蛋白质相关知识点的深入思考

◎ 王 玺 张 健

蛋白质是高中生必须掌握的一个非常重要的名词概念。它是生命活动的主要承担者，例如DNA 聚合酶能够复制遗传物质，胰岛素可以传递信息，调节血糖，免疫球蛋白可与外来病原体结合，保护机体健康。蛋白质是贯穿高中生物学科绝大多数知识点的主线索。

本文从五个基本生物学基本观念出发，层层剖析，提出问题，深化理解蛋白质相关的多个知识点。

一、蛋白质的合成

基本观念:蛋白质由核糖体合成。

除了哺乳动物成熟红细胞等特例外，几乎绝大多数的细胞都有核糖体，包括最小的原核细胞支原体。病毒没有核糖体，无法生产蛋白质，需要寄生于活细胞中。

问题一:蛋白质全都在核糖体中合成的吗? 答:现已知细胞内所有蛋白质的合成步骤都起始于核糖体。具有特殊信号肽序列的多肽合成起始后，很快随着核糖体转移到内质网。

问题二:其他细胞器可以合成蛋白质吗? 答:分泌蛋白的进一步的合成和加工发生在内质网中，然后以囊泡包被运输到高尔基体完成最后的加工修饰。其他细胞器不能合成蛋白质。

问题三:溶酶体不能合成蛋白质，其中的蛋白质从哪来? 答:溶酶体中含有多种蛋白质类的酸性水解酶。这些水解酶起始在核糖体上合成，之后转移到内质网进行N-连接的糖基化，再进入高尔基体发生特异反应，生成甘露糖-6-磷酸的糖基标记，由此被分选转运到溶酶体[1]。

问题四:线粒体和叶绿体中含有的某些蛋白质从哪来? 答:线粒体和叶绿体属于半自主性细胞器。这两种细胞器的蛋白质，一部分由自己内部专用的核糖体合成;另一部分由细胞核编码，于游离核糖体中合成后被释放，然后依据其特异性的序列信息，转运到线粒体或叶绿体[1]。

二、蛋白质的加工

基本观念:分泌蛋白的最后加工和分选由高尔基体完成。

问题一:内质网形成的囊泡里包裹的蛋白质一般不具有活性吗? 答:某些生长因子和某些病毒囊膜蛋白，在粗面内质网中切除信号肽后便成为有活动性的成熟多肽。还有很多蛋白质激素和神经多肽需要在高尔基体分泌的囊泡中发生特异性水解才会具有生物活性[1]。

问题二:只有分泌蛋白需要加工吗? 答:高中所学的分泌蛋白有蛋白质类激素、抗体，消化酶等。细胞膜上的糖蛋白也需要加工修饰。问题三:原核细胞没有高尔基体，能产生分泌蛋白吗? 答:原核生物中20%的蛋白质需要跨膜转运来通过细胞质膜，包括水解酶类、细胞毒素、生长因子等[2]。问题四:原核细胞产生的分泌蛋白没有高尔基体的加工，如何获得活性? 如何运送到细胞膜?答:原核细胞产生的分泌蛋白也具有特殊序列，可引导多肽转运到周质空间，并可能影响该蛋白质的切割和折叠。然而将真核细胞编码蛋白质的基因导入如大肠杆菌细胞内，是无法产生有活性的成熟蛋白质，因为原核细胞缺乏真核细胞蛋白质修饰折叠的辅助因子，也没有内质网和高尔基体[2]。

