Wissenschaft

Eine Definition der Exozytose mit Schritten und Beispielen

Exozytose ist der Prozess des Bewegens von Materialien innerhalb einer Zelle nach außen. Dieser Prozess benötigt Energie und ist daher eine Art aktiver Transport. Die Exozytose ist ein wichtiger Prozess  pflanzlicher und tierischer Zellen, da sie die entgegengesetzte Funktion der Endozytose erfüllt . Bei der Endozytose werden Substanzen, die sich außerhalb einer Zelle befinden, in die Zelle gebracht.

Bei der Exozytose werden membrangebundene Vesikel, die Zellmoleküle enthalten, zur Zellmembran transportiert. Die Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran und stoßen ihren Inhalt nach außen aus. Der Prozess der Exozytose kann in wenigen Schritten zusammengefasst werden.

Die zentralen Thesen

  • Während der Exozytose transportieren Zellen Substanzen vom Inneren der Zelle zum Äußeren der Zelle.
  • Dieser Prozess ist wichtig für die Entfernung von Abfall, für die chemische Kommunikation zwischen Zellen und für den Wiederaufbau der Zellmembran.
  • Exozytotische Vesikel werden durch den Golgi-Apparat, Endosomen und prä-synaptische Neuronen gebildet.
  • Drei Wege der Exozytose sind konstitutive Exozytose, regulierte Exozytose und Lysosomen-vermittelte Exozytose.
  • Schritte der Exozytose umfassen Vesikelhandel, Anbinden, Andocken, Grundieren und Verschmelzen.
  • Die Vesikelfusion mit der Zellmembran kann vollständig oder vorübergehend sein.
  • Exozytose tritt in vielen Zellen auf, einschließlich Pankreaszellen und Neuronen.

 

Grundlegender Prozess der Exozytose

  1. Vesikel, die Moleküle enthalten, werden von innerhalb der Zelle zur Zellmembran transportiert.
  2. Die Vesikelmembran haftet an der Zellmembran.
  3. Die Fusion der Vesikelmembran mit der Zellmembran setzt den Vesikelinhalt außerhalb der Zelle frei.

Die Exozytose erfüllt mehrere wichtige Funktionen, da sie es den Zellen ermöglicht, Abfallstoffe und Moleküle wie Hormone und Proteine abzuscheiden . Exozytose ist auch wichtig für die chemische Signalübertragung und die Kommunikation von Zelle zu Zelle. Zusätzlich wird Exozytose verwendet, um die Zellmembran wieder aufzubauen, indem Lipide und Proteine, die durch Endozytose entfernt wurden, wieder in die Membran fusioniert werden.

 

Exozytotische Vesikel

Der Golgi-Apparat transportiert Moleküle durch Exozytose aus der Zelle.ttsz / iStock / Getty Images Plus

 

Exozytotische Vesikel, die Proteinprodukte enthalten, stammen typischerweise aus einer Organelle. die als Golgi-Apparat oder Golgi-Komplex bezeichnet wird . Im endoplasmatischen Retikulum synthetisierte Proteine ​​und Lipide werden zur Modifikation und Sortierung an Golgi-Komplexe geschickt. Nach der Verarbeitung sind die Produkte in sekretorischen Vesikeln enthalten, die von der Oberfläche des Golgi-Apparats abknospen.

Andere Vesikel, die mit der Zellmembran verschmelzen, stammen nicht direkt aus dem Golgi-Apparat. Einige Vesikel werden aus frühen Endosomen gebildet , bei denen es sich um Membransäcke handelt, die sich im Zytoplasma befinden. Frühe Endosomen fusionieren mit Vesikeln, die durch Endozytose der Zellmembran internalisiert werden. Diese Endosomen sortieren das internalisierte Material (Proteine, Lipide, Mikroben usw.) und leiten die Substanzen an ihren richtigen Bestimmungsort. Transportvesikel knospen von frühen Endosomen ab und senden Abfallmaterial zum Abbau auf Lysosomen. während Proteine ​​und Lipide in die Zellmembran zurückgeführt werden. Vesikel an synaptischen Terminals in Neuronen sind auch Beispiele für Vesikel, die nicht von Golgi-Komplexen abgeleitet sind.

 

Arten der Exozytose

Die Exozytose ist ein Prozess für den primären aktiven Transport durch die Zellmembran.Enzyklopädie Britannica / UIG / Getty Images

 

Es gibt drei übliche Wege der Exozytose. Ein Weg, die konstitutive Exozytose , beinhaltet die regelmäßige Sekretion von Molekülen. Diese Aktion wird von allen Zellen ausgeführt. Die konstitutive Exozytose dient dazu, Membranproteine ​​und Lipide an die Zelloberfläche abzugeben und Substanzen nach außen auszutreiben.

