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生命既然不是混沌均一的，就必然能区分空间的方向，也就是要在不同的位置上聚集不同的物质，发生不同的生化反应，这就是生命计算自己的又一项主要内容了。
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第六章里涉及的多细胞生物的细胞分化当然是区分空间方向的极致，但哪怕一个细胞也同样拥有显著的方向差异，其中最关键的，当然就是从细胞核到细胞质再到细胞膜的内外方向，任何一个活着的细胞，都要在这三者之间定向运输物质。
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继续用正文里的内容举例。对于一个真核细胞来说，细胞核里储存着几乎所有基因，DNA在那里转录成RNA，无论信使RNA、转运RNA还是核糖体RNA，都是在细胞核里转录出来的。但这些RNA必须运出细胞核，在细胞质里组装成蛋白质翻译系统。在细胞质里，蛋白质翻译系统制造了各种各样的蛋白质，其中大部分可以就地留在细胞质里，但像RNA聚合酶、DNA聚合酶、DNA解旋酶、染色体组蛋白这样的蛋白质，就大多要送进细胞核里发挥作用，而电子传递链这样的蛋白质，又必须镶嵌在线粒体内膜上才能发挥作用。类似地，细胞质糖酵解产生的丙酮酸，以及其他生化反应产生的有机酸，都必须进入线粒体才能成为有氧呼吸的原料，而线粒体制造的ATP又必须送出线粒体才能成为整个细胞的能量通货，其中还有很大一部分要专门送到细胞核里面去，用作聚合RNA的单体。当然，细胞质还必须合成足够的脂质和蛋白质，送到细胞膜上去，及时地更新整个细胞屏障。同时，有些细胞外面的物质又要设法穿过细胞膜，运送到细胞内部各不相同的部位上去。
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你看，仅仅是正文提过的东西，就已经熙熙攘攘，好像一座最繁荣的商业城市了，可这一切物质不但既没有眼睛也没有腿，还都处在疯狂的随机运动中，这种定向运输就有些惊人了。细胞要怎样把各种物质送去恰当的地方呢？
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答案还是势阱和势垒，它们总能使随机运动的物质最终跑到该去的地方去。
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台球桌是一个二维平面，为了圈住那个鬼上身的台球，让它掉进洞里去，我们可以砌一“道”墙作为势垒。那么，细胞里的各种物质是在三维空间中随机运动，该用什么样的势垒限定运动范围呢？那当然是一“张”膜，也就是细胞的膜结构了。
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现代的细胞膜的主要成分是磷脂双分子层，这种薄膜可以允许水、氧气、二氧化碳、甲烷、低级醇这样的小分子物质自由穿透，但对于稍大一些的分子，就成了不可逾越的障碍。这有效地划分了细胞里的空间，让不同的化学反应可以集中在不同的区域内。
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比如说，真核细胞的基因里夹杂着大量的内含子，这些内含子没有编码蛋白质，但也能转录成RNA，所以刚刚转录出来的RNA必须经过各种剪接拼合，去掉所有内含子，才能成为成熟的信使RNA。反过来，如果核糖体不明就里地结合在某些尚未加工成熟的信使RNA上，那就一定会把内含子翻译成一串毫无意义的蛋白质，浪费掉许多的物质和能量。
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但有了核膜，事情就不一样了：只有加工成熟的信使RNA才能离开细胞核，进入细胞质，遇到核糖体，那些内含子就不会被多此一举地翻译出来了。
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而在线粒体中，膜结构的势垒作用更加显著。电子传递链能够制造“跨膜氢离子梯度”，就是因为线粒体内膜是氢离子难以穿透的势垒，氢离子即便堆积出了一场雷暴那样强大的电压，也不能从内膜的缝隙里硬挤过去，只能乖乖地驱动ATP合酶。
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某种物质无法穿透细胞的膜结构，而在某个局部空间里高度堆积，以至于扭转了一般的化学平衡，成为某种特殊的生化反应的专门场地，这样的情形在细胞里比比皆是。比如内质网里囤积了种类丰富的有机物，还有许许多多催化这些有机物的酶，那些多糖、脂质、磷脂、固醇等的合成作用，大多要在这里才能发生。而溶酶体就浓缩了大量的氢离子和几十种水解酶，各种报废掉的细胞物质都能在这里重新拆解成原材料，细胞外面来的东西，也能在溶酶体里分解成细胞可以利用的营养。
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总之，细胞里的膜结构作为一种强大的势垒，可以将不同物质的随机运动限定在不同的空间范围内，尤其是把不同的酶限定在不同的空间范围内。这样一来，不同的生化反应就被限定在了不同的空间范围内，而不会被随机运动破坏了。
