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（exocytosis）， 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。

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： ①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； ② 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； ③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④ 分泌小泡或⑤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；⑥内吞作用从细胞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）。［  搜集整理］

　　■ 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（constitutive 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（regulated secretory pathway）

　　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（secretory vesicles）。

　　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（transcytosis）（图9-52）。

图9-52 表皮细胞的顶部和基底侧质膜蛋白的分选

　　培养的MDCK表皮细胞同时被VSV和流感病毒感染， VSV糖蛋白（G蛋白）只存在基底侧质膜中，而流感病毒的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。

　　■ 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， 如血清白蛋白（serum albumin）、胰岛素、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（proalbumin）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∶Arg-Arg 或者Lys-Arg（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。

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（furin）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羧肽酶（carboxypeptidase）切除多肽链C-末端的两个碱性氨基酸。

　　■ 胞吐作用（exocytosis）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（fusion 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（fusion pore）的形成（图9-54）， 最后两种膜融为一体。

图9-54 胞吐作用与膜融合模型

　　①两种膜蛋白相互接触； ②两种膜之间形成一个封闭的孔，并逐渐扩大； ③由于膜脂的扩散，两种膜的脂双层融合成一体。