- 精選文章
文章專區
2015-10-01除錯、修復一把罩─細胞內的蛋白質品管系統
550 期
Author 作者
林秀娟。顏雪琪。何思祈。
工廠的生產線在大量製造產品時，需要有品質管制系統篩選出不良品，以保證優良的出貨品質。各式蛋白質是生物體的主要組成份子，也是執行細胞生理功能的基本要角，因此維持細胞內蛋白質生產線的超高良率對生命來說也該是第一等大事。然而細胞是如何分辨正確或有缺陷的蛋白質呢？辨別出缺陷之後又將如何處理？今年7月，我們發表在Science期刊的研究談的就是這件事情。
細胞內的蛋白質工廠
在思考這些問題前，先來瞭解一下細胞內蛋白質生產線的運作情形。蛋白質是由一個個的胺基酸組成，而胺基酸的排列順序則由遺傳密碼而決定：DNA（去氧核糖核酸）上的遺傳訊息藉由mRNA（信使核糖核酸）帶出細胞核作為模板，在細胞質中以三個核苷酸為一組密碼子，轉譯成對應的胺基酸序列。轉譯的工作主要是在細胞質裡的核醣體進行，核醣體會在mRNA上的密碼子一步步移動，提供場所給mRNA和帶有反密碼子及相對應胺基酸的tRNA（轉運核糖核酸）碰頭，tRNA藉由反密碼子與mRNA上的密碼子之鹼基互補配對（A和U配對，C和G配對），確認所要接上的胺基酸種類，藉由核醣體催化胺基酸之間的鍵結形成，讓依照遺傳訊息指示排列順序的胺基酸長鏈逐步生成，直到核醣體遇見mRNA上的終止密碼子才結束（圖二A）。
但是這條剛生成的胺基酸長鏈，通常還不是個具有活性的蛋白質，得經過官能基之間的交互作用以形成適當的立體結構，再加上某些化學基團的修飾，有時還得與其他的蛋白質形成複合體，並且被送到正確的胞器位置（圖二B），這一切都順利的話，才能變成具有正常功能的蛋白質。這個環環相扣的過程，充滿了一子錯則滿盤皆輸的危機！
圖二：蛋白質的製造過程。(A)核醣體藉由轉運RNA翻譯信使RNA上的遺傳訊息成胺基酸長鏈。(B)具正常功能蛋白質的漫長養成之路：折疊、修飾、送到正確胞器及找到交互作用的夥伴。（何思祈提供）可能的百密一疏
上述過程險阻重重，稍有不慎就可能搞砸。首先是DNA或RNA可能產生突變，使得製造蛋白質的模板出錯。即使拿到正確的模版，由於每個核醣體最快每秒鐘約可以轉譯10到20個胺基酸（每個細胞最多有上百萬個核醣體），在這樣的高速生產線上，mRNA和tRNA的鹼基互補配對也可能出錯，造成胺基酸長鏈的變化。例如，若把一般密碼子當成終止密碼子，蛋白質就像是硬被截斷了；反之，若細胞沒有正確辨認終止密碼子，做出來的蛋白質就會太長。......【更多內容請閱讀科學月刊第550期】