細胞的分泌與內吞作用細胞的分泌與內吞作用細胞的分泌與內吞作用將蛋白質運送給細胞質膜或細胞外是通過細胞的胞吐作用（exocytosis），也稱細胞的分泌活動。與分泌過程相反的是細胞的內吞作用。9.5.1細胞分泌（cellsecretion）動物細胞和植物細胞將在粗面內質網上合成而又非內質網組成部分的蛋白和脂通過小泡運輸的方式經過高爾基體的進一步加工和分選運送到細胞內相應結構、細胞質膜以及細胞外的過程稱為細胞的分泌?！黾毎置诨顒拥倪^程細胞分泌活動是非常重要的生命現象，整個過程涉及三種不同的細胞器和細胞結構（圖9-50）∶內質網、高爾基體、細胞質膜。這三部分相當于三道關卡，嚴格地控制著產品的質量。這三個部分的職能又是不同的，內質網相當于生產基地，高爾基體相當于產品的精加工和質量檢測分配部門，而細胞質膜相當于海關。圖9-50細胞的分泌與內吞作用圖中顯示了由ER合成的蛋白質經分泌小泡通過高爾基體復合物運向各目的地，包括溶酶體。分泌泡分泌途徑：①核糖體合成的蛋白質與粗面內質網外表面的結合，并在ER腔中糖基化；②從內質網形成的小泡攜帶新合成并經糖基化的蛋白到達順面高爾基體；③通過膜融合，蛋白質進入高爾基體，并在高爾基體中進一步加工后通過小泡轉運到反面高爾基體，經濃縮并經出芽形成④分泌小泡或⑤溶酶體小泡；分泌小泡移向質膜，或通過組成型（4a）或通過調節(jié)型（4b）釋放小泡內容物；⑥內吞作用從細胞外攝取蛋白質或其他物質，內吞泡或是與反面高爾基體融合（6a）或是與溶酶體融合（6b）。［醫(yī)學教育網

搜集整理］■組成型和調節(jié)型的分泌蛋白質從內質網經高爾基體到細胞表面的物質運輸是通過運輸小泡和胞吐作用不斷進行的。這種分泌活動分為兩種類型，組成型和調節(jié)型（圖9-51）。圖9-51組成型和調節(jié)型分泌活動●組成型分泌途徑（constitutivesecretorypathway）這種分泌途徑中運輸小泡持續(xù)不斷地從高爾基體運送到細胞質膜，并立即進行膜的融合，將分泌小泡中的蛋白質釋放到細胞外，此過程不需要任何信號的觸發(fā)，它存在于所有類型的細胞中。組成型分泌途徑除了給細胞外提供酶、生長因子和細胞外基質成分外，也為細胞質膜提供膜整合蛋白和膜脂。組成型分泌小泡通常稱為運輸泡（transportvesicles），是由高爾基體反面網絡對組成型分泌蛋白的識別分選后形成的?！裾{節(jié)型分泌途徑（regulatedsecretorypathway）又稱誘導型，見于某些特化的細胞，如\o"內分泌"內分泌細胞。調節(jié)型分泌小泡通過出芽離開反面高爾基網絡并聚集在細胞質膜附近，當細胞受到細胞外信號刺激時，就會與細胞質膜融合將內含物釋放到細胞外。如血糖的增加，細胞會發(fā)出信號釋放胰島素。調節(jié)型途徑中形成的小泡稱為分泌泡（secretoryvesicles）。調節(jié)型分泌有兩個特點：一是具有選擇性；第二個特點是具有濃縮作用，可使被運輸的物質濃度提高200倍?！鰳O性細胞中的蛋白質分選運輸●極性細胞中膜蛋白的選擇性分泌在極性細胞中，細胞質膜蛋白的分泌具有選擇性，主要是通過反面高爾基網絡進行選擇性包裝，將不同部位膜蛋白包裝到不同的小泡，然后運送到不同的部位。或是通過轉胞吞作用（transcytosis）（圖9-52）。圖9-52表皮細胞的頂部和基底側質膜蛋白的分選培養(yǎng)的MDCK表皮細胞同時被VSV和流感病毒感染，VSV糖蛋白（G蛋白）只存在基底側質膜中，而流感病毒的HA糖蛋白僅在頂部質膜中發(fā)現。