问题所在：一个造好的蛋白质，却待错了房间
在这一阶梯前面的几篇指南里，你看着一条新生链折叠成形、得到分子伴侣的帮助、戴上它的化学装饰。但有一个我们一直没去质疑的暗暗假设：那个蛋白质已经在它该在的地方了。它几乎从来都不在。一个真核细胞——还记得基础阶梯里的那个真核生物吗——不是一间敞开的大房间，而是一栋被隔成几十个有膜围墙的隔间的大楼：细胞核、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体，以及更外面的细胞表面。一个本该在外膜上泵送离子的蛋白质，若散落在胞质里漂着，就一文不值；一个属于线粒体内部的酶，待在细胞核里也使不出力。
下面这个症结，才让它成为一道真正的难题。几乎每个蛋白质都是在同一个地方造出来的——由胞质中一台正在读 mRNA 的[[ribosome-machine|核糖体]]造出来。于是成千上万种不同的蛋白质，全都从同一个共用车间里下了线，可每一个又必须抵达一个特定的、往往被膜围起来的目的地。这里没有带标签料斗的传送带。细胞需要一套邮政系统：一种在每个蛋白质上写下地址的办法，再加上一支负责投递的阅读员与闸门的队伍。这整套物流运作，就叫[[protein-targeting|蛋白质定向运输]]（也叫蛋白质分选），正是本篇指南的主题。
邮政编码：写进蛋白质里的信号序列
这里精妙的诀窍在于：地址不是事后贴上去的——它就写在蛋白质自己的序列里，写在氨基酸本身之中。许多蛋白质都带着一小段、通常 15 到 60 个残基长的链段，它根本不属于那台干活的机器；它存在的唯一目的，就是说明这个蛋白质该去哪儿。这就是[[signal-peptide|信号序列]]（当它位于链最前端的 N 端时，常被叫作信号肽）。它相当于印在信封上的那串邮政编码。
那么，比如说一段通往内质网的邮政编码，究竟长什么样？它并不是每次都拼写得一模一样的固定单词。它更像是一类可被认出的链段：一小段以油性、怕水的残基为主的序列——一小块疏水的斑块。这背后的作用力你在前面的指南里已经遇到过了：[[molbio-hydrophobic-effect|疏水效应]]——水把油腻的东西挤到一起、推出它的地盘。细胞的投递机器并不去读一段字面文本；它感受的是那种疏水的性格，就像分拣机识别的是“一个长得像条形码的东西”，而并不在意究竟是哪几道杠。不同的目的地用不同的物理特征来给自己打广告，而正是这种物理识别，构成了整个分选的根基。
一旦地址完成了使命，它往往就被剪掉。一种叫信号肽酶的酶，会在蛋白质进入目的地的同时把信号肽切下来——这正是你在修饰那一篇里见过的[[proteolytic-processing|蛋白质水解加工]]的一个干净利落的例子，在那里，切割一个蛋白质本身就是一个有功能的步骤。成熟的蛋白质不会留下它旧地址的任何副本。这也是为什么“一个基因，一个蛋白质”太过简化的一个诚实理由：基因所编码的那个分子（带着它的信号肽），并不是最终干活的那个分子（已经没了信号肽）。
阅读员：信号识别颗粒与内质网
没有一个会读邮政编码的邮递员，邮政编码就毫无用处。对于最大的那一条单一路线——前往内质网（ER）或穿过内质网的蛋白质——这位阅读员就是[[signal-recognition-particle|信号识别颗粒]]，简称 SRP。它是蛋白质与 RNA 的一个小小搭档，在胞质中巡逻，盯着核糖体干活。一旦一段内质网信号肽在链被合成的过程中从核糖体里探出头来，SRP 就一把夹住它。而精妙之处在这里：SRP 通过抓住信号，也顺带让核糖体短暂停顿，把翻译冻结住，好让那条只造了一半的链，在还没有地方可去之前，不至于流出来缠成一团。
- 胞质中一台核糖体开始翻译一条 mRNA；从出口最先出来的那一段，就是一段内质网信号肽。
- SRP 认出那段疏水信号，与它结合，并让翻译暂停——这是一道内置的安全保险。
- SRP 连同整个核糖体，一起停靠到内质网膜上的一个 SRP 受体上——正确的地址，找到了。
