蛋白质的膜泡运输蛋白质的膜泡运输

生物生物 王珏王珏

• 细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。如从内质网到高尔基体；高尔基体到膜泡运输方式进行。如从内质网到高尔基体；高尔基体到溶酶体；细胞分泌物的外排，都要通过过渡性小泡进行转溶酶体；细胞分泌物的外排，都要通过过渡性小泡进行转运。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输泡运。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在于不止质面具有特殊的膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在于不止一种细胞器，可见不同的膜标志蛋白组合，决定膜的表面一种细胞器，可见不同的膜标志蛋白组合，决定膜的表面识别特征。识别特征。

• 大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（ coacoatt ）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。衣被具有两个主要作用：①选择性的将特定蛋白聚集在一衣被具有两个主要作用：①选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；②如同模具一样决定运输小泡的外部起，形成运输小泡；②如同模具一样决定运输小泡的外部特征，相同性质的运输小泡之所以具有相同的形状和体积，特征，相同性质的运输小泡之所以具有相同的形状和体积，与衣被蛋白的组成有关。与衣被蛋白的组成有关。

• 胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白（来自马达蛋白（ motor proteinsmotor proteins ）。与膜）。与膜泡运输有关的马达蛋白有泡运输有关的马达蛋白有 33 类：一类是动类：一类是动力蛋白（力蛋白（ dyneindynein ），可向微管负端移动；），可向微管负端移动；另一类为驱动蛋白（另一类为驱动蛋白（ kinesinkinesin ），可牵引物），可牵引物质向微管的正端移动；第三类是肌球蛋白质向微管的正端移动；第三类是肌球蛋白（（ myosinmyosin ）） ,, 可向微丝的正极运动。在马可向微丝的正极运动。在马达蛋白的作用下，可将膜泡转运到特定的达蛋白的作用下，可将膜泡转运到特定的区域， 区域，

•一、衣被类型 一、衣被类型

•二、衣被的形成 二、衣被的形成

•三、膜泡运输的定向机制 三、膜泡运输的定向机制

•四、细胞的内吞与外排 四、细胞的内吞与外排

• 已知三类具有代表性的衣被蛋白，即：已知三类具有代表性的衣被蛋白，即：笼形蛋白（笼形蛋白（ clathrinclathrin ）、）、 COPICOPI 和和 COPIICOPII ，，个介导不同的运输途径 个介导不同的运输途径 ::

• 1.1. 笼形蛋白衣被小泡 笼形蛋白衣被小泡 • 2. COP I2. COP I 衣被小泡 衣被小泡 • 3. COPⅡ3. COPⅡ 衣被小泡 衣被小泡

•一）笼形蛋白衣被小泡一）笼形蛋白衣被小泡•笼形蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，笼形蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，

介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输，以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。的运输，以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。

•笼形蛋白分子由笼形蛋白分子由 33 个重链和个重链和 33 个轻链组成个轻链组成（图（图 6-26-2 ），形成一个具有），形成一个具有 33 个曲臂的形个曲臂的形状（状（ triskeliontriskelion ）。许多笼形蛋白的曲臂部）。许多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成一个具有分交织在一起，形成一个具有 55 边形网孔边形网孔的笼子（图的笼子（图 6-36-3 ）。）。

•图图 6-2 6-2 笼形蛋白的结构，笼形蛋白的结构， AA 电镜照片，电镜照片， BB分子模型，分子模型， CC 衣被模型 引自衣被模型 引自 Molecular BiMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 ology of the Cell. 4th ed. 2002

•图图 6-3 6-3 笼形蛋白衣被小泡的形态 笼形蛋白衣被小泡的形态

•笼形蛋白形成的衣被中还有衔接蛋白（笼形蛋白形成的衣被中还有衔接蛋白（ adadaptinaptin ）。它介于笼形蛋白与配体受体复合）。它介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用（图物之间，起连接作用（图 6-46-4 ）。目前至少）。目前至少发现发现 44 种不同类型的衔接蛋白，可分别结种不同类型的衔接蛋白，可分别结合不同类型的受体，形成不同性质的转运合不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡，如小泡，如 AP1AP1 参与高尔基体→内体的运输、参与高尔基体→内体的运输、AP2AP2 参与质膜→内体的运输、参与质膜→内体的运输、 AP3AP3 参与高参与高尔基体→溶酶体的运输。尔基体→溶酶体的运输。

