Эндоцитоз и экзоцитоз

Эндоцитоз и экзоцитоз — это процессы мембранного транспорта, которые перемещают объемные грузы в клетки и из них с использованием липидных везикул. При эндоцитозе плазматическая мембрана инвагинирует и отшнуровывается, чтобы интернализовать материал; при экзоцитозе внутриклеточные везикулы сливаются с плазматической мембраной, чтобы высвободить свое содержимое. Вместе они позволяют клеткам поглощать питательные вещества и рецепторы, секретировать белки и нейротрансмиттеры, а также постоянно ремоделировать свою поверхность.

Definition

Эндоцитоз — это поглощение внеклеточного материала в клетку внутри ограниченных мембраной везикул, образующихся путем инвагинации плазматической мембраны; экзоцитоз — это высвобождение внутриклеточного материала во внешнюю среду путем слияния секреторных везикул с плазматической мембраной.

Scope

Статья охватывает основные пути эндоцитоза (клатрин-опосредованные и клатрин-независимые пути), регулируемые и конститутивные режимы экзоцитоза, а также аппарат слияния мембран — особенно SNARE-белки, — который управляет слиянием везикул. Она рассматривает везикулярный транспорт как справочную тему в клеточной биологии и не является клиническим руководством.

Core questions

• Как плазматическая мембрана изгибается и отпочковывается для интернализации груза?
• Какие пути интернализуют груз с клатрином и без него?
• Как везикулы сливаются с целевыми мембранами для высвобождения своего содержимого?
• Что отличает конститутивную секрецию от регулируемой?

Key concepts

• Клатрин-опосредованный эндоцитоз
• Клатрин-независимый эндоцитоз
• Фагоцитоз и пиноцитоз
• Окаймленные ямки и отпочковывание везикул
• Конститутивный против регулируемого экзоцитоза
• SNARE-опосредованное слияние мембран
• Рециклинг везикул на плазматической мембране

Key theories

SNARE-гипотеза слияния мембран

SNARE-белки везикул и целевой мембраны образуют плотный комплекс, который сближает два бислоя и катализирует слияние, обеспечивая общую молекулярную основу для экзоцитоза и других событий слияния.

Mechanisms

При эндоцитозе цитозольные белки оболочки и белки, изгибающие мембрану, деформируют участок плазматической мембраны в инвагинацию, которая отпочковывается внутрь в виде везикулы. Наиболее хорошо изученным путем является клатрин-опосредованный эндоцитоз, при котором клатрин образует решетку в окаймленных ямках для интернализации рецепторов и их лигандов; также действуют несколько клатрин-независимых путей, различающихся по своему грузу и механизмам. Интернализованная везикула сбрасывает свою оболочку и сортируется через эндосомальную систему. Экзоцитоз протекает в противоположном направлении: секреторные везикулы доставляются к плазматической мембране, где SNARE-белки на везикуле и целевой мембране собираются в четырехспиральный комплекс, который сближает бислои и вызывает слияние, высвобождая груз. Секреция является конститутивной, когда везикулы сливаются непрерывно, или регулируемой, когда слияние ожидает триггера, такого как повышение внутриклеточного кальция, как на нервном окончании. Методы визуализации, которые позволяют наблюдать события в пределах десятков нанометров от плазматической мембраны, позволили наблюдать эти стадии отпочковывания и слияния в реальном времени.

Clinical relevance

Эндоцитоз и экзоцитоз лежат в основе таких процессов, как регуляция рецепторов, поглощение антигенов, высвобождение нейротрансмиттеров и гормонов, а также пути проникновения, используемые некоторыми патогенами и токсинами, поэтому они являются основополагающими для понимания физиологии клетки. Эта статья описывает механизмы транспорта для справки и не является основой для диагностики или лечения.

History

Везикулярное поглощение и секреция были морфологически распознаны с помощью электронной микроскопии в середине двадцатого века, а клатрин-окаймленные ямки были идентифицированы как определенная эндоцитозная структура. Затем был установлен молекулярный аппарат: клатрин и адаптерные белки для сборки оболочки, а также SNARE-белки, открытие которых прояснило, как достигается слияние везикул. Визуализация живых клеток позже позволила непосредственно наблюдать отдельные события отпочковывания и слияния, и постепенно были картированы дополнительные клатрин-независимые пути.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

В чем разница между эндоцитозом и экзоцитозом?

Эндоцитоз доставляет материал в клетку путем отпочковывания везикул внутрь от плазматической мембраны, тогда как экзоцитоз высвобождает материал из клетки путем слияния внутриклеточных везикул с плазматической мембраной.

Что такое SNARE-белки?

SNARE-белки — это мембранные белки на везикуле и ее целевой мембране, которые собираются в плотный комплекс, сближая два бислоя для обеспечения слияния во время экзоцитоза и связанных с ним событий.