內(nèi)吞與外排講義

1、9. 5細(xì)胞的分泌與內(nèi)吞作用將蛋白質(zhì)運(yùn)送給細(xì)胞質(zhì)膜或細(xì)胞外是通過細(xì)胞的胞吐作用(exocyt o si s),也稱細(xì)胞的分泌活動(dòng)。與分泌過程相反的是細(xì)胞的內(nèi)吞作用。9. 5.1 細(xì) 胞分泌(cell secretion)動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞將在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成而又非內(nèi)質(zhì)網(wǎng)組成部分的蛋白和 脂通過小泡運(yùn)輸?shù)姆绞浇?jīng)過高爾基體的進(jìn)一步加工和分選運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)結(jié) 構(gòu)、細(xì)胞質(zhì)膜以及細(xì)胞外的過程稱為細(xì)胞的分泌。細(xì)胞分泌活動(dòng)的過程細(xì)胞分泌活動(dòng)是非常重要的生命現(xiàn)象，整個(gè)過程涉及三種不同的細(xì)胞器和細(xì)胞 結(jié)構(gòu)(圖9-50)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細(xì)胞質(zhì)膜。這三部分相當(dāng)于三道關(guān)卡，嚴(yán)格 地控制著產(chǎn)品的質(zhì)量。這三個(gè)部分的

2、職能又是不同的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相當(dāng)于生產(chǎn)基地， 高爾基體相當(dāng)于產(chǎn)品的精加工和質(zhì)量檢測(cè)分配部門，而細(xì)胞質(zhì)膜相當(dāng)于海關(guān)。段內(nèi)用用喬作用圖9-50細(xì)胞的分泌與內(nèi)吞作用圖中顯示了由ER合成的蛋白質(zhì)經(jīng)分泌小泡通過高爾基體復(fù)合物運(yùn)向各目的地, 包括溶酶體。分泌泡分泌途徑：核糖體合成的蛋白質(zhì)與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外表面的結(jié) 合，并在ER腔中糖基化； 從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的小泡攜帶新合成并經(jīng)糖基化的蛋白到達(dá)順面高爾基體；通過膜融合，蛋白質(zhì)進(jìn)入高爾基體，并在高爾基體中進(jìn)一步加工后通過小泡轉(zhuǎn)運(yùn)到反面高爾基體，經(jīng)濃縮并經(jīng)出芽形成分泌小泡或 溶酶體小泡；分泌小泡移向質(zhì)膜，或通過組成型(4a)或通過調(diào)節(jié)型(4b)釋放小泡內(nèi)容 物；內(nèi)吞作用從細(xì)胞

3、外攝取蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)，內(nèi)吞泡或是與反面高爾基體融合 (6a)或是與溶酶體融合(6b)。組成型和調(diào)節(jié)型的分泌蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)經(jīng)高爾基體到細(xì)胞表面的物質(zhì)運(yùn)輸是通過運(yùn)輸小泡和胞吐作用不斷進(jìn)行的。這種分泌活動(dòng)分為兩種類型，組成型和調(diào)節(jié)型(圖9-51)。圖9-51組成型和調(diào)節(jié)型分泌活動(dòng)組成型分泌途徑(const it uti ve secretory pathway)這種分泌途徑中運(yùn)輸小泡持續(xù)不斷地從高爾基體運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)膜，并立即進(jìn)行膜的融合，將分泌小泡中的蛋白質(zhì)釋放到細(xì)胞外，此過程不需要任何信號(hào)的觸發(fā)， 它存在于所有類型的細(xì)胞中。組成型分泌途徑除了給細(xì)胞外提供酶、生長(zhǎng)因子和細(xì)胞外基質(zhì)成分外，也為細(xì) 胞

4、質(zhì)膜提供膜整合蛋白和膜脂。組成型分泌小泡通常稱為運(yùn)輸泡(transport vesicles),是由高爾基體反面網(wǎng)絡(luò) 對(duì)組成型分泌蛋白的識(shí)別分選后形成的。調(diào)節(jié)型分泌途徑(regul ated secret。ry pathwa y)又稱誘導(dǎo)型，見于某些特化的細(xì)胞，如內(nèi)分泌細(xì)胞。調(diào)節(jié)型分泌小泡通過出芽 離開反面高爾基網(wǎng)絡(luò)并聚集在細(xì)胞質(zhì)膜附近，當(dāng)細(xì)胞受到細(xì)胞外信號(hào)刺激時(shí)，就會(huì)與細(xì)胞質(zhì)膜融合將內(nèi)含物釋放到細(xì)胞外。如血糖的增加，細(xì)胞會(huì)發(fā)出信 號(hào)釋放 胰島素。調(diào)節(jié)型途徑中形成的小泡稱為分泌泡(secr eto ry vesi cl es)。調(diào)節(jié)型分泌有兩個(gè)特點(diǎn)：一是具有選擇性；第二個(gè)特點(diǎn)是具有濃縮作用，可