•图图 6-4 6-4 笼形衣被小泡的组成 笼形衣被小泡的组成

•当笼形蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白当笼形蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白动力素（动力素（ dynamindynamin ）聚集成一圈围绕在芽）聚集成一圈围绕在芽的颈部（图的颈部（图 6-56-5 ），将小泡柄部的膜尽可能），将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于地拉近（小于 1.5nm1.5nm ），从而导致膜融合，），从而导致膜融合，掐断（掐断（ pinch offpinch off ）衣被小泡。动力素是一）衣被小泡。动力素是一种种 GTPGTP 酶，调节小泡以出芽形式脱离膜的酶，调节小泡以出芽形式脱离膜的速率。动力素可以召集其它可溶性蛋白在速率。动力素可以召集其它可溶性蛋白在小泡的颈部聚集，通过改变膜的形状和膜小泡的颈部聚集，通过改变膜的形状和膜脂的组成，促使小跑颈部的膜融合，形成脂的组成，促使小跑颈部的膜融合，形成衣被小泡。 衣被小泡。

•图图 6-5 Clathrin6-5 Clathrin 衣被小泡的掐断过程 引自衣被小泡的掐断过程 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 200Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 20022

•

•当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解体，属于体，属于 hsp70hsp70家族的一种分子伴侣（家族的一种分子伴侣（ mmolecular chaperoneolecular chaperone ）充当衣被解体的）充当衣被解体的 ATATPP 酶，一种辅蛋白（酶，一种辅蛋白（ auxillinauxillin ）可以激活这）可以激活这种种 ATPATP 酶。酶。

• 二）二） COP ICOP I 衣被小泡衣被小泡• 负责回收、转运内质网逃逸蛋白（负责回收、转运内质网逃逸蛋白（ escaped protescaped prot

einseins ）返回内质网（图）返回内质网（图 6-66-6 、、 77）。起初发现于）。起初发现于高尔基体碎片，在含有高尔基体碎片，在含有 ATPATP 的溶液中温育时，能的溶液中温育时，能形成非笼形蛋白包被的小泡。进一步的研究发现形成非笼形蛋白包被的小泡。进一步的研究发现这种衣被蛋白复合体包含多达这种衣被蛋白复合体包含多达 77种肽链。种肽链。

• 内质网向高尔基体输送运输小泡时，一部分自身内质网向高尔基体输送运输小泡时，一部分自身的蛋白质也不可避免的被运送到了高尔基体，如的蛋白质也不可避免的被运送到了高尔基体，如不进行回收则内质网因为磷脂和某些蛋白质的匮不进行回收则内质网因为磷脂和某些蛋白质的匮乏而停止工作。内质网通过两种机制维持蛋白质乏而停止工作。内质网通过两种机制维持蛋白质的平衡 ：一是转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥的平衡 ：一是转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，例如有些驻留蛋白参与形成大的复合物，在外，例如有些驻留蛋白参与形成大的复合物，因而不能被包装在出芽形成的转运泡中，结果被因而不能被包装在出芽形成的转运泡中，结果被保留下来；二是通过对逃逸蛋白的回收机制，使保留下来；二是通过对逃逸蛋白的回收机制，使之返回它们正常驻留的部位。之返回它们正常驻留的部位。

• 内质网的正常驻留蛋白，不管在腔中还是在膜上，内质网的正常驻留蛋白，不管在腔中还是在膜上，它们在它们在 CC 端含有一段回收信号序列（端含有一段回收信号序列（ retrieval siretrieval signalsgnals ），如果它们被意外地逃逸进入转运泡从），如果它们被意外地逃逸进入转运泡从内质网运至高尔基体内质网运至高尔基体 ciscis 面，则面，则 ciscis 面的膜结合受面的膜结合受体蛋白将识别并结合逃逸蛋白的回收信号，形成体蛋白将识别并结合逃逸蛋白的回收信号，形成COPICOPI 衣被小泡将它们返回内质网。内质网腔中的衣被小泡将它们返回内质网。内质网腔中的蛋白，如蛋白二硫键异构酶和协助折叠的分子伴蛋白，如蛋白二硫键异构酶和协助折叠的分子伴侣，均具有典型的回收信号侣，均具有典型的回收信号 Lys-Asp-Glu-LeuLys-Asp-Glu-Leu（（ KDELKDEL，图，图 6-86-8）。内质网的膜蛋白（如）。内质网的膜蛋白（如 SRPSRP受体）在受体）在 CC 端有一个不同的回收信号，通常是端有一个不同的回收信号，通常是 LyLys-Lys-X-Xs-Lys-X-X（（ KKXXKKXX，， XX：任意氨基酸），同样可：任意氨基酸），同样可保证它们的回收。保证它们的回收。

