物质是如何传递到细胞内
对于一个庞大且繁忙的港口,需要一套运行体制保证正确的货物在正确的时间运送到正确的地点。细胞,有着被称为细胞器的不同“隔间”,也面临着类似问题:细胞产生分子物质如荷尔蒙、神经传递素、细胞因子、酶等,然后将这些物质在正确的时间里传送到细胞中其他地方或者细胞外。时间和地点决定一切。囊泡体积微小、呈泡状,外面包裹着膜,或在细胞器之间来回运输物质、或与细胞外膜融合将物质释放在外。这一过程十分重要,因为该过程可在有递质的条件下触发神经活动,或在有荷尔蒙的条件下控制代谢。囊泡又如何知道何时何地“发货”呢?
“交通堵塞”揭示遗传控制
RandySchekman醉心于研究细胞如何组织其运输系统,他在上个世纪70年代决定利用酵母菌作为模型系统来从遗传原理上研究该系统。通过遗传筛查,他发现酵母菌的运输机制有缺陷,其运输系统很差劲,囊泡在细胞的特定区域堆积。他发现导致这种“堵塞”的原因是遗传的,便继续研究,试图找到变异的基因。Schekman发现三类基因能够控制细胞运输系统的不同方面,从而为了解细胞囊泡运输的精密调控机制提供一种新认识。
精确“停靠”
JamesRothman同样着迷于研究细胞运输系统的本质。当Rothman在上个世纪80至90年代研究哺乳动物细胞内的囊泡运输时,他发现一种蛋白复合物能让囊泡进入并融合目标膜。在融合过程中,囊泡上的蛋白质与目标膜如同拉链一般相互结合。这样的蛋白质数量很多且只以特定方式结合,如此使得运输物质能够投递到精确位置。同样的原理也在细胞内运行着,当囊泡与细胞外膜结合时便释放其内容物。
后来人们发现,Schekman在酵母菌中发现的基因一部分可编码Rothman在哺乳动物中找到的那些蛋白,从而揭开了这种运输系统的古老进化起源。他们一同绘制出了这种细胞运输机制的关键部分。