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吞噬作用与内吞作用[细胞生物学]

2007-08-14 15:08 医学教育网
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  吞噬作用与内吞作用(endocytosis)

  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(cellular eating)。吞噬作用只限于几种特殊的细胞类型,如变形虫(Amoebae)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(macrophages)和中性粒细胞(neutrophils)。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(pinocytosis)

  又称胞饮作用(cellular drinking), 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150nm.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(fluid-phase endocytosis)和吸附内吞(absorption endocytosis)。

  ■ 受体介导的内吞作用(receptor-mediated endocytosis)

  一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)
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(interleukins)
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(ligand)

  同受体结合的物质称为配体(ligand)。配体可分为四大类:Ⅰ。营养物, 如转铁蛋白、低密度脂蛋白(LDL)等; Ⅱ。有害物质, 如某些细菌; Ⅲ。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: ①配体与受体的结合是特异的, 具有选择性; ②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(LDL)的培养基中,可清楚地观察到这一过程(图9-56)。

  图9-56 低密度的脂蛋白(LDL)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)LDL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LDL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LDL被膜小泡;(d)含有转铁蛋白标记的LDL颗粒的无被小泡(初级内体)。

  ●基本过程

  大致分为四个基本过程∶①配体与膜受体结合形成一个小窝(pit); ② 小窝逐渐向内凹陷,然后同质膜脱离形成一个被膜小泡;③ 被膜小泡的外被很快解聚, 形成无被小泡, 即初级内体;④ 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)。

图9-57 受体介导的内吞作用

  ■ 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三种可能的去向(图9-58)。

图9-58 受体介导的内吞作用所涉及的途径

  受体介导的内吞中, 内吞泡中的配体、受体和膜成分的去向如何?

  ■ 受体介导的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL)内吞作用

  ● LDL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1500个胆固醇酯;外面由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55 kDa的蛋白,叫辅基蛋白B——100(apolipoprotein B-100), 它能够与特定细胞的表面受体结合。

图9-59 LDL颗粒结构示意图

  (a)由磷脂和未酯化的胆固醇单层构成LDL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。LDL受体蛋白合成后被运输到细胞质膜,即使没有相应配体的存在, LDL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LDL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)。

图9-60 受体介导的LDL内吞过程

  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

  LDL不是血液中惟一的胆固醇运输剂, HDL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HDL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LDL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LDL水平。

  ● LDL与动脉粥样硬化医学教育网

  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。

  ■ 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(transferrin)

  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(apotransferrin), 它能够紧紧结合两个Fe3+, 此时称为铁结合转铁蛋白(ferrotransferrin)。

  ● 铁的运输

  所有生长中的细胞表面都有铁结合转铁蛋白的受体,在中性pH条件下与铁结合转铁蛋白与铁结合, 然后通过内吞作用进入细胞。在细胞内,在内体的酸性环境中, 转铁蛋白释放出铁, 但是转铁蛋白仍然同膜受体结合, 并与受体一起回到质膜;当细胞外环境变成中性时, 转铁蛋白同受体脱离,并自由地结合铁, 然后又开始新一轮循环。实际上, 转铁蛋白穿梭于细胞外液体和内体之间, 避开了溶酶体, 快速传递细胞生长所需的铁(图9-61)。

图9-61 生长细胞中转铁蛋白的循环

  ■ 转胞吞作用(transcytosis)

  转胞吞作用是一种特殊的内吞作用,受体和配体在内吞中并未作任何处理,

  只是经细胞内转运到相反的方向, 然后通过胞吐作用, 将内吞物释放到细胞外,这种内吞主要发生在极性细胞中,如抗体转运到血液和奶汁就是这种运输(图9-62)。

图9-62 母体IgG免疫球蛋白跨过新生鼠表皮细胞的转胞吞作用

  配体跨细胞的转运同时涉及胞吞作用与胞吐作用。在新生的小鼠中, 肠腔内的pH=6,而表皮的相对一侧(朝向血管)的pH=7,表皮细胞质膜上的Fc受体在pH=6或更低时与IgG的Fc结合, 在pH=7时不能结合。在腔面形成的含有Fc受体-IgG复合物的内吞体跨细胞移动并与基膜融合,释放出IgG,卸载的受体通过转胞吞作用回到原来的质膜。

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