ENDOCYTOZA: RODZAJE I ICH CECHY, FUNKCJE, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2025

Endocytozy obejmuje procesy, które pozwalają na efektywne wprowadzenie różnych materiałów do komórki struktury błony komórkowej jest stosunkowo ścisłej kontroli zarówno wejście i wyjście, wiele zewnątrzkomórkowych i cytoplazmatycznych materiał włącznie z materiałami. Wraz z innymi procesami, takimi jak prosta dyfuzja i osmoza, komórka integruje materiał niezbędny do prawidłowego funkcjonowania komórki.

Gdy zachodzi proces endocytozy, do roztworu wchodzą cząsteczki o dużych rozmiarach, cząsteczki, a nawet mieszaniny w roztworze. Dzieje się tak z wgłębień lub worków, które pochodzą z błony i wchodzą do cytoplazmy w postaci pęcherzyków, gdzie będą przetwarzane przez komórkową maszynerię trawienną.

Źródło: Mariana Ruiz Villarreal, praca pochodna: Gregor_0492

Proces endocytozy (wejście materiału do komórki), jak również egzocytoza (proces opuszczania komórki przez materiał) są wyłączne w organizmach eukariotycznych.

Komórka eukariotyczna ma duże zapotrzebowanie na energię, ponieważ jest większa (średnio 1000 razy) niż jakikolwiek organizm prokariotyczny. Z tego powodu komórka eukariotyczna potrzebuje mechanizmów, które pozwolą na wejście materiałów, tak aby zachodziły w niej różne reakcje biosyntezy.

Rodzaje i ich cechy

Dzięki procesowi endocytozy komórka utrzymuje efektywną wymianę ze środowiskiem zewnętrznym.

Podczas tego mechanizmu komórkowego do komórki mogą dostać się dość różnorodne materiały; w związku z tym proces endocytozy może się różnić w zależności od natury materiału pochłoniętego przez komórkę i od obecności mediatorów w procesie.

Te procesy, w których komórka z błony komórkowej obejmuje duże cząsteczki, nazywane są fagocytozą. Podobnie, komórka może również obejmować cząsteczki i inne rozpuszczone substancje, nazywając ten typ endocytozy „pinocytozą”.

Oprócz tych procesów materiał, który dostaje się do komórki, można wcześniej wyselekcjonować w wyspecjalizowanych obszarach błony komórkowej. W tym przypadku w endocytozie pośredniczą receptory, a materiał, który dostaje się do komórki, jest sprzężony z tymi receptorami w celu przeniesienia do wnętrza komórki w specjalnych pęcherzykach.

Wszystkie komórki eukariotyczne wchłaniają płyny i substancje rozpuszczone poprzez pinocytozę, jednak tylko kilka wyspecjalizowanych komórek przeprowadza proces fagocytozy, jak zobaczymy później.

-Fagocytoza

Fagocytoza

Fagocytoza jest wyspecjalizowaną formą endocytozy. Przy tej okazji duże cząsteczki lub cząsteczki, które zawierają substancje odpadowe, mikroorganizmy i inne komórki, są wchłaniane przez wgłębienie błony komórkowej. Ze względu na charakter tego procesu sugeruje się go jako komórkowe działanie „jedzenia”.

Jak dochodzi do fagocytozy?

Cząsteczki, które są rozpoznawane jako „konsumowane”, wiążą się z (wyspecjalizowanymi) receptorami, które rozpoznają je na powierzchni komórki. Receptory te rozpoznają głównie reszty N-acetyloglukozamidu, mannozę, a także wiele innych białek, które powodują rozszerzenie się pseudopodów, które otaczają cząstkę i ją pochłaniają.

Ruch tych pseudopodiów jest determinowany głównie działaniem filamentów aktyny i miozyny na powierzchni komórki.

Po zatrzymaniu w błonie komórkowej przedostają się do cytozolu w postaci dużych pęcherzyków zwanych fagosomami. Będą one wiązać się z lizosomem (organellą komórkową, która zawiera wiele różnych enzymów trawiennych), tworząc wakuolę do przetwarzania, rozkładania i degradacji materiału zwanego fagolizosomem.

Fagolizosomy mogą być dość duże i niejednorodne, ponieważ o ich wielkości i kształcie decyduje ilość trawionego materiału.

W tej wakuoli trawiennej aktywność enzymatyczna generuje dużą ilość niezbędnych produktów, które będą dostępne do wykorzystania jako źródło energii przez komórkę.

-Pinocytoza

Odżywianie pierwotniaków. Pinocytoza. Zdjęcie: Jacek FH (pochodzące z Mariana Ruiz Villarreal). Zrobione i zredagowane z https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinocitosis.svg.

W przeciwieństwie do procesu wyjaśnionego powyżej, pinocytoza jest procesem, w którym stale wchłaniane są małe cząsteczki, które w większości przypadków mają postać rozpuszczalną. W tym przypadku komórka pochłania niewielkie ilości materiału, tworząc pęcherzyki błonowe, które są uwalniane do cytoplazmy.

Proces pinocytozy jest zasadniczo uważany za komórkowe działanie „picia”, ponieważ większość materiału, który dostaje się do komórki, jest płynna.

