粗面內質網的功能——蛋白質轉運
粗面內質網的主要功能是幫助膜結合核糖體合成的蛋白質轉運。膜結合核糖體上合成的蛋白質與游離核糖體上合成的蛋白質去向是不同的，表9-5列出了這兩類核糖體合成的某些蛋白。
表9-5 真核細胞中膜結合核糖體和游離核糖體合成的某些蛋白
膜結合核糖體 游離核糖體
分泌蛋白 可溶性胞質溶膠蛋白
肽類激素 脂錨定膜蛋白
生長因子 （位于質膜的胞質面）
消化酶類 外周蛋白
血清蛋白 （質膜的胞質面）
細胞外基質蛋白 核基因編碼的線粒體蛋白
釋放到ER腔中的蛋白 核基因編碼的葉綠體蛋白
RER中的酶類 過氧化物酶體蛋白
高爾基復合體的酶 核蛋白
溶酶體的酶
整合膜蛋白
ER膜的糖蛋白
高爾基體的膜糖蛋白
溶酶體膜糖蛋白
質膜糖蛋白
核膜糖蛋白
脂錨定質膜蛋白
質膜的外周蛋白（位于質膜的外側面）
由于粗面內質網上合成的蛋白質包括膜蛋白、內膜結構的腔池蛋白和分泌到細胞外的蛋白， 所以必須有極好的運輸機制進行分選定位， 這就是信號肽假說。
■ 信號序列的發(fā)現和證實
● 微粒體實驗
在George Palade用離心技術分離到有核糖體結合的微粒體，即發(fā)現膜結合核糖體（membrane-bounded ribosome）之后， 科學家推測：膜結合核糖體合成的蛋白質首先要進入內質網的腔，然后通過選擇性的分泌過程輸出到細胞外，而游離核糖體上合成的蛋白質則留在細胞內使用。
為了研究內質網上合成的蛋白質是否進入了內質網的腔， Colvin Redman 和 David Sabatini用分離的RER小泡（微粒體）進行無細胞系統(tǒng)的蛋白質合成， 證明了膜結合核糖體上合成的蛋白質進入了微粒體的腔。
如何利用微粒體在無細胞蛋白質合成系統(tǒng)中的合成實驗證明膜結合核糖體合成的蛋白質進入了微粒體的腔
● Günter Blobel等的建議
為什么有些核糖體合成蛋白質時不同內質網結合，有些正在合成蛋白質的核糖體要同內質網結合，并將合成的蛋白質插入內質網？對此，美國洛克菲勒大學的 Günter Blobel、David Sabatini 和Bernhard Dobberstein 等于1971年提出兩點建議：
①分泌蛋白的N-端含有一段特別的信號序列（signal sequence），可將多肽和核糖體引導到ER膜上；②多肽通過ER膜上的水性通道進入ER的腔中，并推測多肽是在合成的同時轉移的。
● 信號序列存在的直接證據
1972年，César Milstein和他的同事用無細胞系統(tǒng)研究免疫球蛋白（IgG）輕鏈合成時獲得了信號序列存在的直接證據， 證明Blobel等的建議是正確的。他們用分離純化的核糖體在無細胞體系中用編碼免疫球蛋白輕鏈的mRNA指導合成多肽，發(fā)現合成的多肽比分泌到細胞外的成熟的免疫球蛋白在N端有一段多出的肽鏈， 它有20個氨基酸，他們推測，這段肽具有信號作用，使IgG得以通過粗面內質網并繼而分泌到細胞外。
● 信號序列的進一步證實
G.Blobel、B.Dobberstein、P.Walter和他們的同事在上述發(fā)現的基礎上用分離的微粒體和無細胞體系進行了大量的實驗，進一步證實了信號序列的存在及其作用。
加與不加RER小泡，產物不同 當將分泌蛋白的mRNA在無細胞體系中進行翻譯時， 如果不加粗面內質網（微粒體）， 獲得的翻譯產物比從細胞中分泌出來的蛋白要長，若添加RER小泡，翻譯的產物長度與從活細胞分泌的蛋白相同。因此推測信號序列在引導蛋白進入內質網后被切除了，所以成熟的蛋白的N-端沒有信號序列。
蛋白水解酶水解實驗 在分泌蛋白進行體外翻譯的無細胞系統(tǒng)中（含有RER小泡）加入蛋白水解酶，并不能使新生肽水解。但同時加入去垢劑，則能將蛋白質水解，提示新生肽鏈是邊合成邊運輸的，因為去垢劑能夠破壞內質網的膜，使合成的蛋白質暴露于蛋白水解酶遭到降解。若無去垢劑，多肽在合成的同時就向內質網轉運，所以不受蛋白水解酶的影響。