• COP ICOP I 衣被小泡还可以介导高尔基体不同区域间衣被小泡还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。的蛋白质运输。

•图图 6-6 COP I6-6 COP I 衣被小泡的形态 衣被小泡的形态

•图图 6-7 COPI6-7 COPI 和和 COPIICOPII 衣被小泡 引自衣被小泡 引自 MolecMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 ular Biology of the Cell. 4th ed. 2002

•图图 6-8 KDEL6-8 KDEL 序列 引自序列 引自 Molecular Biology Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002of the Cell. 4th ed. 2002

• 三）三） COPⅡCOPⅡ 衣被小泡衣被小泡• 介导从内质网到高尔基体的物质运输。最早发现于酵母介导从内质网到高尔基体的物质运输。最早发现于酵母 EERR在在 ATPATP 存在的细胞质液中温育时，存在的细胞质液中温育时， ERER膜上能形成类似膜上能形成类似于于 COP ICOP I 的衣被小泡，某些温度敏感型的酵母，由于的衣被小泡，某些温度敏感型的酵母，由于 COP COP IIII 衣被蛋白发生变异，在特定温度下会在内质网中积累蛋衣被蛋白发生变异，在特定温度下会在内质网中积累蛋白质。白质。

• COP IICOP II 衣被由多种蛋白质构成（参见表衣被由多种蛋白质构成（参见表 22 ），其中），其中 Sar1GSar1GTPTP 酶与酶与 Sec23/Sec24Sec23/Sec24 复合体结合在一起，形成紧紧包围复合体结合在一起，形成紧紧包围着膜的一层衣被，着膜的一层衣被， Sec13/Sec31Sec13/Sec31 复合体形成覆盖在外围复合体形成覆盖在外围的一层衣被，的一层衣被， Sec16Sec16推测可能是一种骨架蛋白，推测可能是一种骨架蛋白， Sec12Sec12是是 Sar1Sar1 的鸟苷酸交换因子。真核生物的的鸟苷酸交换因子。真核生物的 COP IICOP II 衣被蛋白衣被蛋白亚单位具有一些横向同源物（亚单位具有一些横向同源物（ ParalogParalog ）） [1][1]，这些同源，这些同源物可能介导不同的蛋白质转运，具有不同的调节机制。在物可能介导不同的蛋白质转运，具有不同的调节机制。在实验条件下，纯化的实验条件下，纯化的 Sar1Sar1 、、 Sec23/Sec24Sec23/Sec24 、、 Sec13/SecSec13/Sec3131等等 55 种成分足以在人工脂质体上形成小泡，说明这些种成分足以在人工脂质体上形成小泡，说明这些成分具有改变膜的形状和掐断运输小泡的功能。成分具有改变膜的形状和掐断运输小泡的功能。

• COP IICOP II 衣被小泡形成与内质网的特殊部位，称为衣被小泡形成与内质网的特殊部位，称为内质网出口（内质网出口（ exit sitesexit sites ），这些部位没有核糖体，），这些部位没有核糖体，由交织在一起的管道和囊泡组成网络结构。由交织在一起的管道和囊泡组成网络结构。

• 由内质网到高尔基体的蛋白转运中，大多数跨膜由内质网到高尔基体的蛋白转运中，大多数跨膜蛋白是直接结合在蛋白是直接结合在 COP IICOP II 衣被上，但是少数跨膜衣被上，但是少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与 COP IICOP II 衣被结衣被结合，这些受体在完成转运后，通过合，这些受体在完成转运后，通过 COP ICOP I 衣被小衣被小泡返回内质网。泡返回内质网。

• COP IICOP II 衣被所识别的分选信号位于跨膜蛋白胞质衣被所识别的分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些包含双酸性基序面的结构域，形式多样，有些包含双酸性基序 [D[DE]X[DE]E]X[DE]（（ DD为为 AspAsp ，， EE为为 GluGlu ，， XX为任何一种为任何一种氨基酸），如氨基酸），如 Asp-X-GluAsp-X-Glu序列，其他一些具有短序列，其他一些具有短的疏水基序，如的疏水基序，如 FFFF，， YYMYYM ，， FYFY，， LLLL，， ILIL 等等等等（其中（其中 FF为为 PhePhe ，， YY为为 TyrTyr ，， MM 为为 MetMet ，， LL为为 LLeueu ，， II 为为 IleIle ）。）。

