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主要内容

批量运输

胞吞作用和胞吐作用。胞噬作用、胞饮作用和受体介导的胞吞作用。

介绍

想象你自己是一个巨噬细胞:一个无情的白细胞,穿过身体的组织,跟踪变形虫,寻找病原体,垂死或已死亡的细胞和其他不需要的细胞。当你遇到其中之一时,你的任务不仅仅是摧毁它,而是把它 整个吞噬
这种彻底的消灭似乎有点过了头,但它有两个重要的目的。首先,它恢复了身体需要的重要的高分子。其次,在外来病原体的情况下,它允许巨噬细胞在其表面展现病原体的碎片,以此来提醒其他免疫细胞该病原体的存在,并触发免疫反应。
让我们回到一开始,看看巨噬细胞如何“吃”病原体或细胞碎片的?在过去的几个章节中,我们讨论了离子和小分子,如糖和氨基酸可以通过离子通道和转运体进出细胞。离子通道和转运体让特定的小分子方便地穿过细胞膜膜,但如果要运送大如整个细菌这样的东西,它们实在是太小了(并且十分挑剔要去运输什么)。
取而代之的是大容量运输机制。在这些机制中,大颗粒(或大量较小的颗粒) 可以穿过细胞膜。这些机制包括将要运输的物质包裹在膜形成的独立的小球中。这些小球可以从细胞膜脱离或与细胞膜融合,使物质通过。例如,巨噬细胞将病原体当作晚餐吞噬时,会将膜 "臂" 延伸在它周围,并将其包裹在一个称为食物液泡的膜圈中(在那里被消化,食物会渐渐被消化)。
巨噬细胞是一个大容量运输的戏剧性的例子,你体内大多数的细胞并不会吞没整个微生物。然而,大多数细胞确实有某种大容量运输机制。这些机制允许细胞从环境中获得营养,有选择地从细胞外液体中“抓取”某些粒子,或释放信号分子与邻居交流。 类似于主动运输通过载体蛋白移动离子和小分子的过程,散装运输是一种需要消耗能量的过程(更确切地说是能源密集型的过程)。
现在,我们将研究各种大容量运输的方式:吞噬作用、胞饮、胞吞作用和胞外分泌。

内吞作用

内吞作用 (endocytosis, endo=内部的,cytosis=运输机制)是一个宽泛的术语,囊括了各种主动运输方式。这些方式都通过把分子包围进一个由质膜组成的囊泡中而将它们运进细胞内。
内吞作用由很多种形式,但它们的基本过程相同。首先,细胞膜内陷,环绕着一个或一些靶分子形成一个口袋。这些口袋之后在特殊蛋白的帮助下与细胞膜分离,分子就困这个在细胞里新形成的囊泡或液泡中了。
内吞作用可进一步细分为以下几类:吞噬作用、胞饮和受器媒介的胞吞作用。

吞噬作用

吞噬作用(就如字面意思“细胞饮食”)是一种内吞作用,其中大型粒子,如细胞或细胞碎片,被运入细胞,我们已经看到了一个吞噬作用,那就是文章一开始讲到的巨噬细胞
图片展现了吞噬作用。
图片改编自OpenStax Biology (原作品作者为Mariana Ruiz Villareal)
单细胞真核生物变形虫也使用吞噬来捕猎和吃掉它们的猎物。或者至少,它们试图去吃——下面的图像系列显示一个的变形虫试图吞噬酵母细胞,只是对方有一点点太大了。
一旦细胞成功地吞没了目标颗粒,含有该粒子的口袋就会从膜上剥离,形成一个膜约束的隔间,称为食物液泡。食物液泡后来将与一个名为 溶酶体的有机细胞融合,也就是细胞的“回收中心”。溶酶体有酶将被吞没的粒子分解成其基本成分(如氨基酸和糖),然后细胞可以使用这些成分。
图片来自: series of stills from video by Margaret Clarke1(Cell Image Library, CIL: 12654; Clarke et al., 2010).

胞饮作用

胞饮作用(字面上理解就是,“细胞饮用“)描述的是细胞吸收少量外界的液体。胞饮作用在许多类型的细胞持续发生,并不断取样周围液体,以便获得所有接近的营养物和分子。胞饮物被保存在小囊泡中,比吞噬作用中获得的食物要小得多。
图形显示胞饮作用(左)和受器媒介的胞吞作用(右边)。
图片改编自OpenStax Biology (原作品作者为Mariana Ruiz Villareal)

受器媒介的胞吞作用

受器媒介的胞吞作用是一种细胞内吞形式,其中细胞表面的受体蛋白被用来捕获特定的目标分子。接受体是跨膜蛋白,聚集在被称为包膜坑的质膜区域。这个名字来自于一层蛋白质,称为涂层蛋白质,存在于坑的细胞质一侧。上图所示的网格蛋白是研究最多的蛋白质外壳2
当受体与其特定的目标分子结合时,就会触发内吞,接受体及其附着的分子被带入囊泡中的细胞。涂层蛋白参与了这一过程,使囊泡的圆形,并帮助它从膜脱离。接受体介导的内吞允许细胞吸收大量的分子是相对罕见的(出现在低浓度时)尤其是在细胞外液体中 2,3
虽然受器媒介的胞吞作用将有用物质带入细胞,但其他不友好的粒子可能通过同样的路线进入。流感病毒、白喉和霍乱毒素都使用过受器媒介的胞吞作用的途径,进入细胞。
假设某种分子通过受器媒介的胞吞作用离开血液。如果该分子的接受蛋白蛋白缺失或存在缺陷,会发生什么情况?

胞外分泌

细胞必须吸收某些分子,如营养物质,但它们也需要释放其他分子,如信号蛋白和排泄物到外部环境。 胞外分泌 Exocytosis (exo = external, cytosis = transport mechanism)是一种大容量运输形式,在膜结合的囊泡中,材料从细胞内部运输到细胞外部。
细胞胞外分泌的示意图。
图片改编自OpenStax Biology (原作品作者为Mariana Ruiz Villareal)
其中一些囊泡来自高尔基体并包含了例如信号分子以及其它重要分子。其他囊泡含有细胞需要处理的排泄物,例如在被消化的吞噬颗粒被消化后残留的残渣。
这些囊泡被输送到细胞边缘,在那里它们可以与质膜融合,并将其内容物释放到细胞外空间。一些囊泡完全与膜融合,并纳入其中,而其他遵循“接吻再运行”的模式,融合时以释放他们的颗粒(”亲吻“膜), 然后再脱离之前返回到细胞内部4

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