Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)/126. Otázka

			126. Otázka
			Vezikulární transport. Endocytóza a exocytóza.
			Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)
			⏪️   ⏩️

Endocytóza

Endocytóza je energeticky a materiálově náročný proces charakteristický pro živočišné buňky, při kterém jsou jimi pohlcovány jak molekuly, tak jiné buňky z vnějšího prostředí. Opačným procesem, kdy se buňka zbavuje látek tím, že je vypouští do okolí, je exocytóza. Buňky jsou od vnějšího prostředí odděleny cytoplazmatickou membránou. Endocytózou se do nich dostávají například některé hormony, lipoproteinové částice, viry, protilátky, ale i poškozené buňky či bakterie.

Samotný proces endocytózy může probíhat dvěma základními způsoby – přes membránu nebo v membránovém kontinuu.

Přes membránu

Tímto způsobem jsou do buňky transportovány zejména některé ionty a molekuly, které mohou pronikat membránou pasivně ve směru osmotického, koncentračního nebo potenciálového gradientu. Patří sem prostá (facilitovaná) difuze a aktivní transport.

Typy endocytózy

V membránovém kontinuu

Pro tento mechanismus je obecně charakteristické, že látky pohlcené buňkou zůstávají od okolní cytoplasmy odděleny biologickou membránou. Pohlcený obsah je uvnitř buňky přítomen ve formě cytoplasmatického měchýřku – endosomu. Do kategorie endosomů spadají pinosomy (vznikající při pinocytóze), fagosomy (při fagocytóze) i receptosomy. V průměru mají tyto měchýřky velikost v rozmezí 0,3–1 µm. Menší váčky se nacházejí na periférii cytoplazmy, větší jsou zpravidla lokalizovány hlouběji. Důležitou vlastností endosomů je kyselost jejich vnitřního prostředí, způsobená nahromaděním protonových pump. pH se v nich pohybuje v intervalu 5–6. Kyselé prostředí jednak mění obsah endosomů, jednak se podílí na transportu Fe²⁺ iontů do buňky – tento transport je zprostředkováván glykoproteinem transferinem. Endosomální váčky nejčastěji dopravují svůj obsah do lysozomálních transportních vezikul, tedy primárních lysosomů (organely podílející se na degradaci pro buňku již nežádoucího materiálu), čímž vznikají lysozomy v užším slova smyslu, tedy lysozomy sekundární. Lysozomy obsahují hydrolytické enzymy, které degradují obsah endosomů na látky buňkou dále využitelné.

Pinocytóza

Pinocytóza probíhá téměř neustále ve většině živočišných buněk. Buňky pohlcují kapičky extracelulární tekutiny a v ní rozpuštěné látky.

Pinocytóza

Fagocytóza

Jedná se o proces, při kterém buňka aktivně vytváří panožky, aby pohltila větší pevné partikule – využívají jej všechny buňky těla, neboť většinu látek pro buňku důležitých představují velké polární molekuly, jež nemohou samovolně proniknout skrz buněčnou membránu. Mimo „jednoduchých molekul“ mohou být tímto procesem rovněž pohlcovány bakterie a další mikroorganismy, které pronikly do organismu – v tomto případě mluvíme o speciálním podtypu fagocytózy, heterofagii (mezi buňky schopné heterofagie patří mj. některé typy leukocytů či někteří prvoci – améby). Autofagie je pak proces, při kterém buňka pohlcuje organismu vlastní či poškozené součásti.