粗面內質網的主要功能是幫助膜結合核糖體合成的蛋白質轉運。膜結合核糖體上合成的蛋白質與游離核糖體上合成的蛋白質去向是不同的，表9-5列出了這兩類核糖體合成的某些蛋白。
表9-5 真核細胞中膜結合核糖體和游離核糖體合成的某些蛋白
膜結合核糖體 游離核糖體
分泌蛋白 可溶性胞質溶膠蛋白
肽類激素 脂錨定膜蛋白
生長因子 （位于質膜的胞質面）
消化酶類 外周蛋白
血清蛋白 （質膜的胞質面）
細胞外基質蛋白 核基因編碼的線粒體蛋白
釋放到ER腔中的蛋白 核基因編碼的葉綠體蛋白
RER中的酶類 過氧化物酶體蛋白
高爾基復合體的酶 核蛋白
溶酶體的酶
整合膜蛋白
ER膜的糖蛋白
高爾基體的膜糖蛋白
溶酶體膜糖蛋白
質膜糖蛋白
核膜糖蛋白
脂錨定質膜蛋白
質膜的外周蛋白（位于質膜的外側面）
由于粗面內質網上合成的蛋白質包括膜蛋白、內膜結構的腔池蛋白和分泌到細胞外的蛋白， 所以必須有極好的運輸機制進行分選定位， 這就是信號肽假說。
■ 信號序列的發(fā)現和證實
● 微粒體實驗
在George Palade用離心技術分離到有核糖體結合的微粒體，即發(fā)現膜結合核糖體（membrane-bounded ribosome）之后， 科學家推測：膜結合核糖體合成的蛋白質首先要進入內質網的腔，然后通過選擇性的分泌過程輸出到細胞外，而游離核糖體上合成的蛋白質則留在細胞內使用。
為了研究內質網上合成的蛋白質是否進入了內質網的腔， Colvin Redman 和 David Sabatini用分離的RER小泡（微粒體）進行無細胞系統(tǒng)的蛋白質合成， 證明了膜結合核糖體上合成的蛋白質進入了微粒體的腔。
如何利用微粒體在無細胞蛋白質合成系統(tǒng)中的合成實驗證明膜結合核糖體合成的蛋白質進入了微粒體的腔
● Günter Blobel等的建議
為什么有些核糖體合成蛋白質時不同內質網結合，有些正在合成蛋白質的核糖體要同內質網結合，并將合成的蛋白質插入內質網？對此，美國洛克菲勒大學的 Günter Blobel、David Sabatini 和Bernhard Dobberstein 等于1971年提出兩點建議：
①分泌蛋白的N-端含有一段特別的信號序列（signal sequence），可將多肽和核糖體引導到ER膜上；②多肽通過ER膜上的水性通道進入ER的腔中，并推測多肽是在合成的同時轉移的。
● 信號序列存在的直接證據
1972年，César Milstein和他的同事用無細胞系統(tǒng)研究免疫球蛋白（IgG）輕鏈合成時獲得了信號序列存在的直接證據， 證明Blobel等的建議是正確的。他們用分離純化的核糖體在無細胞體系中用編碼免疫球蛋白輕鏈的mRNA指導合成多肽，發(fā)現合成的多肽比分泌到細胞外的成熟的免疫球蛋白在N端有一段多出的肽鏈， 它有20個氨基酸，他們推測，這段肽具有信號作用，使IgG得以通過粗面內質網并繼而分泌到細胞外。
● 信號序列的進一步證實
G.Blobel、B.Dobberstein、P.Walter和他們的同事在上述發(fā)現的基礎上用分離的微粒體和無細胞體系進行了大量的實驗，進一步證實了信號序列的存在及其作用。
加與不加RER小泡，產物不同 當將分泌蛋白的mRNA在無細胞體系中進行翻譯時， 如果不加粗面內質網（微粒體）， 獲得的翻譯產物比從細胞中分泌出來的蛋白要長，若添加RER小泡，翻譯的產物長度與從活細胞分泌的蛋白相同。因此推測信號序列在引導蛋白進入內質網后被切除了，所以成熟的蛋白的N-端沒有信號序列。
蛋白水解酶水解實驗 在分泌蛋白進行體外翻譯的無細胞系統(tǒng)中（含有RER小泡）加入蛋白水解酶，并不能使新生肽水解。但同時加入去垢劑，則能將蛋白質水解，提示新生肽鏈是邊合成邊運輸的，因為去垢劑能夠破壞內質網的膜，使合成的蛋白質暴露于蛋白水解酶遭到降解。若無去垢劑，多肽在合成的同時就向內質網轉運，所以不受蛋白水解酶的影響。