Beschreiben Sie die primären Mechanismen, durch die Zellen Makromoleküle importieren und exportieren
Zusätzlich zur Bewegung kleiner Ionen und Moleküle durch die Membran müssen Zellen auch größere Moleküle und Partikel entfernen und aufnehmen. Einige Zellen sind sogar in der Lage, ganze einzellige Mikroorganismen zu verschlingen. Möglicherweise haben Sie zu Recht die Hypothese aufgestellt, dass die Aufnahme und Freisetzung großer Teilchen durch die Zelle Energie erfordert. Ein großes Teilchen kann jedoch nicht durch die Membran passieren, auch nicht mit Energie, die von der Zelle zugeführt wird.,
Es gibt zwei primäre Mechanismen, die diese großen Partikel transportieren: Endozytose und Exozytose.
Lernziele
- Beschreiben Sie die Endozytose und identifizieren Sie verschiedene Arten von Reaktionen, einschließlich Phagozytose, Pinozytose und rezeptorvermittelte Endozytose
- Identifizieren Sie die Schritte der Exozytose
Endozytose
Endozytose ist eine Art aktiver Transport, der Partikel wie große Moleküle, Zellteile und sogar ganze Zellen in eine Zelle bewegt., Es gibt verschiedene Variationen der Endozytose, aber alle haben ein gemeinsames Merkmal: Die Plasmamembran der Zelle dringt ein und bildet eine Tasche um das Zielteilchen. Die Tasche kneift ab, was dazu führt, dass das Partikel in einem neu erzeugten intrazellulären Vesikel enthalten ist, das aus der Plasmamembran gebildet wird.
Phagozytose
Abbildung 1. Bei der Phagozytose umgibt die Zellmembran das Teilchen und verschlingt es., (credit: Mariana Ruiz Villareal)
Phagozytose (der Zustand des „Zellfressens“) ist der Prozess, bei dem große Partikel, wie Zellen oder relativ große Partikel, von einer Zelle aufgenommen werden. Wenn beispielsweise Mikroorganismen in den menschlichen Körper eindringen, entfernt eine Art weißer Blutkörperchen, die als Neutrophil bezeichnet wird, die Eindringlinge durch diesen Prozess und umgibt und verschlingt den Mikroorganismus, der dann vom Neutrophilen zerstört wird (Abbildung 1).,
Zur Vorbereitung der Phagozytose wird ein Teil der nach innen gerichteten Oberfläche der Plasmamembran mit einem Protein namens Clathrin beschichtet, das diesen Abschnitt der Membran stabilisiert. Der beschichtete Teil der Membran erstreckt sich dann vom Körper der Zelle aus und umgibt das Teilchen und umschließt es schließlich. Sobald das Vesikel, das das Teilchen enthält, in der Zelle eingeschlossen ist, löst sich das Clathrin von der Membran und das Vesikel verschmilzt mit einem Lysosom für den Abbau des Materials im neu gebildeten Kompartiment (Endosom)., Wenn zugängliche Nährstoffe aus dem Abbau des vesikulären Inhalts extrahiert wurden, verschmilzt das neu gebildete Endosom mit der Plasmamembran und gibt ihren Inhalt in die extrazelluläre Flüssigkeit frei. Die endosomale Membran wird wieder Teil der Plasmamembran.
Pinozytose
Abbildung 2. Bei der Pinozytose dringt die Zellmembran ein, umgibt ein kleines Flüssigkeitsvolumen und kneift ab. (credit: Mariana Ruiz Villareal)
Eine Variante der Endozytose genannt wird pinocytosis., Dies bedeutet wörtlich „Zelltrinken“ und wurde zu einer Zeit benannt, als die Annahme bestand, dass die Zelle gezielt extrazelluläre Flüssigkeit aufnahm. In Wirklichkeit ist dies ein Prozess, der Moleküle, einschließlich Wasser, aufnimmt, die die Zelle aus der extrazellulären Flüssigkeit benötigt. Die Pinozytose führt zu einem viel kleineren Vesikel als die Phagozytose, und das Vesikel muss nicht mit einem Lysosom verschmelzen (Abbildung 2).
Eine Variation der Pinozytose wird Potozytose genannt., Bei diesem Verfahren wird ein Beschichtungsprotein namens Caveolin auf der zytoplasmatischen Seite der Plasmamembran verwendet, das eine ähnliche Funktion wie Clathrin erfüllt. Die Hohlräume in der Plasmamembran, die die Vakuolen bilden, haben neben Caveolin Membranrezeptoren und Lipidflöße.