三、蛋白质的利用

基本观念:蛋白质类激素(如胰岛素)不能口服。

蛋白质是生物大分子，如若口服会被消化酶分解成小分子肽或氨基酸，从而失去相应的功能。问题一:多酶片为何能口服?答:多酶片的外层是淀粉酶、胃蛋白酶，内层是肠溶衣片包裹的胰蛋白酶。该药片不能嚼碎，原因是内部的胰蛋白酶暴露在胃酸环境下会丧失活性。问题二:抗体可以口服吗? 答:抗体(免疫球蛋白)一般不能口服。IgA 是母乳中含量最多，最为重要的一类抗体，可以防止病原体吸附在黏膜表面，从而抑制病菌的入侵。新生儿通过母乳获得的IgA，可保留在消化道黏膜上发挥作用。婴儿黏膜分泌物内含分泌片，可以封闭IgA 抗体的蛋白酶敏感位点，使其在富含蛋白酶的黏液中存在更长的时间[3]。

四、蛋白质的结合

基本观念:真核细胞中蛋白质可以和DNA 结合形成染色体。

问题一:蛋白质可以和RNA 结合吗? 答:RNA 可以和蛋白质结合为核糖体。另外，端粒酶也是一种由催化蛋白和RNA 模板组成的酶，可合成染色体末端的DNA。

问题二:蛋白质还可以与什么物质结合? 答:蛋白质与糖可结合成糖蛋白参与细胞间的信息交流。其实所有的蛋白质均能结合或黏附特定的物质，结合过程或短暂或紧密[4]。例如钙调蛋白，只有在和钙离子结合时才能被激活，赋予蛋白质特定功能。

问题三:原核细胞中存在蛋白质和DNA 结合的复合物吗? 答:原核细胞的DNA 分子裸露，并未与蛋白质结合。仅当DNA 发生复制时，DNA 聚合酶可以和DNA 暂时性地结合。DNA 聚合酶最早是在1957年，由美国科学家阿瑟·科恩伯格在大肠杆菌中发现的[5]。

五、蛋白质的运输

基本观念:主动运输的过程中需要载体蛋白的协助。

问题一:载体蛋白是如何协助物质进行主动运输的? 答:几乎所有类型的生物膜都有载体蛋白。载体蛋白可专一性地与特定的小分子结合，通过改变自身构象，协助特定小分子完成跨膜转运。该过程载体蛋白不会对被转运物进行化学修饰[1]。

问题二:胞吞胞吐的过程中有载体蛋白参与吗? 答:胞吞胞吐又被称为膜泡运输。参与此运输过程的是受体蛋白。问题三:载体蛋白和受体蛋白如何区别? 答:载体蛋白可被看作是一扇旋转式门，每次都需要改变自身空间结构，且只允许那些能与自身结合的分子或离子通过，直接将物质转运进出生物膜。受体蛋白结合特定分子后，会将信息从一个胞内分子传递到另一个分子，最终号召的分子可与效应蛋白(如参与某些代谢过程的酶、调节转录相关的蛋白质)相互作用，从而改变细胞的特定生理行为[4]，并不一定起到控制物质进出生物膜的功能。低密度脂蛋白(LDL)的运输过程中，膜受体蛋白主要负责在细胞内侧募集衔接蛋白。衔接蛋白再结合网格蛋白，网格蛋白的聚集会导致质膜的内陷，从而包裹LDL 进入细胞，并与胞内体初步融合。受体蛋白在此细胞器中被释放，与LDL 分离。如此受体蛋白返回细胞膜可重复使用。而含有LDL 的胞内体进一步与溶酶体融合，最终LDL 被水解释放出胆固醇和脂肪酸供细胞利用[1]。

问题四:蛋白质颗粒进出生物膜一定依赖于胞吞胞吐吗? 答:蛋白质进出核膜依赖的是核孔复合体，并非胞吞胞吐作用。以亲核蛋白为例，它们一般具有特殊的氨基酸序列，核孔复合体只会识别被某些蛋白因子结合的待转运亲核蛋白，同时核孔复合体的空间结构发生改变，方能将亲核蛋白从胞质侧转移进入核质侧，而后蛋白因子会与被转运的亲核蛋白分离[1]。

通过五个方向对蛋白质知识点的深入探讨与分析，能够充分拔高学生生物学专业素养，培养学生的钻研精神。