Imaginați-vă o tulburare genetică care determină un individ să-și piardă capacitatea de a digera alimentele, de a produce lacrimi, de a transmite semnale nervoase și de a elimina infecția bacteriană. Fiecare dintre aceste simptome diverse poate fi cauzată de pierderea unei singure funcții celulare: transportul veziculelor intracelulare. În transportul vezicular, sacii sau veziculele închise cu membrană lipidică, transportă fluide care conțin atât molecule mici, cât și mari între spațiul extracelular și organele celulare interne.
la fel ca pompele proteice, transportul vezicular este un proces de transport activ care utilizează molecule de energie celulară, cum ar fi ATP, pentru a alimenta transportul moleculelor dintr-o locație în alta în organismele vii. Spre deosebire de pompele de proteine cu membrană care transportă molecule mici individual, veziculele transportă volume semnificative de fluid celular și materiale ca grup. Organismele vii folosesc vezicule pentru o varietate de funcții, inclusiv eliberarea moleculelor speciale, cum ar fi enzimele digestive, internalizarea obiectelor mari, cum ar fi particulele LDL care conțin colesterol și combaterea infecțiilor prin înghițirea bacteriilor. Trei căi de transport veziculare sunt exocitoza, endocitoza și transportul intracelular.
în exocitoză, o celulă furnizează molecule specifice, fluide și materiale mari fluidului din afara celulei. Termenul exocitoză derivă din deplasarea în exterior („exo-„) a celulei („-cyto-„) printr-un proces („- osis”). Exocitoza începe atunci când veziculele specializate din interiorul unei celule se deplasează spre membrana plasmatică. Veziculele exocitare fuzionează cu lipidele din membrana plasmatică, creând o deschidere către spațiul extracelular. Conținutul intern al veziculelor exocitare este eliberat în fluidul extracelular, în timp ce conținutul membranelor veziculelor devine parte a membranei celulare externe.
exocitoza furnizează molecule speciale în locațiile țintă din afara celulei. La om, celulele specializate secretă enzime digestive pentru a fi livrate în stomac și intestinul subțire, iar celulele glandelor endocrine secretă hormoni în sânge pentru a fi livrate organelor țintă. Deoarece membranele veziculelor exocitare fuzionează în membrana plasmatică, noi molecule lipidice și proteine ale membranei plasmatice sunt livrate prin exocitoză pentru a mări celula sau pentru a îmbunătăți funcția. Ca răspuns la semnalele de insulină, noi transportori de glucoză sunt sintetizați și adăugați la membranele plasmatice prin exocitoza veziculelor care conțin noile proteine purtătoare.
în endocitoză, celulele internalizează o mică secțiune a membranei plasmatice pentru a înghiți molecule și particule mari, inclusiv microorganisme, livrând conținutul către organele celulare. Termenul endocitoză înseamnă a lua în interiorul („endo”) celulei printr-un proces. Există două forme majore de endocitoză: fagocitoză și pinocitoză. O formă specializată de pinocitoză, endocitoză mediată de receptor, este vitală pentru buna funcționare a tuturor celulelor.
în timpul fagocitozei („phago” = mâncare), membrana plasmatică se extinde spre exterior și se înfășoară în jurul unui obiect mare, cum ar fi o celulă bacteriană vie. Straturile extinse înconjoară obiectul și fuzionează pentru a forma o veziculă mare. Vezicula nou formată se află în interiorul membranei plasmatice originale și poate călători în interiorul celulei până la destinația țintă. Veziculele fagocitare se fuzionează în general în lizozomi pentru degradarea conținutului. Fagocitoza este un proces specializat efectuat de unele microorganisme sau de un mic subset de celule în organisme complexe. La om, numai celulele albe din sânge efectuează fagocitoză, eliminând bacteriile și alte organisme infecțioase mici din organism.
spre deosebire de fagocitoză, pinocitoza („pino” = băut) apare în toate celulele. În loc să înghită obiecte mari, veziculele pinocitare interiorizează volume mici de fluid extracelular și molecule asociate. Pinocitoza servește două funcții celulare importante. În primul rând, ionii și moleculele importante, cum ar fi fierul, cuprul și particulele care conțin colesterol, sunt livrate în locurile celulare interne prin pinocitoză. În al doilea rând, pinocitoza elimină componentele membranei plasmatice care nu mai sunt necesare sau dorite. Când semnalele celulare inițiază îndepărtarea proteinelor sau lipidelor membranare specifice, veziculele pinocitare se formează în jurul secțiunii membranei, internalizând materialele pentru depozitare sau degradare. Pentru a evita acumularea excesului de membrană în celulele cu rate ridicate de secreție, veziculele pinocitare pot interioriza segmentele membranei la o rată ridicată pentru a echilibra ieșirea și intrarea atât a membranei lipidice, cât și a fluidelor.
endocitoza mediată de Receptor este o formă foarte reglementată de pinocitoză. Proteinele receptorilor încorporate în membrana plasmatică se leagă de molecule extracelulare specifice și internalizarea semnalului. Proteinele citoplasmatice ajută frecvent la formarea veziculelor endocitare în timpul endocitozei mediate de receptor, formând un strat de proteine în jurul veziculei. Particulele LDL care conțin colesterol intră în celule prin legarea receptorilor și intrarea reglementată. În plus, anumite virusuri invadatoare au evoluat pentru a exploata căile endocitare mediate de receptor, intrând în celule prin atașarea la proteinele membranei receptorilor. Odată ajunși în interior, virușii utilizează enzime și structuri celulare pentru a se reproduce și răspândi, uneori ucigând celula gazdă în acest proces.
veziculele Endocitare și exocitare se deplasează în interiorul celulelor între organele țintă și membrana plasmatică. Alte vezicule intracelulare se deplasează în întregul sistem endomembranar. Veziculele interne se deplasează folosind un sistem de transport intracelular. Veziculele se atașează de proteinele care se deplasează de-a lungul unei rețele de citoschelet prin celulă. Proteinele citoscheletice care cuprind un „sistem feroviar” de rețea permit transportul rapid și direcționat prin celule.
este necesară o mișcare rapidă și țintită a veziculelor pentru funcționarea normală a celulelor. Celulele nervoase extinse, cum ar fi cele dintre o mână umană și coloana vertebrală sau creier, trebuie să transporte vezicule rapid pe distanțe lungi. Multe celule ale corpului uman stochează vezicule secretoare speciale, care se deplasează rapid la suprafața celulei pentru a-și livra conținutul în spațiul extracelular ca răspuns la semnale specifice. De exemplu, veziculele speciale care conțin o enzimă numită catalază sunt transportate pe suprafața celulei pentru a combate infecția ca răspuns la leziuni, cum ar fi o tăietură. Când peroxidul de hidrogen este turnat pe o rană, enzimele catalazei secretate produc oxigen gazos, formând bule de gaz.
endocitoză și exocitoză
această animație demonstrează endocitoză și exocitoză.