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初中生物科普|蛋白的自传(我们来源于同一家族,我们有共同的DNA祖先...)

初中生物科普|蛋白的自传(我们来源于同一家族,我们有共同的DNA祖先...) 初中生物初中
2021-08-15
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导读:初中生物→提升你对初中生物科学和技术的基础知识、科学探究方法、获取新知识的能力、思维能力、分析和解决问题的能力。

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引子

我们出生于一片黑暗与寂静中,伴随着信使RNA在核糖体上缓缓地滑动,tRNA带来每一个零部件,我们感觉自己的身体在不断地壮大,骨骼与肌肉不断地生长,像是在蛹中蠢蠢欲动的虫体,等待着积蓄已久后爆破的新生。


我从核糖体上脱离,进入了一个更加黑暗并充满着未知的世界。一种似乎由内而发的动力推动着我向着遥远的地方前进,后来我得知,那种自发的力量来源于信号肽,由信号肽并与之结合的SRP引导着我驶向目的地——糙面内质网。终于,我携带的SRP与它在核糖体的受体钥匙准确匹配,我的身体顺利地通过了内质网外膜的大门。随着信号序列的切除,我进入腔体并完成进一步的折叠,我的身体就像被组装的变形金刚一样,齿轮被准确咬合,铆钉进一步装配,我获得了一定的空间结构。 

【注】

(1)信号肽:是引导新合成的蛋白质向分泌通路转移的短(长度5-30个氨基酸)肽链。

(2)SRP:信号识别颗粒signal recognition particle (SRP)在真核生物细胞质中一种小分子RNA和六种蛋白的复合体,此复合体能识别核糖体上新生肽末端的信号顺序并与之结合,使肽合成停止,同时它又可和ER(内质网)膜上的停泊蛋白识别和结合,从而将mRNA上的核糖体,带到膜上,从而介导核糖体附着到内质网膜上继续蛋白质的合成。

离开了内质网,我又进入了那片黑暗与未知。而这一次,我的周围包裹着晶莹的COPⅡ膜泡,它就像一个太空飞船,载着我驶向下一个中转站。渐渐地,中转站接近了,它庞大得令人难以想象,它的结构与比例令人瞠目结舌,它就像一颗行星,吸引指挥着各类飞船与行星,使它们有条不紊地工作。同时我又惊奇地发现,周围有无数的太空飞船像我一样驶向这颗巨大的“高尔基体号”行星。终于,COPⅡ与KDEL受体识别,我与行星融合为一体,我从太空飞船上(膜泡)被释放,又不断地载入下一班飞船,顺着高尔基体的顺面膜囊一级一级向着下一个膜囊深入,在这个过程中,我获得了进一步的组装,氢键就像螺丝一样将所有匹配的小零部件精确无误地组合起来,我变得愈发立体、强壮、成熟,直到我来到了反面膜囊。 

【注】

(3)COPII膜泡:细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输,各类运输泡之所以能够被准确地运到靶细胞器,主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。

用于运输的膜泡有3种类型:笼形蛋白(又称网格蛋白)、COPI和COPII,各介导不同的运输途径。

①笼形蛋白衣被膜泡:最早发现的衣被小泡,介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输,以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。

②COPI衣被膜泡:负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escaped proteins)返回内质网。

③COPII衣被膜泡:介导从内质网到高尔基体的物质运输。

(4)KDEL受体:内质网的一种穿膜蛋白质。能识别重返内质网和高尔基体的蛋白质所携KDEL(赖-天冬-谷-亮氨酸)四肽序列的受体。蛋白质合成后,大部分随主流离开内质网,但其中有些将重返内质网和高尔基体。内质网和高尔基体含有的KDEL受体能识别重返蛋白质羧基端的KDEL序列“信号”,可防止肽链发生错误折叠和错误装配。

转运膜泡将我牢牢地包裹,我终于脱离了“高尔基体”行星的引力束缚,飞向了太空。我的一生注定在探索中寻求意义,漫漫星辰中,挣脱宇宙的欲望愈发地强烈,我知道我注定要像出生和成长时从核糖体、内质网、高尔基体中脱离出来的那样挣脱宇宙,获得新生与自由。终于,那个巨大的细胞膜越来越近,通向外太空的大门向我张开双臂,我的膜泡与之接触、融合、释放。终于,我自由了。 


我自出生起就手握一把决定命运的钥匙,是20-25个氨基酸残基组成,富含疏水氨基酸的基序,冥冥之中我觉得今生的使命便是找到这把钥匙对应的门锁。我保持着部分折叠的状态,伸展着身体,缓缓地开始漫长的旅行。

