内吞与外排讲义

1、9. 5细胞的分泌与内吞作用将蛋白质运送给细胞质膜或细胞外是通过细胞的胞吐作用(exocyt o si s),也称细胞的分泌活动。与分泌过程相反的是细胞的内吞作用。9. 5.1 细 胞分泌(cell secretion)动物细胞和植物细胞将在粗面内质网上合成而又非内质网组成部分的蛋白和 脂通过小泡运输的方式经过高尔基体的进一步加工和分选运送到细胞内相应结 构、细胞质膜以及细胞外的过程称为细胞的分泌。细胞分泌活动的过程细胞分泌活动是非常重要的生命现象，整个过程涉及三种不同的细胞器和细胞 结构(图9-50)：内质网、高尔基体、细胞质膜。这三部分相当于三道关卡，严格 地控制着产品的质量。这三个部分的

2、职能又是不同的，内质网相当于生产基地， 高尔基体相当于产品的精加工和质量检测分配部门，而细胞质膜相当于海关。段内用用乔作用图9-50细胞的分泌与内吞作用图中显示了由ER合成的蛋白质经分泌小泡通过高尔基体复合物运向各目的地, 包括溶酶体。分泌泡分泌途径：核糖体合成的蛋白质与粗面内质网外表面的结 合，并在ER腔中糖基化； 从内质网形成的小泡携带新合成并经糖基化的蛋白到达顺面高尔基体；通过膜融合，蛋白质进入高尔基体，并在高尔基体中进一步加工后通过小泡转运到反面高尔基体，经浓缩并经出芽形成分泌小泡或 溶酶体小泡；分泌小泡移向质膜，或通过组成型(4a)或通过调节型(4b)释放小泡内容 物；内吞作用从细胞

3、外摄取蛋白质或其他物质，内吞泡或是与反面高尔基体融合 (6a)或是与溶酶体融合(6b)。组成型和调节型的分泌蛋白质从内质网经高尔基体到细胞表面的物质运输是通过运输小泡和胞吐作用不断进行的。这种分泌活动分为两种类型，组成型和调节型(图9-51)。图9-51组成型和调节型分泌活动组成型分泌途径(const it uti ve secretory pathway)这种分泌途径中运输小泡持续不断地从高尔基体运送到细胞质膜，并立即进行膜的融合，将分泌小泡中的蛋白质释放到细胞外，此过程不需要任何信号的触发， 它存在于所有类型的细胞中。组成型分泌途径除了给细胞外提供酶、生长因子和细胞外基质成分外，也为细 胞

4、质膜提供膜整合蛋白和膜脂。组成型分泌小泡通常称为运输泡(transport vesicles),是由高尔基体反面网络 对组成型分泌蛋白的识别分选后形成的。调节型分泌途径(regul ated secret。ry pathwa y)又称诱导型，见于某些特化的细胞，如内分泌细胞。调节型分泌小泡通过出芽 离开反面高尔基网络并聚集在细胞质膜附近，当细胞受到细胞外信号刺激时，就会与细胞质膜融合将内含物释放到细胞外。如血糖的增加，细胞会发出信 号释放 胰岛素。调节型途径中形成的小泡称为分泌泡(secr eto ry vesi cl es)。调节型分泌有两个特点：一是具有选择性；第二个特点是具有浓缩作用，可

5、使被 运输的物质浓度提高200倍。极性细胞中的蛋白质分选运输极性细胞中膜蛋白的选择性分泌在极性细胞中，细胞质膜蛋白的分泌具有选择性，主要是通过反面高尔基网络进行选择性包装，将不同部位膜蛋白包装到不同的小泡，然后运送到不同的部 位。或是通过转胞吞作用(t ranscyt osi s)(图9-52)。乂标量白VSVG剿吞作用定向顶端分吟出一二二尸GPI tt-a f基底外热 原中的项 端置白捷网络 里白小畜一色一已再楣坏一*j2墉霭连接VlZ ,前迫做膜图9-52表皮细胞的顶部和基底侧质膜蛋白的分选培养的M DCK表皮细胞同时被VSV和流感病毒感染，V SV糖蛋白(G蛋白)只存 在基底侧质膜中，而

