细胞的内吞与外吐

细胞的内吞和外吐是大分子和甚至几个微米大小的颗粒物质通过细胞膜出入细胞的作用。
内吞作用 关于内吞作用的概念，过去认为，凡是部分细胞膜包裹细胞外颗粒物质或溶质，在胞内形成内吞泡的所有过程，都称为内吞作用。然而，现在认为，内吞作用与吞噬作用有本质上的区别（图）。内吞作用通常是比较小的细胞膜区域向胞内凹陷，包裹胞外物质，直至在细胞内形成直径约为0.1μm的内吞泡； 而吞噬作用是对一些较大物质如细菌和细胞碎片等的摄取过程，当这些物质与细胞表面接触时，细胞膜沿物质表面伸展开来，并把它们吞没，在胞内形成直径约为1—2μm或更大的吞噬泡。而且，质膜沿吞噬颗粒伸展时，细胞膜内表面的肌动蛋白微丝参与作用，但内吞作用却不需要。许多原生动物摄取食物、巨噬细胞（如白细胞）摄取或破坏细菌的过程，都是用吞噬作用进行的。

细胞的内吞和外吐示意图

内吞作用可分两种类型（图）:❶胞饮作用：细胞膜包裹胞外小滴液体后，使溶解在该液滴中的所有物质都被吞入细胞，这是一种非专一性的内吞过程。
❷受体中介的内吞作用： 在细胞膜上存在着能专一地识别细胞外大分子（配体）的受体，当配体与受体结合后，形成受体-配体复合物，使这一小区域质膜内陷，并在该细胞膜区域的内表面覆盖一层外衣蛋白质，称为外被层。内吞作用后，进入胞内的内吞泡失去外被层，成为表面光滑的内吞泡，称为非外被层内吞泡。它们与胞内原有的膜小泡融合，这些膜小泡内的pH为5左右，在此酸性环境中，使配体与受体分开。游离下来的受体凝聚在膜小泡的内表面，通过膜融合被重新装进质膜。而包裹配体的非外被层内吞泡与溶酶体融合，在溶酶体蛋白酶和其他水解酶的作用下，配体被降解。
许多有害或有毒蛋白能与细胞表面结合，通过受体中介的内吞作用变成细胞的内在物质。如肝细胞，在细胞膜上含有缺唾液酸糖蛋白受体，它能与糖蛋白末端的半乳糖专一性结合。在血清蛋白中，半乳糖残基必须被唾液酸覆盖，假如糖蛋白末端缺乏唾液酸或半乳糖残基暴露着，则它们是异常的血清糖蛋白。肝细胞膜上的缺唾液酸糖蛋白受体能与异常的血清糖蛋白专一性结合，并在几分钟之内把它们清除。巨噬细胞，为了清除不同的异常糖蛋白或外源的有害蛋白，它们的细胞膜上也含有相应的专一性受体。
胆固醇通透细胞膜的过程也是由受体中介内吞作用进行的。无论是直接来自食物还是肝脏合成的胆固醇，它们在体液中呈不溶性状态，都必须通过载体运输。一种低密度脂蛋白(LDL)颗粒就是专门运输胆固醇的载体。该载体是由单分子磷脂和胆固醇酯组成的LDL球形颗粒，直径为20—25nm，上面镶嵌一个很大的疏水性蛋白分子，有4 563个氨基酸组成，称为apo-B。LDL颗粒携带胆固醇酯通过血液，与许多细胞的专一性膜受体结合，内吞后，LDL颗粒被溶酶体蛋白酶降解，其中apo-B被降解为氨基酸，胆固醇酯被水解为胆固醇和脂肪酸。胆固醇直接渗入细胞膜内，脂肪酸被利用制造新的磷脂。肾上腺皮质细胞在合成甾体激素过程中，需要大量胆固醇，所以肾上腺皮质细胞膜上富集LDL颗粒的受体。
大多数病毒和毒素能通过受体中介的内吞作用进入动物细胞，这些病原体竟能利用细胞膜上专一性受体系统进入细胞，这确实是生物进化中的奥妙。病毒颗粒被吞入细胞后，随着它们的不断增殖和扩散，引起大量细胞死亡。但也有一些病毒，如仙台病毒、人免疫缺陷病毒和爱滋病毒等，它们通常与细胞膜直接融合感染细胞而不是进行内吞作用。随着病毒或毒素进入细胞机制的深入研究，科学家们正在利用这些病原体为人类造福，人们有可能利用一些毒素作为杀死某些肿瘤细胞的高度专一性抗癌药物。某些细菌性疾病的病原体，是这些细菌合成和分泌的蛋白质毒素，它们能使感染的动物细胞中毒或死亡。如白喉杆菌分泌的白喉毒素，含有A和B两个多肽链，它们的功能很不相同，B肽链与人体所有细胞表面尚未定名的受体结合，而A肽链通过受体中介的内吞作用被摄入细胞，并以不可逆性抑制蛋白质合成来杀死细胞。根据这种机制，利用遗传工程技术改变有关的外毒素，有可能创造出一些有效力的新毒素，它们专一性地杀死在细胞表面具有某种受体分子的细胞。例如应用基因工程技术制备一种促黑激素与缺失突变毒素的嵌合体，它能与具有促黑激素受体的细胞结合。如果该嵌合体与黑素瘤细胞（皮肤癌）结合，并内吞进入胞质，使本来是黑素细胞促生长因子的促黑激素改变了性质，不仅不能促进细胞生长，反而能杀死细胞。
外吐作用 细胞分泌各种蛋白质，如肽激素、血清蛋白和胶原蛋白等，是通过细胞的外吐作用来实现的（图）。分泌蛋白在高尔基膜泡中被修饰后，高尔基膜泡以出芽方式脱离下来，形成分泌泡，它们与细胞膜融合，并把分泌蛋白释放到胞外，这种胞内分泌泡与细胞膜融合的过程称为细胞的外吐作用。有的细胞，高尔基膜泡形成分泌泡后，分泌泡之间相互融合，成为胞内分泌蛋白的贮藏库。直至特定的信号（如激素）刺激细胞后，这些贮藏库中的分泌蛋白才能通过外吐作用释放到胞外。许多激素、神经递质和其他药物能激发贮藏库中的分泌蛋白的外吐作用，其机制包括两种：一种涉及激素与细胞表面受体结合后，增加胞内Ca2+浓度，从而刺激蛋白质分泌。乙酰胆碱、胃酸激素和胆囊收缩素等是用这种方法分泌的；另一些激素促使腺泡细胞分泌蛋白质的过程，不包含细胞质Ca2+的增加。例如由肠细胞分泌肠促胰液肽和血管活性肠肽进入血循环的过程，由于在腺泡细胞基底膜表面存在专一性受体，它们与血液中的激素结合，激发蛋白质的分泌，其机制尚不清楚。
无论是内吞还是外吐作用，它们的共同特征是把被摄取和要分泌的大分子包装在较小的膜泡内，与细胞内的其他大分子或细胞器隔开，然后，不同的膜泡只能与专门的膜结构融合，使被包的大分子定向迁移。在内吞和外吐过程中，细胞膜磷脂和蛋白质成分的缺损，分别以不同的方式进行恢复，内吞作用主要以内吞泡恢复细胞膜的成分，而外吐作用，以高尔基膜泡作为恢复细胞膜成分的基础。