• 二、衣被的形成二、衣被的形成• 衣被是在一类叫作衣被召集衣被是在一类叫作衣被召集 GTPGTP 酶（酶（ coat-recruitment coat-recruitment GTPaseGTPase ）作用下形成的。衣被召集）作用下形成的。衣被召集 GTPGTP 酶通常为单体酶通常为单体 GGTPTP 酶（酶（ monomeric GTPasemonomeric GTPase ），也叫），也叫 GG蛋白，起分子开蛋白，起分子开关的作用，结合关的作用，结合 GDPGDP 的形式没有活性，位于细胞质中，的形式没有活性，位于细胞质中，结合结合 GTPGTP而活化，转位至膜上，能与衣被蛋白结合，促而活化，转位至膜上，能与衣被蛋白结合，促进核化和组装。进核化和组装。

• GG蛋白具有两类重要的调节蛋白，即：鸟苷酸交换因子蛋白具有两类重要的调节蛋白，即：鸟苷酸交换因子（（ guanine-nucleotide exchange factor, GEFguanine-nucleotide exchange factor, GEF）和）和 GTPGTP酶激活蛋白（酶激活蛋白（ GTPase activating protein, GAPGTPase activating protein, GAP ）。）。 GEFGEF的作用是使的作用是使 GG蛋白释放蛋白释放 GDPGDP ，结合，结合 GTPGTP而激活。而激活。 GAPGAP的作用是激活的作用是激活 GG蛋白的酶活性，使蛋白的酶活性，使 GTPGTP水解，水解， GG蛋白失蛋白失活，活， GG蛋白本身的蛋白本身的 GTPGTP 酶活性不高。除单体酶活性不高。除单体 GG蛋白以外，蛋白以外，三聚体三聚体 GG蛋白也起分子开关的作用，控制衣被小泡的形成。蛋白也起分子开关的作用，控制衣被小泡的形成。

• 衣被召集衣被召集 GTPGTP 酶包括酶包括 ArfArf 蛋白和蛋白和 Sar 1Sar 1 蛋白（图蛋白（图6-96-9），）， ArfArf 参与高尔基体上笼形蛋白衣被与参与高尔基体上笼形蛋白衣被与 COCOP IP I 衣被的形成，衣被的形成， Sar 1Sar 1 参与内质网上参与内质网上 COP IICOP II 衣被衣被的形成，两者的作用方式大体相似。质膜上笼形的形成，两者的作用方式大体相似。质膜上笼形蛋白衣被的形成也与蛋白衣被的形成也与 GTPGTP 酶有关，但其成分尚不酶有关，但其成分尚不明确。明确。

• 衣被召集衣被召集 GTPGTP 酶大量存在于细胞质中，但处于结酶大量存在于细胞质中，但处于结合合 GDPGDP 的失活状态。当内质网上要形成的失活状态。当内质网上要形成 COPIICOPII 衣衣被小泡时，被小泡时， Sar 1Sar 1释放释放 GDPGDP 结合结合 GTPGTP而激活，激而激活，激活的活的 Sar 1Sar 1暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，然后开始召集衣被蛋白，以衣被蛋白为模网膜，然后开始召集衣被蛋白，以衣被蛋白为模型形成运输小泡。活化的衣被召集型形成运输小泡。活化的衣被召集 GTPGTP 酶还可以酶还可以激活磷脂酶激活磷脂酶 DD（（ phospholipase Dphospholipase D），将一些磷），将一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白质牢固地结合在膜上。脂水解，使形成衣被的蛋白质牢固地结合在膜上。

•衣被召集衣被召集 GTPGTP 酶对衣被的形成其动态调节酶对衣被的形成其动态调节作用，当多数衣被召集作用，当多数衣被召集 GTPGTP 酶处于结合酶处于结合 GTGTPP 的状态时，它催化衣被的形成；反之当多的状态时，它催化衣被的形成；反之当多数衣被召集数衣被召集 GTPGTP 酶处于结合酶处于结合 GDPGDP 的状态时，的状态时，它催化衣被的解体。因此衣被的形成过程它催化衣被的解体。因此衣被的形成过程是边形成便解体的动态过程，只有在组装是边形成便解体的动态过程，只有在组装速率大于解体速率时，才能形成衣被小泡。速率大于解体速率时，才能形成衣被小泡。