6、流感病毒的HA糖蛋白仅在顶部质膜中发现。如同这些病毒蛋 白，某些细胞质膜的蛋白在反面高尔基体分选后通过特殊的运输小泡运输到顶部 和基底部的细胞质膜。在其他的一些极性细胞中，基底和顶部质膜蛋白先一起运 输到基底部，然后通过内吞作用再将顶部质膜蛋白分选出来运输到顶部。极性细胞中的膜蛋白通过什么方式进行选择性运输的？ 分泌过程中的蛋白质加工对 于细胞 质膜蛋白和大多数分泌蛋白而 言, 开始合 成的是相当长 的没有活 性 的 前 体 , 称 为 前 蛋 白 (proprotein), 这 些 蛋 白 需 要 进 一 步 加 工 才 能 成 为 成 熟 的 、 有活 性 的 蛋 白 质 , 如 血清 白

7、 蛋 白 (serum albumi n)、 胰 岛 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。一般说来，前体蛋白被酶解转变成成熟的分子是在离开高尔基体后的分泌 小泡中进 行的。 正常情况下, 成熟的分 泌小泡是由几个不 成熟的小泡融合而成的 然后通过加工使蛋白质成熟。某些前蛋白质，包括前白蛋白(proalbumi n)在C-末端的某一位点切割一次， 产生两个碱性的识别序列，如：Ar g-Ar g或者L ys-Ar g (图9-53a);另外一些前蛋 白，在N-端切除几个氨基酸或在N-端和C-端同时切除几个氨基酸。在前胰岛素 中，多余

8、的氨基酸称为C肽，位于多肽的内部，加工时要将C肽切除，并将两端的A 肽和B肽通过二硫键连接起来(图9-53b)才有功能。(前 组成型分初量flNHjArg ArgAlbummCOO(b)调甘型分褪景门噢岛宏监PC3内切里白除PC 2内切蚩口前Ly$ Arg图9-53前白蛋白和前胰岛素在组成型和调节型分泌过程中的加工在加工过程中由内切蛋白酶切割C-末端产生两个连接在一起的碱性氨基酸。(a)内切蛋白酶成对碱性氨基酸蛋白酶(fu ri n)切割组成型分泌蛋白的前体；(b)两个内切蛋白酶PC2和PC3作用于调节型分泌蛋白的前体。多数此类蛋白的最后一步加工是由竣肽酶(car boxyp epti das

9、e)切除多肽链C-末端的两个碱性氨基酸。 胞吐作用(exocy tosis)与膜的融合 胞吐作用胞吐作用是指真核细胞中含有待分泌物的包被小泡与质膜融合，从而将内含 物排出胞外的过程。在组成型分泌活动中，胞吐作用是自发进行的，但是在调节 型的细胞中，胞吐作用必需有信号的触发。胞吐作用的结果一方面将分泌物释放到细胞外，另一方面小泡的膜融入质膜， 使质膜得以补充。 膜的融合在胞吐过程中，分泌泡同细胞质膜的融合只发生在局部细胞质膜上。融合作用是通过融合蛋白(fu sion protein)介导的，这些融合蛋白位于膜的表面和膜内，它们的作用是使两种不同的膜靠近、接触、最后融合。两种膜接触导致小的融合孔最

10、后两种膜融为一体(fu si on pore)的形成(图 9-54),图9-54胞吐作用与膜融合模型两种膜蛋白相互接触；两种膜之间形成一个封闭的孔，并逐渐扩大；由于膜脂的扩散，两种膜的脂双层融合成一体9. 5. 2 吞噬作 用与内 吞作用(endocytosi s)细胞通过胞吐作用将细胞内的物质运送到细胞外，又通过内吞作用将细胞外的 营养物质等摄取到细胞内以维持正常的代谢活动。细胞的内吞有两种类型，一种 是吞噬细胞完成的对有害物质的吞噬，另一种类型是通过细胞质膜受体介导的对 细胞外营养物质的内吞吞噬作用(phagocytosis)又称胞吃作用(cel l u l ar eat i ng)。吞噬