Jak dochodzi do pinocytozy?

Pinocytoza może wystąpić na dwa sposoby; w sposób „płynny lub prosty” lub w sposób „absorbujący”.

Oba typy pinocytozy różnią się w zależności od sposobu internalizacji substancji w roztworze lub małych cząstek. W pinocytozie płynnej substancje w roztworze dostają się do komórki w funkcji gradientu stężeń w środowisku zewnątrzkomórkowym, a to z kolei zależy od szybkości, z jaką w błonie komórkowej tworzą się pęcherzyki pinocytarne.

Pinocytoza absorpcyjna jest procesem bardziej wydajnym, szybkość wprowadzania substancji rozpuszczonych do cytoplazmy jest 100 do 1000 razy większa niż w przypadku pinocytozy płynnej, stanowiącej specjalny proces endocytozy zależnej od receptorów.

-Endocytozy za pośrednictwem receptora

Endocytoza zależna od receptorów jest wyspecjalizowanym procesem pinocytozy i najlepiej zbadanym procesem endocytozy komórkowej. W tym miejscu substancje, które dostają się do cytozolu, wchodzą do cytozolu w wybrany sposób poprzez udział specyficznych receptorów, które występują w większym stężeniu w małych odcinkach błony komórkowej.

Cząsteczki często wiążą się z wyprzedzeniem z receptorami znajdującymi się w zwojach powierzchni komórki zwanych „zagłębieniami pokrytymi klatriną”. Te zagłębienia zawierają w niektórych przypadkach więcej niż 20 receptorów, z których każdy jest specyficzny dla określonej makrocząsteczki.

Pęcherzyki utworzone w tych wyspecjalizowanych obszarach błony zostaną pokryte białkiem klatriny i będą zawierać po uwolnieniu pęcherzyka w cytoplazmie receptory błonowe (ich różne typy), a także będą internalizować niewielkie ilości płynu zewnątrzkomórkowego .

W przeciwieństwie do pinocytozy płynnej materiał, który dostaje się do komórki nie jest selekcjonowany, a pęcherzyki utworzone w błonie komórkowej nie mają powłoki klatrynowej, ale częściej przez białka, takie jak kaweolina. Proces ten nazywany jest również endocytozą niezależną od klatriny.

Istnieją również większe wakuole, które dostają się do materiału w roztworze do komórki w procesie znanym jako „makropinocytoza”. Podczas tego procesu nie ma materialnej selektywności.

cechy

Endocytoza pełni wiele różnych funkcji w komórce, jednak różnią się one w zależności od tego, czy są to organizmy jednokomórkowe, czy wielokomórkowe, czy też rodzaj wymagań, które ma komórka w danym momencie.

Funkcje fagocytozy

Proces można uznać za podstawowy proces karmienia lub metodę obrony i usuwania odpadów. U pierwotniaków i niższych organizmów metazoa (np. Ameby) fagocytoza jest mechanizmem wychwytywania cząstek pokarmu, niezależnie od tego, czy są to substancje odpadowe, bakterie czy inne pierwotniaki.

Organizmy te wykrywają materiał przeznaczony do spożycia przez receptory błonowe i otaczają go wypustkami błonowymi, tworząc duży pęcherzyk, który będzie przetwarzany wewnątrz organizmu.

Z drugiej strony w większości organizmów fagocytoza spełnia inne funkcje niż odżywianie komórkowe. W tym przypadku fagocytoza jest wykorzystywana przez wyspecjalizowane komórki zwane „profesjonalnymi” fagocytami, które jako mechanizm obronny eliminują zarówno substancje odpadowe, jak i czynniki inwazyjne z organizmu.

Funkcje pinocytozy

Funkcją pinocytozy jest zasadniczo włączenie materiału w roztworze do komórki. Wchłonięte substancje rozpuszczone i metabolity są przeznaczone do metabolizmu komórkowego, a także są wykorzystywane do syntezy kilku białek o dużym znaczeniu dla funkcjonowania organizmu.

Z drugiej strony, przychodzący materiał można tak dobrać, aby dostarczał energii z pierwszej ręki do metabolizmu komórkowego.

Przykłady

Endocytoza występuje w różnych skalach w organizmach eukariotycznych. Tutaj wymienimy kilka wybitnych przykładów:

Fagocytoza

U ssaków i innych kręgowców istnieje kilka klas komórek, które razem tworzą część tkanki krwi zwanej białymi krwinkami. Te komórki działają jak profesjonalne fagocyty, co oznacza, że ​​są wyspecjalizowanymi komórkami w pochłanianiu materiału.

Makrofagi, limfocyty i neutrofile (leukocyty) są odpowiedzialne za eliminację i połykanie zakaźnych mikroorganizmów z organizmu.

Fagocyty we krwi ogólnie działają najlepiej, gdy mogą uwięzić patogen na powierzchni, takiej jak ściana naczynia krwionośnego lub skrzep fibrynowy.

