Descrivi i meccanismi primari con cui le cellule importano ed esportano macromolecole
Oltre a muovere piccoli ioni e molecole attraverso la membrana, le cellule devono anche rimuovere e assumere molecole e particelle più grandi. Alcune cellule sono persino in grado di inghiottire interi microrganismi unicellulari. Si potrebbe avere correttamente ipotizzato che l’assorbimento e il rilascio di particelle di grandi dimensioni da parte della cellula richiede energia. Una grande particella, tuttavia, non può passare attraverso la membrana, anche con l’energia fornita dalla cellula.,
Esistono due meccanismi primari che trasportano queste particelle di grandi dimensioni: endocitosi ed esocitosi.
Obiettivi di Apprendimento
- Descrivere endocitosi e identificare le diverse varietà di importazione, tra cui la fagocitosi, pinocitosi, e endocitosi recettore-mediata
- Identificare la procedura di esocitosi
Endocitosi
Endocitosi è un tipo di trasporto attivo che si muove particelle, come le molecole più grandi, pezzi di cellule, e anche le cellule intere, in una cella., Esistono diverse varianti di endocitosi, ma tutte condividono una caratteristica comune: la membrana plasmatica della cellula invagina, formando una tasca attorno alla particella bersaglio. La tasca si pizzica, causando la particella contenuta in una vescicola intracellulare appena creata formata dalla membrana plasmatica.
Fagocitosi
Figura 1. Nella fagocitosi, la membrana cellulare circonda la particella e la inghiotte., (credit: Mariana Ruiz Villareal)
La fagocitosi (la condizione di “mangiare cellule”) è il processo mediante il quale particelle di grandi dimensioni, come cellule o particelle relativamente grandi, vengono assorbite da una cellula. Ad esempio, quando i microrganismi invadono il corpo umano, un tipo di globuli bianchi chiamato neutrofilo rimuoverà gli invasori attraverso questo processo, circondando e inghiottendo il microrganismo, che viene poi distrutto dal neutrofilo (Figura 1).,
In preparazione alla fagocitosi, una porzione della superficie rivolta verso l’interno della membrana plasmatica viene rivestita con una proteina chiamata clatrina, che stabilizza questa sezione della membrana. La porzione rivestita della membrana si estende quindi dal corpo della cellula e circonda la particella, eventualmente racchiudendola. Una volta che la vescicola contenente la particella è racchiusa all’interno della cellula, la clatrina si disimpegna dalla membrana e la vescicola si fonde con un lisosoma per la rottura del materiale nel compartimento appena formato (endosoma)., Quando sono stati estratti nutrienti accessibili dalla degradazione del contenuto vescicolare, l’endosoma appena formato si fonde con la membrana plasmatica e rilascia il suo contenuto nel fluido extracellulare. La membrana endosomiale diventa nuovamente parte della membrana plasmatica.
Pinocitosi
Figura 2. Nella pinocitosi, la membrana cellulare invagina, circonda un piccolo volume di liquido e si pizzica. (credito: Mariana Ruiz Villareal)
Una variazione di endocitosi è chiamata pinocitosi., Questo significa letteralmente “bere cellule” ed è stato nominato in un momento in cui l’ipotesi era che la cellula stava volutamente prendendo in liquido extracellulare. In realtà, questo è un processo che prende molecole, compresa l’acqua, di cui la cellula ha bisogno dal fluido extracellulare. La pinocitosi si traduce in una vescicola molto più piccola rispetto alla fagocitosi e la vescicola non ha bisogno di fondersi con un lisosoma (Figura 2).
Una variazione di pinocitosi è chiamata potocitosi., Questo processo utilizza una proteina di rivestimento, chiamata caveolina, sul lato citoplasmatico della membrana plasmatica, che svolge una funzione simile alla clatrina. Le cavità nella membrana plasmatica che formano i vacuoli hanno recettori di membrana e zattere lipidiche oltre alla caveolina.
