問題所在：一個造好的蛋白質，卻待錯了房間
在這一階梯前面的幾篇指南裡，你看著一條新生鏈摺疊成形、得到分子伴侶的幫助、戴上它的化學裝飾。但有一個我們一直沒去質疑的暗暗假設：那個蛋白質已經在它該在的地方了。它幾乎從來都不在。一個真核細胞——還記得基礎階梯裡的那個真核生物嗎——不是一間敞開的大房間，而是一棟被隔成幾十個有膜圍牆的隔間的大樓：細胞核、粒線體、內質網、高爾基體、溶酶體，以及更外面的細胞表面。一個本該在外膜上泵送離子的蛋白質，若散落在胞質裡漂著，就一文不值；一個屬於粒線體內部的酶，待在細胞核裡也使不出力。
下面這個癥結，才讓它成為一道真正的難題。幾乎每個蛋白質都是在同一個地方造出來的——由胞質中一台正在讀 mRNA 的[[ribosome-machine|核糖體]]造出來。於是成千上萬種不同的蛋白質，全都從同一個共用車間裡下了線，可每一個又必須抵達一個特定的、往往被膜圍起來的目的地。這裡沒有帶標籤料斗的傳送帶。細胞需要一套郵政系統：一種在每個蛋白質上寫下地址的辦法，再加上一支負責投遞的閱讀員與閘門的隊伍。這整套物流運作，就叫[[protein-targeting|蛋白質定向運輸]]（也叫蛋白質分選），正是本篇指南的主題。
郵遞區號：寫進蛋白質裡的信號序列
這裡精妙的訣竅在於：地址不是事後貼上去的——它就寫在蛋白質自己的序列裡，寫在胺基酸本身之中。許多蛋白質都帶著一小段、通常 15 到 60 個殘基長的鏈段，它根本不屬於那台幹活的機器；它存在的唯一目的，就是說明這個蛋白質該去哪兒。這就是[[signal-peptide|信號序列]]（當它位於鏈最前端的 N 端時，常被叫作信號肽）。它相當於印在信封上的那串郵遞區號。
那麼，比如說一段通往內質網的郵遞區號，究竟長什麼樣？它並不是每次都拼寫得一模一樣的固定單詞。它更像是一類可被認出的鏈段：一小段以油性、怕水的殘基為主的序列——一小塊疏水的斑塊。這背後的作用力你在前面的指南裡已經遇到過了：[[molbio-hydrophobic-effect|疏水效應]]——水把油膩的東西擠到一起、推出它的地盤。細胞的投遞機器並不去讀一段字面文本；它感受的是那種疏水的性格，就像分揀機識別的是「一個長得像條碼的東西」，而並不在意究竟是哪幾道槓。不同的目的地用不同的物理特徵來給自己打廣告，而正是這種物理識別，構成了整個分選的根基。
一旦地址完成了使命，它往往就被剪掉。一種叫信號肽酶的酶，會在蛋白質進入目的地的同時把信號肽切下來——這正是你在修飾那一篇裡見過的[[proteolytic-processing|蛋白質水解加工]]的一個乾淨俐落的例子，在那裡，切割一個蛋白質本身就是一個有功能的步驟。成熟的蛋白質不會留下它舊地址的任何副本。這也是為什麼「一個基因，一個蛋白質」太過簡化的一個誠實理由：基因所編碼的那個分子（帶著它的信號肽），並不是最終幹活的那個分子（已經沒了信號肽）。
閱讀員：信號識別顆粒與內質網
沒有一個會讀郵遞區號的郵差，郵遞區號就毫無用處。對於最大的那一條單一路線——前往內質網（ER）或穿過內質網的蛋白質——這位閱讀員就是[[signal-recognition-particle|信號識別顆粒]]，簡稱 SRP。它是蛋白質與 RNA 的一個小小搭檔，在胞質中巡邏，盯著核糖體幹活。一旦一段內質網信號肽在鏈被合成的過程中從核糖體裡探出頭來，SRP 就一把夾住它。而精妙之處在這裡：SRP 透過抓住信號，也順帶讓核糖體短暫停頓，把翻譯凍結住，好讓那條只造了一半的鏈，在還沒有地方可去之前，不至於流出來纏成一團。
- 胞質中一台核糖體開始翻譯一條 mRNA；從出口最先出來的那一段，就是一段內質網信號肽。
- SRP 認出那段疏水信號，與它結合，並讓翻譯暫停——這是一道內建的安全保險。
- SRP 連同整個核糖體，一起停靠到內質網膜上的一個 SRP 受體上——正確的地址，找到了。
- 核糖體被交接給膜上的一個蛋白質通道（移位子）；SRP 鬆手，轉身去尋找下一位客戶。
- 翻譯重新啟動，此時正在延伸的鏈一邊被造出來，一邊徑直穿過那個通道，進入內質網（或嵌進內質網的膜壁裡）。