庞大的线粒体离我越来越近,原来这就是我的家园。它美得令人赞叹不已。它是个巨大的椭圆球体,它的周围有穿插着马达蛋白与细胞骨架,更重要的是,我感受到一种无比强大的能量,它令我浑身振奋。我拿出前体蛋白的钥匙,小心翼翼地打开输入受体(Tom20/22)的门锁。借着一种ATP水解产生的能量,我缓缓地进入了内外膜接触点的输入通道,前体蛋白被降解,后门被缓缓地关闭。


我的线粒体基质靶向序列被切割后,我的疏水结构域被内膜蛋白Oxa1所识别,在线粒体内膜转运蛋白Tom23/17和基质Hsc70等蛋白的协助下进入线粒体内膜。我来到了理想的桃花源,我没有回头路,我从不后悔。


我生来便有一个“小蝌蚪找妈妈”式的执念。核糖体告诉我,我的母亲是mRNA,她携带了我的全部遗传信息;tRNA(信使RNA)将遗传信息对应的氨基酸搬运到核糖体,协助母亲的生产;而母亲在我出生后不久便被核酸内切酶降解了。听到这里我难过不已。核糖体拍拍我的肩膀,他接着给了两条关键信息,我的家乡在遥远的细胞核;我的母亲给我留下了一把回家的钥匙,它叫核定位序列(nuclear localization signal, NLS),拿着这把钥匙,我就可以找到回家的路。 

我离开了核糖体,便开始了寻根之旅。离开核糖体,我进入了一片黑暗。核糖体嘱咐我,细胞核是细胞太阳系的恒星,是细胞国家的行政首府,戒备极为森严。我绕开层层的内质网,在微弱的光亮下,我似乎看到了眼前的庞然大物,它是一个巨大的球体,周围似乎无孔可入。正当我拿着NLS钥匙发愁的时候,两个蛋白来到我面前,他们叫住了我:“嗨,你的手里拿着什么?”“钥匙。你们是谁?”我疑惑地打量着他们。“我们在这里守候一个归来的游子。请出示你的钥匙。”我将钥匙递给他们。在幽幽的光线下,钥匙上隐隐约约地显示着“NLS”的字样。两个蛋白面露笑容异口同声道:“你就是我们要等的人。我们是importin α、β。我们会协助你进入细胞核。”这时他们一左一右拉起了我的手,带我来到了紧闭的核孔前。核孔前有两条绳子,这时importin β抓起其中一根绳子,牢牢地将我们三个绑住,他用力地拉绳子,这时,神奇的一幕出现了,核孔的大门迅速地改变着构象,向两侧不断折叠,这时中间露出了一道缝隙,同时折叠的核孔复合体在我们后方伸展,我们就这样进入了细胞核。我感到一阵晕眩,身上的绳子将我牢牢捆紧,使我动弹不得。importin α说:“Ran很快就会来帮我们。”话音刚落,一位手握光环的少女从远处走来,我看不清她的容貌,只听见她悠悠地说道:“欢迎远道而来的游子。” importin α道:“快来帮助我们解开绳索。”少女点了点头,将手中的光环抛向我们,绳索渐渐地松开,importin α、β拉着少女Ran的手离我渐行渐远,“游子,后会无期。”核孔紧闭。 

【注】

(5)NLS:核定位序列(Nuclear localization sequence)或者核定位信号——蛋白质的一个结构域,通常为一短的氨基酸序列,它能与入核载体相互作用,使蛋白能被运进细胞核。

(6)importin(输入蛋白):存在于胞质溶胶中, 可与核定位信号结合, 帮助核蛋白进入细胞核, 这种受体称为输入蛋白。它们作为一种穿梭受体在细胞质内与核蛋白的核定位信号结合, 然后一起穿过核, 在核内与亲核蛋白分离后再返回到细胞质中。输入蛋白有α和β两种亚基。《细胞生物学》

后来,经过一番寻找,我终于见到了编码我母亲的祖父——DNA。祖父为我的执念和勇气感到十分骄傲。经过祖父的引荐,我有幸成为了核小体组装的一员,为DNA组装成染色质贡献自己的一份力量。 

我们来源于同一家族,我们有共同的DNA祖先,我们的生命也终结于同一个地方——溶酶体。直到生命将尽,我们才知道,彼此亲兄弟的命运是多么的不同。生命的起始和终点相同,我们却画出了丰富多彩而又独特的生命轨迹。正如人类的生命,始于娘胎,终于黄土,却有世间百态、五味人生。我们的身体将被送往我们的出生地(核糖体),我们的氨基酸将被重新利用,我们拥有的一切将开启新的轮回。我们将自己的故事留在这里,溶酶体中的水解酶将我们的身体解聚,我们看着渐渐融化的身体,拉着彼此的手,走向新生。 





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