蛋白质内在转运与定位信号

大量的执行生物基本生理机能的蛋白质是在细胞内合成的。但新合成的蛋白质如何跨越细胞膜而确切地定位，一直使人们感到迷惑。对这一问题的解答使美国科学家甘特·布洛贝尔成为1999年诺贝尔生理医学奖得主。

蛋白质内在转运与定位信号

现年63岁的布洛贝尔是美国纽约洛克菲勒大学的细胞与分子生物学家。早在70年代，布洛贝尔就发现新合成的蛋白质有一内在信号，对其趋向及跨越内质网膜起决定性作用。而内质网是存在于几乎所有高等动植物细胞的超微细胞器，由连续的膜包腔系统组成，分支遍及细胞浆 。其后的20年间，布洛贝尔致力于这一信号的分子机制的细节研究。

一个成年人大约由100万亿个细胞组成。一个细胞大约含有10亿个蛋白质分子。单个蛋白质分子由50至几千个不等的氨基酸（蛋白质的基本材料）通过反复折叠形成长度不等的链。一直使科学家们迷惑不解的是，如此大分子量的蛋白质是如何跨越紧密相连的细胞膜结构的？它又是如何在细胞内准确到达其功能位置的？

1960年底，布洛贝尔加入了纽约洛克菲勒大学的乔治·帕莱德生物实验室。在这里，科学家们几十年如一致力于细胞结构及新合成蛋白质跨膜转运机理研究。这项研究早在1974年就使乔治·帕莱德与另外两位比利时科学家分享当年的诺贝尔生理/医学奖。

布洛贝尔的研究是建立在帕莱德实验室的传统之上的。他将重点放在新合成蛋白质如何主动地转运出细胞，又如何趋向特异的细胞内膜系统（内质网）的。1974年，布洛贝尔发表了“信号假说”的第一版本。推测分泌出细胞的蛋白质包含一内在的转运与定位信号，决定着其到达并跨越相应的细胞膜结构。

1975年，在其精心设计的生物化学实验基础上，布洛贝尔描述了这一过程的各个步骤。随后的20年中，布洛贝尔及同事们潜心于这些过程的细胞研究。最终，他们证实了“信号假说”不仅正确，而且具有普遍意义，因为在酵母菌、植物细胞、动物细胞中均存在这种机制。

在这些研究结果的基础上，布洛贝尔发表了蛋白质针对特定的细胞结构排列定位的普遍原理：每一蛋白质结构中都含有定位于细胞内特异位置所需的信息；特定的氨基酸序列（顶端基因信号）决定着蛋白质是穿越细胞膜结构，还是成为膜的组成部分，或是被转运出细胞外。

一系列决定蛋白质在细胞内不同位置的信号已被鉴定出来，证明了布洛贝尔理论的正确。这些信号类似于旅行者包裹上的地址标签或信件上的邮政编码，确保了包裹或信件到达指定的地点。这些信号实际是不同顺序的氨基酸链，既可位于蛋白质的两端，也可位于蛋白质中间。

布洛贝尔的发现对现代细胞生物学研究产生了巨大影响。其发现不仅是正确的，而且具有普遍性意义，因为在酵母菌、植物细胞、动物细胞中都存在类似的机制。许多人类的遗传性疾病即是由于信号与传输错误所造成的；布洛贝尔的研究还为利用细胞作为“蛋白质工厂”更高效地生产药物，起到了重要的推动作用。

不久的将来，科学家们将精确地描绘出人类全部基因序列。由此可推导出蛋白质的结构及顶端基因信号。这会使得我们探明疾病的起因，并用之于研究新的治疗对策。实际上，人类已经生产了几种蛋白质药物，如胰岛素、生长激素、红细胞生成素、干扰素等。

（吴广为潘宝安译）

1999.11.18