5、使被 運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)濃度提高200倍。極性細(xì)胞中的蛋白質(zhì)分選運(yùn)輸極性細(xì)胞中膜蛋白的選擇性分泌在極性細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)膜蛋白的分泌具有選擇性，主要是通過反面高爾基網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選擇性包裝，將不同部位膜蛋白包裝到不同的小泡，然后運(yùn)送到不同的部 位?；蚴峭ㄟ^轉(zhuǎn)胞吞作用(t ranscyt osi s)(圖9-52)。乂標(biāo)量白VSVG剿吞作用定向頂端分吟出一二二尸GPI tt-a f基底外熱 原中的項(xiàng) 端置白捷網(wǎng)絡(luò) 里白小畜一色一已再楣壞一*j2墉靄連接VlZ ,前迫做膜圖9-52表皮細(xì)胞的頂部和基底側(cè)質(zhì)膜蛋白的分選培養(yǎng)的M DCK表皮細(xì)胞同時(shí)被VSV和流感病毒感染，V SV糖蛋白(G蛋白)只存 在基底側(cè)質(zhì)膜中，而

6、流感病毒的HA糖蛋白僅在頂部質(zhì)膜中發(fā)現(xiàn)。如同這些病毒蛋 白，某些細(xì)胞質(zhì)膜的蛋白在反面高爾基體分選后通過特殊的運(yùn)輸小泡運(yùn)輸?shù)巾敳?和基底部的細(xì)胞質(zhì)膜。在其他的一些極性細(xì)胞中，基底和頂部質(zhì)膜蛋白先一起運(yùn) 輸?shù)交撞?，然后通過內(nèi)吞作用再將頂部質(zhì)膜蛋白分選出來運(yùn)輸?shù)巾敳俊O性細(xì)胞中的膜蛋白通過什么方式進(jìn)行選擇性運(yùn)輸?shù)模?分泌過程中的蛋白質(zhì)加工對(duì) 于細(xì)胞 質(zhì)膜蛋白和大多數(shù)分泌蛋白而 言, 開始合 成的是相當(dāng)長(zhǎng) 的沒有活 性 的 前 體 , 稱 為 前 蛋 白 (proprotein), 這 些 蛋 白 需 要 進(jìn) 一 步 加 工 才 能 成 為 成 熟 的 、 有活 性 的 蛋 白 質(zhì) , 如 血清 白

7、 蛋 白 (serum albumi n)、 胰 島 素 、 胰高 血 糖 素 、 酵母 的 a交配因子以及所有的分泌蛋白和膜蛋白，包括流感病毒的HA蛋白。一般說來，前體蛋白被酶解轉(zhuǎn)變成成熟的分子是在離開高爾基體后的分泌 小泡中進(jìn) 行的。 正常情況下, 成熟的分 泌小泡是由幾個(gè)不 成熟的小泡融合而成的 然后通過加工使蛋白質(zhì)成熟。某些前蛋白質(zhì)，包括前白蛋白(proalbumi n)在C-末端的某一位點(diǎn)切割一次， 產(chǎn)生兩個(gè)堿性的識(shí)別序列，如：Ar g-Ar g或者L ys-Ar g (圖9-53a);另外一些前蛋 白，在N-端切除幾個(gè)氨基酸或在N-端和C-端同時(shí)切除幾個(gè)氨基酸。在前胰島素 中，多余

8、的氨基酸稱為C肽，位于多肽的內(nèi)部，加工時(shí)要將C肽切除，并將兩端的A 肽和B肽通過二硫鍵連接起來(圖9-53b)才有功能。(前 組成型分初量flNHjArg ArgAlbummCOO(b)調(diào)甘型分褪景門噢島宏監(jiān)PC3內(nèi)切里白除PC 2內(nèi)切蚩口前Ly$ Arg圖9-53前白蛋白和前胰島素在組成型和調(diào)節(jié)型分泌過程中的加工在加工過程中由內(nèi)切蛋白酶切割C-末端產(chǎn)生兩個(gè)連接在一起的堿性氨基酸。(a)內(nèi)切蛋白酶成對(duì)堿性氨基酸蛋白酶(fu ri n)切割組成型分泌蛋白的前體；(b)兩個(gè)內(nèi)切蛋白酶PC2和PC3作用于調(diào)節(jié)型分泌蛋白的前體。多數(shù)此類蛋白的最后一步加工是由竣肽酶(car boxyp epti das