如同這些病毒蛋白，某些細胞質膜的蛋白在反面高爾基體分選后通過特殊的運輸小泡運輸到頂部和基底部的細胞質膜。在其他的一些極性細胞中，基底和頂部質膜蛋白先一起運輸到基底部，然后通過內吞作用再將頂部質膜蛋白分選出來運輸到頂部。■分泌過程中的蛋白質加工●對于細胞質膜蛋白和大多數分泌蛋白而言，開始合成的是相當長的沒有活性的前體，稱為前蛋白（proprotein），這些蛋白需要進一步加工才能成為成熟的、有活性的蛋白質，如血清白蛋白（serumalbumin）、胰島素、胰高血糖素、酵母的α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，前體蛋白被酶解轉變成成熟的分子是在離開高爾基體后的分泌小泡中進行的。正常情況下，成熟的分泌小泡是由幾個不成熟的小泡融合而成的，然后通過加工使蛋白質成熟?！衲承┣暗鞍踪|，包括前白蛋白（proalbumin）在C-末端的某一位點切割一次，產生兩個堿性的識別序列，如∶Arg-Arg或者Lys-Arg（圖9-53a）；另外一些前蛋白，在N-端切除幾個氨基酸或在N-端和C-端同時切除幾個氨基酸。在前胰島素中，多余的氨基酸稱為C肽，位于多肽的內部，加工時要將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。圖9-53前白蛋白和前胰島素在組成型和調節(jié)型分泌過程中的加工在加工過程中由內切蛋白酶切割C-末端，產生兩個連接在一起的堿性氨基酸。（a）內切蛋白酶——成對堿性氨基酸蛋白酶（furin）切割組成型分泌蛋白的前體；（b）兩個內切蛋白酶PC2和PC3作用于調節(jié)型分泌蛋白的前體。多數此類蛋白的最后一步加工是由羧肽酶（carboxypeptidase）切除多肽鏈C-末端的兩個堿性氨基酸?！霭伦饔茫╡xocytosis）與膜的融合●胞吐作用胞吐作用是指真核細胞中含有待分泌物的包被小泡與質膜融合，從而將內含物排出胞外的過程。在組成型分泌活動中，胞吐作用是自發(fā)進行的，但是在調節(jié)型的細胞中，胞吐作用必需有信號的觸發(fā)。胞吐作用的結果一方面將分泌物釋放到細胞外，另一方面小泡的膜融入質膜，使質膜得以補充?！衲さ娜诤显诎逻^程中，分泌泡同細胞質膜的融合只發(fā)生在局部細胞質膜上。融合作用是通過融合蛋白（fusionprotein）介導的，這些融合蛋白位于膜的表面和膜內，它們的作用是使兩種不同的膜靠近、接觸、最后融合。兩種膜接觸導致小的融合孔（fusionpore）的形成（圖9-54），最后兩種膜融為一體。圖9-54胞吐作用與膜融合模型①兩種膜蛋白相互接觸；②兩種膜之間形成一個封閉的孔，并逐漸擴大；③由于膜脂的擴散，兩種膜的脂雙層融合成一體。溶酶體的功能溶酶體的功能溶酶體的功能溶酶體的主要功能是消化作用（圖9-39）。其消化底物的來源有三種途徑：①自體吞噬（autophagy），吞噬的是細胞內原有的物質；②通過吞噬形成的吞噬體（phagosome）提供的有害物質；③通過內吞作用（endocytosis）提供的營養(yǎng)物質。由于吞噬作用和內吞作用提供的被消化的物質都是來自細胞外，又將這兩種來源的物質消化作用統(tǒng)稱為異體吞噬（heterophagy）。圖9-39溶酶體的類型及在細胞消化過程中的作用圖中簡示了溶酶體的四種消化作用：A.吞噬作用；B自噬作用；C.