Die in Caveolae (Singular caveola) gebildeten Vakuolen oder Vesikel sind kleiner als die in der Pinozytose. Thrombozytose wird verwendet, um kleine Moleküle in die Zelle zu bringen und diese Moleküle durch die Zelle zu transportieren, um sie auf der anderen Seite der Zelle freizusetzen, ein Prozess, der als Tranzytose bezeichnet wird.,
Rezeptorvermittelte Endozytose
Abbildung 3. Bei der rezeptorvermittelten Endozytose ist die Aufnahme von Substanzen durch die Zelle auf einen einzigen Substanztyp ausgerichtet, der an den Rezeptor auf der äußeren Oberfläche der Zellmembran bindet. (credit: Modifikation der Arbeit von Mariana Ruiz Villareal)
Eine gezielte Variation der Endozytose verwendet Rezeptorproteine in der Plasmamembran, die eine spezifische Bindungsaffinität für bestimmte Substanzen aufweisen (Abbildung 3).,
Bei rezeptorvermittelter Endozytose wie bei Phagozytose ist Clathrin an die zytoplasmatische Seite der Plasmamembran gebunden. Wenn die Aufnahme einer Verbindung von einer rezeptorvermittelten Endozytose abhängt und der Prozess unwirksam ist, wird das Material nicht aus den Gewebeflüssigkeiten oder dem Blut entfernt. Stattdessen bleibt es in diesen Flüssigkeiten und erhöht die Konzentration.
Einige menschliche Krankheiten werden durch das Versagen der rezeptorvermittelten Endozytose verursacht., Zum Beispiel wird die als Low-Density-Lipoprotein oder LDL bezeichnete Form von Cholesterin (auch als „schlechtes“ Cholesterin bezeichnet) durch rezeptorvermittelte Endozytose aus dem Blut entfernt. Bei der Humangenetikerkrankung familiäre Hypercholesterinämie sind die LDL-Rezeptoren defekt oder fehlen vollständig. Menschen mit dieser Erkrankung haben lebensbedrohliche Cholesterinspiegel im Blut, da ihre Zellen keine LDL-Partikel aus ihrem Blut entfernen können.,
Obwohl die rezeptorvermittelte Endozytose dazu bestimmt ist, bestimmte Substanzen, die normalerweise in der extrazellulären Flüssigkeit vorkommen, in die Zelle zu bringen, können andere Substanzen an derselben Stelle in die Zelle gelangen. Grippeviren, Diphtherie und Choleratoxin haben alle Stellen, die mit normalen Rezeptorbindungsstellen kreuzreagieren und in Zellen eindringen.
Exozytose
Der umgekehrte Prozess der Bewegung von Material in eine Zelle ist der Prozess der Exozytose., Exozytose ist das Gegenteil der im letzten Abschnitt diskutierten Prozesse, da ihr Zweck darin besteht, Material aus der Zelle in die extrazelluläre Flüssigkeit auszustoßen. Abfallmaterial wird in eine Membran gehüllt und verschmilzt mit dem Inneren der Plasmamembran. Diese Fusion öffnet die membranöse Hülle an der Außenseite der Zelle und das Abfallmaterial wird in den extrazellulären Raum ausgestoßen (Abbildung 4)., Andere Beispiele für Zellen, die Moleküle über Exozytose freisetzen, umfassen die Sekretion von Proteinen der extrazellulären Matrix und die Sekretion von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt durch synaptische Vesikel.
Abbildung 4. Bei der Exozytose verschmelzen Vesikel, die Substanzen enthalten, mit der Plasmamembran. Der Inhalt wird dann an die Außenseite der Zelle abgegeben., (credit: Änderung der Arbeit von Mariana Ruiz Villareal)
Eine Zusammenfassung der zellulären Transportmethoden diskutiert ist in Tabelle 1 enthalten, die auch den Energiebedarf und Materialien von jedem transportiert enthält.
| Tabelle 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., Phagozytose ist der Prozess, bei dem Zellen große Partikel, einschließlich anderer Zellen, aufnehmen, indem sie die Partikel in eine Ausdehnung der Zellmembran einschließen und ein neues Vesikel knospen. Während der Pinozytose nehmen Zellen Moleküle wie Wasser aus der extrazellulären Flüssigkeit auf. Schließlich ist die rezeptorvermittelte Endozytose eine gezielte Version der Endozytose, bei der Rezeptorproteine in der Plasmamembran sicherstellen, dass nur spezifische, gezielte Substanzen in die Zelle gebracht werden.
Exozytose ist in vielerlei Hinsicht der umgekehrte Prozess von Endozytose., Hier stoßen Zellen Material durch die Fusion von Vesikeln mit der Plasmamembran und anschließendes Abladen ihres Inhalts in die extrazelluläre Flüssigkeit aus.
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