细胞内的包裹邮递员

方舟子作品

2013年诺贝尔生理学奖颁发给了发现细胞囊泡运输的调控机制的三名生物学家。外行人很难理解这个发现的重大意义。我见到网上有人说，诺贝尔奖颁发给这么琐碎的发现，可见科学研究已经到头了。而国内媒体更津津乐道的是，获奖者之一是中国人的女婿。那么这个发现究竟有何意义，重大到可以获得诺贝尔奖？

    不算介于生命和非生命之间的病毒，生物体都是由细胞构成的。生物学家把细胞分成两大类，一类是细菌的细胞，就像一个没有房间的大仓库，散乱地摆放着各种东西，称为原核细胞。另一类是除了细菌的其他细胞，构成从最简单的酵母菌到复杂的人体，称为真核细胞。真核细胞就像一个公寓，分隔成一个个小房间，称为细胞器。细胞器里含有不同的东西，起不同的作用。

   有时候，不同的细胞器之间需要互相传递东西，比如把某种分子从某个细胞器送到另一个细胞器去当建筑材料，或者充当信使告诉它要干什么。多细胞的生物，不同细胞之间也要传递东西，比如为了传递信号，一个神经细胞需要把一种叫做神经递质的分子传递给另一个神经细胞。

   构成细胞器和细胞的“墙壁”的是生物膜，膜上会有通道，也就是“门”。小的分子可以从这些门出入。但是有的分子太大了，门过不去，怎么办呢？幸好生物膜不是真的墙壁，它们是可以移动，甚至可以部分分离的。要传递的大分子到了生物膜后，周围的膜可以把它包裹起来，与膜的其他部分分离，形成一个囊泡，变成了一个包裹。这个包裹送到另一个细胞器或细胞的膜外面，囊不算介于生命和非生命之间的病毒，生物体都是由细胞构成的。生物学家把细胞分成两大类，一类是细菌的细胞，就像一个没有房间的大仓库，散乱地摆放着各种东西，称为原核细胞。另一类是除了细菌的其他细胞，构成从最简单的酵母菌到复杂的人体，称为真核细胞。真核细胞就像一个公寓，分隔成一个个小房间，称为细胞器。细胞器里含有不同的东西，起不同的作用。

　　有时候，不同的细胞器之间需要互相传递东西，比如把某种分子从某个细胞器送到另一个细胞器去当建筑材料，或者充当信使告诉它要干什么。多细胞的生物，不同细胞之间也要传递东西，比如为了传递信号，一个神经细胞需要把一种叫做神经递质的分子传递给另一个神经细胞。

　　构成细胞器和细胞的“墙壁”的是生物膜，膜上会有通道，也就是“门”。小的分子可以从这些门出入。但是有的分子太大了，门过不去，怎么办呢？幸好生物膜不是真的墙壁，它们是可以移动，甚至可以部分分离的。要传递的大分子到了生物膜后，周围的膜可以把它包裹起来，与膜的其他部分分离，形成一个囊泡，变成了一个包裹。这个包裹送到另一个细胞器或细胞的膜外面，囊泡的膜与细胞器或细胞的膜融合在一起，囊泡又变成了细胞的一部分，囊泡里的货物就自然而然地送进了细胞器或细胞里，或释放到细胞外。

    当然，包裹不能乱寄。细胞是怎么知道什么时候要寄包裹，要寄到哪里，寄到了以后又是怎么签收的？搞清楚这个调控过程，不仅能加深我们对生命现象的理解，而且有助于诊断、治疗疾病，因为很多疾病的发生，就是由于细胞的包裹运输系统出了问题，包裹乱投寄，或者邮递员干脆罢工不投寄包裹了。今年的三个获奖者，从不同的方面对我们了解细胞囊泡运输的调控机制做出了各自的贡献。谢克曼发现有哪些基因在控制着囊泡的运输；罗斯曼发现有哪些蛋白质具体参与囊泡运输，它们是怎么准确地把囊泡运到目的地的；而祖德霍夫发现的则是细胞是怎么精准地控制运输囊泡的时间的。

   其中最核心也最有意思的是罗斯曼的研究。他发现了细胞运输包裹的邮递员——一组特殊的蛋白质，英文缩写为SNARE，刚好是“圈套”的意思。目前发现的“圈套”蛋白质已有60多种，不同细胞用的“圈套”蛋白质不一样，比如神经细胞用的“圈套”蛋白质有三种，有两种在神经细胞膜上，一种在囊泡膜上。“圈套”蛋白质的特点是它们都有一个很特殊的片段，这个片段会形成螺旋状的结构。如果不同的“圈套”蛋白质的螺旋片段靠在一起，就会紧密地结合起来，就像几股绳子拧成一股，难分难舍。

   当一个神经细胞准备要邮递包裹时，细胞膜上的那两种“圈套”蛋白质的螺旋片段首先拧在了一起，然后囊泡膜上的“圈套”蛋白质的螺旋片段也过来和它们拧在一起，在这个过程中，囊泡被逐渐拉近神经细胞膜，然后囊泡膜和神经细胞膜贴近、融和，囊泡里的神经递质就释放到神经细胞外。运输过程完成后，又有一种蛋白质过来，把拧在一起的螺旋片段解开，这样“圈套”蛋白质又可以用于下一次包裹运输。

　　这整个过程，像不像一台机器在精确地运转？所以它被称为“机制”。“人是机器”，在分子水平上尤其如此。细胞就是一个分子工厂，里面有许许多多台分子机器在精确地运转，罗斯曼发现的，就是其中一台重要的分子机器是怎么工作的。正是类似这样的研究，让我们对生命现象的了解，从空泛的描述上升到具体的机制研究，让生物学变成一门精确科学。