•图图 6-9 COP II6-9 COP II 衣被小泡的组装 引自衣被小泡的组装 引自 Juan S. Juan S. BonifacinoBonifacino 等 等 2004 2004

•三、膜泡运输的定向机制三、膜泡运输的定向机制•衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细

胞器，马达蛋白水解胞器，马达蛋白水解 ATPATP 提供运输的动力。提供运输的动力。各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运输小泡表面的标志蛋白能融合，是因为运输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的受体识别，其中涉及识别过程被靶膜上的受体识别，其中涉及识别过程的两类关键性的蛋白质是的两类关键性的蛋白质是 SNAREsSNAREs （（ solubsoluble NSF attachment protein receptorle NSF attachment protein receptor ）和）和RabsRabs （（ targeting GTPasetargeting GTPase ）。其中）。其中 SNARSNAREE 介导运输小泡特异性停泊和融合，介导运输小泡特异性停泊和融合， RabRab的作用是使运输小泡靠近靶膜。的作用是使运输小泡靠近靶膜。

• 一）一） SNAREsSNAREs• SNAREsSNAREs 的作用是保证识别的特异性和介导运输的作用是保证识别的特异性和介导运输

小泡与目标膜的融合，动物细胞中已发现小泡与目标膜的融合，动物细胞中已发现 2020 多种多种SNAREsSNAREs ，分别分布于特定的膜上，位于运输小，分别分布于特定的膜上，位于运输小泡上的叫作泡上的叫作 v-SNAREsv-SNAREs ，位于靶膜上的叫作，位于靶膜上的叫作 t-SNt-SNAREsAREs （图（图 6-106-10 ）。）。 v-SNAREsv-SNAREs 和 和 t-SNAREst-SNAREs 都都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨 SNARESNAREss 复合体（复合体（ trans-SNAREs complexestrans-SNAREs complexes ，图，图 6-16-111 ），并通过这个结构将运输小泡的膜与靶膜拉），并通过这个结构将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。实验在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。实验证明包含了证明包含了 SNARESNARE的脂质体和包含匹配的脂质体和包含匹配 SNARESNARE的脂质体间可发生融合，尽管速度较慢。这说明的脂质体间可发生融合，尽管速度较慢。这说明除了除了 SNARESNARE之外，还有其他的蛋白参与运输泡与之外，还有其他的蛋白参与运输泡与目的膜的融合。目的膜的融合。

•图图 6-10 t-6-10 t- 和和 v-SNAREv-SNARE 引自引自 Molecular BiolMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002ogy of the Cell. 4th ed. 2002

•图图 6-11 SNARE6-11 SNARE 复合体 引自复合体 引自 Molecular BioMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 logy of the Cell. 4th ed. 2002

•在在 SNAREsSNAREs 接到新一轮的运输小泡停泊之接到新一轮的运输小泡停泊之前，前， SNAREsSNAREs必须以分离的状态存在，必须以分离的状态存在， NSNSFF（（ N-ethylmaleimide-sensitive fusion pN-ethylmaleimide-sensitive fusion protein, NSFrotein, NSF）催化 ）催化 SNAREsSNAREs 的分离，它是的分离，它是一种类似分子伴娘的一种类似分子伴娘的 ATPATP 酶，能够利用酶，能够利用 ATATPP 作为能量通过插入几个适配蛋白（作为能量通过插入几个适配蛋白（ adaptadaptor proteinor protein ）将）将 SNAREsSNAREs 复合体的螺旋缠复合体的螺旋缠绕分开（图绕分开（图 6-126-12 ）。）。

•图图 6-12 SNARE6-12 SNARE 复合体的解离 引自复合体的解离 引自 MolecuMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 lar Biology of the Cell. 4th ed. 2002

•在神经细胞中在神经细胞中 SNAREsSNAREs 负责突触小泡的停负责突触小泡的停泊和融合，破伤风毒素和肉毒素等细菌分泊和融合，破伤风毒素和肉毒素等细菌分泌的神经性毒素实际上是一类特殊的蛋白泌的神经性毒素实际上是一类特殊的蛋白酶，能够选择性地降解酶，能够选择性地降解 SNAREsSNAREs ，从而阻，从而阻断神经传导。断神经传导。

•精卵的融合、成肌细胞的融合均涉及精卵的融合、成肌细胞的融合均涉及 SNARSNAREsEs ，另外病毒融合蛋白的工作原理与，另外病毒融合蛋白的工作原理与 SNASNAREsREs 相似，介导病毒与宿主质膜的融合（图相似，介导病毒与宿主质膜的融合（图6-136-13 ）。）。

