关注2013年诺贝尔生理学奖联系教材构建泌蛋白体系

一、2013年诺贝尔生理学或医学奖简介

新浪科技讯 北京时间10月7日消息，据诺贝尔奖官方网站报道，2013诺贝尔生理学或医学奖今日公布，得主为James E． Rothman, Randy W． Schekman & Thomas C． Südhof，得奖原因为他们发现了细胞内的运输机制之谜。

生物体内每一个细胞都是一个生产和输出分子的工厂。生物体内细胞的正常运转有赖于让合适的分子在合适的时间抵达合适的位置。比如，胰岛素在这里被制造出来并释放进入血液当中，神经传递素从一个神经细胞传导至另一个细胞。这些分子在细胞内都是以“小包”的形式传递的，但是这些囊泡（如图1中蓝色表示）具体是如何达成这种精准的运输的？这一点一直没有被理解。这三位获奖科学家发现了这些“小包”是如何被在正确的时间输运至正确地点的分子机制。

Randy W． Schekman发现基因控制下的蛋白质在这种囊泡运输机制中起到重要作用。正如这里的图2上所展示的那样，通过对比正常酵母菌细胞（左）和转运机制缺陷的细胞（右），他成功识别出操控这一转运过程的基因。

James E． Rothman发现一种蛋白质化合物（图3中橘色表示）可以让囊泡实现与目标细胞膜的融合。囊泡上的蛋白质物质会与目标细胞膜上的特定蛋白质之间发生结合，从而让囊泡可以在正确的位置上释放其所运载的特殊“分子货物”。

Thomas C． Südhof研究了大脑中神经细胞之间是如何互相传递信号的，以及钙离子在这一过程中所起的作用。他识别出一种分子机制（图4中用紫色表示），其可以对进入的钙离子发生反应并触发囊泡融合，从而解释了囊泡输运机制中时间的精确性是如何达成的，以及其所携带的信号分子物质是如何能做到受控释放。

在这项发现过程中，三位科学家：Rothman, Schekman 和Südhof揭示了细胞内输运体系的精细结构和控制机制。在细胞中，不管是酵母菌还是人类，不管高等生物还是低等生物，它们体内的囊泡输运以及细胞膜融合机制都遵循相同的基本原理。这一体系对于一系列的生理过程而言都至关重要，从大脑信号的传递，到荷尔蒙的释放，再到免疫细胞活素。但当发生疾病时，细胞内的囊泡输运机制会出现问题，这当中包括一些神经系统和免疫系统疾病。离开这一堪称完美的控制机制，细胞将陷于混乱。这一系统的失稳将导致有害结果，如神经系统疾病，糖尿病或免疫系统紊乱。

二、教材知识体系构建

1、定义：是指在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的的蛋白质

2、常见泌蛋白：消化酶、蛋白类激素、抗体等

3、研究方法：放射性同位素标记（如图5）

4、与其相关的细胞结构及方向：

在核糖体上分泌出的蛋白质，进入内质网腔后，还要经过一些加工，如折叠、组装、加上一些糖基团等，才能成为比较成熟的蛋白质。然后，由内质网腔膨大、出芽形成具膜的小泡，包裹着蛋白质转移到高尔基体，把蛋白质输送到高尔基体腔内，做进一步的加工。接着，高尔基体边缘突起形成小泡，把蛋白质包裹在小泡里，运输到细胞膜，小泡与细胞膜融合，把蛋白质释放到细胞外。（如图6）

5、分泌机理：

在细胞质中，编码分泌蛋白的信使核糖核酸（mRNA）与游离的核糖体大小亚基结合而形成翻译复合体。从起始密码子开始，首先翻译产生信号肽，当转译进行到大约50～70个氨基酸之后，信号肽开始从核糖体的大亚基上露出，露出的信号肽立即被细胞质中的信号肽识别体（SRP）识别并与之相结合。此时，转译暂时停止，SRP牵引这条带核糖体的mRNA到达粗面内质网的表面，并与粗面内质网表面上的信号肽识别体受体（或称停泊蛋白）作用，这时，暂时被抑制的转译过程恢复进行，同时，内质网膜上某种特定的核糖体受体蛋白聚集，使膜双脂层产生孔道，带mRNA的核糖体与其受体蛋白结合，转译出的肽链便通过孔道进入内质网腔内。