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但这仅仅是个开头，我们势必要追问，那些各种各样的物质，如何能准确地找到对应的膜结构？更根本的，这些不同的膜结构本身是哪儿来的？也就是说，细胞里的膜结构本来都是差不多的磷脂双分子层，它们又是怎样区分成了内质网、高尔基体、溶酶体等各种各样的细胞器？
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5.势阱的势垒和势阱的势阱
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我们先来回答第一个问题：细胞的膜结构对某些物质来说是势垒，无论如何也过不去，对另外一些物质来说却是势阱，陷进去就出不来。
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细胞的磷脂双分子膜恰似一块奥利奥，两面的饼干是非常亲水的磷酸基，中间的奶油夹心就是非常疏水的烃基。所以，如果某种蛋白质的表面非常疏水，就会与膜结构的疏水夹心非常亲和，而对膜外面的水环境非常排斥，因此牢牢陷在膜结构里，出不来。所以我们在正文里常说某种蛋白质镶嵌在了细胞的膜结构上，换一种措辞，也可以说它们都陷入了膜结构布下的“势阱”。而不同的膜结构在“成分”上也有所差异，会陷入不同的蛋白质，不同的蛋白质上又有不同的结合位点，那是给不同物质量身定做的势阱。最后，不同的物质就陷入了不同的膜结构。
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对此，那些敏捷的读者又会提出这样一个问题：既然膜结构的内外表面都亲水，只有里面的夹心才疏水，那么，蛋白质又怎么可能穿透那个亲水的表面，陷入疏水的夹心中去呢？显然，这是一个被势垒包围的势阱，就好比井虽深，却盖着结实的井盖，想要掉进去也并不容易。
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这的确是个很好的问题：膜蛋白“镶嵌”在膜结构上的确是因为疏水性，但它们“进入”膜结构却不是因为疏水性，而是因为“井盖”上有专门针对膜蛋白的“编号势阱”。
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简单地说，那些需要镶嵌在膜上的蛋白质早在折叠完成之前，就在刚刚合成的肽链上留了一段特殊的氨基酸序列，被称为“信号序列”。而在细胞的各种膜结构上，又有一些对应的“蛋白质移位酶”。这些移位酶上都有跨膜通道，通道入口的三维形状正是给信号序列量身定做的势阱，于是，那些带有信号序列的肽链就会在随机运动中陷入那些通道，就好像一颗糖掉在地上乱滚，最后掉进了井盖上的透气孔——就像图增—19那样。
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而且这些通道的横截面不是透气孔那样的“O”形，而是个“C”形，在侧面留有明显的开口。所以那些肽链并不总是顺着那个通道完全穿过膜去，而可以中途横着滑出通道，顺势嵌入膜结构的疏水夹心里，然后就顺理成章地留在那里，折叠成一个成熟的膜蛋白了。[4]
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内质网、细胞膜、线粒体膜，不同的膜结构上带有不同的蛋白质移位酶[5]，可以识别不同的信号序列，这就让不同的膜蛋白各从其类，陷到了不同的膜结构里。而这还只是一个开始，膜蛋白自己也有这样那样的结合位点，都是给另外一些物质量身定做的势阱，如果这种“另外一些物质”又是另一种带有结合位点的蛋白质，那这个势阱套势阱的过程还能层层递进下去。ATP合酶、电子传递链里的复合物乃至细菌的鞭毛，也就全都在不同的膜结构上组装出来，“各行其是”了。
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图增—19 以内质网为例，展示信号序列的工作原理。图中，通道蛋白、信号识别粒子受体、核糖体受体和信号序列酶共同构成了蛋白质移位酶的主体，它们可以让一个新合成的蛋白质镶嵌在内质网膜上。另外，信号序列在肽链上的不同位置可以让蛋白质以不同的形式进入蛋白质移位酶，然后以不同的方式镶嵌在内质网膜上，或者直接进入内质网腔。（作者绘）
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像这样，给生物大分子编号，让它们在随机运动中落入与编号对应的势阱中去，达到结果上的“定向运输”，正是细胞最常用的“寻址算法”。除了不同部位的膜蛋白有不同的信号序列，去往各种细胞器的蛋白质也都有各种各样的“靶序列”，相应地，各种细胞器上也存在着形形色色的“识别受体”，都是一些带有结合位点的蛋白质。
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