- 核糖体被交接给膜上的一个蛋白质通道（移位子）；SRP 松手，转身去寻找下一位客户。
- 翻译重新启动，此时正在延伸的链一边被造出来，一边径直穿过那个通道，进入内质网（或嵌进内质网的膜壁里）。
最后那一步才是核心。由于这条链是在仍被合成的过程中——仍连着核糖体——就被送过膜上通道的，所以这条路线叫作[[cotranslational-translocation|共翻译转运]]：“共翻译”意思就是“与翻译同时进行”。这条链根本没机会先在胞质里折叠起来；它以一根细细的、未折叠的线的形式穿过膜壁，就像把绳子从舷窗里递过去，直到到了另一侧才折叠。这解决了一个实实在在的几何难题——一个已经完全折好的蛋白质实在太臃肿，挤不过一条狭窄的通道。
继续向前：分泌途径，以及留在膜里的蛋白质
抵达内质网只是上匝道，而不是目的地。内质网腔是细胞主要的蛋白质完工车间，也是分泌途径的起点——这条流水线把蛋白质一路向外送到细胞表面，乃至更远的地方。在内质网内部，一个蛋白质会被检查是否正确折叠（旁边有分子伴侣待命），它的第一批糖树被装上——你在修饰那一篇里见过的[[protein-glycosylation|糖基化]]，大部分就在这里发生——并且，起稳定作用的[[disulfide-bond|二硫键]]也在这个特别偏氧化的房间里形成，而这在偏还原的胞质里是发生不了的。只有通过质量检验的蛋白质才能继续往下走。
从内质网出发，蛋白质被打包进一个个微小的膜泡——运输小泡——它们出芽脱离、漂向高尔基体，再与之融合。高尔基体是一连串层叠的分拣站，它们修整并完成糖树、读取更进一步的地址标签，然后用另一个小泡把每个蛋白质送往它的最终一站：去细胞表面分泌、去溶酶体，或退回更早的某个站。一个注定要彻底离开细胞的蛋白质，只需搭一个小泡到达质膜，质膜向外融合、把货物倾倒进外面的世界——这就是分泌。
其他地址：细胞核、线粒体，以及翻译后的路线
内质网只是地址之一。一个要去细胞核的蛋白质带的是另一种标签，叫核定位信号——是一小块带正电荷的残基，而不是油性的。它由另一种载体来读取，那载体把已经完全折叠好的蛋白质，运过核膜上那些带闸门的大孔。关键在于：核蛋白进去时已经折好了，往往是在翻译结束之后才进去——所以这是翻译后转运，与内质网那条共翻译路线在时机上恰好相反。而且核输入是双向交通：同一种孔也让 RNA 和核糖体部件运回出来。
线粒体把翻译后这条路线展现得最为戏剧化。几乎所有线粒体蛋白质都在胞质里造出、翻译完成，然后才被运进去。但折好的蛋白质同样塞不进线粒体的输入通道，于是分子伴侣会把这条已经造好的链拽得松松垮垮、保持未折叠，直到它被送过去为止——细胞为了运输而故意让它软塌塌的，进去之后再让它折叠。一段线粒体靶向序列（同样在 N 端，同样往往一抵达就被切掉）给这些蛋白质做了标记。这种对照正是要点：内质网在链刚诞生时就把它穿进去；细胞核和线粒体接收的则是造好的链，必须让它保持、或重新变回未折叠的状态，才过得了那道闸门。
Address tags and where they route a protein
signal destination timing
------------------ ------------------- -----------------------
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在你继续往上爬之前，有两句诚实的提醒。第一，连细菌——它们根本没有内部隔间——也照样使用信号序列和一套类似 SRP 的系统，把蛋白质推过、或推进它们那唯一一层膜，所以这套机器十分古老、为各方所共有，比那些花哨的隔间出现得还要早。第二，分选并非万无一失：信号可能发生突变或被误读，一个被送错地方、或卡在通道半途的蛋白质，就是个隐患。细胞的应对之道，正是本阶梯下一篇、也是最后一篇指南的主题——当分选或折叠失败时，那个蛋白质会被打上销毁的标签、被回收，好让任何坏掉的东西，都不至于被丢在错误的房间里。