發(fā)布時(shí)間:2011-10-18 共1頁(yè)
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(guò)細(xì)胞的胞吐作用(exocytosis), 也稱細(xì)胞的分泌活動(dòng)。與分泌過(guò)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(guò)小泡運(yùn)輸?shù)姆绞浇?jīng)過(guò)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(guò)程稱為細(xì)胞的分泌。
■ 細(xì)胞分泌活動(dòng)的過(guò)程
細(xì)胞分泌活動(dòng)是非常重要的生命現(xiàn)象,整個(gè)過(guò)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)。
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(guò)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: ①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; ② 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; ③通過(guò)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(guò)小泡轉(zhuǎn)運(yùn)到反面高爾基體, 經(jīng)濃縮并經(jīng)出芽形成④ 分泌小泡或⑤溶酶體小泡;分泌小泡移向質(zhì)膜,或通過(guò)組成型(4a)或通過(guò)調(diào)節(jié)型(4b)釋放小泡內(nèi)容物;⑥內(nèi)吞作用從細(xì)胞外攝取蛋白質(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)。[ 搜集整理]
■ 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(guò)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(constitutive 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(guò)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(regulated secretory pathway)
又稱誘導(dǎo)型, 見(jiàn)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(guò)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(secretory vesicles)。
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(guò)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^(guò)轉(zhuǎn)胞吞作用(transcytosis)(圖9-52)。
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MDCK表皮細(xì)胞同時(shí)被VSV和流感病毒感染, VSV糖蛋白(G蛋白)只存在基底側(cè)質(zhì)膜中,而流感病毒的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(guò)特殊的運(yùn)輸小泡運(yùn)輸?shù)巾敳亢突撞康募?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(guò)內(nèi)吞作用再將頂部質(zhì)膜蛋白分選出來(lái)運(yùn)輸?shù)巾敳俊?/P>
■ 分泌過(guò)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(méi)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), 如血清白蛋白(serum albumin)、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(shuō)來(lái),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(guò)加工使蛋白質(zhì)成熟。
● 某些前蛋白質(zhì), 包括前白蛋白(proalbumin)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∶Arg-Arg 或者Lys-Arg(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(guò)二硫鍵連接起來(lái)(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(diào)節(jié)型分泌過(guò)程中的加工
在加工過(guò)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(furin)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羧肽酶(carboxypeptidase)切除多肽鏈C-末端的兩個(gè)堿性氨基酸。
■ 胞吐作用(exocytosis)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(guò)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(guò)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(guò)融合蛋白(fusion 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(fusion pore)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
?、賰煞N膜蛋白相互接觸; ②兩種膜之間形成一個(gè)封閉的孔,并逐漸擴(kuò)大; ③由于膜脂的擴(kuò)散,兩種膜的脂雙層融合成一體。