•图图 6-13 6-13 病毒融合蛋白的工作原理 引自病毒融合蛋白的工作原理 引自 MolMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 ecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002

• 二）二） RabsRabs• RabRab 也叫也叫 targeting GTPasetargeting GTPase ，属于单体，属于单体 GTPGTP 酶，酶，

结构类似于结构类似于 RasRas ，已知，已知 3030余种。不同膜上具有余种。不同膜上具有不同的不同的 RabRab，每一种细胞器至少含有一种以上的，每一种细胞器至少含有一种以上的RabRab。。 RabsRabs 的作用是促进和调节运输小泡的停的作用是促进和调节运输小泡的停泊和融合。与衣被召集泊和融合。与衣被召集 GTPGTP 酶相似的是，起分子酶相似的是，起分子开关作用，结合开关作用，结合 GDPGDP失活，位于细胞质中，结合失活，位于细胞质中，结合GTPGTP激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上，激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上，调节调节 SNAREsSNAREs 复合体的形成。复合体的形成。 RabsRabs 的调节蛋白的调节蛋白与其它与其它 GG蛋白的相似。蛋白的相似。 RabsRabs 还有许多效应因子还有许多效应因子（（ effectoreffector ），其作用是帮助运输小泡聚集和靠），其作用是帮助运输小泡聚集和靠近靶膜，触发近靶膜，触发 SNAREsSNAREs释放它的抑制因子（图释放它的抑制因子（图 6-6-1414 ）。许多运输小泡只有在包含了特定的）。许多运输小泡只有在包含了特定的 RabsRabs和和 SNAREsSNAREs 之后才能形成。之后才能形成。

•图图 6-14 Rab6-14 Rab 的作用 引自的作用 引自 Molecular BiologMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 y of the Cell. 4th ed. 2002

• 四、细胞的内吞与外排四、细胞的内吞与外排• （一）受体介导的内吞（一）受体介导的内吞• 细胞的内吞可分为两类，批量内吞（细胞的内吞可分为两类，批量内吞（ Bulk-phase Bulk-phase

endocytosisendocytosis ）和受体介导的内吞）和受体介导的内吞 (Receptor me(Receptor mediated endocytosis, RME)diated endocytosis, RME)，批量内吞是非特异，批量内吞是非特异性的摄入细胞外物质，如培养细胞摄入辣根过氧性的摄入细胞外物质，如培养细胞摄入辣根过氧化物酶。细胞表面的内陷（化物酶。细胞表面的内陷（ caveolaecaveolae ）是发生非）是发生非特异性内吞的部位。特异性内吞的部位。

• 受体介导的内吞作用是一种选择浓缩机制，既可受体介导的内吞作用是一种选择浓缩机制，既可保证细胞大量地摄入特定的大分子，同时又避免保证细胞大量地摄入特定的大分子，同时又避免了吸入细胞外大量的液体。低密脂蛋白、运铁蛋了吸入细胞外大量的液体。低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。都是通过受体介导的内吞作用进行的。

• 衣被小窝（衣被小窝（ coated pitscoated pits ）是质膜向内凹陷的部位，）是质膜向内凹陷的部位，约占肝细胞和成纤维细胞膜表面积的约占肝细胞和成纤维细胞膜表面积的 2%2%。受体。受体大量集中于此处，凹陷的胞质侧具有大量的笼形大量集中于此处，凹陷的胞质侧具有大量的笼形蛋白和衔接蛋白，类似的结构也存在于高尔基体蛋白和衔接蛋白，类似的结构也存在于高尔基体的的 TGNTGN区。受体在衣被小窝处的集中与是否结合区。受体在衣被小窝处的集中与是否结合配体无关。衣被小窝就相当一个分子过滤器（配体无关。衣被小窝就相当一个分子过滤器（ mmolecular filterolecular filter ），帮助细胞获取所需要的大分子），帮助细胞获取所需要的大分子物质。物质。

• 运输小泡的衣被中，除笼形蛋白外，还有衔接蛋运输小泡的衣被中，除笼形蛋白外，还有衔接蛋白（白（ adaptinadaptin ）。它介于笼形蛋白与配体受体复）。它介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。衔接蛋白存在有不同的合物之间，起连接作用。衔接蛋白存在有不同的种类，可分别结合不同类型的受体。种类，可分别结合不同类型的受体。

