結構生物化學/膜裂變

介紹

膜裂變是一個過程，其中最初連續的細胞膜分裂成兩個不同的膜。這種活動在胞吐作用和細胞繁殖等正常過程中很重要，用於將分子從具有細胞的細胞器分離並運輸到脂質雙層以及反之。膜裂變也是膜融合的直接相反，並且具有促進其過程的獨立蛋白質。

先決條件

為了在不改變原始雙層的情況下製作一個獨立的膜結合亞基，需要在區域性改變和扭曲脂質雙層。這必須在不產生任何載體內部洩漏的情況下完成，因此，需要一個具有半裂變狀態形成的裂變途徑。這種半裂變狀態涉及形成一個狹窄的頸部途徑，將單層作為中間體合併，並衰減中間體以完成裂變反應。整個形成需要彎曲、傾斜或彎曲雙層。

脂質位置的變化導致彈性應力，在雙層中儲存彈效能量。需要一個外力來拉伸、壓縮、傾斜或彎曲一塊膜。為了使膜裂變在能量上發生，裂變過程完成後，總自由能（外部能量加上內部能量）需要更低。

參與的過程和蛋白質

膜裂變始於最初連續的細胞膜開始形成膜頸。該頸部類似於融合孔，其寬度不斷減小，直到完全消失，形成的兩個膜形成。GTP 酶動力蛋白提供扭曲膜和形成膜頸的能量。

膜頸的形成與蛋白質複合物執行的蛋白質包被（膜支架）的形成有關。蛋白質包被的形成最終會導致膜頸，然後透過這些蛋白質包被的不斷構建而變窄。參與其中的蛋白質包括 CHMP2 和 CHMP3，它們都是帶電的多泡體蛋白。透過將疏水和兩親性蛋白插入細胞膜中或靠近細胞膜，也可以促進膜頸的形成。這些蛋白質的例子包括 BAR 結構域和動力蛋白家族蛋白，它們被放置在細胞膜上。

ESCRT-III 可以類似於動力蛋白家族蛋白催化膜裂變，除了它在膜內組裝，這會導致它收緊並最終開始裂變。這種蛋白質不僅對細胞膜裂變很重要，而且對胞質分裂也很重要，這表明細胞膜裂變與細胞繁殖之間的關係。

與膜融合的異同

膜裂變與膜融合有許多相似之處，因為它是相反的過程，但也有一些獨特的特徵。兩者都將導致形成具有膜頸的孔狀結構。但是，對於融合，這種頸部會擴充套件並最終線性排列，而對於裂變，頸部會變窄，直到完全降解並形成兩個膜，並且本質上彎曲更多。排列差異的原因是，對於融合，最終結果是更長的膜段，而對於裂變，結果是從起始膜產生的兩個較短的膜段。

有利於膜裂變的力會抑制膜融合，而抑制膜裂變的力的作用則相反。促進膜彎曲的力會鼓勵膜裂變。這是由於膜能夠更容易地形成膜裂變中產生的膜頸結構。降低膜流動性的力將產生相反的效果，並且作為副作用，會促進膜融合。膜將無法像形成裂變所使用的頸部那樣容易地形成頸部，但將形成用於融合的頸部，其中另一條膜附著在結構上並最終變直。

動力蛋白家族蛋白在許多膜裂變啟動中高度參與，正如所指出的那樣，它們也參與了一些膜融合啟動。一個例子是線上粒體細胞膜中，動力蛋白家族蛋白透過啟動裂變和融合過程來重塑膜。為此，Dnm1 和 Drp1 是參與裂變的主要動力蛋白家族蛋白，而 Fzo1 和 Mgm1 參與融合。