Die regulierte Exozytose beruht auf dem Vorhandensein extrazellulärer Signale für den Ausstoß von Materialien innerhalb von Vesikeln. Geregelte Exozytose tritt häufig in sekretorischen Zellen und nicht in allen Zelltypen auf. Sekretorische Zellen speichern Produkte wie Hormone, Neurotransmitter und Verdauungsenzyme, die nur freigesetzt werden, wenn sie durch extrazelluläre Signale ausgelöst werden. Sekretorische Vesikel werden nicht in die Zellmembran eingebaut, sondern fusionieren nur lange genug, um ihren Inhalt freizusetzen. Sobald die Abgabe erfolgt ist, reformieren sich die Vesikel und kehren zum Zytoplasma zurück.

Ein dritter Weg zur Exozytose in Zellen beinhaltet die Fusion von Vesikeln mit Lysosomen . Diese Organellen enthalten saure Hydrolaseenzyme, die Abfallstoffe, Mikroben und Zelltrümmer abbauen . Lysosomen transportieren ihr verdautes Material zur Zellmembran, wo sie mit der Membran verschmelzen und ihren Inhalt in die extrazelluläre Matrix abgeben .

 

Schritte der Exozytose

Bei der Exozytose werden große Moleküle durch Vesikeltransport über die Zellmembran transportiert.FancyTapis / iStock / Getty Images Plus

 

Die Exozytose erfolgt in vier Schritten bei der konstitutiven Exozytose und in fünf Schritten bei der regulierten Exozytose . Diese Schritte umfassen den Handel mit Vesikeln, das Anbinden, Andocken, Grundieren und Verschmelzen.

  • Menschenhandel: Vesikel werden entlang der Mikrotubuli des Zytoskeletts zur Zellmembran transportiert . Die Bewegung der Vesikel wird durch die Motorproteine ​​Kinesine, Dyneins und Myosine angetrieben.
  • Anbinden: Beim Erreichen der Zellmembran wird das Vesikel mit der Zellmembran verbunden und in Kontakt mit ihr gezogen.
  • Andocken: Beim Andocken wird die Vesikelmembran mit der Zellmembran verbunden. Die Phospholipiddoppelschichten der Vesikelmembran und der Zellmembran beginnen zu verschmelzen.
  • Grundierung: Die Grundierung erfolgt bei regulierter Exozytose und nicht bei konstitutiver Exozytose. Dieser Schritt beinhaltet spezifische Modifikationen, die in bestimmten Zellmembranmolekülen auftreten müssen, damit eine Exozytose auftritt. Diese Modifikationen sind erforderlich, damit Signalprozesse stattfinden, die eine Exozytose auslösen.
  • Fusion: Es gibt zwei Arten der Fusion, die bei der Exozytose stattfinden können. Bei vollständiger Fusion verschmilzt die Vesikelmembran vollständig mit der Zellmembran. Die Energie, die benötigt wird, um die Lipidmembranen zu trennen und zu verschmelzen, stammt von ATP. Durch die Fusion der Membranen entsteht eine Fusionspore, durch die der Inhalt des Vesikels ausgestoßen werden kann, wenn das Vesikel Teil der Zellmembran wird. Bei der Kiss-and-Run-Fusion verschmilzt das Vesikel vorübergehend lange genug mit der Zellmembran, um eine Fusionspore zu bilden und seinen Inhalt an die Außenseite der Zelle abzugeben. Das Vesikel zieht sich dann von der Zellmembran zurück und bildet sich neu, bevor es in das Innere der Zelle zurückkehrt.

 

Exozytose in der Bauchspeicheldrüse

Die Bauchspeicheldrüse setzt durch Exozytose Glukagon frei, wenn der Blutzuckerspiegel zu niedrig ist. Glucagon bewirkt, dass die Leber gespeichertes Glykogen in Glucose umwandelt, die in den Blutkreislauf freigesetzt wird.ttsz / iStock / Getty Images Plus

 

Die Exozytose wird von einer Reihe von Zellen im Körper als Transportmittel für Proteine ​​und für die Kommunikation von Zelle zu Zelle verwendet. In der Bauchspeicheldrüse produzieren kleine Zellcluster, sogenannte Langerhans-Inseln , die Hormone Insulin und Glucagon. Diese Hormone werden in sekretorischen Granulaten gespeichert und durch Exozytose freigesetzt, wenn Signale empfangen werden.

