Vesikulärer Transport

 grafik des Inneren einer Zelle, die das Endomembransystem mit Vesikeln in der gesamten Zelle zeigtStellen Sie sich eine genetische Störung vor, die dazu führt, dass ein Individuum die Fähigkeit verliert, Nahrung zu verdauen, Tränen zu produzieren, Nervensignale zu übertragen und bakterielle Infektionen zu beseitigen. Jedes dieser verschiedenen Symptome kann durch den Verlust einer einzigen zellulären Funktion verursacht werden: intrazellulärer Vesikeltransport. Beim vesikulären Transport transportieren lipidmembranumhüllte Säcke oder Vesikel Flüssigkeiten, die sowohl kleine als auch große Moleküle enthalten, zwischen dem extrazellulären Raum und inneren Zellorganellen.

Vesikulärer Transport ist wie Proteinpumpen ein aktiver Transportprozess, der zelluläre Energiemoleküle wie ATP verwendet, um den Transport von Molekülen von einem Ort zum anderen in lebenden Organismen zu fördern. Im Gegensatz zu Membranproteinpumpen, die kleine Moleküle einzeln transportieren, transportieren Vesikel signifikante Mengen an Zellflüssigkeit und Materialien als Gruppe. Lebende Organismen verwenden Vesikel für eine Vielzahl von Funktionen, einschließlich der Freisetzung spezieller Moleküle wie Verdauungsenzyme, der Internalisierung großer Objekte wie cholesterinhaltiger LDL-Partikel und der Bekämpfung von Infektionen durch Verschlingen von Bakterien. Drei vesikuläre Transportwege sind Exozytose, Endozytose und intrazellulärer Transport.

Bild zeigt ExozytoseBei der Exozytose liefert eine Zelle spezifische Moleküle, Flüssigkeiten und große Materialien an die Flüssigkeit außerhalb der Zelle. Der Begriff Exozytose leitet sich von der Bewegung außerhalb („exo-„) der Zelle („-cyto-„) durch einen Prozess („-osis“) ab. Die Exozytose beginnt, wenn sich spezialisierte Vesikel in einer Zelle in Richtung Plasmamembran bewegen. Exozytäre Vesikel verschmelzen mit den Lipiden in der Plasmamembran und bilden eine Öffnung zum extrazellulären Raum. Der innere Inhalt exozytischer Vesikel wird in die extrazelluläre Flüssigkeit freigesetzt, während der Inhalt der Vesikelmembranen Teil der äußeren Zellmembran wird.

Exozytose liefert spezielle Moleküle an Zielorte außerhalb der Zelle. Beim Menschen sezernieren spezialisierte Zellen Verdauungsenzyme für die Abgabe an den Magen und Dünndarm und endokrine Drüsenzellen sezernieren Hormone in das Blut für die Abgabe an Zielorgane. Da exozytäre Vesikelmembranen mit der Plasmamembran verschmelzen, werden neue Lipidmoleküle und Plasmamembranproteine über Exozytose abgegeben, um die Zelle zu vergrößern oder die Funktion zu verbessern. Als Reaktion auf Insulinsignale werden neue Glukosetransporter synthetisiert und Plasmamembranen durch Exozytose von Vesikeln, die die neuen Trägerproteine enthalten, zugesetzt.

Bild zeigt NUR Phagozytose - frühe und späte StadienBei der Endozytose verinnerlichen Zellen einen kleinen Abschnitt der Plasmamembran, um Moleküle und große Partikel, einschließlich Mikroorganismen, zu verschlingen und den Inhalt an Zellorganellen abzugeben. Der Begriff Endozytose bedeutet, die Zelle durch einen Prozess in sich aufzunehmen („endo“). Es gibt zwei Hauptformen der Endozytose: Phagozytose und Pinozytose. Eine spezielle Form der Pinozytose, die rezeptorvermittelte Endozytose, ist für die ordnungsgemäße Funktion aller Zellen von entscheidender Bedeutung.