自溶作用；D.細胞外消化作用。■吞噬作用（phagocytosis）●吞噬作用外來的有害物質被吞入細胞后，即形成由膜包裹的吞噬小體（phagosome），初級溶酶體很快同吞噬體融合形成次級溶酶體，此時溶酶體中的底物是從細胞外攝取的，故為異噬性的溶酶體，在異噬性的溶酶體中吞噬物被酶水解（圖9-40）。圖9-40吞噬作用吞噬作用的第一階段是細胞質膜上的受體與細菌結合，然后將被感染的細菌包裹起來形成吞噬體，接著是溶酶體與吞噬體融合，通過溶酶體酶的作用將被吞噬的細菌降解。●吞噬細胞多細胞的動物具有專門的吞噬細胞，即巨噬細胞（macrophages）和中性粒細胞（neutrophils）擔任機體中的保護防御任務。［醫(yī)學教育網搜集整理］吞噬作用也是細胞獲取營養(yǎng)的一種方式，細胞通過內吞作用將一些營養(yǎng)物質包進內吞體，最后與溶酶體融合，在溶酶體酶的作用下，將吞進的營養(yǎng)物質消化形成可直接利用的小分子用于合成代謝。吞噬作用也包括對衰老的、進入編程死亡的細胞的吞噬?！鲎允勺饔茫╝utophagy）●自噬作用自噬作用主要是清除降解細胞內受損傷的細胞結構、衰老的細胞器、以及不再需要的生物大分子等（圖9-41）。圖9-41自噬作用電鏡照片所示是衰老的線粒體和過氧化物酶體被包裹在一個雙層膜結構中，該膜來自于內質網。被ER膜包裹而成的自噬體將會與溶酶體融合，進而被溶酶體酶降解?！褡允勺饔玫囊饬x●吞噬過程被吞噬的細胞器和生物大分子先要被內質網的膜包裹起來形成自噬泡（autophagicvacuole，圖9-42），然后與初級溶酶體融合形成次級溶酶體，即自噬性的溶酶體，融合后的底物被溶酶體酶消化。圖9-42自體吞噬泡形成的機制內質網形成一個雙膜的杯形結構（a，b），衰老的細胞器（線粒體）從杯口進入（c），然后封口（d），形成雙膜的小泡。小泡與成熟的溶酶體融合（e），或與來自溶酶體分泌小泡融合（f），溶酶體的酶降解融合泡中的底物（g）?！鲎匀茏饔茫╝utolysis）自溶作用是細胞的自我毀滅（cellularself-destruction），即溶酶體將酶釋放出來將自身細胞降解。在正常情況下，溶酶體的膜是十分穩(wěn)定的，不會對細胞自身造成傷害。如果細胞受到嚴重損傷，造成溶酶體破裂，那么細胞就會在溶酶體酶的作用下被降解，如某些紅細胞常會有這種情況發(fā)生。在多細胞生物的發(fā)育過程中，自溶對于形態(tài)建成具有重要作用。吞噬作用與內吞作用（endocytosis）吞噬作用與內吞作用（endocytosis）吞噬作用與內吞作用（endocytosis）細胞通過胞吐作用將細胞內的物質運送到細胞外，又通過內吞作用將細胞外的營養(yǎng)物質等攝取到細胞內以維持正常的代謝活動。細胞的內吞有兩種類型，一種是吞噬細胞完成的對有害物質的吞噬，另一種類型是通過細胞質膜受體介導的對細胞外營養(yǎng)物質的內吞?！鐾淌勺饔茫╬hagocytosis）又稱胞吃作用（cellulareating）。吞噬作用只限于幾種特殊的細胞類型，如變形蟲（Amoebae）和一些單細胞的真核生物通過吞噬作用從周圍環(huán)境中攝取營養(yǎng)。在大多數高等動物細胞中，吞噬作用是一種保護措施而非攝食的手段。高等動物具有一些特化的吞噬細胞，包括巨噬細胞（macrophages）和中性粒細胞（neutrophils）。它們通過吞噬菌體攝取和消滅感染的細菌、病毒以及損傷的細胞、衰老的紅細胞（圖9-55）。