I vacuoli o le vescicole formate nelle caveole (caveola singolare) sono più piccoli di quelli della pinocitosi. La potocitosi viene utilizzata per portare piccole molecole nella cellula e per trasportare queste molecole attraverso la cellula per il loro rilascio dall’altra parte della cellula, un processo chiamato transcitosi.,
Endocitosi mediata dai recettori
Figura 3. Nell’endocitosi mediata dal recettore, l’assorbimento di sostanze da parte della cellula è mirato a un singolo tipo di sostanza che si lega al recettore sulla superficie esterna della membrana cellulare. (credito: modifica del lavoro di Mariana Ruiz Villareal)
Una variazione mirata dell’endocitosi impiega proteine recettoriali nella membrana plasmatica che hanno una specifica affinità di legame per alcune sostanze (Figura 3).,
Nell’endocitosi mediata dal recettore, come nella fagocitosi, la clatrina è attaccata al lato citoplasmatico della membrana plasmatica. Se l’assorbimento di un composto dipende dall’endocitosi mediata dal recettore e il processo è inefficace, il materiale non verrà rimosso dai fluidi tissutali o dal sangue. Invece, rimarrà in quei fluidi e aumenterà di concentrazione.
Alcune malattie umane sono causate dal fallimento dell’endocitosi mediata dai recettori., Ad esempio, la forma di colesterolo definita lipoproteina a bassa densità o LDL (indicata anche come colesterolo “cattivo”) viene rimossa dal sangue dall’endocitosi mediata dal recettore. Nell’ipercolesterolemia familiare della malattia genetica umana, i recettori LDL sono difettosi o mancanti del tutto. Le persone con questa condizione hanno livelli di colesterolo potenzialmente letali nel sangue, perché le loro cellule non possono eliminare le particelle LDL dal loro sangue.,
Sebbene l’endocitosi mediata dal recettore sia progettata per portare sostanze specifiche che si trovano normalmente nel fluido extracellulare nella cellula, altre sostanze possono entrare nella cellula nello stesso sito. I virus influenzali, la difterite e la tossina del colera hanno tutti siti che reagiscono in modo incrociato con i normali siti di legame del recettore e ottengono l’ingresso nelle cellule.
Esocitosi
Il processo inverso di spostamento del materiale in una cellula è il processo di esocitosi., L’esocitosi è l’opposto dei processi discussi nell’ultima sezione in quanto il suo scopo è quello di espellere il materiale dalla cellula nel fluido extracellulare. Il materiale di scarto è avvolto in una membrana e si fonde con l’interno della membrana plasmatica. Questa fusione apre l’involucro membranoso all’esterno della cellula e il materiale di scarto viene espulso nello spazio extracellulare (Figura 4)., Altri esempi di cellule che rilasciano molecole tramite esocitosi includono la secrezione di proteine della matrice extracellulare e la secrezione di neurotrasmettitori nella fessura sinaptica da vescicole sinaptiche.
Figura 4. Nell’esocitosi, le vescicole contenenti sostanze si fondono con la membrana plasmatica. Il contenuto viene quindi rilasciato all’esterno della cella., (credit: modification of work by Mariana Ruiz Villareal)
Un riassunto dei metodi di trasporto cellulare discussi è contenuto nella Tabella 1, che include anche il fabbisogno energetico e i materiali trasportati da ciascuno.
| Tabella 1.,is | Active | Large macromolecules, whole cells, or cellular structures | ||
|---|---|---|---|---|
| Pinocytosis and potocytosis | Active | Small molecules (liquids/water) | ||
| Receptor-mediated endocytosis | Active | Large quantities of macromolecules | ||
| Exocytosis | Active | Waste materials, proteins for the extracellular matrix, neurotransmitters | ||
In Summary: Endocytosis and Exocytosis
Cells perform three main types of endocytosis., La fagocitosi è il processo mediante il quale le cellule ingeriscono particelle di grandi dimensioni, comprese altre cellule, racchiudendo le particelle in un’estensione della membrana cellulare e germogliando un nuovo vacuolo. Durante la pinocitosi, le cellule assorbono molecole come l’acqua dal fluido extracellulare. Infine, l’endocitosi mediata dal recettore è una versione mirata dell’endocitosi in cui le proteine del recettore nella membrana plasmatica assicurano che solo sostanze specifiche e mirate vengano introdotte nella cellula.
L’esocitosi in molti modi è il processo inverso dall’endocitosi., Qui le cellule espellono il materiale attraverso la fusione delle vescicole con la membrana plasmatica e il successivo dumping del loro contenuto nel fluido extracellulare.
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