Эндоцитоз является формой активного транспорта, при котором клетка транспортирует молекулы из внеклеточного во внутриклеточное пространство. Способность клеток поставлять различные вещества, находящиеся в их внешней среде, важна для осуществления многих процессов, происходящих в клетках (таких как: поглощение питательных веществ, удаление мертвых или поврежденных клеток из организма, защита от микроорганизмов и другие). При выполнении эндоцитоза плазматическая мембранная ячейка загнута внутрь, образуя таким образом карман, в который попадает вводимый в нее материал. Постепенно этот карман погружается в мембрану и закрывается на ее верхней стороне, отделяясь, таким образом, от плазматической мембраны и образуя мембраноподобный пузырь, содержащий указанное вещество.
Типы эндоцитоза
В зависимости от вещества, которое попадает в клетку, различают следующие виды эндоцитоза:
- Пиноцитоз — поглощение жидкости или раствора. Пиноцитоз осуществляется всеми эукариотическими клетками и особенно важен для поглощения макромолекул.
- Фагоцитоз — поглощение твердых частиц (бактерии, вирусы, клеточный мусор). Фагоцитоз осуществляется только специализированными фагоцитарными клетками.
В обоих процессах везикулы не высвобождают свое содержимое, но превращаются в эндосомы (при пиноцитозе) и фагосомы (при фагоцитозе), которые сливаются с лизосомами и только затем высвобождают их содержимое.
Фагоцитоз
Фагоцитоз начинается с формирования на плазматической мембране образований, подобных щупальцам, окружающих частицы, которые будут затем поглощены клеткой. Таким образом, в клетке образуется большой пузырь, называемый фагосомой. Фагосома затем сливается с клеточными лизосомами. Лизосомы содержат пищеварительные ферменты, которые расщепляют захваченные частицы на очень маленькие молекулы. Последние транспортируются в цитозоль. У людей лейкоциты, называемые макрофагами, специализируются на фагоцитозе. Они используют фагоцитоз для защиты организма от вторжения микроорганизмов и инфекций, а также для удаления поврежденных и старых клеток.
Пиноцитоз
Пиноцитоз начинается с небольших углублений, похожих на отверстия в клеточной мембране, в которых хранится жидкость, которая будет вводиться в клетку. Эти небольшие углубления погружаются в цитоплазму и проникают в плазматическую мембрану. Распространенной формой пиноцитоза является рецептор-зависимый эндоцитоз. При этом типе эндоцитоза специфические молекулы избирательно вводятся в клетку, которые обнаруживаются в низких концентрациях во внеклеточном пространстве (гормоны, факторы роста, антитела, железо, ферменты,витамини холестерин). Эти специфические молекулы связываются с рецепторными белками, которые расположены на наружной поверхности клеточной мембраны, прежде чем будут поглощены клеткой. При этом типе транспорта, когда вещество связывается с рецептором, образуются небольшие пузырьки, покрытые белком клатрином, которые постепенно складываются и попадают в цитоплазму. Когда везикулы клатрина находятся внутри плазматической мембраны, слой клатрина удаляется. Таким образом, везикулы, которые все еще содержат рецепторный белок, попадают в мембранные органеллы, называемые эндосомами. Эндосомы выполняют функцию сортировочных станций — здесь молекулы группируются и формируются в пузырьки, и в этом виде переносятся в разные части клетки. Судьба рецепторов, участвующих в рецептор-зависимом эндоцитозе, может быть следующей: 1) могут быть переработаны и возвращены в то же место мембраны, где они были раньше; 2) могут транспортироваться в другую часть мембраны; 3) могут транспортироваться в лизосомы, где они уничтожаются.
Экзоцитоз
Экзоцитоз — это форма активного транспорта, которая позволяет клеткам секретировать продуцируемые ими макромолекулы. Он относится к группе везикулярного транспорта, который включает эндоцитоз. По своему механизму экзоцитоз представляет собой клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы сливаются с цитоплазматической мембраной и высвобождают свое содержимое во внеклеточное пространство. Термин экзоцитоз был введен в 1963 году, а механизмы процесса были разъяснены в 1990 году. Экзоцитоз требует энергии, получаемой в результате разрушения макроэргической связи АТФ. Экзоцитоз переносит вещества, которые не могут переноситься путем диффузии или мембранного транспорта, то есть крупные макромолекулы.
Типы экзоцитоза
В зависимости от того, когда происходит экзоцитоз, он делится на два типа:
- конститутивный экзоцитоз (секреция) — непрерывный процесс, при котором вещество выводится из клетки одновременно с его синтезом;
- регулируемый экзоцитоз — везикулы, которые содержат макромолекулы, продуцируемые клеткой, высвобождаются только при определенных условиях.
Этот тип экзоцитоза характерен для специализированных клеток. Основным стимулом, который вызывает высвобождение содержимого в везикулах, является увеличение концентрации ионов кальция. Это приводит к активации внутриклеточных белков и экзоцитозу. Регулируемый экзоцитоз происходит в несколько этапов. Секреторные пузырьки образуются в аппарате Гольджи. При разделении они представляют собой незрелые пузырьки, которые претерпевают изменения, связанные с концентрацией содержащегося вещества, протеолизом его молекул с целью превращения их из неактивной в активную форму. Затем везикулы транспортируются цитоскелетом к месту их секреции. Под влиянием повышенной концентрации кальция они сливаются с клеточной мембраной и происходит экзоцитоз.
Экзоцитоз является широко распространенным процессом в организме человека. Многие клетки используют его для выделения ферментов, белков или других веществ, которые участвуют в важных физиологических процессах. Например, секреция инсулина из эндокринной части поджелудочной железы осуществляется экзоцитозом.
Экзоцитоз также имеет решающее значение в коммуникации между клетками. Примером этого является тот факт, что секреция нейротрансмиттеров в синаптической щели осуществляется с помощью этого механизма. Нейротрансмиттеры хранятся в пузырьках, расположенных вблизи клеточной мембраны. Когда клетка получает необходимый сигнал, содержимое везикул секретируется экзоцитозом. Иммунная система также использует этот механизм для обмена информацией.