• 跨膜受体蛋白的胞质端有一个由跨膜受体蛋白的胞质端有一个由 44 个氨基酸残基个氨基酸残基组成的序列（组成的序列（ Tyr-X-X-ΦTyr-X-X-Φ），此序列是发生内吞），此序列是发生内吞作用的信号，作用的信号， XX表示任何一种氨基酸，表示任何一种氨基酸， ΦΦ为分子为分子较大的疏水氨基酸，如较大的疏水氨基酸，如 PhePhe 、、 LeuLeu 、、 MetMet等，衔等，衔接蛋白对此序列有识别能力。接蛋白对此序列有识别能力。

• 受体同配体结合后启动内化作用，笼形蛋白开始受体同配体结合后启动内化作用，笼形蛋白开始组装。在组装。在 dynamindynamin 的作用下掐断后形成衣被小泡的作用下掐断后形成衣被小泡（（ coated vesiclescoated vesicles ）。衣被小泡进入胞质后，衣）。衣被小泡进入胞质后，衣被蛋白随即脱去，分子返回到质膜下方，重又参被蛋白随即脱去，分子返回到质膜下方，重又参与形成新的衣被小泡。其过程和高尔基体的与形成新的衣被小泡。其过程和高尔基体的 TGNTGN区形成溶酶体小泡的过程相似。区形成溶酶体小泡的过程相似。

•胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂蛋白（和蛋白质形成低密脂蛋白（ low-density lilow-density lipoproteinspoproteins ，， LDLLDL），释放到血液中。），释放到血液中。 LLDLDL颗粒的质量为颗粒的质量为 3X106Da3X106Da ，直径，直径 20~30n20~30nmm ，芯部含有大约，芯部含有大约 15001500 个胆固醇分子，这个胆固醇分子，这些胆固醇分子被酯化成长链脂肪酸。芯部些胆固醇分子被酯化成长链脂肪酸。芯部周围由一脂单层包围，脂单层包含磷脂分周围由一脂单层包围，脂单层包含磷脂分子和未酯化的胆固醇以及一个非常大的单子和未酯化的胆固醇以及一个非常大的单链糖蛋白质 链糖蛋白质 (apolipoprotein B-100)(apolipoprotein B-100)，这，这个蛋白质分子可以和靶膜上的受体结合个蛋白质分子可以和靶膜上的受体结合（图（图 6-156-15 ）。 ）。

•图图 6-15 LDL6-15 LDL 的结构 的结构

• 当细胞进行膜合成需要胆固醇时，细胞即合成当细胞进行膜合成需要胆固醇时，细胞即合成 LDLDLL 跨膜受体蛋白，并将其嵌插到质膜中。受体与跨膜受体蛋白，并将其嵌插到质膜中。受体与 LLDLDL颗粒结合后，形成衣被小泡；进入细胞质的衣颗粒结合后，形成衣被小泡；进入细胞质的衣被小泡随即脱掉笼形蛋白衣被，成为平滑小泡，被小泡随即脱掉笼形蛋白衣被，成为平滑小泡，同早期内体融合，内体中同早期内体融合，内体中 PHPH 值低，使受体与值低，使受体与 LDLDLL颗粒分离；再经晚期内体将颗粒分离；再经晚期内体将 LDLLDL 送人溶酶体。送人溶酶体。在溶酶体中，在溶酶体中， LDLLDL颗粒中的胆固醇酯被水解成游颗粒中的胆固醇酯被水解成游离的胆固醇而被利用（图离的胆固醇而被利用（图 6-166-16 、、 17A17A 、、 1818）。）。细胞对胆固醇的利用具有调节能力，当细胞中的细胞对胆固醇的利用具有调节能力，当细胞中的胆固醇积累过多时，细胞即停止合成自身的胆固胆固醇积累过多时，细胞即停止合成自身的胆固醇，同时也关闭了醇，同时也关闭了 LDLLDL受体蛋白的合成途径，暂受体蛋白的合成途径，暂停吸收外来的胆固醇。有的人因为停吸收外来的胆固醇。有的人因为 LDLLDL受体蛋白受体蛋白编码的基因有遗传缺陷，造成血液中胆固醇含量编码的基因有遗传缺陷，造成血液中胆固醇含量过高（图过高（图 6-17B6-17B ），因而会过早地患动脉粥样硬），因而会过早地患动脉粥样硬化症（化症（ atherosclerosisatherosclerosis ），这种人往往因易患冠），这种人往往因易患冠心病而英年早逝。心病而英年早逝。

