Endozytose und Exozytose

Endozytose und Exozytose sind Membrantransportprozesse, die den Transport von Massengut in und aus Zellen unter Verwendung von Lipidvesikeln ermöglichen. Bei der Endozytose stülpt sich die Plasmamembran ein und schnürt sich ab, um Material zu internalisieren; bei der Exozytose verschmelzen intrazelluläre Vesikel mit der Plasmamembran, um ihren Inhalt freizusetzen. Zusammen ermöglichen sie es Zellen, Nährstoffe und Rezeptoren aufzunehmen, Proteine und Neurotransmitter abzusondern und ihre Oberfläche kontinuierlich umzugestalten.

Definition

Endozytose ist die Aufnahme von extrazellulärem Material in die Zelle innerhalb von membranumschlossenen Vesikeln, die durch eine Einwärtsknospung der Plasmamembran gebildet werden; Exozytose ist die Freisetzung von intrazellulärem Material nach außen durch Fusion von sekretorischen Vesikeln mit der Plasmamembran.

Scope

Der Eintrag behandelt die wichtigsten endozytischen Wege (Clathrin-vermittelte und Clathrin-unabhängige Wege), die regulierten und konstitutiven Formen der Exozytose sowie die Membranfusionsmaschinerie – insbesondere SNARE-Proteine –, die die Vesikelfusion antreibt. Er behandelt den vesikulären Transport als Referenzthema in der Zellbiologie und ist keine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie biegt und knospt sich die Plasmamembran, um Fracht zu internalisieren?
• Welche Wege internalisieren Fracht mit und ohne Clathrin?
• Wie fusionieren Vesikel mit Zielmembranen, um ihren Inhalt freizusetzen?
• Was unterscheidet die konstitutive von der regulierten Sekretion?

Key concepts

• Clathrin-vermittelte Endozytose
• Clathrin-unabhängige Endozytose
• Phagozytose und Pinozytose
• Umhüllte Gruben und Vesikelknospung
• Konstitutive versus regulierte Exozytose
• SNARE-vermittelte Membranfusion
• Vesikel-Recycling an der Plasmamembran

Key theories

SNARE-Hypothese der Membranfusion

Vesikel- und Zielmembran-SNARE-Proteine bilden einen engen Komplex, der die beiden Doppelschichten zusammenzieht und die Fusion katalysiert, was eine gemeinsame molekulare Grundlage für die Exozytose und andere Fusionsereignisse darstellt.

Mechanisms

Bei der Endozytose verformen zytosolische Hüllproteine und Membranbiegeproteine einen Bereich der Plasmamembran zu einer Einstülpung, die als Vesikel nach innen knospt. Der am besten charakterisierte Weg ist die Clathrin-vermittelte Endozytose, bei der Clathrin ein Gitter an "coated pits" (umhüllten Gruben) bildet, um Rezeptoren und ihre Liganden zu internalisieren; mehrere Clathrin-unabhängige Wege sind ebenfalls aktiv und variieren in ihrer Fracht und Maschinerie. Das internalisierte Vesikel verliert seine Hülle und wird durch das endosomale System sortiert. Die Exozytose verläuft in die entgegengesetzte Richtung: Sekretorische Vesikel werden zur Plasmamembran transportiert, wo SNARE-Proteine auf dem Vesikel und der Zielmembran zu einem Vier-Helix-Komplex zusammengebaut werden, der die Doppelschichten zusammenzwingt und die Fusion antreibt, wodurch die Fracht freigesetzt wird. Die Sekretion ist konstitutiv, wenn Vesikel kontinuierlich fusionieren, oder reguliert, wenn die Fusion auf einen Auslöser wie einen Anstieg des intrazellulären Kalziums wartet, wie an der Nervenendigung. Bildgebende Verfahren, die Ereignisse innerhalb von zehn Nanometern der Plasmamembran sichtbar machen, haben es ermöglicht, diese Knospungs- und Fusionsschritte in Echtzeit zu beobachten.

Clinical relevance

Endozytose und Exozytose liegen Prozessen wie der Rezeptorregulation, der Antigenaufnahme, der Neurotransmitter- und Hormonfreisetzung sowie den von einigen Pathogenen und Toxinen genutzten Eintrittswegen zugrunde, daher sind sie grundlegend für das Verständnis der Zellphysiologie. Dieser Eintrag beschreibt Transportmechanismen als Referenz und ist keine Grundlage für Diagnose oder Behandlung.

History

Vesikuläre Aufnahme und Sekretion wurden Mitte des 20. Jahrhunderts morphologisch mittels Elektronenmikroskopie erkannt, und Clathrin-umhüllte Gruben wurden als definierte endozytische Struktur identifiziert. Die molekulare Maschinerie wurde dann aufgeklärt: Clathrin und Adapterproteine für die Hüllenbildung sowie die SNARE-Proteine, deren Entdeckung klärte, wie die Vesikelfusion erreicht wird. Die Lebendzellbildgebung ermöglichte später die direkte Beobachtung einzelner Knospungs- und Fusionsereignisse, und zusätzliche Clathrin-unabhängige Wege wurden schrittweise kartiert.

Key figures

• Thomas C. Südhof
• James E. Rothman
• Harvey T. McMahon
• Satyajit Mayor

Seminal works

• sudhof-rothman-2009
• doherty-mcmahon-2009

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Endozytose und Exozytose?

Die Endozytose bringt Material in die Zelle, indem sie Vesikel von der Plasmamembran nach innen knospt, während die Exozytose Material aus der Zelle freisetzt, indem sie intrazelluläre Vesikel mit der Plasmamembran fusioniert.

Was sind SNARE-Proteine?

SNARE-Proteine sind Membranproteine auf einem Vesikel und seiner Zielmembran, die sich zu einem engen Komplex zusammenfügen und die beiden Doppelschichten zusammenziehen, um die Fusion während der Exozytose und verwandter Ereignisse anzutreiben.