圖9-55巨噬細胞正在吞噬衰老的紅細胞■吞飲作用（pinocytosis）又稱胞飲作用（cellulardrinking），胞吞作用的一種類型。它是一種非選擇性的連續(xù)攝取細胞外基質中液滴的內吞過程。吞入的物質通常是液體或溶解物。所形成的小囊泡的直徑小于150nm.根據細胞外物質是否吸附在細胞表面，將胞飲作用分為兩種類型：液相內吞（fluid-phaseendocytosis）和吸附內吞（absorptionendocytosis）?！鍪荏w介導的內吞作用（receptor-mediatedendocytosis）一種特殊類型的內吞作用，主要是用于攝取特殊的生物大分子?！裢倘氲奈镔|大約有50種以上的不同蛋白，包括激素、生長因子、淋巴因子和一些營養(yǎng)物都是通過這種方式進入細胞（表9-9）。表9-9通過受體介導的內吞作用進入細胞的配體激素（hormones）胰島素（insulin）黃體生成素（luteinizinghormone,LH）促卵泡激素（follicle-stimulatinghormone,FSH）生長激素（growthhormone）催乳素（prolactin）生長因子（growthfactors）表皮生長因子（epidermalgrowthfactor）血小板衍生生長因子（platelet-derivedgrowthfactor）轉化生長因子（transforminggrowthfactor）神經生長因子（nervegrowthfactor）淋巴因子（lymphokines）白細胞介素（interleukins）腫瘤壞死因子（tumornecrosisfactor）干擾素（interferon）集落刺激因子（colonystimulatingfactor）營養(yǎng)物（nutrients）低密度脂蛋白（LDL，cholesterol）轉鐵蛋白（transferrin，iron）●配體（ligand）同受體結合的物質稱為配體（ligand）。配體可分為四大類：Ⅰ。營養(yǎng)物，如轉鐵蛋白、低密度脂蛋白（LDL）等；Ⅱ。有害物質，如某些細菌；Ⅲ。免疫物質，如免疫球蛋白、抗原等；Ⅳ。信號物質，如胰島素等多種肽類激素等。●受體介導內吞的基本特點有兩個特點：①配體與受體的結合是特異的，具有選擇性；②要形成特殊包被的內吞泡。將成纖維細胞培養(yǎng)在加有轉鐵蛋白-鐵標記的低密度脂蛋白（LDL）的培養(yǎng)基中，可清楚地觀察到這一過程（圖9-56）。圖9-56低密度的脂蛋白（LDL）經受體介導的內吞作用的起始階段的電鏡照片圖中所示是培養(yǎng)的成纖維細胞質膜對LDL的內吞作用。LDL顆粒與含鐵的轉鐵蛋白共價相連，電子顯微鏡下所見的黑點是小分子的鐵。（a）LDL與細胞表面的受體結合并形成有網格蛋白包被的小窩；（b）含有LDL的被膜小窩向下凹陷逐漸形成被膜小泡；（c）含有轉鐵蛋白標記的LDL被膜小泡；（d）含有轉鐵蛋白標記的LDL顆粒的無被小泡（初級內體）。●基本過程大致分為四個基本過程∶①配體與膜受體結合形成一個小窩（pit）；②小窩逐漸向內凹陷，然后同質膜脫離形成一個被膜小泡；③被膜小泡的外被很快解聚，形成無被小泡，即初級內體；④初級內體與溶酶體融合，吞噬的物質被溶酶體的酶水解（圖9-57）。圖9-57受體介導的內吞作用●配體和受體的命運在受體介導的內吞中，配體基本被降解，少數可被利用。大多數受體能夠再利用，少數受體被降解。