Exocitoză - Exocytosis

Pentru semnificația „exocitozei” în dermatopatologie, consultați exocitoza (dermatopatologie) .
Exocitoza neurotransmițătorilor într-o sinapsă de la neuronul A la neuronul B.
  1. Mitocondrie
  2. Vezicula sinaptică cu neurotransmițători
  3. Autoreceptor
  4. Sinapsă cu eliberarea neurotransmițătorului ( serotonină )
  5. Receptoare postsinaptice activate de neurotransmițător (inducerea unui potențial postsinaptic)
  6. Canal de calciu
  7. Exocitoza unei vezicule
  8. Neurotransmițător recapturat

Exocitoza ( / ˌ ɛ k s oʊ s aɪ t oʊ s ɪ s / ) este o formă de transport activ și transportul în vrac , în care o celulă transports molecule ( de exemplu, neurotransmițători și proteine ) din celula ( exo- + cytosis ) . Ca mecanism activ de transport, exocitoza necesită utilizarea energiei pentru transportul materialului. Exocitoza și omologul său, endocitoza , sunt utilizate de toate celulele deoarece majoritatea substanțelor chimice importante pentru ele sunt molecule polare mari care nu pot trece prin porțiunea hidrofobă a membranei celulare prin mijloace pasive . Exocitoza este procesul prin care se eliberează o cantitate mare de molecule; astfel este o formă de transport în vrac. Exocitoza are loc prin portaluri secretoare la nivelul membranei plasmatice celulare numite porozomi . Porozomii sunt structuri lipoproteice permanente în formă de cupă la nivelul membranei plasmatice a celulei, unde veziculele secretoare se ancorează și se fuzionează pentru a elibera conținut intra-vezicular din celulă.

În exocitoză, veziculele secretoare legate de membrană sunt transportate către membrana celulară , unde se ancorează și se fuzionează la porozomi și conținutul lor (de exemplu, molecule solubile în apă) sunt secretate în mediul extracelular. Această secreție este posibilă deoarece vezicula fuzionează tranzitoriu cu membrana plasmatică. În contextul neurotransmisiei , neurotransmițătorii sunt de obicei eliberați din veziculele sinaptice în fanta sinaptică prin exocitoză; cu toate acestea, neurotransmițătorii pot fi eliberați și prin transport invers prin proteine ​​de transport membranare .

Exocitoza este, de asemenea, un mecanism prin care celulele sunt capabile să introducă proteine ​​de membrană (cum ar fi canale ionice și receptori de suprafață celulară ), lipide și alte componente în membrana celulară. Veziculele care conțin aceste componente ale membranei se fuzionează complet cu membrana celulară exterioară și devin parte a acesteia.

Istorie

Termenul a fost propus de De Duve în 1963.

Tipuri

În eucariote există două tipuri de exocitoză: 1) Ca 2+ declanșată neconstituțională (adică exocitoză reglementată) și 2) non-Ca 2+ declanșată constitutivă (adică nereglementată). Exocitoza neconstituțională declanșată de Ca 2+ necesită un semnal extern, un semnal de sortare specific pe vezicule, un strat de clatrin , precum și o creștere a calciului intracelular. În organismele multicelulare, acest mecanism inițiază multe forme de comunicare intercelulară, cum ar fi transmiterea sinaptică, secreția hormonală de către celulele neuroendocrine și secreția celulelor imune. În neuroni și celule endocrine, proteinele SNARE și proteinele SM catalizează fuziunea formând un complex care aduce împreună cele două membrane de fuziune. De exemplu, în sinapse, complexul SNARE este format din Syntaxin-1 și SNAP25 la membrana plasmatică și VAMP2 la membrana veziculelor. Exocitoza în sinapsele chimice neuronale este declanșată de Ca 2+ și servește semnalizare interneuronală. Senzorii de calciu care declanșează exocitoza pot interacționa fie cu complexul SNARE, fie cu fosfolipidele membranelor care fuzionează. Synaptotagminul a fost recunoscut ca senzorul principal pentru exocitoza declanșată de Ca 2+ la animale. Cu toate acestea, proteinele sinaptotagmin sunt absente la plante și eucariote unicelulare. Alți senzori potențiali de calciu pentru exocitoză sunt proteinele EF-hand (Ex: Calmodulin) și domeniul C2 (Ex: Ferlins, E-sinaptotagmin, Doc2b) care conțin proteine. Nu este clar cum diferiții senzori de calciu pot coopera împreună și mediază cinetic exocitoza declanșată de calciu într-un mod specific.

Exocitoza constitutivă este realizată de toate celulele și servește eliberarea componentelor matricei extracelulare sau livrarea proteinelor de membrană nou sintetizate care sunt încorporate în membrana plasmatică după fuziunea veziculei de transport . Nu există un consens clar cu privire la mecanismele și procesele moleculare care determină formarea, înmugurirea, translocarea și fuziunea veziculelor post-Golgi la membrana plasmatică. Fuziunea implică legarea membranei (recunoașterea) și fuziunea membranei. Încă nu este clar dacă mecanismul dintre secreția constitutivă și cea reglementată este diferit. Mașinile necesare pentru exocitoza constitutivă nu au studiat la fel de mult ca mecanismul exocitozei reglementate. Două complexe de legare sunt asociate cu exocitoza constitutivă la mamifere, ELKS și Exocyst. ELKS este o proteină cu spirală mare, implicată și în exocitoza sinaptică, marcând punctele de fuziune „puncte fierbinți” ale fuziunii purtătorilor secretori. Exocistul este un complex proteic octameric. La mamifere, componentele exocistului se localizează atât în ​​membrana plasmatică, cât și aparatul Golgi și proteinele exocistului sunt colocalizate la punctul de fuziune al veziculelor post-Golgi. Fuziunea membranară a exocitozei constitutive este probabil mediată de SNAP29 și Syntaxin19 la membrana plasmatică și YKT6 sau VAMP3 la membrana veziculelor.

