Экзоцитоз – это процесс перемещения материалов изнутри клетки к внешней стороне клетки. Этот процесс требует энергии и поэтому является одним из видов активного транспорта. Экзоцитоз – важный процесс в растительных и животных клетках, поскольку он выполняет функцию, противоположную эндоцитозу. При эндоцитозе вещества, находящиеся вне клетки, попадают в клетку.
При экзоцитозе связанные с мембраной везикулы, содержащие клеточные молекулы, транспортируются к клеточной мембране. Везикулы сливаются с клеточной мембраной и вытесняют свое содержимое наружу клетки. Процесс экзоцитоза можно описать в несколько этапов.
Ключевые выводы
- Во время экзоцитоза клетки переносят вещества изнутри клетки во внешнюю клетки.
- Этот процесс важен для удаления отходов, для обмена химическими веществами между клетками и для восстановления клеточной мембраны.
- Экзоцитотические везикулы образуются аппарат Гольджи, эндосомы и пресинаптические нейроны.
- Три пути экзоцитоза – это конститутивный экзоцитоз, регулируемый экзоцитоз и экзоцитоз, опосредованный лизосомами.
- Этапы экзоцитоза включают перемещение пузырьков, связывание, стыковка, праймирование и слияние.
- Слияние пузырьков с клеточной мембраной может быть полным или временным.
- Экзоцитоз происходит во многих клетках, включая клетки поджелудочной железы и нейроны.
Базовый процесс экзоцитоза
- Везикулы, содержащие молекулы, транспортируются изнутри клетка к клеточной мембране.
- Мембрана везикул прикрепляется к клетке. mbrane.
- Слияние мембраны везикул с клеточной мембраной высвобождает содержимое везикул за пределы клетки.
Экзоцитоз выполняет несколько важных функций, поскольку позволяет клеткам выделять ненужные вещества и молекулы, такие как гормоны и белки. Экзоцитоз также важен для передачи химических сигналов и межклеточной коммуникации. Кроме того, экзоцитоз используется для восстановления клеточной мембраны путем слияния липидов и белков, удаленных в результате эндоцитоза, обратно в мембрану.
Экзоцитотические пузырьки
Экзоцитотические везикулы, содержащие белковые продукты, обычно происходят из органелл, называемых аппаратом Гольджи, или комплексом Гольджи . Белки и липиды, синтезируемые в эндоплазматическом ретикулуме, отправляются в комплексы Гольджи для модификации и сортировки. После обработки продукты содержатся в секреторных пузырьках, которые зарождаются из трансфокальной оболочки аппарата Гольджи.
Другие пузырьки, которые сливаются с клеточной мембраной, не выходят непосредственно из аппарата Гольджи. Некоторые везикулы образуются из ранних эндосом , которые представляют собой мембранные мешочки, обнаруженные в цитоплазме.. Ранние эндосомы сливаются с везикулами, интернализированными за счет эндоцитоза клеточной мембраны. Эти эндосомы сортируют интернализованный материал (белки, липиды, микробы и т. Д.) И направляют вещества по назначению. Транспортные везикулы отпочковываются от ранних эндосом, отправляя отходы в лизосомы для деградации, возвращая при этом белки и липиды к клеточной мембране. Везикулы, расположенные на синаптических окончаниях в нейронах, также являются примерами пузырьков, которые не являются производными комплексов Гольджи.
Типы экзоцитоза
Существует три общих пути экзоцитоза. Один из путей, конститутивный экзоцитоз , включает регулярную секрецию молекул. Это действие выполняют все ячейки. Конститутивный экзоцитоз выполняет функцию доставки мембранных белков и липидов к поверхности клетки и вывода веществ наружу клетки.
Регулируемый экзоцитоз зависит от наличия внеклеточных сигналов для изгнание материалов внутри пузырьков. Регулируемый экзоцитоз обычно возникает в секреторных клетках, а не во всех типах клеток. Секреторные клетки хранят такие продукты, как гормоны, нейротрансмиттеры и пищеварительные ферменты, которые высвобождаются только при запуске внеклеточными сигналами. Секреторные пузырьки не встраиваются в клеточную мембрану, а сливаются только на время, достаточное для высвобождения своего содержимого. После доставки везикулы реформируются и возвращаются в цитоплазму.
Третий путь экзоцитоза в клетках включает слияние везикул с лизосомами . Эти органеллы содержат ферменты кислотной гидролазы, которые расщепляют отходы, микробы и клеточный мусор. Лизосомы переносят переваренный материал к клеточной мембране, где они сливаются с мембраной и высвобождают свое содержимое во внеклеточный матрикс.
Этапы экзоцитоза
Экзоцитоз происходит в четыре этапа в конститутивном экзоцитоз и пять этапов регулируемого экзоцитоза . Эти шаги включают перенос пузырьков, связывание, стыковку, праймирование и слияние.
- Trafficking: везикулы транспортируются к клеточной мембране по микротрубочкам цитоскелет. Движение везикул обеспечивается моторными белками, кинезинами, динеинами и миозинами.
- Привязка: при достижении клеточной мембраны везикула связывается и притягивается контактирует с клеточной мембраной.