9、e)切除多肽鏈C-末端的兩個(gè)堿性氨基酸。 胞吐作用(exocy tosis)與膜的融合 胞吐作用胞吐作用是指真核細(xì)胞中含有待分泌物的包被小泡與質(zhì)膜融合，從而將內(nèi)含 物排出胞外的過程。在組成型分泌活動(dòng)中，胞吐作用是自發(fā)進(jìn)行的，但是在調(diào)節(jié) 型的細(xì)胞中，胞吐作用必需有信號(hào)的觸發(fā)。胞吐作用的結(jié)果一方面將分泌物釋放到細(xì)胞外，另一方面小泡的膜融入質(zhì)膜， 使質(zhì)膜得以補(bǔ)充。 膜的融合在胞吐過程中，分泌泡同細(xì)胞質(zhì)膜的融合只發(fā)生在局部細(xì)胞質(zhì)膜上。融合作用是通過融合蛋白(fu sion protein)介導(dǎo)的，這些融合蛋白位于膜的表面和膜內(nèi)，它們的作用是使兩種不同的膜靠近、接觸、最后融合。兩種膜接觸導(dǎo)致小的融合孔最

10、后兩種膜融為一體(fu si on pore)的形成(圖 9-54),圖9-54胞吐作用與膜融合模型兩種膜蛋白相互接觸；兩種膜之間形成一個(gè)封閉的孔，并逐漸擴(kuò)大；由于膜脂的擴(kuò)散，兩種膜的脂雙層融合成一體9. 5. 2 吞噬作 用與內(nèi) 吞作用(endocytosi s)細(xì)胞通過胞吐作用將細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞外，又通過內(nèi)吞作用將細(xì)胞外的 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等攝取到細(xì)胞內(nèi)以維持正常的代謝活動(dòng)。細(xì)胞的內(nèi)吞有兩種類型，一種 是吞噬細(xì)胞完成的對(duì)有害物質(zhì)的吞噬，另一種類型是通過細(xì)胞質(zhì)膜受體介導(dǎo)的對(duì) 細(xì)胞外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的內(nèi)吞吞噬作用(phagocytosis)又稱胞吃作用(cel l u l ar eat i ng)。吞噬

11、作用只限于幾種特殊的細(xì)胞類型，如變形 蟲(A mo ebae)和一些單細(xì)胞的真核生物通過吞噬作用從周圍環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)。在大多數(shù)高等動(dòng)物細(xì)胞中，吞噬作用是一種保護(hù)措施而非攝食的手段。高等動(dòng) 物具有一些特化的吞噬細(xì)胞，包括巨噬細(xì)胞(ma crop hag es)和中性粒細(xì)胞 (neutrophils)o它們通過吞噬菌體攝取和消滅感染的細(xì)菌、病毒以及損傷的細(xì)胞、 衰老的紅細(xì)胞(圖9-55)。圖9-55巨噬細(xì)胞正在吞噬衰老的紅細(xì)胞吞飲作用(pi nocyt osis)又稱胞飲作用(cel l u l ar d ri nki ng),胞吞作用的一種類型。它是一種非選擇性的 連續(xù)攝取細(xì)胞外基質(zhì)中液滴的內(nèi)吞

12、過程。吞入的物質(zhì)通常是液體或溶解物。所形 成的小囊泡的直徑小于150 nm。根據(jù)細(xì)胞外物質(zhì)是否吸附在細(xì)胞表面，將胞飲作 用分為兩種類 型：液相 內(nèi) 吞(fl ui d-phase endocyt osis)和 吸附 內(nèi)吞(absorption endocyt osis)。受體介導(dǎo) 的 內(nèi) 吞作 用(receptor-mediated endocy tosi s)種特殊類型的內(nèi)吞作用主要是用于攝取特殊的生物大分子吞入的物質(zhì)大約有50種以上的不同蛋白，包括激素、生長(zhǎng)因子、淋巴因子和一些營(yíng)養(yǎng)物 都是通過這種方式進(jìn)入細(xì)胞(表9-9)。表9-9通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞的配體激素(hormones)

