结构生物化学/膜裂变

介绍

膜裂变是一个过程，其中最初连续的细胞膜分裂成两个不同的膜。这种活动在胞吐作用和细胞繁殖等正常过程中很重要，用于将分子从具有细胞的细胞器分离并运输到脂质双层以及反之。膜裂变也是膜融合的直接相反，并且具有促进其过程的独立蛋白质。

先决条件

为了在不改变原始双层的情况下制作一个独立的膜结合亚基，需要在局部改变和扭曲脂质双层。这必须在不产生任何载体内部泄漏的情况下完成，因此，需要一个具有半裂变状态形成的裂变途径。这种半裂变状态涉及形成一个狭窄的颈部途径，将单层作为中间体合并，并衰减中间体以完成裂变反应。整个形成需要弯曲、倾斜或弯曲双层。

脂质位置的变化导致弹性应力，在双层中储存弹性能量。需要一个外力来拉伸、压缩、倾斜或弯曲一块膜。为了使膜裂变在能量上发生，裂变过程完成后，总自由能（外部能量加上内部能量）需要更低。

参与的过程和蛋白质

膜裂变始于最初连续的细胞膜开始形成膜颈。该颈部类似于融合孔，其宽度不断减小，直到完全消失，形成的两个膜形成。GTP 酶动力蛋白提供扭曲膜和形成膜颈的能量。

膜颈的形成与蛋白质复合物执行的蛋白质包被（膜支架）的形成有关。蛋白质包被的形成最终会导致膜颈，然后通过这些蛋白质包被的不断构建而变窄。参与其中的蛋白质包括 CHMP2 和 CHMP3，它们都是带电的多泡体蛋白。通过将疏水和两亲性蛋白插入细胞膜中或靠近细胞膜，也可以促进膜颈的形成。这些蛋白质的例子包括 BAR 结构域和动力蛋白家族蛋白，它们被放置在细胞膜上。

ESCRT-III 可以类似于动力蛋白家族蛋白催化膜裂变，除了它在膜内组装，这会导致它收紧并最终开始裂变。这种蛋白质不仅对细胞膜裂变很重要，而且对胞质分裂也很重要，这表明细胞膜裂变与细胞繁殖之间的关系。

与膜融合的异同

膜裂变与膜融合有许多相似之处，因为它是相反的过程，但也有一些独特的特征。两者都将导致形成具有膜颈的孔状结构。但是，对于融合，这种颈部会扩展并最终线性排列，而对于裂变，颈部会变窄，直到完全降解并形成两个膜，并且本质上弯曲更多。排列差异的原因是，对于融合，最终结果是更长的膜段，而对于裂变，结果是从起始膜产生的两个较短的膜段。

有利于膜裂变的力会抑制膜融合，而抑制膜裂变的力的作用则相反。促进膜弯曲的力会鼓励膜裂变。这是由于膜能够更容易地形成膜裂变中产生的膜颈结构。降低膜流动性的力将产生相反的效果，并且作为副作用，会促进膜融合。膜将无法像形成裂变所使用的颈部那样容易地形成颈部，但将形成用于融合的颈部，其中另一条膜附着在结构上并最终变直。

动力蛋白家族蛋白在许多膜裂变启动中高度参与，正如所指出的那样，它们也参与了一些膜融合启动。一个例子是在线粒体细胞膜中，动力蛋白家族蛋白通过启动裂变和融合过程来重塑膜。为此，Dnm1 和 Drp1 是参与裂变的主要动力蛋白家族蛋白，而 Fzo1 和 Mgm1 参与融合。