通常受體有四種可能的去向（圖9-58）。●膜成分的命運被內吞進來的膜成分有三種可能的去向（圖9-58）。圖9-58受體介導的內吞作用所涉及的途徑受體介導的內吞中，內吞泡中的配體、受體和膜成分的去向如何？■受體介導的低密度脂蛋白（low-densitylipoprotein，LDL）內吞作用●LDL的結構LDL是一種球形顆粒的脂蛋白（圖9-59），直徑為22nm，核心是1500個膽固醇酯；外面由800個磷脂和500個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；最外面有一個相對分子質量為55kDa的蛋白，叫輔基蛋白B——100（apolipoproteinB-100），它能夠與特定細胞的表面受體結合。圖9-59LDL顆粒結構示意圖（a）由磷脂和未酯化的膽固醇單層構成LDL的外膜結構，在外膜上結合一個親水的apo-B蛋白，該蛋白可以介導LDL與細胞表面的受體結合。（b）四種類型脂蛋白的電鏡照片●LDL受體蛋白LDL受體蛋白是一個單鏈的糖蛋白，由839個氨基酸組成，跨膜區(qū)由22個疏水的氨基酸組成，為單次跨膜蛋白。LDL受體蛋白合成后被運輸到細胞質膜，即使沒有相應配體的存在，LDL受體蛋白也會在細胞質膜集中濃縮并形成被膜小窩，當血液中有LDL顆粒，可立即與LDL的apoB-100結合形成LDL-受體復合物。●LDL的內吞一旦LDL與受體結合，就會形成被膜小泡被細胞吞入，接著是網格蛋白解聚，受體回到質膜再利用，而LDL被傳送給溶酶體，在溶酶體中蛋白質被降解，膽固醇被釋放出來用于質膜的裝配，或進入其他代謝途徑（9-60）。圖9-60受體介導的LDL內吞過程簡述LDL經受體介導的內吞作用被吞入細胞和被利用過程?！鲨F離子的內吞運輸鐵是細胞內的金屬離子，對細胞的生命活動具有重要作用，它是通過轉鐵蛋白和受體介導的內吞作用被輸入細胞的。●轉鐵蛋白（transferrin）轉鐵蛋白是細胞中鐵結合蛋白，負責將肝組織（是鐵貯藏的主要場所）和腸組織的鐵向其它細胞的運輸。沒有結合鐵的轉鐵蛋白稱作脫鐵轉鐵蛋白（apotransferrin），它能夠緊緊結合兩個Fe3+，此時稱為鐵結合轉鐵蛋白（ferrotransferrin）?！耔F的運輸所有生長中的細胞表面都有鐵結合轉鐵蛋白的受體，在中性pH條件下與鐵結合轉鐵蛋白與鐵結合，然后通過內吞作用進入細胞。在細胞內，在內體的酸性環(huán)境中，轉鐵蛋白釋放出鐵，但是轉鐵蛋白仍然同膜受體結合，并與受體一起回到質膜；當細胞外環(huán)境變成中性時，轉鐵蛋白同受體脫離，并自由地結合鐵，然后又開始新一輪循環(huán)。實際上，轉鐵蛋白穿梭于細胞外液體和內體之間，避開了溶酶體，快速傳遞細胞生長所需的鐵（圖9-61）。圖9-61生長細胞中轉鐵蛋白的循環(huán)■轉胞吞作用（transcytosis）轉胞吞作用是一種特殊的內吞作用，受體和配體在內吞中并未作任何處理，只是經細胞內轉運到相反的方向，然后通過胞吐作用，將內吞物釋放到細胞外，這種內吞主要發(fā)生在極性細胞中，如抗體轉運到血液和奶汁就是這種運輸（圖9-62）。圖9-62母體IgG免疫球蛋白跨過新生鼠表皮細胞的轉胞吞作用配體跨細胞的轉運同時涉及胞吞作用與胞吐作用。在新生的小鼠中，腸腔內的pH=6，而表皮的相對一側（朝向血管）的pH=7，表皮細胞質膜上的Fc受體在pH=6或更低時與IgG的Fc結合，在pH=7時不能結合。