Komórki te uczestniczą w specyficznych i niespecyficznych funkcjach odpornościowych, istnieją nawet fagocyty wyspecjalizowane w prezentowaniu antygenów w celu wywołania odpowiedzi immunologicznej

Oprócz tego makrofagi „głównie” są odpowiedzialne za pochłanianie i usuwanie z krwi około 10 ¹¹ czerwonych krwinek, a także innych starych krwinek i substancji odpadowych, aby utrzymać proces ciągłej odnowy komórek. Wraz z limfocytami działają w procesie niszczenia większości patogenów w organizmie.

Pinocytoza

Proces pinocytozy jest zwykle dość skuteczny we wprowadzaniu materiału zewnątrzkomórkowego. W pinocytozie wchłanialnej receptory zlokalizowane na pęcherzykach błony komórkowej pokrytej klatriną mogą rozpoznawać czynniki wzrostu, różne hormony, białka nośnikowe, a także lipoproteiny i inne białka.

Klasycznym przykładem tego procesu jest wychwytywanie cholesterolu z receptorów na błonie. Cholesterol jest transportowany do krwiobiegu w postaci lipoprotein, z których najczęściej mobilizowane są LDC lub lipoproteiny o małej gęstości.

Jednak wiele różnych metabolitów, takich jak witamina B12, a nawet żelazo, jest również wychwytywanych w procesie, materiałów, których komórka nie może internalizować w procesie aktywnego transportu. Oba determinujące metabolity w syntezie hemoglobiny, białka wyspecjalizowanego w transporcie tlenu we krwi.

Z drugiej strony, materiał jest również skutecznie integrowany z komórką poprzez płynną pinocytozę. W komórkach śródbłonka naczyń krwionośnych pęcherzyki transportują dużą ilość substancji rozpuszczonych i płynów z krwiobiegu do przestrzeni wewnątrzkomórkowej.

Endocytoza, „proces na dużą skalę”

Endocytoza jest bardzo powszechnym procesem w komórkach eukariotycznych, w którym materiał jest integrowany zarówno w roztworze, jak iw postaci makrocząsteczek, a nawet całych komórek i mikroorganizmów.

W przypadku endocytozy zależnej od receptorów, wgłębienia pokryte klatriną zajmują około 2% całkowitej powierzchni błony komórkowej. Każde z tych zagłębień ma okres półtrwania wynoszący dwie minuty, co powoduje internalizację całej błony komórkowej w okresie od 1 do 2 godzin.

Oznacza to, że średnio 3 do 5% błony ulega internalizacji co minutę, co daje nam wyobrażenie o wielkości tego procesu i ciągłej odnowie, której podlega błona komórkowa.

Na przykład makrofagi obecne w tkance krwi „pochłaniają” do 35% swojej objętości cytoplazmatycznej w ciągu około godziny, 3% błony komórkowej co minutę i 100% w ciągu około pół godziny.

Wada endocytozy

Chociaż jest to proces niezbędny do odżywiania komórek, wchłaniania substancji odpadowych i wychwytywania mikroorganizmów zewnętrznych, podczas takich procesów jak endocytoza za pośrednictwem receptorów do komórki dostaje się wiele wirusów i patogenów. Grypa i HIV podążają tą drogą jako bezpośrednią drogą do wejścia do komórki.

Co dzieje się po endocytozie?

Pęcherzyki uwolnione do cytoplazmy i otaczający je materiał są przetwarzane przez lizosomy. W lizosomach istnieje potężna bateria enzymatyczna, w której substancje obecne w pęcherzykach są rozkładane na użyteczne produkty w wyniku metabolizmu komórkowego.

Jednak w procesie degradacji odzyskuje się różne składniki błony komórkowej. Specyficzne receptory zagłębień pokrytych klatryną i innymi materiałami, takimi jak różne białka błonowe, są przesyłane do aparatu Golgiego lub na powierzchnię komórki, aby ponownie z nią zintegrować w recyklingu pęcherzyków.

Ten proces recyklingu jest bardzo wygodny i zachodzi z taką samą szybkością, z jaką tworzą się pęcherzyki, ponieważ błona komórkowa syntetyzuje tylko 5% swojej powierzchni co godzinę.

Bibliografia

1. Alcamo, IE (1996) Cliffs Quick Review Microbiology. Wiley Publishing, Inc., Nowy Jork, Nowy Jork.
2. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2004). Niezbędna biologia komórki. Nowy Jork: Garland Science. Wydanie 2
3. Madigan, MT, Martinko, JM & Parker, J. (2004). Brook: Biologia mikroorganizmów. Edukacja Pearson.
4. Cooper, GM, Hausman, RE & Wright, N. (2010). Komórka. (str. 397-402). Marban.
5. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Zintegrowane zasady zoologii. Nowy Jork: McGraw-Hill. 14 ^th Edition.
6. Jiménez García, L. J & H. Merchand Larios. (2003). Biologia komórkowa i molekularna. Meksyk. Od redakcji Pearson Education.
7. Kühnel, W. (2005). Color Atlas of Cytology and Histology (wyd. 11) Madryt, Hiszpania: Editorial Médica Panamericana.
8. Smythe, E. & Warren, G. (1991). Mechanizm endocytozy za pośrednictwem receptorów. Eur J. Biochem. 202: 689-699.