11、作用只限于几种特殊的细胞类型，如变形 虫(A mo ebae)和一些单细胞的真核生物通过吞噬作用从周围环境中摄取营养。在大多数高等动物细胞中，吞噬作用是一种保护措施而非摄食的手段。高等动 物具有一些特化的吞噬细胞，包括巨噬细胞(ma crop hag es)和中性粒细胞 (neutrophils)o它们通过吞噬菌体摄取和消灭感染的细菌、病毒以及损伤的细胞、 衰老的红细胞(图9-55)。图9-55巨噬细胞正在吞噬衰老的红细胞吞饮作用(pi nocyt osis)又称胞饮作用(cel l u l ar d ri nki ng),胞吞作用的一种类型。它是一种非选择性的 连续摄取细胞外基质中液滴的内吞

12、过程。吞入的物质通常是液体或溶解物。所形 成的小囊泡的直径小于150 nm。根据细胞外物质是否吸附在细胞表面，将胞饮作 用分为两种类 型：液相 内 吞(fl ui d-phase endocyt osis)和 吸附 内吞(absorption endocyt osis)。受体介导 的 内 吞作 用(receptor-mediated endocy tosi s)种特殊类型的内吞作用主要是用于摄取特殊的生物大分子吞入的物质大约有50种以上的不同蛋白，包括激素、生长因子、淋巴因子和一些营养物 都是通过这种方式进入细胞(表9-9)。表9-9通过受体介导的内吞作用进入细胞的配体激素(hormones)

13、胰岛素(insulin)黄体生成素(luteinizing hormone,LH)促卵泡激素(follicle-stimulating hormone,FSH)生长激素(growth hormone)催乳素(prolactin)生长因子(growth factors)表皮生长因子 (epidermal growth factor)血小板衍生生长因子 (platelet-derived growth factor)转化生长因子(transforming growth factor)神经生长因子 (nerve growth factor)淋巴因子(lymphokines)白细胞介素(interle

14、ukins)肿瘤坏死因子 (tumor necrosis factor)干扰素(interferon)集落刺激因子 (colony stimulating factor)营养物(nutrients)低密度脂蛋白(LDL , cholesterol)转铁蛋白(transferrin , iron)配体(l i gan d)同受体结合的物质称为配体（ligand）。配体可分为四大类：1 .营养物，如转铁蛋 白、低密度脂蛋白（LDL）等；口 .有害物质，如某些细菌；W .免疫物质，如免疫球 蛋白、抗原等；IV.信号物质，如胰岛素等多种肽类激素等。 受体介导内吞的基本特点有两个特点：配体与受体的结合是

15、特异的，具有选择性；要形成特殊包被的 内吞泡。将成纤维细胞培养在加有转铁蛋白-铁标记的低密度脂蛋白（LD L）的培养 基中，可清楚地观察到这一过程（图9-56）。ji图9-56低密度的脂蛋白（L D L）经受体介导的内吞作用的起始阶段的电镜照片图中所示是培养的成纤维细胞质膜对LDL的内吞作用。LDL颗粒与含铁的转 铁蛋白共价相连，电子显微镜下所见的黑点是小分子的铁。（a）LD L与细胞表面的 受体结合并形成有网格蛋白包被的小窝；（b）含有L D L的被膜小窝向下凹陷逐渐形成被膜小泡；（c）含有转铁蛋白标记的L D L被膜小泡；（d）含有转铁蛋白标记的LD L颗粒的无被小泡（初级内体）。基本过程

16、大致分为四个基本过程：配体与膜受体结合形成一个小窝（pit）; 小窝逐渐向内凹陷，然后同质膜脱离形成一个被膜小泡； 被膜小泡的外被很快解聚，形成无被小泡，即初级内体; 初级内体与溶酶体融合，吞噬的物质被溶酶体的酶 水解（图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 脱 fl/与曲曲同榜I 口外益-,图9-57受体介导的内吞作用什么是受体介导的内吞作用？有什么特点国？基本过程怎样？ 受体介导的内吞泡的命运在受体介导的内吞作用中，随内吞泡进入细胞内的物质可分为三大类：配体（猎物）、受体和膜组分，它们进入细胞后的命运如何呢？配体和受体的命运在受体介导的内吞中，配体基本被降解，少数