Wenn die Glukosekonzentration im Blut zu hoch ist, wird Insulin aus den Beta-Zellen der Insel freigesetzt, wodurch Zellen und Gewebe Glukose aus dem Blut aufnehmen. Wenn die Glukosekonzentrationen niedrig sind, wird Glukagon aus Insel-Alpha-Zellen ausgeschieden. Dies führt dazu, dass die Leber gespeichertes Glykogen in Glukose umwandelt. Glukose wird dann ins Blut freigesetzt, wodurch der Blutzuckerspiegel steigt. Neben Hormonen sezerniert die Bauchspeicheldrüse auch Verdauungsenzyme (Proteasen, Lipasen, Amylasen) durch Exozytose.

 

Exozytose in Neuronen

Einige Neuronen kommunizieren über die Übertragung von Neurotransmittern. Ein mit Neurotransmittern im prä-synaptischen Neuron (oben) gefülltes synaptisches Vesikel verschmilzt mit der prä-synaptischen Membran und setzt Neurotransmitter in den synaptischen Spalt (Lücke zwischen Neuronen) frei. Die Neurotransmitter können dann an Rezeptoren des postsynaptischen Neurons binden (siehe unten).Stocktrek Images / Getty Images

 

Synaptische Vesikelexozytose tritt in Neuronen des Nervensystems auf. Nervenzellen kommunizieren über elektrische oder chemische (Neurotransmitter) Signale, die von einem Neuron zum nächsten weitergeleitet werden. Neurotransmitter werden durch Exozytose übertragen. Es sind chemische Botschaften, die von synaptischen Vesikeln von Nerv zu Nerv transportiert werden. Synaptische Vesikel sind Membransäcke, die durch Endozytose der Plasmamembran an prä-synaptischen Nervenenden gebildet werden.

Einmal gebildet, werden diese Vesikel mit Neurotransmittern gefüllt und in Richtung eines Bereichs der Plasmamembran geschickt, der als aktive Zone bezeichnet wird. Das synaptische Vesikel wartet auf ein Signal, einen Zufluss von Calciumionen, der durch ein Aktionspotential hervorgerufen wird, wodurch das Vesikel an der prä-synaptischen Membran andocken kann. Die tatsächliche Fusion des Vesikels mit der prä-synaptischen Membran erfolgt erst, wenn ein zweiter Zufluss von Calciumionen auftritt.

Nach dem Empfang des zweiten Signals verschmilzt das synaptische Vesikel mit der prä-synaptischen Membran und bildet eine Fusionspore. Diese Pore dehnt sich aus, wenn die beiden Membranen eins werden und die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt (Lücke zwischen den prä-synaptischen und postsynaptischen Neuronen) freigesetzt werden. Die Neurotransmitter binden an Rezeptoren des postsynaptischen Neurons. Das postsynaptische Neuron kann durch die Bindung der Neurotransmitter entweder angeregt oder gehemmt werden.

 

Exozytose versus Endozytose

Während Exozytose eine Form des aktiven Transports ist, der Substanzen und Materialien vom Inneren einer Zelle zum Äußeren der Zelle bewegt, ist die Endozytose der Spiegel gegenüber. Bei der Endozytose werden Substanzen und Materialien, die sich außerhalb einer Zelle befinden, in das Innere der Zelle transportiert. Wie die Exozytose benötigt auch die Endozytose Energie und ist somit auch eine Form des aktiven Transports .

Wie die Exozytose gibt es auch bei der Endozytose verschiedene Arten. Die verschiedenen Typen sind insofern ähnlich, als der grundlegende zugrunde liegende Prozess darin besteht, dass die Plasmamembran eine Tasche oder Invagination bildet und die zugrunde liegende Substanz umgibt, die in die Zelle transportiert werden muss. Es gibt drei Haupttypen der Endozytose: Phagozytose, Pinozytose sowie rezeptorvermittelte Endozytose.

 

Quellen

  • NH Battey et al. „Exozytose und Endozytose.“ The Plant Cell , US-amerikanische Nationalbibliothek für Medizin, April 1999, www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC144214/.
  • „Exozytose.“ New World Encyclopedia , Paragon House Publishers, www.newworldencyclopedia.org/entry/Exocytosis.
  • Reece, Jane B. und Neil A. Campbell. Campbell Biology . Benjamin Cummings, 2011.
  • Südhof, Thomas C. und Josep Rizo. „Synaptische Vesikel-Exozytose.“ Cold Spring Harbor Perspectives in Biology , US-amerikanische Nationalbibliothek für Medizin, 1. Dezember 2011, www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3225952/.

Similar Posts

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.