蛋白質的生產過程

  大多數內質網膜被核糖體覆蓋（如圖5a所示），因此被稱為粗面內質網，而其餘的內質網膜上缺乏核糖體，因此被稱為光面內質網。核糖體的作用是利用胺基酸製造蛋白質，即將胺基酸結合在一起，形成肽、多肽以及完整的蛋白質。一系列RNA分子參與了蛋白質的合成過程。首先，組成特定蛋白質代碼的核苷酸鹼基序列從模板DNA中被成功複製下來，這一過程被稱為轉錄（transcription），發生在細胞核內。轉錄會促使一種新的分子——信使RNA（messenger RNA， mRNA）產生。隨後，mRNA從細胞核被運輸至細胞質中，並在此過程中完成修飾（稱為剪接）。在細胞質中，mRNA與核糖體結合，此時胺基酸將被一種稱為轉運RNA的小RNA帶至核糖體中，以mRNA為模板，將胺基酸連成蛋白質，這一過程被稱為翻譯。在內質網上合成的蛋白質將進入內質網膜間隙（內腔）中（如圖5b所示）進行摺疊，形成最終的構型，並隨之被傳遞至高爾基體等其他部位（如圖5d所示）。高爾基體是由扁平的膜泡堆疊而成的膜結構，其中新合成的蛋白質被裝入囊泡中並運輸至細胞的不同部位，在這一過程中可能會進行糖基化修飾。新合成的蛋白質會經過嚴格的質量控制，如發現任何缺陷，這些蛋白將被泛素分子標記，以便迅速降解。蛋白質的錯誤摺疊將引發非常嚴重的後果，甚至將導致囊性纖維化與糖尿病等疾病的發生。隨著年齡的增長，蛋白質的質量控制機制可能會出現效率降低的情況，這將導致阿爾茨海默病和其他與年齡相關的神經退行性疾病的發生。

  新的蛋白質一旦被合成與摺疊後需要到達細胞內的最終目的地，與其他數十億個蛋白質分子一起不斷經歷合成與降解過程。一些蛋白質可能需要穿過一到兩個生物膜屏障才能到達它們發揮功能的部位。1971年，紐約洛克菲勒研究所的根特·布洛貝爾（Günter Blobel）與大衛·薩巴蒂尼（David Sabatini）提出了一個「信號假說」，即蛋白質被分配了一個行李標籤或郵政編碼，以確保它們最終到達正確的目的地。標記的形式為短序列胺基酸，被稱為拓撲學信號，它們可以附著在受體蛋白上，從而幫助蛋白通過生物膜屏障到達正確的目的地。1999年，布洛貝爾因此獲得了諾貝爾獎。這項工作解釋了幾種疾病背後的分子機制，如囊性纖維化與原發性高草酸尿（一種導致早期腎結石的疾病）。這兩種疾病的分子機制均涉及相關蛋白未能到達其正確的位置。之後，布洛貝爾捐出了100萬美元的獎金，將其用於故鄉的戰後重建工作。