细胞生物.3 | Vesicle trafficking

• Vesicular Trafficking (Across the Plasma Membrane)

  囊泡运输（跨越质膜）

  • This is how substances move in and out of the cell using membrane-enclosed vesicles.
    细胞通过被膜包裹的囊泡将物质运入或运出细胞。
  • It’s part of the endomembrane system 内膜系统的一部分，包括：
    • Plasma membrane (PM) 质膜
    • Endoplasmic reticulum (ER) 内质网
    • Golgi apparatus 高尔基体
    • Lysosomes 溶酶体
    • Vesicles, endosomes 囊泡、内体
    • Vacuoles 液泡

  Key idea: Vesicles bud off from a donor compartment, travel, and fuse with a target membrane, delivering cargo without cargo crossing a membrane directly.
  核心概念：囊泡从供体膜上出芽，运输后与靶膜融合，将货物递送过去 —— 而货物并不直接跨膜。

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  Two Types of Vesicular Trafficking

  囊泡运输的两种类型

  • Endocytosis 内吞作用: Substances go into the cell.
  • Exocytosis 外排作用: Substances go out of the cell.

  Both require energy (ATP or GTP) 因为涉及膜重塑，都需要能量。

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  Types of Endocytosis

  内吞的三种类型

  (1) Phagocytosis 吞噬作用

  • Engulfs large particles >150 nm (e.g. bacteria, dead cells)
    吞入 大颗粒（>150 nm），如细菌、死亡细胞。
  • Only by professional phagocytes (macrophages, dendritic cells, neutrophils)
    仅限“专业吞噬细胞”（巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞）。
  • Needs a trigger 需要触发信号。
  • Forms a phagosome → lysosome → phagolysosome.
    形成 吞噬体 → 溶酶体 → 吞噬溶酶体。
  • Functions: defense + homeostasis
    功能：防御（杀菌）+ 维持稳态。

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  (2) Pinocytosis 胞饮作用

  • Called “cell drinking” 称为“细胞饮水”。
  • Non-selective, no trigger 非选择性，无需触发。
  • Happens in all cells 所有细胞都有。
  • Vesicles are small <150 nm 小囊泡（<150 nm）。
  • Functions: sample environment, recycle membrane
    功能：环境采样，膜循环。

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  (3) Receptor-Mediated Endocytosis 受体介导的内吞

  • Highly specific uptake of ligands (e.g. LDL)
    高度特异性地摄取配体（如 LDL）。
  • Ligands bind receptors → cluster into clathrin-coated pits
    配体与受体结合 → 聚集成 网格蛋白包被小窝。
  • Requires clathrin, AP2, dynamin 等蛋白。
  • Needs a trigger. 需要触发。
  • Used to selectively uptake important molecules
    用于选择性摄取重要分子。

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  Phagocytosis – Process in Detail

  吞噬作用详细过程

  1. Receptors recognize target → actin-driven extensions
     受体识别颗粒 → 肌动蛋白驱动膜延伸
  2. Enclose particle into phagosome
     囊裹形成 吞噬体
  3. Fusion with lysosome → phagolysosome
     与溶酶体融合 → 吞噬溶酶体
  4. Inside: enzymes + ROS + acidic pH → breakdown
     内部：酶 + ROS + 酸性环境 → 分解颗粒
  5. After digestion 消化后：
     • Useful components → back to cytosol
       有用成分 → 回收至胞质
     • Waste → residual bodies, exocytosis
       废物 → 残余小体，外排
     • Some peptides → displayed on MHC-II for immune signaling
       一些肽段 → 在 MHC-II 上展示，用于免疫信号传递。

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  Special Case: Efferocytosis

  特殊情况：清除凋亡细胞（尸体吞噬作用）

  • A type of phagocytosis for clearing apoptotic cells.
  • 一种吞噬作用，专门清除 凋亡细胞。
  • Like a funeral → maintains tissue homeostasis.
  • 就像一场“葬礼”，维持组织稳态。

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  Recap & Comparison 对比总结

  Pinocytosis 胞饮作用

  • Non-specific 非特异性
  • No trigger 无需触发
  • All cells 所有细胞都有
  • Small vesicles <150 nm 小囊泡
  • Takes in fluid + solutes 摄入液体与溶质

  Receptor-Mediated Endocytosis 受体介导内吞

  • Specific 特异性
  • Triggered 需要触发
  • Ligand binds receptor 配体结合受体
  • Receptors cluster into clathrin-coated pits 受体聚集成网格蛋白包被小窝
  • Selective uptake of important molecules 选择性摄取重要分子

Vesicular Trafficking – Step-by-Step Overview

囊泡运输 —— 分步骤总览

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1. Vesicle Formation (Budding)

囊泡形成（出芽）

• Vesicle buds off from donor compartment (e.g. ER, Golgi).
  囊泡从供体细胞器（如内质网、高尔基体）出芽。
• Involves coat proteins: clathrin, COPI, COPII.
  涉及被膜蛋白：网格蛋白（clathrin）、COPI、COPII。

Analogy 比喻: Packing the box 打包箱子

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2. Vesicle Movement (Transport)

囊泡移动（运输）

• Vesicle actively transported through cytosol.
  囊泡在细胞质中主动运输。
• Uses motor proteins: kinesin, dynein.
  利用马达蛋白：驱动蛋白 kinesin、动力蛋白 dynein。
• Moves along microtubules.
  沿着 微管 移动。

Analogy 比喻: Shipping the box 快递运输

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3. Tethering

囊泡牵引

• Vesicle gets close to target membrane.
  囊泡靠近靶膜。
• Tethering proteins grab vesicle → long-distance interaction.
  牵引蛋白 抓住囊泡 → 属于远距离相互作用。
• Helps position vesicle.
  帮助囊泡定位。

Analogy 比喻: Arriving near the destination 到达目的地附近

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4. Docking

囊泡对接

• Vesicle brought into close contact with target membrane.
  囊泡与靶膜紧密接触。
• Mediated by SNARE proteins:
  • v-SNAREs → on vesicle 囊泡上的 v-SNARE
  • t-SNAREs → on target membrane 靶膜上的 t-SNARE

Analogy 比喻: Handing the box to the door 把快递递到门口

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5. Fusion

膜融合

• Vesicle membrane fuses with target membrane.
  囊泡膜与靶膜融合。
• Cargo delivered inside (e.g. PM, lysosome, Golgi).
  货物被送入靶细胞器（质膜、溶酶体、高尔基体等）。
• Requires energy (ATP/GTP) + tight regulation.
  需要能量（ATP/GTP）并且高度受控。

Analogy 比喻: Opening the door & putting contents inside 开门，把快递放进去

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✅ 总结：

• Budding 出芽 = 打包
• Transport 运输 = 快递
• Tethering 牵引 = 到目的地附近
• Docking 对接 = 快递递到门口
• Fusion 融合 = 开门收货