在腔面形成的含有Fc受體-IgG復合物的內吞體跨細胞移動并與基膜融合，釋放出IgG，卸載的受體通過轉胞吞作用回到原來的質膜運輸小泡的類型和分選信號。運輸小泡的類型和分選信號小泡運輸的分子機理（molecularmechanismofvesiculartraffic）膜結合核糖體合成的蛋白質進入內質網后的運輸是通過小泡轉運實現的，其機理涉及三個基本問題：①小泡是怎樣形成的？②不同類型小泡如何準確到達作用部位？③小泡與細胞質膜、小泡與小泡之間是怎樣融合的？運輸小泡的類型和分選信號在細胞分泌和內吞過程中，從膜上形成的小泡通常由不同的蛋白質包被，因此稱為被膜小泡（coatedvesicles），有三種類型的被膜小泡（圖9-63）。圖9-63在細胞分泌和內吞途徑中三種類型的被膜小泡及運輸途徑■分泌小泡的類型●披網格蛋白小泡（clathrin-coatedvesicle）由網格蛋白形成的被膜小泡，介導從反面高爾基體網絡到細胞質膜、從細胞質膜到反面高爾基網絡的運輸。從高爾基體反面網絡形成的披網格蛋白小泡與從細胞質膜形成的披網格蛋白小泡所用的銜接蛋白（adaptin）是不同的。在披網格蛋白小泡形成過程中，網格蛋白同膜受體結合，形成被膜小窩，并逐漸使被膜小窩下陷，最后同膜脫離形成一個包有網格蛋白外被的小泡。據估計，在培養(yǎng)的成纖維細胞中，每分鐘大約有2500個披網格蛋白小泡從質膜上脫離下來。醫(yī)學教育網●COPⅡ被膜小泡（COPⅡcoatedvesicle）這種類型的小泡是介導非選擇性運輸的小泡，它參與從ER到順面高爾基體、從順面高爾基體到高爾基體中間膜囊、從中間膜囊到反面高爾基體的運輸。這種小泡的外被是外被蛋白COPⅡ（coatproteinⅡ，COPⅡ），外被蛋白是一個大的復合體，稱為外被體（coatomer），●COPⅠ被膜小泡（COPⅠcoatedvesicle），主要介導蛋白質從高爾基體運回內質網，包括從反面高爾基體運向順面高爾基體，以及將蛋白質從反面高爾基體運回到內質網。雖然已經發(fā)現了三種類型的運輸小泡介導不同途徑的運輸，但還不清楚組成型運輸小泡是如何包被的。三種不同小泡雖然有很多差異，但在小泡形成的方式和所需的成份基本一致（圖9-64）。圖9-64參與被膜小泡出芽形成的一些組分出芽形成被膜小泡時需要小GTP結合蛋白、外被體和銜接蛋白、膜受體蛋白等?！袢N類型小泡間的差異三種類型小泡不僅外被蛋白不同，小泡形成時所需的小GTP結合蛋白和銜接蛋白也不相同（表9-10）。表9-10三種不同類型小泡的外被蛋白、銜接蛋白及運輸路線■小泡運輸的分選信號三種不同類型運輸小泡的形成和定向運輸都是由信號指導的。如KDEL信號是內質網蛋白的滯留信號，因此KDEL是COPⅠ型小泡形成的信號。小泡形成不僅需要信號，同時也需要銜接蛋白和信號受體，表9-11綜合了三種類型運輸小泡的一些信號、受體和銜接分子。披網格蛋白小泡形成的機理披網格蛋白小泡形成的機理披網格蛋白小泡形成的機理在大量進行內吞活動的細胞（如肝細胞、成纖維細胞）中，細胞質膜有許多網格蛋白小窩（圖9-65）。這些小窩的形成需要很多銜接子（adapter）和網格蛋白，小泡最后與質膜的脫離還需要一種稱作發(fā)動蛋白（dynamin）的GTP結合蛋白。圖9-65成纖維細胞質面的網格蛋白被膜小窩的電子顯微鏡照片■網格蛋白（clathrin）及包被亞基（coatsubunits）典型的披網格蛋白小泡的直徑為50～100nm.網格蛋白由相對分子質量為180kDa的重鏈和