Nhập bào và Xuất bào

Nhập bào (endocytosis) và xuất bào (exocytosis) là các quá trình vận chuyển màng tế bào, di chuyển các vật chất lớn vào và ra khỏi tế bào bằng cách sử dụng các túi lipid. Trong nhập bào, màng sinh chất lõm vào và tách ra để đưa vật chất vào bên trong; trong xuất bào, các túi nội bào hợp nhất với màng sinh chất để giải phóng các chất chứa bên trong. Cùng với nhau, chúng cho phép tế bào hấp thu chất dinh dưỡng và thụ thể, tiết protein và chất dẫn truyền thần kinh, và liên tục tái tạo bề mặt của chúng.

Definition

Nhập bào là quá trình hấp thu vật chất ngoại bào vào tế bào bên trong các túi có màng bao bọc được hình thành do sự nảy chồi vào trong của màng sinh chất; xuất bào là quá trình giải phóng vật chất nội bào ra bên ngoài bằng cách hợp nhất các túi tiết với màng sinh chất.

Scope

Mục này bao gồm các con đường nhập bào chính (con đường qua trung gian clathrin và không qua trung gian clathrin), các chế độ xuất bào được điều hòa và cấu thành, và bộ máy hợp nhất màng — đặc biệt là các protein SNARE — điều khiển sự hợp nhất túi. Nó coi vận chuyển túi là một chủ đề tham khảo trong sinh học tế bào và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Màng sinh chất uốn cong và nảy chồi như thế nào để đưa vật chất vào bên trong?
• Những con đường nào đưa vật chất vào bên trong có và không có clathrin?
• Các túi hợp nhất với màng đích như thế nào để giải phóng các chất chứa bên trong của chúng?
• Điều gì phân biệt sự tiết cấu thành với sự tiết được điều hòa?

Key concepts

• Nhập bào qua trung gian clathrin
• Nhập bào không qua trung gian clathrin
• Thực bào và Ẩm bào
• Hố có vỏ và sự nảy chồi túi
• Xuất bào cấu thành so với xuất bào được điều hòa
• Hợp nhất màng qua trung gian SNARE
• Tái chế túi tại màng sinh chất

Key theories

Giả thuyết SNARE về hợp nhất màng

Các protein SNARE của túi và màng đích kết hợp thành một phức hợp chặt chẽ kéo hai lớp lipid kép lại gần nhau và xúc tác sự hợp nhất, cung cấp một cơ sở phân tử chung cho xuất bào và các sự kiện hợp nhất khác.

Mechanisms

Trong nhập bào, các protein vỏ bào tương và protein uốn cong màng làm biến dạng một vùng màng sinh chất thành một chỗ lõm vào, sau đó nảy chồi vào trong thành một túi. Con đường được đặc trưng tốt nhất là nhập bào qua trung gian clathrin, trong đó clathrin lắp ráp một mạng lưới tại các hố có vỏ để đưa các thụ thể và phối tử của chúng vào bên trong; một số con đường không qua trung gian clathrin cũng hoạt động, khác nhau về vật chất vận chuyển và bộ máy của chúng. Túi được đưa vào bên trong sẽ loại bỏ lớp vỏ của nó và được phân loại thông qua hệ thống nội thể. Xuất bào diễn ra theo hướng ngược lại: các túi tiết được đưa đến màng sinh chất, nơi các protein SNARE trên túi và màng đích lắp ráp thành một phức hợp bốn xoắn ốc, kéo hai lớp lipid kép lại gần nhau và thúc đẩy sự hợp nhất, giải phóng vật chất. Sự tiết là cấu thành khi các túi hợp nhất liên tục, hoặc được điều hòa khi sự hợp nhất chờ đợi một yếu tố kích hoạt như sự tăng canxi nội bào, như tại đầu tận cùng thần kinh. Các phương pháp hình ảnh hóa các sự kiện trong phạm vi hàng chục nanomet của màng sinh chất đã cho phép quan sát các bước nảy chồi và hợp nhất này trong thời gian thực.

Clinical relevance

Nhập bào và xuất bào là nền tảng cho các quá trình như điều hòa thụ thể, hấp thu kháng nguyên, giải phóng chất dẫn truyền thần kinh và hormone, và các con đường xâm nhập được một số mầm bệnh và độc tố lợi dụng, do đó chúng là cơ sở để hiểu sinh lý học tế bào. Mục này mô tả các cơ chế vận chuyển để tham khảo và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Sự hấp thu và tiết túi được nhận biết về mặt hình thái bằng kính hiển vi điện tử vào giữa thế kỷ XX, và các hố có vỏ clathrin được xác định là một cấu trúc nhập bào rõ ràng. Bộ máy phân tử sau đó được làm rõ: clathrin và các protein adaptor để lắp ráp vỏ, và các protein SNARE mà việc khám phá chúng đã làm rõ cách thức đạt được sự hợp nhất túi. Hình ảnh tế bào sống sau đó đã cho phép quan sát trực tiếp các sự kiện nảy chồi và hợp nhất đơn lẻ, và các con đường không qua trung gian clathrin bổ sung đã được lập bản đồ dần dần.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa nhập bào và xuất bào là gì?

Nhập bào đưa vật chất vào tế bào bằng cách nảy chồi các túi vào trong từ màng sinh chất, trong khi xuất bào giải phóng vật chất ra khỏi tế bào bằng cách hợp nhất các túi nội bào với màng sinh chất.

Protein SNARE là gì?

Protein SNARE là các protein màng trên một túi và màng đích của nó, chúng lắp ráp thành một phức hợp chặt chẽ, kéo hai lớp lipid kép lại gần nhau để thúc đẩy sự hợp nhất trong quá trình xuất bào và các sự kiện liên quan.