13、胰島素(insulin)黃體生成素(luteinizing hormone,LH)促卵泡激素(follicle-stimulating hormone,FSH)生長(zhǎng)激素(growth hormone)催乳素(prolactin)生長(zhǎng)因子(growth factors)表皮生長(zhǎng)因子 (epidermal growth factor)血小板衍生生長(zhǎng)因子 (platelet-derived growth factor)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor)神經(jīng)生長(zhǎng)因子 (nerve growth factor)淋巴因子(lymphokines)白細(xì)胞介素(interle

14、ukins)腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factor)干擾素(interferon)集落刺激因子 (colony stimulating factor)營(yíng)養(yǎng)物(nutrients)低密度脂蛋白(LDL , cholesterol)轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin , iron)配體(l i gan d)同受體結(jié)合的物質(zhì)稱為配體（ligand）。配體可分為四大類：1 .營(yíng)養(yǎng)物，如轉(zhuǎn)鐵蛋 白、低密度脂蛋白（LDL）等；口 .有害物質(zhì)，如某些細(xì)菌；W .免疫物質(zhì)，如免疫球 蛋白、抗原等；IV.信號(hào)物質(zhì)，如胰島素等多種肽類激素等。 受體介導(dǎo)內(nèi)吞的基本特點(diǎn)有兩個(gè)特點(diǎn)：配體與受體的結(jié)合是

15、特異的，具有選擇性；要形成特殊包被的 內(nèi)吞泡。將成纖維細(xì)胞培養(yǎng)在加有轉(zhuǎn)鐵蛋白-鐵標(biāo)記的低密度脂蛋白（LD L）的培養(yǎng) 基中，可清楚地觀察到這一過程（圖9-56）。ji圖9-56低密度的脂蛋白（L D L）經(jīng)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用的起始階段的電鏡照片圖中所示是培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞質(zhì)膜對(duì)LDL的內(nèi)吞作用。LDL顆粒與含鐵的轉(zhuǎn) 鐵蛋白共價(jià)相連，電子顯微鏡下所見的黑點(diǎn)是小分子的鐵。（a）LD L與細(xì)胞表面的 受體結(jié)合并形成有網(wǎng)格蛋白包被的小窩；（b）含有L D L的被膜小窩向下凹陷逐漸形成被膜小泡；（c）含有轉(zhuǎn)鐵蛋白標(biāo)記的L D L被膜小泡；（d）含有轉(zhuǎn)鐵蛋白標(biāo)記的LD L顆粒的無被小泡（初級(jí)內(nèi)體）。基本過程

16、大致分為四個(gè)基本過程：配體與膜受體結(jié)合形成一個(gè)小窩（pit）; 小窩逐漸向內(nèi)凹陷，然后同質(zhì)膜脫離形成一個(gè)被膜小泡； 被膜小泡的外被很快解聚，形成無被小泡，即初級(jí)內(nèi)體; 初級(jí)內(nèi)體與溶酶體融合，吞噬的物質(zhì)被溶酶體的酶 水解（圖9-57）已方的淞海中小猛址一步加工阿拙懂 怦M什制有敏小奇7 脫 fl/與曲曲同榜I 口外益-,圖9-57受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用什么是受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用？有什么特點(diǎn)國(guó)？基本過程怎樣？ 受體介導(dǎo)的內(nèi)吞泡的命運(yùn)在受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用中，隨內(nèi)吞泡進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)可分為三大類：配體（獵物）、受體和膜組分，它們進(jìn)入細(xì)胞后的命運(yùn)如何呢？配體和受體的命運(yùn)在受體介導(dǎo)的內(nèi)吞中，配體基本被降解，少數(shù)

17、可被利用。大多數(shù)受體能夠再利 用，少數(shù)受體被降解。通常受體有四種可能的去向（圖9-58）。膜成分的命運(yùn)被內(nèi)吞進(jìn)來的膜成分有種可能的去向（圖9-58）受體介導(dǎo)的有袱小窩途徑有被水泡受體冉循環(huán)無被小泡初以內(nèi)體運(yùn)找小泡次級(jí)內(nèi)體運(yùn)栽小泡轉(zhuǎn)幗春作用受俸和配 體再衡環(huán)咤體粉配體 般被降鼾5 ,器髓配體被降解圖9-58受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用所涉及的途徑內(nèi)吞中，內(nèi)吞泡中的配體、受體和膜成分的去向如何？ 受體介的低 密度脂蛋 白(l ow-density li pop rotein, LD L)內(nèi) 吞作用 L D L的結(jié)構(gòu)LDL是一種球形顆粒的脂蛋白(圖9-59),直徑為22nm,核心是1 500個(gè)膽固醇酯；外面由

