降解或剪切功能等，或者分泌到细胞外，调节自身或其他细胞的功能。

囊泡运输既是生命活动的基本过程，又是一个极其复杂的动态过程，在高等真核生物中尤其如此，涉及许多种类的蛋白质和调控因子。囊泡运输一般包括出芽、锚定和融合等过程。细胞内的囊泡运输系统，就好比一个城市的交通运输系统，各种具有动力(即动力蛋白)的不同车辆(即运输复合体)装载着所运输的不同货物(即囊泡上的货物分子)，按照指定的行驶路线(即微管)抵达目的地后，完成货物的卸载。一个城市的良好交通运输状况，需要精细的交通控制(即调节分子)。如果控制得不好，某些地方就会出现交通拥堵，严重时整个城市的交通都会瘫痪。当类似情况出现在细胞内时，这些细胞就无法实现正常功能，甚至会因此而死亡。分泌蛋白正是通过这种运输机制完成从内质网到高尔基体，以及从高尔基体到细胞外的过程。这个分选和转运的过程伴随着在内质网和高尔基体中的加工，最终形成成熟的蛋白质分泌到细胞外。

研究证实，定位在细胞膜、溶酶体等上的蛋白质和分泌蛋白有着类似的分选和转运机制。

2 定位在线粒体内的蛋白质的分选和转运机制

定位在线粒体、细胞核、叶绿体的蛋白质有相似的分选和定位机制。这部分蛋白质在核糖体上完全合成后，在分选和转运之前是以前体的形式存在的，该前体包括已经合成完成的蛋白质和N端的一段信号序列。信号序列会被位于线粒体外膜上的外膜受体复合体所识别。识别以后蛋白质会通过外膜受体蛋白和内膜受体蛋白所形成的膜蛋白通道进入线粒体基质中，然后信号序列会被蛋白酶所切除。切除了信号序列的这部分蛋白质会在线粒体基质当中进行折叠呈现出正确的构象，形成成熟的线粒体蛋白。