•图图 6-16 LDL6-16 LDL 的内吞 的内吞

•图图 6-17 clathrin 6-17 clathrin 衣被的组装，异常的受体衣被的组装，异常的受体不能形成包含货物的运输小泡 引自不能形成包含货物的运输小泡 引自 MolecuMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 lar Biology of the Cell. 4th ed. 2002

•图图 6-18 6-18 受体介导的内吞 引自受体介导的内吞 引自 Molecular BMolecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 iology of the Cell. 4th ed. 2002

• 在受体介导的内吞作用过程中，不同类型的受体具有不同在受体介导的内吞作用过程中，不同类型的受体具有不同的胞内体分选途径：①大部分受体返回它们原来的质膜结的胞内体分选途径：①大部分受体返回它们原来的质膜结构域，如构域，如 LDLLDL 受体又循环到质膜再利用；②有些受体不能受体又循环到质膜再利用；②有些受体不能再循环而是最后进入溶酶体，在那里被消化，如与表皮生再循环而是最后进入溶酶体，在那里被消化，如与表皮生长因子（长因子（ epidermal growth factorepidermal growth factor ，， EGFEGF）结合的细胞）结合的细胞表面受体，大部分在溶酶体被降解，从而导致细胞表面表面受体，大部分在溶酶体被降解，从而导致细胞表面 EEGFGF受体浓度降低，称为受体下行调节（受体浓度降低，称为受体下行调节（ receptor down-receptor down-regulationregulation ）；③有些受体被运至质膜不同的结构域，该）；③有些受体被运至质膜不同的结构域，该过程称作穿胞运输（过程称作穿胞运输（ transcytosistranscytosis ，图，图 6-196-19）。在具有）。在具有极性的上皮细胞，这是一种将内吞作用与外排作用相结合极性的上皮细胞，这是一种将内吞作用与外排作用相结合的物质跨膜转运方式，即转运的物质通过内吞作用从上皮的物质跨膜转运方式，即转运的物质通过内吞作用从上皮细胞的一侧被摄人细胞，再通过外排作用从细胞的另一侧细胞的一侧被摄人细胞，再通过外排作用从细胞的另一侧输出。如母鼠的抗体从血液通过上皮细胞进入母乳中，乳输出。如母鼠的抗体从血液通过上皮细胞进入母乳中，乳鼠肠上皮细胞将抗体摄人体内，都是通过跨细胞的转运完鼠肠上皮细胞将抗体摄人体内，都是通过跨细胞的转运完成的。成的。

•图图 6-19 6-19 穿胞运输 引自穿胞运输 引自 Molecular Biology Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 of the Cell. 4th ed. 2002

• 二）外排作用二）外排作用• 与细胞的内吞作用相反，外排作用是将细胞内的分泌泡或与细胞的内吞作用相反，外排作用是将细胞内的分泌泡或

其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。• 组成型的外排途径（组成型的外排途径（ constitutive exocytosis pathwaconstitutive exocytosis pathwa

yy ）：所有真核细胞都有从高尔基体）：所有真核细胞都有从高尔基体 TGNTGN区分泌囊泡向质区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成质膜膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成质膜外周蛋白、细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。外周蛋白、细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。

• 调节型外排途径（调节型外排途径（ regulated exocytosis pathwayregulated exocytosis pathway ）：）：分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存在分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。调节型的外排途径存在于特化融合并将内含物释放出去。调节型的外排途径存在于特化的分泌细胞。其蛋白分选信号存在于蛋白本身，由高尔基的分泌细胞。其蛋白分选信号存在于蛋白本身，由高尔基体体 TGNTGN 上特殊的受体选择性地包装为运输小泡。上特殊的受体选择性地包装为运输小泡。

•组成型的外排途径通过组成型的外排途径通过 default pathwaydefault pathway完成蛋白质的转运过程。在粗面内质网中完成蛋白质的转运过程。在粗面内质网中合成的蛋白质除了某些有特殊标志的蛋白合成的蛋白质除了某些有特殊标志的蛋白驻留在驻留在 ERER 或高尔基体中或选择性地进入溶或高尔基体中或选择性地进入溶酶体和调节性分泌泡外，其余的蛋白均沿酶体和调节性分泌泡外，其余的蛋白均沿着粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞着粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面这一途径完成其转运过程。表面这一途径完成其转运过程。