Forestil dig en genetisk lidelse, der får et individ til at miste evnen til at fordøje mad, producere tårer, transmittere nervesignaler og eliminere bakteriel infektion. Hvert af disse forskellige symptomer kan være forårsaget af tab af en enkelt cellulær funktion: intracellulær vesikeltransport. Ved vesikulær transport, lipidmembranindesluttede sække eller vesikler transporterer væsker indeholdende både små og store molekyler mellem det ekstracellulære rum og indre celleorganeller.
ligesom proteinpumper er vesikulær transport en aktiv transportproces, der bruger cellulære energimolekyler såsom ATP til brændstoftransport af molekyler fra et sted til et andet i levende organismer. I modsætning til membranproteinpumper, der transporterer små molekyler individuelt, transporterer vesikler betydelige mængder cellulær væske og materialer som en gruppe. Levende organismer bruger vesikler til en række funktioner, herunder frigivelse af specielle molekyler såsom fordøjelsessymer, internalisering af store genstande såsom kolesterolholdige LDL-partikler og bekæmpelse af infektion ved at opsluge bakterier. Tre vesikulære transportveje er eksocytose, endocytose og intracellulær transport.
i eksocytose leverer en celle specifikke molekyler, væsker og store materialer til væsken uden for cellen. Udtrykket eksocytose stammer fra at bevæge sig udenfor (“ekso-“) cellen (“-cyto-“) ved en proces (“-osis”). Eksocytose begynder, når specialiserede vesikler inde i en celle bevæger sig mod plasmamembranen. Eksocytiske vesikler smelter sammen med lipiderne i plasmamembranen, hvilket skaber en åbning til det ekstracellulære rum. Det indre indhold af eksocytiske vesikler frigives i den ekstracellulære væske, mens indholdet af vesikelmembraner bliver en del af den ydre cellemembran.
eksocytose leverer specielle molekyler til målsteder uden for cellen. Hos mennesker udskiller specialiserede celler fordøjelsessymer til levering til maven og tyndtarmen, og endokrine kirtelceller udskiller hormoner i blodet til levering til målorganer. Fordi eksocytiske vesikelmembraner smelter ind i plasmamembranen, leveres nye lipidmolekyler og plasmamembranproteiner via eksocytose for at forstørre cellen eller forbedre funktionen. Som reaktion på insulinsignaler syntetiseres nye glukosetransportører og tilsættes til plasmamembraner ved eksocytose af vesikler indeholdende de nye bærerproteiner.
i endocytose internaliserer celler en lille del af plasmamembranen for at opsluge molekyler og store partikler, herunder mikroorganismer, der leverer indholdet til celleorganeller. Udtrykket endocytose betyder at tage inden for (“endo”) cellen ved en proces. Der findes to hovedformer af endocytose: fagocytose og pinocytose. En specialiseret form for pinocytose, receptormedieret endocytose, er afgørende for den korrekte funktion af alle celler.
under fagocytose (“phago” = spisning) strækker plasmamembranen sig udad og vikles rundt om en stor genstand, såsom en levende bakteriecelle. De forlængende lag omslutter objektet og smelter sammen for at danne en stor vesikel. Den nydannede vesikel er inde i den originale plasmamembran og kan rejse inde i cellen til dens måldestination. Fagocytiske vesikler smelter generelt ind i lysosomer til nedbrydning af indholdet. Fagocytose er en specialiseret proces udført af nogle mikroorganismer eller en lille delmængde af celler i komplekse organismer. Hos mennesker udfører kun de hvide blodlegemer fagocytose, fjerner bakterier og andre små infektiøse organismer fra kroppen.
i modsætning til fagocytose forekommer pinocytose (“pino” = drikke) i alle celler. I stedet for at opsluge store genstande internaliserer pinocytiske vesikler små mængder ekstracellulær væske og tilknyttede molekyler. Pinocytose tjener to vigtige cellulære funktioner. For det første leveres vigtige ioner og molekyler som jern, kobber og kolesterolholdige partikler til interne cellesteder gennem pinocytose. For det andet fjerner pinocytose plasmamembrankomponenter, der ikke længere er nødvendige eller ønskede. Når cellulære signaler initierer fjernelse af specifikke membranproteiner eller lipider, dannes pinocytiske vesikler omkring membranafsnittet og internaliserer materialerne til opbevaring eller nedbrydning. For at undgå overskydende membranopbygning i celler med høje sekretionshastigheder kan pinocytiske vesikler internalisere membransegmenter med en høj hastighed for at afbalancere udgangen og indgangen til både lipidmembran og væsker.
receptormedieret endocytose er en stærkt reguleret form for pinocytose. Receptorproteiner indlejret i plasmamembranen binder til specifikke ekstracellulære molekyler og signalerer internalisering. Cytoplasmatiske proteiner hjælper ofte med dannelse af endocytiske vesikler under receptormedieret endocytose og danner et lag proteiner omkring vesiklen. Kolesterolholdige LDL-partikler trænger ind i celler gennem receptorbinding og reguleret indgang. Derudover har visse invaderende vira udviklet sig til at udnytte receptormedierede endocytiske veje og trænge ind i celler ved at binde sig til receptormembranproteiner. Når de først er inde, bruger vira cellestrukturer og strukturer til at reproducere og sprede sig, nogle gange dræber værtscellen i processen.
Endocytiske og eksocytiske vesikler bevæger sig ind i cellerne mellem målorganeller og plasmamembranen. Andre intracellulære vesikler bevæger sig gennem endomembransystemet. Interne vesikler rejser ved hjælp af et intracellulært transportsystem. Vesikler fastgøres til proteiner, der bevæger sig langs et cytoskeletnetværk gennem cellen. De cytoskeletale proteiner, der omfatter et netværk “jernbanesystem”, tillader hurtig og rettet transport gennem celler.
hurtig og målrettet bevægelse af vesikler er nødvendig for normal cellefunktion. Udvidede nerveceller, såsom dem mellem en menneskelig hånd og rygsøjlen eller hjernen, skal transportere vesikler hurtigt over lange afstande. Mange menneskekroppeceller opbevarer specielle sekretoriske vesikler, der hurtigt bevæger sig til celleoverfladen for at levere deres indhold til det ekstracellulære rum som reaktion på specifikke signaler. For eksempel transporteres specielle vesikler, der indeholder et katalase, til celleoverfladen for at bekæmpe infektion som reaktion på skade, såsom et snit. Når brintoverilte hældes på et sår, producerer udskillede katalaseelementer iltgas og danner gasbobler.
endocytose og eksocytose
denne animation demonstrerer endocytose og eksocytose.