信号肽在穿越膜后即被内质网腔内的信号肽酶水解切除。当核糖体与其受体蛋白结合后，SRP与停泊蛋白便解离，各自进入新的识别、结合循环。当转译进行到mRNA的终止密码子时，蛋白质的合成结束，核糖体的大小亚基解聚，大亚基与核糖体受体的相互作用消失，核糖体受体解聚，内质网膜上的蛋白孔道消失，内质网恢复成完整的脂双层结构。进入内质网腔内的多肽链在信号肽被水解切除后即进行折叠及其他一系列修饰过程，最终形成成熟的分泌蛋白．（如图7）

6、分泌过程中膜面积及其物质过膜情况：

泌蛋白在形成过程中，蛋白质由内质网上附着的核糖体合成后，由内质网以出泡的方式将膜传递给高尔基体（这一步有时候也可以没有），内质网面积减少。高尔基体不但接收来自内质网的膜结构，而且以出泡的方式传递给细胞膜，故高尔基体膜面积不变。细胞膜接收来自高尔基体的膜结构，故膜面积增大。另外，内质网膜与细胞膜融合后，将蛋白质排出。这一过程中生物膜面积会有变化。值得注意的是物质的运输一直在囊泡内，所以在物质的转运过程中没进行跨膜活动。与此同时，吞噬小泡也从另一方面将物质从胞外摄入进来，保证了该活动的双向机制。（如图8）生物膜面积发生变化说明了有物质的进出，比如吞噬细胞的吞噬（也称胞饮）作用和腺体细胞的分泌作用。

三、对口链接联系

1．分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，其运输的方向是 ( )

A．内质网→细胞膜→高尔基体 B．高尔基体→内质网→细胞膜

C．内质网→高尔基体→细胞膜 D．细胞膜→内质网→高尔基体

2．如图2为雄性哺乳动物的胰岛细胞在进行某项活动前后，几种生物膜面积的变化图，在此变化过程中最可能合成

A．呼吸酶 B．一种特定分泌蛋白 C．血红蛋白 D．性激素

3．如图3是人体细胞在进行某项生命活动前后几种生物膜面积的变化图。请据图分析，在此变化过程中最可能合成（）

A．淀粉酶和胰岛素 B．抗体和血红蛋白

C．呼吸酶与DNA连接酶 D．RNA和甲状腺激素

4．实验中用35S标记一定量的氨基酸，来培养某哺乳动物的乳腺细胞，测得与合成和分泌乳蛋白相关的一些细胞器上放射性强度的变化曲线如图甲所示，在此过程中有关的生物膜面积的变化曲线如图乙所示。有关叙述不正确的是(　　)

A．甲图中a曲线所指的细胞结构是内质网 B．甲图中c曲线所指的细胞结构是高尔基体

C．图乙中f曲线表示的细胞结构是高尔基体 D．图乙中d曲线表示的细胞结构是内质网

5．生物膜在结构和功能上具有一定的联系。高尔基体具有极性，靠近细胞核的一面称为形成面，接近细胞膜的一面称为成熟面。从形成面到成熟面，膜的厚度和化学成分逐渐发生改变，下列叙述正确的是(　　)

A．形成面似核膜，成熟面似内质网 B．形成面似内质网，成熟面似细胞膜

C．形成面似核膜，成熟面似细胞膜 D．形成面似内质网，成熟面似核膜

（2007 全国1）6．下图表示用3H—亮氨酸标记细胞内的分泌蛋白，追踪不同时间具有放射性的分泌蛋白颗粒在细胞内分布情况和运输过程。其中正确的是

【答案】1． C 2． B 3． A4． A 5． B　6．C