Receptorem zprostředkovaná endocytóza

Látky jsou přijímány až po jejich navázání na specifické receptory. Těmito receptory jsou glykoproteiny, které mají schopnost specificky vázat látky (ligandy), které mají být pohlceny. Jsou lokalizovány převážně v povrchu cytoplazmatické membrány, kde také začíná endocytotická invaginace. Na bázi jamky (vznikající invaginace) nacházíme vrstvičku proteinů, ze kterých největší roli v procesu endocytózy hraje clathrin. Jeho molekuly mají tvar trojnožky – triskelionu. Molekuly clathrinu se nahromadí pod úsekem membrány, kde došlo k vazbě receptoru a ligandu a dochází k jejich polymerizaci. Kolem měchýřku se tvoří prostorové sítě, díky kterým pak dále vzniká receptorová jamka (obalená jamka, coated pit) a později samotná vezikula (coated vesicle). Clathrinová síť poté postupně depolymerizuje. Vezikuly, které obsahují ligand vázaný na receptor (tato vazba je nejpevnější při pH přibližně 7), splývají s dalšími drobnými vezikulami, čímž vzniká časný endosom. Zde je již pH nižší (5–6), zprostředkované protonovými pumpami. Při nižším pH se vazba ligandu a receptoru postupně uvolňuje. Membrána a receptory, které byly součástí vezikuly, nejsou degradovány v lysozomálním aparátu, ale jsou recyklovány, vrací se zpět do plazmatické membrány.

Exocytóza

Exocytóza je kontinuální proces, při němž buňka vylučuje skrze buněčnou membránu (plasmalemu) větší částice (např. makromolekuly) přímo do extracelulární matrix. Membránový měchýřek (vesikula) obsahující sekret putuje k membráně, splyne s ní a následně uvolní vnitřní obsah do svého okolí. Opačný proces, tedy příjem látek, se nazývá endocytóza. Oba komplementární procesy se společně označují jako cytóza.

Obecně je příjem a výdej látek jedna z nejdůležitějších funkcí buněčné membrány.

Průběh

Exocytóza

Vesikula, např. s proteiny syntetizovanými v granulárním endoplazmatickém retikulu, je upravena v Golgiho komplexu a získává zde ohraničující membránu. Následně díky v-SNARE-proteinům (na povrchu váčků) a t-SNARE-proteinům (na povrchu membrán) putuje směrem k té části buněčné membrány, ze které má být vyloučena (SNARE je podle anglického soluble N-ethylmaleimide-sensitive fusion-protein attachment-protein receptor). Jakmile se přiblíží alespoň na vzdálenost 1,5 nm, přilne, její membrána se stane součástí plasmatické membrány a uvolní se obsah z buňky. K zahájení této reakce často dochází až po spuštění specifickým signálem.

Z hydrofilních konců membrán musí být odstraněna voda, aby se dosáhlo minimální vzdálenosti nutné ke splynutí. Jedná se o energeticky nevýhodný proces, o aktivní transport vyžadující přísun energie.

Četné druhy buněk jsou vybaveny transportery spotřebovávajími ATP, které z buněk vypuzují vlastní nebo cizí potenciálně škodlivé látky proniknuvší do cytoplasmy. Takové transportery hrají důležitou roli např. ve střevě nebo v játrech, stejně jako v centrálním nervovém systému. Byly objeveny mj. na nádorových buňkách, které se v důsledku zvýšené exprese takovýchto pump stávají rezistentními vůči cytostatikům a takto unikají účinku chemoterapie. Příkladem je MDR-1-protein (multi-drug-resistence), označovaný též jako P-glykoprotein-1. Tyto exportní pumpy patří do rodiny ABC transporterů (ABC = ATP-binding cassette).

Význam

Exocytóza slouží buňce jako mechanismus sekrece jejích produktů. Rozeznáváme dva typy sekrece:

• konstitutivní sekrece znamená, že buňka secernuje v podstatě nepřetržitě, např. plazmatické buňky secernující imunoglobuliny nebo buňky secernující mezibuněčnou hmotu. Produktem těchto buněk jsou především enzymy a další druhy různě upravených proteinů.
• regulovaná sekrece představuje typ, kdy buňka secernuje pouze na určitý podnět (lokální či centrální). Často buňky s tímto typem sekrece střádají svůj sekreční materiál v sekrečních granulech či vesikulách. Speciálním příkladem v centrálním nebo periferním nervovém systému je sekrece neuromediátorů nastřádaných v synaptických vesikulách.