17、可被利用。大多数受体能够再利 用，少数受体被降解。通常受体有四种可能的去向（图9-58）。膜成分的命运被内吞进来的膜成分有种可能的去向（图9-58）受体介导的有袱小窝途径有被水泡受体冉循环无被小泡初以内体运找小泡次级内体运栽小泡转帼春作用受俸和配 体再衡环咤体粉配体 般被降鼾5 ,器髓配体被降解图9-58受体介导的内吞作用所涉及的途径内吞中，内吞泡中的配体、受体和膜成分的去向如何？ 受体介的低 密度脂蛋 白(l ow-density li pop rotein, LD L)内 吞作用 L D L的结构LDL是一种球形颗粒的脂蛋白(图9-59),直径为22nm,核心是1 500个胆固醇酯；外面由

18、800个磷脂和500个未酯化的胆固醇分子包裹，由于外被脂分子的亲水 头露在外部，使LDL能够溶于血液中；最外面有一个相对分子质量为55kDa的 蛋白，叫辅基蛋白B 100(apoli popro tein B-1 00),它能够与特定细胞的表面受 体结合。图9- 59 L D L颗粒结构示意图(a)由磷脂和未酯化的胆固醇单层构成L D L的外膜结构，在外膜上结合一个亲 水的apo-B蛋白，该蛋白可以介导LDL与细胞表面的受体结合。(b)四种类型脂蛋 白的电镜照片LDL受体蛋白LDL受体蛋白是一个单链的糖蛋白，由839个氨基酸组成，跨膜区由22个疏水 的氨基酸组成，为单次跨膜蛋白。L DL受体蛋

19、白合成后被运输到细胞质膜，即使没 有相应配体的存在，L D L受体蛋白也会在细胞质膜集中浓缩并形成被膜小窝，当血 液中有LDL颗粒，可立即与LDL的apoB-100结合形成LDL-受体复合物。LDL的内吞一旦LDL与受体结合，就会形成被膜小泡被细胞吞入，接着是网格蛋白解聚，受体回到质膜再利用，而L DL被传送给溶酶体，在溶酶体中蛋白质被降解，胆固醇被释放出来用于质膜的装配，或进入其他代谢途径(9-60)无独小It鼻静返回H果LDWX； MSlt IfelFIIV WLbLWA 象除*1阖那摩Apu#-100 菜口剧fl* mint a仃酸小看内体tpH-5-OJ图9-60受体介导的LDL内吞过

20、程简述LDL经受体介导的内吞作用被吞入细胞和被利用过程LDL与HDL的关系L D L不是血液中惟一的胆固醇运输剂，H D L也有类似的结构和功能，但含有不 同的蛋白质具有不同的生理作用。LDL主要是将肝组织的胆固醇运向身体其他部 位的细胞。而HD L则沿相反方向运输，即从身体其他部位将胆固醇运向肝组织，通 过内吞作用被吸收并作为胆汁分泌出去。血液中L DL的升高会增加心脏病的危险 性，但是血液中HDL的水平提高就会降低这种危险性，因为它可以通过肝来降低血 液中的L D L水平。L D L与动脉粥样硬化血液中LDL的水平与动脉粥样硬化（动脉变窄）有极大的关系。动脉阻塞是一个 复杂的、尚不十分清楚

21、的过程，其中也包括血管内壁含有LDL血斑的沉积。动脉 粥样硬斑不仅降低血液流通，也是血凝块形成的部位，它可阻塞血管中血液的流 通。在冠状动脉中形成的血凝块会导致心肌梗塞。LDL受体缺陷是造成血液中LDL 水平升高的主要原因。什么是低密度脂蛋白（LDL）,与动脉粥样硬化（动脉变窄）有什么关系？铁离子的内吞运输铁是细胞内的金属离子，对细胞的生命活动具有重要作用，它是通过转铁蛋 白和受体介导的内吞作用被输入细胞的。转 铁蛋白(t ransfe r rin)转铁蛋白是细胞中铁结合蛋白，负责将肝组织(是铁贮藏的主要场所)和肠组 织的铁向其它细胞的运输。没有结合铁的转铁蛋白称作脱铁转铁蛋白(apot ransfe rrin),它能够紧紧结合两个Fe