囊泡运输

第一节 囊泡运输概述

一、囊泡运输的概念、类型及基本过程

囊泡运输(vesicular transport/vesicle trafficking)：

• 是一种转运大分子或颗粒物质的运输方式。
• 大分子或颗粒物质不能直接穿过细胞膜，需要借助膜包围形成的囊泡，通过一系列囊泡的形成、转运、识别与融合来完成物质运输的过程。

囊泡运输的类型：根据运输途径的不同，可分为以下几种类型：

• 胞吞作用 Endocytosis
• 胞内囊泡运输
• 胞吐作用 Exocytosis
• 穿胞吞吐作用 Transcytosis
  • 血脑屏障中的穿胞吞吐作用

二、囊泡的概念、类型及生成过程

囊泡 (vesicle)：

• 球形小泡，大小从几十纳米到数百纳米不等，单层膜结构；
• 由细胞质膜、细胞内膜外凸或内凹包围形成；
• 可介导大分子或颗粒物质在细胞中的膜性结构间进行跨膜物质转运

囊泡的类型：

1. 网格蛋白包被囊泡

   • 由网格蛋白包裹形成；
   • 主要负责胞吞、胞吐及高尔基体向胞内其他膜性细胞器的物质运输；
   • 囊泡表面覆盖一层纤维丝状蛋白质，形同网格，故名。
   • 网格蛋白单体：由3条重链和3条轻链组成，每一条重链与一条轻链组合在一起，形成三联体结构的一条臂，因此网格蛋白又被称为三条臂蛋白。
   • 重链的末端形成球形的结构域，是衔接蛋白结合的位点

2. 包被蛋白复合物Ⅱ(COPⅡ)包被囊泡
   • 由包被蛋白复合物Ⅱ包裹形成的囊泡；
   • 主要负责从内质网向高尔基体的物质运输；
   • 由多种蛋白质组成，其基本功能单位包括Sar1、Sec23、Sec24、Sec13和Sec31 五个蛋白质。其中Sar1是GTP酶

3. 包被蛋白复合物I(COPI)包被囊泡

   • 由包被蛋白复合物I包裹形成的囊泡；
   • 主要负责内质网逃逸蛋白或错误折叠蛋白由高尔基体到内质网的逆向运输，同时也负责高尔基体膜囊之间的逆向运输；
   • 由外被体蛋白和小ARF1组成的多亚基复合物，ARF1类似于Sar1蛋白，也是一种小分子GTP酶。

important side is Transport Steps

囊泡的生成过程：

• 从质膜或细胞内膜性细胞器生成的过程称为芽生(budding)；
• 在芽生过程中，要进行物质的分选、膜变形以及囊泡成熟等过程。

以网格蛋白生成过程为例：分为以下几个阶段

1. 网格蛋白包被的形成；
2. 包被内陷和凹窝的形成，凹窝的进一步缩窄，最后与包膜之间形成一个狭细的颈口；
3. 通过缢断蛋白的介导使囊泡从膜上剪切下来；
4. 囊泡去包被过程。

衔接子(Adaptin)的类型和作用:

• 位于多面体篮和囊泡膜之间(约为20nm的空间)。是四个亚基组成的复合体；
• 种类：包括AP-1、AP-2、AP-3、AP-4和AP-5等
• 作用：具有识别特异的跨膜蛋白受体，并将其连接到网格蛋白上的作用。
• 衔接蛋白一端与网格蛋白重链结合，催化网格蛋白的聚合；另一端又与被转运的“货物”分子衔接。

第二节 胞吞作用 Endocytosis

• 概念：通过质膜的变形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程
• 过程：胞吞作用是一个耗能的过程，质膜包裹物质后成熟、脱落形成胞吞囊泡，由缢断蛋白等提供能量最终完成剪切并与质膜脱离。
• 意义：胞吞作用是调节细胞物质运输和质膜更新的重要生理过程，对于维持细胞与外界环境的协调具有重要作用

胞吞作用类型： 根据胞吞成熟过程中是否依赖小GTP酶缢断蛋白的剪切作用，将其分类三类：

第三节 胞内囊泡运输

一、内质网向高尔基体的囊泡运输

由COPⅡ包被囊泡介导：将待转运物质从内质网运输至高尔基体，并受到SNARE等一系列蛋白质的精确调控。

• SNARE是一种小分子膜蛋白，在囊泡识别和结合过程中具有重要作用。
• SNARE蛋白根据其位置分布，可分为t-SNARE (target SNARE) 和 v-SNARE(vesicle SNARE)。
• 位于靶膜上的称为t-SNARE ，如syntaxin和SNAP25等。
• 位于运输囊泡上的称为v-SNARE，如VAMPs和synaptobrevin等。

二、高尔基体向内质网的方向囊泡运输

由COPI包被囊泡介导：主要负责逆向运输逃逸蛋白从高尔基体返回至内质网内；高尔基体膜囊之间的逆向运输。i.e. above

三、高尔基体向胞内膜性细胞器的囊泡运输

• 从高尔基体到内体 （网格蛋白包被囊泡）
  • 内体：进一步筛选和装载细胞膜蛋白的中转细胞器
• 从高尔基体到溶酶体（网格蛋白包被囊泡）

四、胞内其他膜性细胞器之间的囊泡运输

第四节 胞吐作用 Exocytosis

胞吐作用：在高尔基体反面膜囊，目的地不同的货物蛋白被识别、分离和集中到不同的膜微区，然后被装载进不同的囊泡内，运输至细胞膜或细胞外的过程。

• 从高尔基体到细胞膜
• 分泌泡的囊泡运输途径
• 胞外体的囊泡运输途径

胞外体(exosome)：是由多泡体与质膜融合并将其内含小泡释放到细胞外的一种膜性囊泡，直径约30-100nm。

囊泡运输总结

第五节 囊泡运输与疾病

糖尿病和囊泡运输的关系