概念
內吞作用(endocytosis)又稱入胞作用,是通過質膜的變形運動將細胞外物質轉運入細胞內的過程。根據入胞物質的不同大小,以及入胞機制的不同可將內吞作用分為三種類型:吞噬作用、吞飲作用、受體介導的內吞作用。
細胞通過胞吐作用將細胞內的物質運送到細胞外,又通過內吞作用將細胞外的營養物質等攝取到細胞內以維持正常的代謝活動。細胞的內吞有兩種類型,一種是吞噬細胞完成的對有害物質的吞噬,另一種類型是通過細胞質膜受體介導的對細胞外營養物質的內吞。
吞噬作用
吞噬作用是指攝入直徑大於1μm的顆粒物質的過程。在攝入顆粒物質時,細胞部分變形,使質膜凹陷或形成偽足將顆粒包裹攝人細胞。偽足的伸出是由肌動蛋白參與的,若用抑制肌動蛋白聚合的藥物如細胞鬆弛素能抑制細胞吞噬。
又稱胞吃作用(cellulareating)。吞噬作用只限於幾種特殊的細胞類型,如變形蟲(Amoebae)和一些單細胞的真核生物通過吞噬作用從周圍環境中攝取營養。
在大多數高等動物細胞中,吞噬作用是一種保護措施而非攝食的手段。高等動物具有一些特化的吞噬細胞,包括巨噬細胞(macrophages)和中性粒細胞(neutrophils)。它們通過吞噬菌體攝取和消滅感染的細菌、病毒以及損傷的細胞、衰老的紅細胞。
吞飲作用
是細胞攝入溶質或液體的過程。細胞吞飲時局部質膜下陷形成一小窩,包圍液體物質,然後小窩離開質膜形成小泡,進入細胞。吞飲作用分為液相內吞和吸附內吞。前一種方式為非特異性細胞把細胞外液及其內可溶性物質攝入細胞內。後一種方式中,細胞外大分子或顆粒物質先以某種方式吸附在細胞表面,隨後被攝入細胞內。如陽離子鐵蛋白以靜電作用先吸附在帶負電荷的細胞表面,然後再被細胞攝入。吸附內吞有一定的特異性。
胞吞作用的一種類型。它是一種非選擇性的連續攝取細胞外基質中液滴的內吞過程。吞入的物質通常是液體或溶解物。所形成的小囊泡的直徑小於150nm.根據細胞外物質是否吸附在細胞表面,將胞飲作用分為兩種類型:液相內吞(fluid-phaseendocytosis)和吸附內吞(absorptionendocytosis)。
受體介導的內吞作用
是細胞依靠細胞表面的受體特異性地攝取細胞外蛋白或其他化合物的過程。細胞表面的受體具有高度特異性,與相應配體(被內吞的分子)結合形成複合物,繼而此部分質膜凹陷形成有被小窩,小窩與質膜脫離形成有被小泡,將細胞外物質攝入細胞內。有被小泡進入細胞後,脫去外衣,與胞內體的小囊泡結合形成大的內體,其內容呈酸性,使受體與配體分離。帶有受體的部分膜結構芽生、脫落,再與質膜融合,受體又回到質膜,完成受體的再循環。
吞入的物質
大約有50種以上的不同蛋白,包括激素、生長因子、淋巴因子和一些營養物都是通過這種方式進入細胞。
配體
同受體結合的物質稱為配體(ligand)。配體可分為四大類:Ⅰ。營養物,如轉鐵蛋白、低密度脂蛋白(LDL)等;Ⅱ。有害物質,如某些細菌;Ⅲ。免疫物質,如免疫球蛋白、抗原等;Ⅳ。信號物質,如胰島素等多種肽類激素等。
特點
受體介導內吞的基本特點有兩個特點:①配體與受體的結合是特異的,具有選擇性;②要形成特殊包被的內吞泡。將成纖維細胞培養在加有轉鐵蛋白-鐵標記的低密度脂蛋白(LDL)的培養基中,可清楚地觀察到這一過程。
圖中所示是培養的成纖維細胞質膜對LDL的內吞作用。LDL顆粒與含鐵的轉鐵蛋白共價相連,電子顯微鏡下所見的黑點是小分子的鐵。(a)LDL與細胞表面的受體結合併形成有格線蛋白包被的小窩;(b)含有LDL的被膜小窩向下凹陷逐漸形成被膜小泡;(c)含有轉鐵蛋白標記的LDL被膜小泡;(d)含有轉鐵蛋白標記的LDL顆粒的無被小泡(初級內體)。
基本過程
大致分為四個基本過程∶
①配體與膜受體結合形成一個小窩(pit);
②小窩逐漸向內凹陷,然後同質膜脫離形成一個被膜小泡;
③被膜小泡的外被很快解聚,形成無被小泡,即初級內體;
④初級內體與溶酶體融合,吞噬的物質被溶酶體的酶水解。
受體介導的內吞泡的命運
在受體介導的內吞作用中,隨內吞泡進入細胞內的物質可分為三大類∶配體(獵物)、受體和膜組分,它們進入細胞後的命運如何呢?