最後那一步才是核心。由於這條鏈是在仍被合成的過程中——仍連著核糖體——就被送過膜上通道的，所以這條路線叫作[[cotranslational-translocation|共翻譯轉運]]：「共翻譯」意思就是「與翻譯同時進行」。這條鏈根本沒機會先在胞質裡摺疊起來；它以一根細細的、未摺疊的線的形式穿過膜壁，就像把繩子從舷窗裡遞過去，直到到了另一側才摺疊。這解決了一個實實在在的幾何難題——一個已經完全摺好的蛋白質實在太臃腫，擠不過一條狹窄的通道。
繼續向前：分泌途徑，以及留在膜裡的蛋白質
抵達內質網只是上匝道，而不是目的地。內質網腔是細胞主要的蛋白質完工車間，也是分泌途徑的起點——這條流水線把蛋白質一路向外送到細胞表面，乃至更遠的地方。在內質網內部，一個蛋白質會被檢查是否正確摺疊（旁邊有分子伴侶待命），它的第一批糖樹被裝上——你在修飾那一篇裡見過的[[protein-glycosylation|糖基化]]，大部分就在這裡發生——並且，起穩定作用的[[disulfide-bond|二硫鍵]]也在這個特別偏氧化的房間裡形成，而這在偏還原的胞質裡是發生不了的。只有通過品質檢驗的蛋白質才能繼續往下走。
從內質網出發，蛋白質被打包進一個個微小的膜泡——運輸小泡——它們出芽脫離、漂向高爾基體，再與之融合。高爾基體是一連串層疊的分揀站，它們修整並完成糖樹、讀取更進一步的地址標籤，然後用另一個小泡把每個蛋白質送往它的最終一站：去細胞表面分泌、去溶酶體，或退回更早的某個站。一個注定要徹底離開細胞的蛋白質，只需搭一個小泡到達質膜，質膜向外融合、把貨物傾倒進外面的世界——這就是分泌。
其他地址：細胞核、粒線體，以及翻譯後的路線
內質網只是地址之一。一個要去細胞核的蛋白質帶的是另一種標籤，叫核定位信號——是一小塊帶正電荷的殘基，而不是油性的。它由另一種載體來讀取，那載體把已經完全摺疊好的蛋白質，運過核膜上那些帶閘門的大孔。關鍵在於：核蛋白進去時已經摺好了，往往是在翻譯結束之後才進去——所以這是翻譯後轉運，與內質網那條共翻譯路線在時機上恰好相反。而且核輸入是雙向交通：同一種孔也讓 RNA 和核糖體部件運回出來。
粒線體把翻譯後這條路線展現得最為戲劇化。幾乎所有粒線體蛋白質都在胞質裡造出、翻譯完成，然後才被運進去。但摺好的蛋白質同樣塞不進粒線體的輸入通道，於是分子伴侶會把這條已經造好的鏈拽得鬆鬆垮垮、保持未摺疊，直到它被送過去為止——細胞為了運輸而故意讓它軟塌塌的，進去之後再讓它摺疊。一段粒線體靶向序列（同樣在 N 端，同樣往往一抵達就被切掉）給這些蛋白質做了標記。這種對照正是要點：內質網在鏈剛誕生時就把它穿進去；細胞核和粒線體接收的則是造好的鏈，必須讓它保持、或重新變回未摺疊的狀態，才過得了那道閘門。
Address tags and where they route a protein
signal destination timing
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N-term hydrophobic ER -> secretory co-translational
(signal peptide) (secreted / membrane)
basic, +charged nucleus (in & out) post-translational, folded
N-term amphipathic mitochondrion post-translational, kept unfolded
(no signal) stay in cytosol default - nothing to remove it
co-translational : threaded through WHILE being made
post-translational: imported AFTER the chain is finished在你繼續往上爬之前，有兩句誠實的提醒。第一，連細菌——它們根本沒有內部隔間——也照樣使用信號序列和一套類似 SRP 的系統，把蛋白質推過、或推進它們那唯一一層膜，所以這套機器十分古老、為各方所共有，比那些花俏的隔間出現得還要早。第二，分選並非萬無一失：信號可能發生突變或被誤讀，一個被送錯地方、或卡在通道半途的蛋白質，就是個隱患。細胞的應對之道，正是本階梯下一篇、也是最後一篇指南的主題——當分選或摺疊失敗時，那個蛋白質會被打上銷毀的標籤、被回收，好讓任何壞掉的東西，都不至於被丟在錯誤的房間裡。