细胞生物学课件：囊泡运输调节机制

囊泡运输

——细胞的“物流系统”囊泡是由单层膜所包裹的膜性结构，从几十纳米到数百纳米不等，主要司职细胞内不同膜性细胞器之间的物质运输，称之为囊泡运输。

什么是囊泡?囊泡运输的意义囊泡运输参与细胞多项重要的生命活动，如神经递质的释放及信息传递、激素分泌、天然免疫等，其运输障碍会导致多种细胞器发生缺陷和细胞功能紊乱，并与许多重大疾病(如神经退行性疾病、精神分裂症、糖尿病等代谢性疾病、感染与免疫缺陷、肿瘤等的发生发展)密切相关。研究细胞的囊泡运输，不仅会对细胞生物学的基础理论研究产生积极的推进作用，也将揭示一些影响人类健康的重大疾病机理，为其治疗提供新的策略或靶点，对人类健康产生重要和积极的影响。下面主要简单介绍囊泡运输的调控机制一、膜通过出芽方式形成囊泡囊泡的外表面被蛋白包被。通过改变膜结构的构象，这些蛋白将促使囊泡形成。这些囊泡被分成网格蛋白有被囊泡、COPⅠ有被囊泡以及COPⅡ有被囊泡三种类型。网格蛋白有被囊泡穿梭于外侧高尔基体和细胞质膜之间，COPⅠ有被囊泡则主要介导蛋白质从高尔基体运回内质网。COPⅡ有被囊泡则介导非选择性运输。二、囊泡在细胞内转运为了让囊泡朝着正确的方向前进，细胞会布置坚固的微丝和微管为囊泡构筑“快速运输通道”。在这些细胞骨架之上，一些特别的分子马达，如动力蛋白和驱动蛋白会背负着囊泡的一步一步向目的地迈进。分子马达与装载特定货物的囊泡之间是严格配对的，一些类型的囊泡甚至可以配备“飞行器”级别的运输动力。有了箱子，也有了车子，剩下的问题，就是将货物准确地送到目的地了。细胞物流的精髓便在于精确地转运和投放货物。要实现这一点，膜融合的过程就不能出现半点差池。囊泡与靶位点膜结构的融合过程包括两个事件：首先，囊泡必须特异性地识别目标膜。例如运输溶酶体酶的囊泡就只能把货物转运到溶酶体。其次，囊泡必须与目标膜发生融合，从而释放内容物。为了说明膜融合的过程，科学家提出了SNARE假说三、SNARE假说研究发现，动物细胞融合需要可溶性蛋白NSF以及可溶性NSF附着蛋白SNAP的参与。NSF蛋白和SNAP蛋白能够介导不同类型的囊泡的膜融合过程，这意味着它们本身没有特异性。因此，膜融合的特异性是由SNAP受体蛋白，也就是SNARE提供的。每一种运输囊泡中都有一个特殊的V-SNARE标志，能够与目标膜上的T-SNARE相互作用。只有接触到相互对应的位点，囊泡和目标膜才会形成稳定的结构进行融合。除了SNARE蛋白之外，膜融合还需要Rab蛋白的参与，在不同的囊泡转运过程中行使功能的Rab蛋白超过30种。这些蛋白能够结合GTP并将GTP水解，从而改变自己的构型，帮助囊泡与目标膜结合。由于细胞物流系统的正常运作对细胞乃至有机体的健康实在是至关重要，上述的一系列过程都在严格的调控之下进行。而突触位置的囊泡运输又可谓是重中之重。下面详细介绍神经突触中的囊泡运输。四、触发突触囊泡融合的钙感受器经过研究，科学家发现了一种被称为突触结合蛋白的跨膜蛋白，这种蛋白是钙离子感受器，能够发动囊泡融合，释放神经递质。当受到刺激时，神经细胞内部的钙离子浓度会增加。一旦囊泡上的突触结合蛋白与钙离子结合，囊泡就会通过与SNARE等蛋白的相互作用，按需要快速或缓慢地释放神经递质。除了突触结合蛋白之外，科学家还发现了一系列SNARE蛋白成员（如SNAP-25），以及包括RIM蛋白和Munc蛋白在内的、协助囊泡释放神经递质的蛋白质。这些发现支持并丰富了SNARE假说，使得囊泡转运的分子机制越发明朗起来。

参考资料1.王金发.《细胞生物学》科学出版社.2003.387-407.2.O'Connor,C.M.&Adams,J.U.

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