18、800個(gè)磷脂和500個(gè)未酯化的膽固醇分子包裹，由于外被脂分子的親水 頭露在外部，使LDL能夠溶于血液中；最外面有一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為55kDa的 蛋白，叫輔基蛋白B 100(apoli popro tein B-1 00),它能夠與特定細(xì)胞的表面受 體結(jié)合。圖9- 59 L D L顆粒結(jié)構(gòu)示意圖(a)由磷脂和未酯化的膽固醇單層構(gòu)成L D L的外膜結(jié)構(gòu)，在外膜上結(jié)合一個(gè)親 水的apo-B蛋白，該蛋白可以介導(dǎo)LDL與細(xì)胞表面的受體結(jié)合。(b)四種類型脂蛋 白的電鏡照片LDL受體蛋白LDL受體蛋白是一個(gè)單鏈的糖蛋白，由839個(gè)氨基酸組成，跨膜區(qū)由22個(gè)疏水 的氨基酸組成，為單次跨膜蛋白。L DL受體蛋

19、白合成后被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)膜，即使沒 有相應(yīng)配體的存在，L D L受體蛋白也會(huì)在細(xì)胞質(zhì)膜集中濃縮并形成被膜小窩，當(dāng)血 液中有LDL顆粒，可立即與LDL的apoB-100結(jié)合形成LDL-受體復(fù)合物。LDL的內(nèi)吞一旦LDL與受體結(jié)合，就會(huì)形成被膜小泡被細(xì)胞吞入，接著是網(wǎng)格蛋白解聚，受體回到質(zhì)膜再利用，而L DL被傳送給溶酶體，在溶酶體中蛋白質(zhì)被降解，膽固醇被釋放出來用于質(zhì)膜的裝配，或進(jìn)入其他代謝途徑(9-60)無獨(dú)小It鼻靜返回H果LDWX； MSlt IfelFIIV WLbLWA 象除*1闔那摩Apu#-100 菜口劇fl* mint a仃酸小看內(nèi)體tpH-5-OJ圖9-60受體介導(dǎo)的LDL內(nèi)吞過

20、程簡(jiǎn)述LDL經(jīng)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用被吞入細(xì)胞和被利用過程LDL與HDL的關(guān)系L D L不是血液中惟一的膽固醇運(yùn)輸劑，H D L也有類似的結(jié)構(gòu)和功能，但含有不 同的蛋白質(zhì)具有不同的生理作用。LDL主要是將肝組織的膽固醇運(yùn)向身體其他部 位的細(xì)胞。而HD L則沿相反方向運(yùn)輸，即從身體其他部位將膽固醇運(yùn)向肝組織，通 過內(nèi)吞作用被吸收并作為膽汁分泌出去。血液中L DL的升高會(huì)增加心臟病的危險(xiǎn) 性，但是血液中HDL的水平提高就會(huì)降低這種危險(xiǎn)性，因?yàn)樗梢酝ㄟ^肝來降低血 液中的L D L水平。L D L與動(dòng)脈粥樣硬化血液中LDL的水平與動(dòng)脈粥樣硬化（動(dòng)脈變窄）有極大的關(guān)系。動(dòng)脈阻塞是一個(gè) 復(fù)雜的、尚不十分清楚

21、的過程，其中也包括血管內(nèi)壁含有LDL血斑的沉積。動(dòng)脈 粥樣硬斑不僅降低血液流通，也是血凝塊形成的部位，它可阻塞血管中血液的流 通。在冠狀動(dòng)脈中形成的血凝塊會(huì)導(dǎo)致心肌梗塞。LDL受體缺陷是造成血液中LDL 水平升高的主要原因。什么是低密度脂蛋白（LDL）,與動(dòng)脈粥樣硬化（動(dòng)脈變窄）有什么關(guān)系？鐵離子的內(nèi)吞運(yùn)輸鐵是細(xì)胞內(nèi)的金屬離子，對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)具有重要作用，它是通過轉(zhuǎn)鐵蛋 白和受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用被輸入細(xì)胞的。轉(zhuǎn) 鐵蛋白(t ransfe r rin)轉(zhuǎn)鐵蛋白是細(xì)胞中鐵結(jié)合蛋白，負(fù)責(zé)將肝組織(是鐵貯藏的主要場(chǎng)所)和腸組 織的鐵向其它細(xì)胞的運(yùn)輸。沒有結(jié)合鐵的轉(zhuǎn)鐵蛋白稱作脫鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白(apot ransfe rrin),它能夠緊緊結(jié)合兩個(gè)Fe