細胞内通信

その多くの異なるDNA、RNA、およびタンパク質分子を持つ細胞は、同じ成分を含む試験管とは全く異 細胞が試験管に溶解すると、何千もの異なる種類の分子がランダムに混合されます。 しかし、生きている細胞では、これらの成分は特定の場所に保持され、細胞の成長および分裂に不可欠な高度の組織化を反映している。 自発的な化学反応は常に混乱を引き起こすため、この内部組織を維持するには、エネルギーの継続的な入力が必要です。 したがって、ATP加水分解によって放出されるエネルギーの多くは、細胞内の高分子を組織化するプロセスに燃料を供給する。

真核細胞を電子顕微鏡で高倍率で調べると、特定の膜結合オルガネラが内部を様々なサブコンパートメントに分割することが明らかになる。 電子顕微鏡では検出できないが、生化学的アッセイから、各オルガネラが異なる一組の高分子を含むことは明らかである。 この生化学的分離は、各区画の機能的特殊化を反映している。 従って、細胞のATPのほとんどを作り出すmitochondriaはtricarboxylic酸周期および酸化リン酸化を遂行するのに必要とされる酵素すべてを含んでいます。 同様に、不要な高分子の細胞内消化に必要な分解酵素は、リソソームに限定される。

細胞核内の遺伝子によって指定された多くの異なるタンパク質は、それらが使用されるコンパートメントに輸送されなければならないことは、この機能的分離から明らかである。 驚くことではないが、細胞は、この細胞内秩序だけを維持することに専念する広範な膜結合系を含む。 このシステムは郵便局として機能し、新たに合成された高分子の適切な宛先への適切なルーティングを保証する。

すべてのタンパク質は、サイトゾルに位置するリボソーム上で合成される。 タンパク質のアミノ酸配列の最初の部分がリボソームから出てくるとすぐに、それは短い”小胞体（ER）シグナル配列の存在について検査される。”このような配列を持つタンパク質を作るリボソームは、ER膜の表面に輸送され、そこで合成が完了し、これらのリボソームで作られたタンパク質は、すぐにER膜を介してERコンパートメントの内側に移される。 ERシグナル配列を欠いているタンパク質は、サイトゾルに残り、それらの合成が完了するとリボソームから放出される。 この化学的決定プロセスは、細胞質内の広範な膜境界コンパートメント内の細胞質ゾルと他の中にいくつかの新たに完了したタンパク質鎖を配置し、細胞内タンパク質選別の最初のステップを表します。

両方の細胞区画で新しく作られたタンパク質は、それらに含まれる追加のシグナル配列に従ってさらにソートされます。

細胞質ゾル中のタンパク質のいくつかはそこに残り、他のものはミトコンドリアの表面または（植物細胞内の）葉緑体に移動し、そこで膜を通って細胞小器官に移動する。 これらのタンパク質のそれぞれのサブシグナルは、細胞小器官内のタンパク質が属する場所を正確に指定します。 最初にERに分類されたタンパク質は、より広い範囲の目的地を有する。 それらのうちのいくつかは小胞体に残り、オルガネラの一部として機能する。 ほとんどは輸送小胞に入り、ゴルジ装置に入り、少なくとも三つのサブコンパートメントを含む膜有界オルガネラを分離する。 いくつかのタンパク質はゴルジ体のサブコンパートメントに保持され、そこでそれらはそのオルガネラ特有の機能に利用される。 ほとんどは最終的に、細胞膜、リソソーム、または特別な分泌小胞のような他の細胞の目的地のためにゴルジを残す小胞に入る。 （詳細については、以下の内部膜を参照してください。)