Exocitoza veziculară în bacteriile procariote gram negative este un al treilea mecanism și cea mai recentă constatare în exocitoză. Periplasma este ciupită ca vezicule cu membrană externă bacteriană (OMV) pentru translocarea semnalelor biochimice microbiene în celule gazdă eucariote sau în alți microbi aflați în apropiere, realizând controlul microbului secretant pe mediul său - inclusiv invazia gazdei, endotoxemia, concurând cu alți microbi pentru nutriție etc. Această constatare a traficului de vezicule membranare care are loc la interfața gazdă-agent patogen disipează, de asemenea, mitul conform căruia exocitoza este pur un fenomen celular eucariot.

Pași

Mașini moleculare care conduc exocitoza în eliberarea neuromediatorului. Complexul SNARE de bază este format din patru helice α contribuite de sinaptobrevină, sintaxină și SNAP-25, sinaptotagmina servește ca senzor de calciu și reglează intim fermarea SNARE.

Cinci pași sunt implicați în exocitoză:

Traficul de vezicule

Anumiți pași de trafic de vezicule necesită transportul unei vezicule pe o distanță moderat mică. De exemplu, veziculele care transportă proteinele din aparatul Golgi către suprafața celulei vor folosi probabil proteine ​​motorii și o cale cito-scheletală pentru a se apropia de ținta lor. Înainte ca legarea să fie adecvată, multe dintre proteinele utilizate pentru transportul activ ar fi fost în schimb setate pentru transportul pasiv, deoarece aparatul Golgi nu necesită ATP pentru transportul proteinelor. Atât actina, cât și microtubulii-bază sunt implicați în aceste procese, împreună cu mai multe proteine ​​motorii . Odată ce veziculele își ating țintele, acestea intră în contact cu factori de legare care îi pot opri.

Legarea veziculelor

Este util să se facă distincția între legarea inițială și liberă a veziculelor la obiectivul lor de interacțiunile mai stabile, de împachetare . Tethering-ul implică legături pe distanțe mai mari de aproximativ jumătate din diametrul unei vezicule de la o anumită suprafață a membranei (> 25 nm). Este posibil ca interacțiunile de legare să fie implicate în concentrarea veziculelor sinaptice la sinapsă .

Veziculele legate sunt, de asemenea, implicate în procesele regulate de transcripție a celulelor.

Andocarea veziculelor

Veziculele secretoare ancorează tranzitoriu și se fuzionează la porozom la membrana plasmatică a celulei, printr-un complex inel t- / v-SNARE strâns.

Amorsarea veziculelor

În exocitoza neuronală, termenul de amorsare a fost folosit pentru a include toate rearanjările moleculare și modificările proteinelor și lipidelor dependente de ATP care au loc după ancorarea inițială a unei vezicule sinaptice, dar înainte de exocitoză, astfel încât influxul de ioni de calciu este tot ceea ce este necesare pentru a declanșa eliberarea aproape instantanee a neurotransmițătorului . În alte tipuri de celule, a căror secreție este constitutivă (adică continuă, independentă de ion de calciu, nedeclanșată) nu există amorsare.

Fuziunea veziculei

Informații suplimentare: Fuziunea veziculei
În teoria porilor căptușiți cu lipide, ambele membrane se curbează una spre cealaltă pentru a forma porul timpuriu de fuziune. Când cele două membrane sunt aduse la o distanță "critică", capetele lipidice dintr-o membrană se introduc în cealaltă, creând baza pentru porul de fuziune.

Fuziunea tranzitorie a veziculelor este condusă de proteinele SNARE , rezultând eliberarea conținutului veziculelor în spațiul extracelular (sau în cazul neuronilor din fisura sinaptică).

Fuziunea membranelor donator și acceptor îndeplinește trei sarcini:

  • Suprafața membranei plasmatice crește (cu suprafața veziculei topite). Acest lucru este important pentru reglarea dimensiunii celulelor, de exemplu, în timpul creșterii celulare.
  • Substanțele din vezicula sunt eliberate în exterior. Acestea ar putea fi produse reziduale sau toxine sau molecule de semnalizare precum hormoni sau neurotransmițători în timpul transmiterii sinaptice .
  • Proteinele încorporate în membrana veziculelor fac acum parte din membrana plasmatică. Partea proteinei care se confrunta cu interiorul veziculei se îndreaptă acum către exteriorul celulei. Acest mecanism este important pentru reglarea transmembranelor și a transportoarelor.

Recuperarea veziculelor

Recuperarea veziculelor sinaptice are loc prin endocitoză . Cele mai multe vezicule sinaptice sunt reciclate fără o fuziune completă în membrană (fuziune sărut și fugă ) prin porozom . Exocitoza neconstituțională și endocitoza ulterioară sunt procese cu mare consum de energie și, prin urmare, sunt dependente de mitocondrii .

Examinarea celulelor după secreție utilizând microscopia electronică demonstrează prezența crescută a veziculelor parțial goale după secreție. Acest lucru a sugerat că în timpul procesului secretor, doar o porțiune din conținutul vezicular poate să iasă din celulă. Acest lucru ar putea fi posibil doar dacă vezicula ar trebui să stabilească temporar continuitatea cu membrana plasmatică a celulei la porozomi , să expulzeze o porțiune din conținutul acesteia, apoi să se detașeze, să resigileze și să se retragă în citosol (endocitoză). În acest fel, vezicula secretorie ar putea fi reutilizată pentru runde ulterioare de exo-endocitoză, până când va fi complet golit de conținutul său.

Vezi si

Referințe

linkuri externe