蛋白質，Where are you going?—–淺談訊號序列（Signal Peptide）

蛋白質，Where are you going?—–淺談訊號序列（Signal Peptide）
台北市立第一女子高級中學生物科林玟娟老師/ 國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

構成生物體的基本分子中，若扣除水分，在剩餘的成分中，就屬蛋白質所佔的比例最高：約佔50﹪。除了在「量」上稱霸外，它同時也是最具多樣性的分子，不僅種類繁多，功能更是包羅萬象，諸如：構成細胞膜上的運輸蛋白、作為細胞骨架的成分、催化粒線體內進行的呼吸作用、或在細胞核內參與DNA的複製…….等等，實在是多到難以形容的地步！

在細胞內，蛋白質是由核糖體以胺基酸為原料製造的，科學家由電子顯微鏡的觀察得知，核糖體有些會附著在內質網表面，有些則游離於細胞質中，通常分泌性蛋白質和膜蛋白是由前者製造，而送至細胞核及粒線體等胞器的蛋白質，則由後者來合成。經估算，人體每個細胞內約含有十億個蛋白質分子，這些蛋白質分子分別在細胞不同的區域（各種胞器）執行不同的生理功能，有的甚至會送出細胞外去影響別的細胞（分泌性蛋白，例如：胰島素）！那麼，蛋白質分子在新合成時，如何能準確無誤的得知自己該往何處去呢？

該問題的解答是由德裔美國科學家布洛貝爾（Gunter Blobel）研究知曉的。他在1970年代初期發現：新合成的蛋白質，其本身的胺基酸序列中具有內在訊號，稱為「訊號序列」（signal peptide），是指揮蛋白質自身何去何從不可或缺的訊息。經二十年的研究，他精確地找出這些分子的作用機轉，並清楚解釋細胞如何以訊號序列，控制蛋白質在細胞內的運送。這項成就，使他榮獲1999年諾貝爾生理醫學獎。

蛋白質在細胞內剛開始合成時，其胺基酸序列的前端（即N端，見註釋）會帶有特定的訊號序列，約由3-60個胺基酸構成。以分泌性蛋白或膜蛋白為例，在合成之初，核糖體會先轉譯出訊號序列，細胞質中有一種核蛋白，稱為SRP（signal recognition particle），能辨識該訊息序列並與此序列結合，此時核糖體合成蛋白質的工作會暫停，隨後SRP會與內質網上的SRP受體結合。SRP受體其實是內質網上一個跨膜蛋白質的一部份，此跨膜蛋白質尚具有通道的功能，且能與核糖體結合。所以，當SRP與受體結合時，核糖體也會被帶至內質網表面附著，而已合成的蛋白質片段（包括訊號序列）則經由通道，進入內質網的囊腔中。接著核糖體會恢復合成蛋白質的工作，越來越長的胺基酸多肽鏈被推入內質網的囊腔中，而訊號序列則被內質網囊腔中的酵素切除。待蛋白質合成完畢，經修飾作用後，會被送至高基氏體，再利用囊泡送至細胞表面或分泌至細胞外。

蛋白質的訊號序列，有如信件的郵遞區號，能讓蛋白質準確的運送到該去的地方。除了上述的例子外，目前已知尚有其他的訊號序列是將蛋白質送至細胞核、粒線體、葉綠體等胞器中。

細胞的生理功能要能順利進行，端賴這些具功能性的蛋白質能正確無誤的送達目的地。現今已有眾多證據顯示，人類許多遺傳疾病都與蛋白質運送機制出了差錯有關，例如：黏多醣症、家族性高膽固醇血、原發性高草酸鹽尿症等。由此可知訊號序列的研究，是解答生物細胞內正常運作的鑰匙，是將來生物醫學的重要課題。

※註釋：蛋白質是由一條或多條多肽鏈構成，多肽鏈的兩端分別稱為N端和C端，核糖體合成多肽鏈時，是由N端向C端延長，所以蛋白質的前端係指N端。