Während der Phagozytose („Phago“ = Essen)erstreckt sich die Plasmamembran nach außen und umschließt ein großes Objekt wie eine lebende Bakterienzelle. Die sich ausdehnenden Schichten umhüllen das Objekt und verschmelzen zu einem großen Vesikel. Das neu gebildete Vesikel befindet sich in der ursprünglichen Plasmamembran und kann innerhalb der Zelle zu seinem Zielort gelangen. Phagozytische Vesikel verschmelzen im Allgemeinen zu Lysosomen, um den Inhalt abzubauen. Phagozytose ist ein spezialisierter Prozess, der von einigen Mikroorganismen oder einer kleinen Teilmenge von Zellen in komplexen Organismen durchgeführt wird. Beim Menschen führen nur die weißen Blutkörperchen eine Phagozytose durch und entfernen Bakterien und andere winzige infektiöse Organismen aus dem Körper.

Bild mit Pinozytose und RMEIm Gegensatz zur Phagozytose tritt die Pinozytose („pino“ = Trinken) in allen Zellen auf. Anstatt große Objekte zu verschlingen, verinnerlichen pinozytische Vesikel kleine Volumina extrazellulärer Flüssigkeit und assoziierter Moleküle. Die Pinozytose erfüllt zwei wichtige zelluläre Funktionen. Zunächst werden wichtige Ionen und Moleküle wie Eisen-, kupfer- und cholesterinhaltige Partikel durch Pinozytose an interne Zellstellen abgegeben. Zweitens entfernt die Pinozytose Plasmamembrankomponenten, die nicht mehr notwendig oder erwünscht sind. Wenn zelluläre Signale die Entfernung spezifischer Membranproteine oder Lipide initiieren, bilden sich um den Membranabschnitt pinozytäre Vesikel, die die Materialien für die Lagerung oder den Abbau internalisieren. Um einen übermäßigen Membranaufbau in Zellen mit hohen Sekretionsraten zu vermeiden, können pinozytäre Vesikel Membransegmente mit hoher Geschwindigkeit internalisieren, um den Aus- und Eintritt sowohl der Lipidmembran als auch der Flüssigkeiten auszugleichen.

Bild der rezeptorvermittelten Endozytose Die rezeptorvermittelte Endozytose ist eine stark regulierte Form der Pinozytose. In die Plasmamembran eingebettete Rezeptorproteine binden an spezifische extrazelluläre Moleküle und signalisieren die Internalisierung. Zytoplasmatische Proteine unterstützen häufig die Bildung von endozytären Vesikeln während der rezeptorvermittelten Endozytose und bilden eine Hülle von Proteinen um das Vesikel. Cholesterinhaltige LDL-Partikel gelangen durch rezeptorbindenden und regulierten Eintritt in die Zellen. Darüber hinaus haben sich bestimmte eindringende Viren entwickelt, um rezeptorvermittelte Endozytenwege auszunutzen und durch Anlagerung an Rezeptormembranproteine in Zellen einzudringen. Im Inneren nutzen Viren Zellenzyme und -strukturen, um sich zu vermehren und auszubreiten, wobei sie manchmal die Wirtszelle töten.

Endozytäre und exozytäre Vesikel wandern innerhalb von Zellen zwischen Zielorganellen und der Plasmamembran. Andere intrazelluläre Vesikel wandern durch das Endomembransystem. Interne Vesikel reisen mit einem intrazellulären Transportsystem. Vesikel heften sich an Proteine, die sich entlang eines Zytoskelettnetzwerks durch die Zelle bewegen. Die cytoskeletal Proteine, die ein Netz „Eisenbahnsystem“ umfassen, erlauben schnellen und gerichteten Transport während der Zellen.

Bild einer Wunde, die mit Wasserstoffperoxid blubbertFür eine normale Zellfunktion ist eine schnelle und gezielte Bewegung der Vesikel erforderlich. Ausgedehnte Nervenzellen, wie die zwischen einer menschlichen Hand und der Wirbelsäule oder dem Gehirn, müssen Vesikel schnell über große Entfernungen transportieren. Viele menschliche Körperzellen speichern spezielle sekretorische Vesikel, die sich schnell zur Zelloberfläche bewegen, um ihren Inhalt als Reaktion auf bestimmte Signale an den extrazellulären Raum abzugeben. Zum Beispiel werden spezielle Vesikel, die ein Enzym namens Katalase enthalten, zur Zelloberfläche transportiert, um Infektionen als Reaktion auf Verletzungen wie einen Schnitt zu bekämpfen. Wenn Wasserstoffperoxid auf eine Wunde gegossen wird, produzieren sekretierte Katalase-Enzyme Sauerstoffgas und bilden Gasblasen.

Endozytose und Exozytose

Diese Animation zeigt Endozytose und Exozytose.

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