●配體和受體的命運
在受體介導的內吞中,配體基本被降解,少數可被利用。大多數受體能夠再利用,少數受體被降解。通常受體有四種可能的去向。見本段附圖。
●膜成分的命運:被內吞進來的膜成分有三種可能的去向,見本段附圖。
受體介導的低密度脂蛋白內吞作用
LDL的結構
LDL是一種球形顆粒的脂蛋白,直徑為22nm,核心是1500個膽固醇酯;外面由800個磷脂和500個未酯化的膽固醇分子包裹,由於外被脂分子的親水頭露在外部,使LDL能夠溶於血液中;最外面有一個相對分子質量為55kDa的蛋白,叫輔基蛋白B——100(apolipoproteinB-100),它能夠與特定細胞的表面受體結合。
(a)由磷脂和未酯化的膽固醇單層構成LDL的外膜結構,在外膜上結合一個親水的apo-B蛋白,該蛋白可以介導LDL與細胞表面的受體結合。(b)四種類型脂蛋白的電鏡照片。
LDL受體蛋白
LDL受體蛋白是一個單鏈的糖蛋白,由839個胺基酸組成,跨膜區由22個疏水的胺基酸組成,為單次跨膜蛋白。LDL受體蛋白合成後被運輸到細胞質膜,即使沒有相應配體的存在,LDL受體蛋白也會在細胞質膜集中濃縮並形成被膜小窩,當血液中有LDL顆粒,可立即與LDL的apoB-100結合形成LDL-受體複合物。
LDL的內吞
一旦LDL與受體結合,就會形成被膜小泡被細胞吞入,接著是格線蛋白解聚,受體回到質膜再利用,而LDL被傳送給溶酶體,在溶酶體中蛋白質被降解,膽固醇被釋放出來用於質膜的裝配,或進入其他代謝途徑。
LDL不是血液中惟一的膽固醇運輸劑,HDL也有類似的結構和功能,但含有不同的蛋白質具有不同的生理作用。LDL主要是將肝組織的膽固醇運向身體其他部位的細胞。而HDL則沿相反方向運輸,即從身體其他部位將膽固醇運向肝組織,通過內吞作用被吸收並作為膽汁分泌出去。血液中LDL的升高會增加心臟病的危險性,但是血液中HDL的水平提高就會降低這種危險性,因為它可以通過肝來降低血液中的LDL水平。
轉胞吞作用
轉胞吞作用是一種特殊的內吞作用,受體和配體在內吞中並未作任何處理,
只是經細胞內轉運到相反的方向,然後通過胞吐作用,將內吞物釋放到細胞外,這種內吞主要發生在極性細胞中,如抗體轉運到血液和奶汁就是這種運輸。
配體跨細胞的轉運同時涉及胞吞作用與胞吐作用。在新生的小鼠中,腸腔內的pH=6,而表皮的相對一側(朝向血管)的pH=7,表皮細胞質膜上的Fc受體在pH=6或更低時與IgG的Fc結合,在pH=7時不能結合。在腔面形成的含有Fc受體-IgG複合物的內吞體跨細胞移動並與基膜融合,釋放出IgG,卸載的受體通過轉胞吞作用回到原來的質膜。
在內吞過程中,質膜上受體與配體特異結合部位的胞質面(將形成有被小泡的外衣)有一些蛋白附著:①格線蛋白是其中最主要的一種蛋白。它是一種纖維蛋白,與另一種較小的多肽形成了有被小泡外衣的結構單位,即三腿蛋白複合物。三腿蛋白複合物包括三個格線蛋白和三個較小的多肽。由許多三腿蛋白複合物聚合構成五邊形或六邊形的格線樣結構,覆於有被小泡或有被小窩的胞質面。由格線蛋白裝配成的外衣提供了牽動質膜的機械力,導致有被小窩的下凹,也有助於捕獲膜上的特異受體及與之結合的被轉運分子;②調節素是有被小泡中組成外衣的另一類重要的蛋白,它是多亞基的複合物,能識別特異的跨膜蛋白受體,並將其連線至三腿蛋白複合物上,起選擇性介導作用。跨膜受體蛋白胞質面肽鏈尾部,常在一個由四個胺基酸殘基構成的區域內高度轉折,形成一個內吞信號,由調節素識別它。所以調節素可介導不同類型受體,使細胞能捕獲不同類型的物質。