Föreställ dig en genetisk störning som får en individ att förlora förmågan att smälta mat, producera tårar, överföra nervsignaler och eliminera bakteriell infektion. Var och en av dessa olika symtom kan orsakas av förlust av en enda cellulär funktion: intracellulär vesikeltransport. Vid vesikulär transport, lipidmembranomslutna säckar eller vesiklar, transportvätskor innehållande både små och stora molekyler mellan det extracellulära utrymmet och inre cellorganeller.
liksom proteinpumpar är vesikulär transport en aktiv transportprocess som använder cellulära energimolekyler som ATP för att driva transport av molekyler från en plats till en annan i levande organismer. Till skillnad från membranproteinpumpar som transporterar små molekyler individuellt transporterar vesiklar betydande volymer cellvätska och material som en grupp. Levande organismer använder vesiklar för en mängd olika funktioner, inklusive frisättning av speciella molekyler som matsmältningsenzymer, internalisering av stora föremål som kolesterolhaltiga LDL-partiklar och bekämpning av infektion genom att uppsluka bakterier. Tre vesikulära transportvägar är exocytos, endocytos och intracellulär transport.
i exocytos levererar en cell specifika molekyler, vätskor och stora material till vätskan utanför cellen. Termen exocytos härrör från att flytta utanför (”exo -”) cellen (”- cyto -”) genom en process (”- osis”). Exocytos börjar när specialiserade vesiklar inuti en cell rör sig mot plasmamembranet. Exocytiska vesiklar smälter samman med lipiderna i plasmamembranet, vilket skapar en öppning till det extracellulära utrymmet. Det inre innehållet i exocytiska vesiklar frigörs i den extracellulära vätskan medan innehållet i vesikelmembran blir en del av det yttre cellmembranet.
exocytos levererar speciella molekyler till målplatser utanför cellen. Hos människor utsöndrar specialiserade celler matsmältningsenzymer för leverans till magen och tunntarmen och endokrina körtelceller utsöndrar hormoner i blodet för leverans till målorgan. Eftersom exocytiska vesikelmembran smälter in i plasmamembranet levereras nya lipidmolekyler och plasmamembranproteiner via exocytos för att förstora cellen eller förbättra funktionen. Som svar på insulinsignaler syntetiseras nya glukostransportörer och tillsätts till plasmamembran genom exocytos av vesiklar innehållande de nya bärarproteinerna.
i endocytos internaliserar celler en liten del av plasmamembranet för att uppsluka molekyler och stora partiklar, inklusive mikroorganismer, som levererar innehållet till cellorganeller. Termen endocytos betyder att ta in (”endo”) cellen genom en process. Två huvudformer av endocytos finns: fagocytos och pinocytos. En specialiserad form av pinocytos, receptormedierad endocytos, är avgörande för att alla celler ska fungera korrekt.
under fagocytos (”phago” = äta) sträcker sig plasmamembranet utåt och sveper runt ett stort föremål, såsom en levande bakteriecell. De utsträckta skikten omsluter föremålet och smälter för att bilda en stor vesikel. Den nybildade vesikeln är inuti det ursprungliga plasmamembranet och kan resa inuti cellen till dess måldestination. Fagocytiska vesiklar smälter i allmänhet in i lysosomer för nedbrytning av innehållet. Fagocytos är en specialiserad process som utförs av vissa mikroorganismer eller en liten delmängd av celler i komplexa organismer. Hos människor utför endast de vita blodkropparna fagocytos och tar bort bakterier och andra små smittsamma organismer från kroppen.
till skillnad från fagocytos förekommer pinocytos (”pino” = dricka) i alla celler. I stället för att uppsluka stora föremål internaliserar pinocytiska vesiklar små volymer extracellulär vätska och associerade molekyler. Pinocytos tjänar två viktiga cellulära funktioner. Först levereras viktiga joner och molekyler som järn, koppar och kolesterolhaltiga partiklar till inre cellplatser genom pinocytos. För det andra tar pinocytos bort plasmamembrankomponenter som inte längre är nödvändiga eller önskade. När cellulära signaler initierar avlägsnande av specifika membranproteiner eller lipider bildas pinocytiska vesiklar runt membransektionen, internaliserar materialen för lagring eller nedbrytning. För att undvika överskott av membranuppbyggnad i celler med höga sekretionshastigheter kan pinocytiska vesiklar internalisera membransegment med hög hastighet för att balansera utgången och ingången till både lipidmembran och vätskor.
receptormedierad endocytos är en starkt reglerad form av pinocytos. Receptorproteiner inbäddade i plasmamembranet binder till specifika extracellulära molekyler och signalerar internalisering. Cytoplasmatiska proteiner hjälper ofta till med bildandet av endocytiska vesiklar under receptormedierad endocytos och bildar ett lager proteiner runt vesikeln. Kolesterolhaltiga LDL-partiklar kommer in i celler genom receptorbindande och reglerad inträde. Dessutom har vissa invaderande virus utvecklats för att utnyttja receptormedierade endocytiska vägar, in i celler genom att fästa vid receptormembranproteiner. En gång inuti använder virus cellenzymer och strukturer för att reproducera och sprida sig, ibland dödar värdcellen i processen.
endocytiska och exocytiska vesiklar rör sig inuti celler mellan målorganeller och plasmamembranet. Andra intracellulära vesiklar färdas genom endomembransystemet. Interna vesiklar reser med ett intracellulärt transportsystem. Vesiklar fäster vid proteiner som rör sig längs ett cytoskeletonnätverk genom cellen. De cytoskeletala proteinerna som innefattar ett nätverk ”järnvägssystem” möjliggör snabb och riktad transport genom celler.
snabb och målinriktad rörelse av vesiklar krävs för normal cellfunktion. Utökade nervceller, som de mellan en mänsklig hand och ryggraden eller hjärnan, måste transportera vesiklar snabbt över långa avstånd. Många mänskliga kroppsceller lagrar speciella sekretoriska vesiklar, som snabbt reser till cellytan för att leverera innehållet till det extracellulära utrymmet som svar på specifika signaler. Till exempel transporteras speciella vesiklar som innehåller ett enzym som kallas katalas till cellytan för att bekämpa infektion som svar på skada, såsom ett snitt. När väteperoxid hälls på ett sår producerar utsöndrade katalasenzymer syrgas och bildar gasbubblor.
endocytos och exocytos
denna animering visar endocytos och exocytos.