Экзоцитоз в биологии и основные его этапы

Экзоцитоз в биологии

Определение экзоцитоза

Процесс экзоцитоза встречается у клеток различного ранга: как у прокариотических, так и эукариотических. Такой процесс позволяет реализовывать базовое свойство живого — саморегуляцию. Суть экзоцитоза — в выведении из всего спектра ненужных ей веществ: продуктов пищеварения, токсинов, лишней воды и др. Экзоцитоз также принимает участие в построении клеточной мембраны: с его помощью на поверхность мембраны выводятся жиры. Таким образом, к примеру, происходит секретирование ферментов поджелудочной железы.

Путем экзоцитоза в растительных клетках происходит экспорт материалов, которые необходимы для построения клеточных стенок.

Процесс экзоцитоза нуждается в энергии, поскольку он является разновидностью активного транспорта. Противоположный этому процесс — эндоцитоз: при нем происходит перемещение вещества внутрь клетки. Экзоцитоз и эндоцитоз — важные процессы для любого из организмов.

Экзоцитоз сопровождается формированием на мембране везикул с клеточными молекулами — они переносятся на плазматическую мембрану. Позже происходит слияние везикул с мембраной, в результате чего содержимое вытесняется за пределы клеточной среды. Экзоцитоз — жизненно важный процесс, благодаря которому клетка постоянно выделяет отходы и включает в состав мембраны в необходимом объеме белки и липиды.

Другое название везикул — ранние лизосомы или пузырьки с ферментами, которые на ранней стадии созревания наращивают собственную способность растворять вещества внутри клетки.

Синтезирующиеся в ЭПС белки и липиды транслируются в комплекс Гольджи — это необходимо для того, чтобы потом войти в секреторные везикулы. Происходит слияние оставшегося комплекса везикул с плазматической мембраной — он не транслируется в комплекс Гольджи.

Основные этапы экзоцитоза

Говорят о 3 основных типах экзоцитоза:

1. Учредительном. Он включает регулярную секрецию молекул. Ее выполняют все клетки. Этот путь дает возможность вытеснять комплекс веществ во внешнюю среду;
2. Регулируемый. Он зависит от того, есть ли комплекс внеклеточных сигналов для вытеснения материалов в везикулах. Этот тип экзоцитоза можно наблюдать в секреторных клетках, хранящих вещества вроде гормонов и пищеварительных ферментов;
3. Лизосомный. Подразумевает переработку гидролазных ферментов, которые разрушают отходы, микробов и клеточный мусор. С помощью лизосом происходит перенос переваренных материалов на мембрану клеток, где происходит их слияние с мембраной. Позже лизосомы выносят содержимое за пределы матрикса.

Для любого из типов экзоцитоза характерно наличие 5 этапов:

• этап транспортировки или переноса везикул в клеточную мембрану параллельно трубочкам цитоскелета. Поддержка движения везикул осуществляется при помощи белков кинезина, динеина и миозина;
• этап удержания или контакта везикул и клеточной мембраны. На этом этапе везикула еще не внедряется в клеточную мембрану. Однако между этими клеточными элементами уже устанавливается сообщение;
• этап стыковки, на котором происходит включение прикрепления везикул к клеточной мембране, а еще — слияние везикул с фосфолипидным биослоем. С проникновения везикулы в клеточную мембрану начинается транспорт веществ за пределы клетки;
• этап праймирования или специфических модификаций молекул клеточной мембраны, благодаря чему реализуется экзоцитоз;
• этап слияния. В этом случае происходит полное слияние мембраны везикул и клеточной мембраны. Запасенные в митохондриях молекулы АТФ дают энергию для этого процесса. В результате слияния мембран формируется точка слияния, которая дает возможность высвобождаться содержимому везикул и становиться частью клеточной мембраны. Позже везикула отходит от клеточной мембраны и реформируется до возвращения в ее состав.

За счет этих этапов у клетки есть возможность сообщаться с другими клетками и формировать единый план функционирования любого организма.

Некоторые примеры экзоцитоза

Рассмотрим некоторые примеры экзоцитоза.

В поджелудочной железе происходит формирование небольших кластеров клеток — островков Лангерганса. С их помощью вырабатываются инсулин и глюкагон. Если концентрация глюкозы низкая, то глюкагон секретируется из островковых альфа-клеток. В результате печень превращает накопленный глюкоген глюкозу. Эта глюкоза высвобождается в кровь и способствует повышению уровня глюкозы в крови. Кроме гормонов поджелудочная железа секретирует при помощи экзоцитоза пищеварительные ферменты: протеазы, липазы, амилазы.

Экзоцитоз возникает в нейронах нервной системы: его реализация происходит посредством синаптических пузырьков. Общение нейронов происходит через электрические или химические (нейротрансмиттеры) сигналы — они обмениваются ими на синаптических переходах между нервными клетками. В ходе эндоцитоза плазматической мембраны на нервных окончаниях до синапсисов происходит формирование синаптических везикул.

Ионы кальция играют роль индикаторов в процессе формирования экзоцитоза любого типа. За счет экзоцитоза осуществляется секреция всех макромолекул. К примеру, в случае экзоцитоза белков у эукариотических организмов осуществляется селективное включение новых полипептидных цепей в ЭПС. Позже они переносятся в комплекс Гольджи. Что касается прокариот, то у них перенос таких полипептидных цепей в ретикулум происходит пострансляционно. Экзоцитоз разных соединений осуществляется при помощи транспортных пузырьков, секреторных гранул или вакуолей.

Из этого следует, что экзоцитоз — разновидность активного транспорта клетки, с помощью которого налаживается обмен веществ и предотвращается дисбаланс концентрации белков, жиров и углеводов.