- Стыковка: стыковка подразумевает прикрепление мембраны везикул к клеточной мембране.. Фосфолипидные бислои мембраны везикул и клеточной мембраны начинают сливаться.
- Прайминг: Прайминг происходит при регулируемом экзоцитозе, а не в конститутивном экзоцитозе. Этот этап включает в себя определенные модификации, которые должны произойти в определенных молекулах клеточной мембраны для возникновения экзоцитоза. Эти модификации необходимы для сигнальных процессов, которые запускают экзоцитоз.
- Fusion: Есть два типа слияния, которое может иметь место при экзоцитозе. При полном слиянии мембрана везикул полностью сливается с клеточной мембраной. Энергия, необходимая для разделения и слияния липидных мембран, поступает от АТФ. Слияние мембран создает поры слияния, которые позволяют содержимому везикулы вытесняться, когда везикула становится частью клеточной мембраны. В слиянии типа «поцелуй и беги» везикула временно сливается с клеточной мембраной на достаточно долгое время, чтобы создать поры слияния и высвободить ее содержимое наружу клетки. Затем везикула отрывается от клеточной мембраны и преобразовывается, прежде чем вернуться внутрь клетки.
Экзоцитоз поджелудочной железы
Экзоцитоз используется рядом клеток в организме. как средство транспортировки белков и для коммуникации между клетками. В поджелудочной железе небольшие скопления клеток, называемые островками Лангерганса , производят гормоны инсулин и глюкагон. Эти гормоны хранятся в секреторных гранулах и высвобождаются путем экзоцитоза при получении сигналов.
Когда концентрация глюкозы в крови слишком высока, из островковых бета-клеток высвобождается инсулин, заставляя клетки и ткани поглощать глюкозу. из крови. Когда концентрация глюкозы низкая, глюкагон секретируется альфа-клетками островков. Это заставляет печень преобразовывать накопленный гликоген в глюкозу. Затем глюкоза попадает в кровь, вызывая повышение уровня глюкозы в крови. Помимо гормонов, поджелудочная железа также секретирует пищеварительные ферменты (протеазы, липазы, амилазы) путем экзоцитоза.
Экзоцитоз в Нейроны
Экзоцитоз синаптических пузырьков происходит в нейронах нервной системы. Нервные клетки общаются электрическими или химическими (нейротрансмиттерами) сигналами, которые передаются от одного нейрона к другому. Нейротрансмиттеры передаются путем экзоцитоза. Это химические сообщения, которые передаются от нерва к нерву с помощью синаптических пузырьков. Синаптические везикулы – это мембранные мешочки, образованные эндоцитозом плазматической мембраны на пресинаптических нервных окончаниях.
После образования эти везикулы заполняются нейротрансмиттерами и отправляются в область плазматической мембраны, называемую активной зоной.. Синаптическая везикула ожидает сигнала, притока ионов кальция, вызванного потенциалом действия, который позволяет везикуле стыковаться с пресинаптической мембраной. Фактическое слияние везикулы с пресинаптической мембраной не происходит до тех пор, пока не произойдет второй приток ионов кальция.
После получения второго сигнала синаптическая везикула сливается с пресинаптической мембраной, создавая поры слияния. Эта пора расширяется, когда две мембраны становятся одной, и нейротрансмиттеры высвобождаются в синаптическую щель (промежуток между пресинаптическими и постсинаптическими нейронами). Нейромедиаторы связываются с рецепторами постсинаптического нейрона. Постсинаптический нейрон может быть возбужден или подавлен связыванием нейромедиаторов.
Экзоцитоз в сравнении с эндоцитозом
В то время как экзоцитоз – это форма активного транспорта, который перемещает вещества и материалы из внутренней части клетки во внешнюю, эндоцитоз – это полная противоположность. При эндоцитозе вещества и материалы, находящиеся за пределами клетки, переносятся внутрь клетки. Как и экзоцитоз, эндоцитоз требует энергии, поэтому он также является формой активного транспорта.
Подобно экзоцитозу, эндоцитоз имеет несколько различных типов. Различные типы схожи в том, что основной основной процесс включает плазматическую мембрану, формирующую карман или инвагинацию и окружающую подлежащее вещество, которое необходимо транспортировать в клетку. Существует три основных типа эндоцитоза: фагоцитоз, пиноцитоз, а также рецептор-опосредованный эндоцитоз.
Источники
- Бэтти, Н.Х. и др. «Экзоцитоз и эндоцитоз». The Plant Cell , Национальная медицинская библиотека США, апрель 1999 г., www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC144214/.
- «Экзоцитоз». Энциклопедия Нового Света , издательство Paragon House, www.newworldencyclopedia.org/entry/Exocytosis.
- Рис, Джейн Б. , и Нил А. Кэмпбелл. Биология Кэмпбелла . Бенджамин Каммингс, 2011 г.
- Зюдхоф, Томас К. и Хосеп Ризо. «Экзоцитоз синаптических пузырьков». Перспективы биологии Колд-Спринг-Харбор , Национальная медицинская библиотека США, 1 декабря 2011 г., www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3225952/. li>