基础概念
每个细胞都需要摄取营养、与外界沟通并快速响应环境变化。为此,细胞不断调整其质膜和内部隔室的组成,通过内膜系统实现这些调节。主要过程包括:
外排作用(Exocytosis):分泌途径将新合成的蛋白质、碳水化合物和脂质输送到质膜或细胞外空间。 内吞作用(Endocytosis):质膜成分被移除并转运到内部的内体(endosome)中,再被回收到质膜或送至溶酶体(lysosome)降解。
囊泡运输的分子机制
在真核细胞中,运输囊泡不断从一个膜上出芽,带着膜成分和溶质分子(货物)融合到另一个膜上。囊泡交通遵循高度有组织的方向性路径,使得细胞能够分泌物质、摄取养分并重塑质膜和细胞器。
分泌途径(Secretory Pathway):从内质网(ER)向外延伸到高尔基体(Golgi)和质膜,包括到溶酶体的分支。 内吞途径(Endocytic Pathway):从质膜向内运输。
膜标记和囊泡选择性
被膜囊泡的种类
网格蛋白被膜囊泡(Clathrin-coated Vesicles):负责高尔基体与质膜、内体与高尔基体之间的运输。 COPI 和 COPII 被膜囊泡:分别负责高尔基体隔腔之间及 ER 和高尔基体之间的运输。
这些被膜有两层结构:内层浓缩特定膜蛋白,选择适当的膜分子进行运输;外层笼子形成弯曲的、类似篮子的结构,塑造囊泡。
膜弯曲蛋白和膜运输中的 GTP 酶
Rab 蛋白在运输囊泡的指导作用
SNARE 蛋白介导膜融合
SNARE 蛋白通过缠绕在一起形成稳定的四螺旋束,将囊泡与目标膜紧密结合,推动膜融合。v-SNARE 通常位于囊泡膜上,而 t-SNARE 位于目标膜上。SNARE 复合物不仅决定膜融合的特异性,还提供推动膜融合的能量。