9 faktů o pohybu molekul exocytózy: jaké typy, jak, kdy

by

Exocytóza je hromadný transport sekrečních molekul a toxinů ven z buněk zahrnující fúzi sekrečních váčků s plazmatickou membránou. 

Exocytóza také vyžaduje chemickou energii ve formě ATP nebo GTP; jde tedy o aktivní transportní proces. Endocytóza je opakem exocytózy v tom smyslu, že během endocytózy se materiál pohybuje uvnitř buňky místo toho, aby se pohyboval ven z buňky. 

Malým nezbytným bodem pro následující diskusi bude pamatovat si, že molekuly jsou označeny specifickými markery známými jako signální peptidy. Tyto signální peptidy jsou zodpovědné buď za setrvání této molekuly v konkrétním buněčná organela nebo jejich pohyb přes různé subcelulární kompartmenty a následné sbalení do váčků. 

Tyto vezikuly obsahující náklad mohou být uloženy pro pozdější použití, nebo se mohou okamžitě přesunout směrem k plazmatické membráně, aby se s ní spojily a dodaly svůj obsah do extracelulárního kompartmentu.

pohyb molekul exocytózy
Exocytóza z wikipedia

Typy molekul transportovaných při exocytóze

Exocytóza zahrnuje transport molekul, jako jsou sekreční proteiny, odpadní materiály a neurotransmitery, ven buňka. Tento proces je také zodpovědný za dodávání lipidůsacharidů a proteinů na plazmatické membrány pro růstové a opravné funkce.

Typy molekul transportovaných tímto způsobem se tedy pohybují od proteinů přes sacharidy až po lipidy a různé další molekuly.

Jaké molekuly se pohybují při exocytóze ?

Hormony, neurotransmitery, buněčný odpad, neuropeptidy, zánětlivé molekuly jako histaminy, proteiny, lipidy, proteoglykany a glykoproteiny extracelulární matrix tvoří seznam chemikálií, které jsou exportovány z buňky exocytózou.

Co se děje při exocytóze ?

Vezikuly obsahující náklad se spojí s fosfolipidovou dvojvrstvou. Tato fúze je zprostředkována různými proteiny, o kterých budeme krátce mluvit. Membránové proteiny a lipidy těchto vezikul poskytují nové složky pro buněčnou plazmatickou membránu; tak se vnitřní lístek těchto váčků po fúzi stává ektoplazmatickým povrchem lipidové dvojvrstvy. 

Exocytóza může být buď konstitutivní (kontinuální) nebo regulovaná exocytóza. První z nich je prakticky vidět ve všech buňkách. Ten se přitom nachází hlavně v buňkách specializovaných na rychlou sekreci produktů na vyžádání – jako jsou hormony, neurotransmitery, popř. Trávicí enzymy. Regulovaná závisí na vápníkových iontech, zatímco konstitutivní exocytóza nikoli. 

Pohybuje se exocytóza z nízké na vysokou koncentraci?

Tento transport závisí na ATP, takže koncentrace není přesně relevantní. Jiný způsob, jak se na to dívat, by byl z pohledu proteinu extracelulární matrix (ECM).

ECM již má vyšší koncentraci matricových proteinů, ale přesto mohou buňky syntetizovat a dodat tyto proteiny do ECM, ale to vše závisí na požadavku.

Co exocytóza používá k pohybu molekul?

Využívá se chemická energie ve formě ATP nebo GTP. Sestavení vezikul vyžaduje GTP a GTP-vazebné proteiny. Kromě toho je k přesunu těchto molekul z místa jejich syntézy do cílového místa extruze zapotřebí také mikrotubulární síť a různé motorické proteiny.

Jak exocytóza funguje?

Obecnými kroky exocytózy jsou obchodování s vezikuly, uvazování, dokování, priming (je-li potřeba) a fúze.

Obchod s vezikuly -

Transport vezikulů znamená transport vezikul na plazmatickou membránu. Materiál určený k přepravě je balen do vezikul pomocí trans-Golgiho sítě. Tyto čerstvě odříznuté vezikuly z trans-Golgiho sítě jsou známé jako nezralé vezikuly. 

Brzy se podobné nezralé vezikuly spojí a materiál v nich se zkoncentruje. Ty budou od nynějška označovány jako zralé vezikuly.

Motorické proteiny a mikrotubuly vedou tyto vezikuly na jejich místo. Konstitutivní vezikuly po svém příchodu splynou s plazmatickými membránami, ale regulované vezikuly, stejně jako ty obsahující hormony, neurotransmitery enzymů, čekají na příslušný signál.

Tethering

Uvazování zahrnuje kontakt mezi vezikulou a plazmatickou membránou. 

docking

Dokování zahrnuje pravidelný kontakt prostřednictvím proteinů s plazmatickou membránou. Brzy po dokování se membrány začnou spojovat. Proteiny Rab (GTPázy) jsou klíčovými regulátory připojování vezikul na cílovou membránu.

Po dokování zprostředkovaném Rabem následuje interakce v-SNARE s t-SNARE aby se membrány dostatečně přiblížily, aby zprostředkovaly fúzi. Proteiny v-SNARE na vezikule se během procesu dokování spojí s proteiny t-SNARE na cílové membráně. 

Přesné molekulární detaily fúze a její regulace nejsou známy.

Po membránové fúzi se NSF a α-SNAP vážou na komplexy SNARE. NSF hydrolyzuje ATP na disociované komplexy SNARE a zpřístupňuje je pro další kolo fúze. Přibližně ve stejnou dobu hydrolýza GTP zprostředkovává disociaci proteinů Rab od jejich efektorových molekul.

Základní nátěr

Priming zahrnuje modifikace některých komponent potřebných pro správnou fúzi membrán a vyskytuje se pouze v případě regulované exocytózy.

Pohybuje exocytóza vodou?

Ano, přebytečné množství vody je z buňky odstraněno exocytózou. Obecně také vezikuly obsahují ve vodě rozpustné proteiny/náklad.

Hormon arginin vasopresin zprostředkovává exocytózu vodního kanálu aquaporin 2 (AQP2) z buněk sběrných kanálků, čímž zabraňuje nadměrné ztrátě vody.

Pohybuje se exocytóza přes fosfolipidovou dvojvrstvu??

Během exocytózy nedochází k pohybu molekul přes fosfolipidovou dvojvrstvu; spíše to zahrnuje fúzi s fosfolipidovou dvojvrstvou. Každý molekulární detail procesu fúze je v současné době neznámý, ale zahrnuje tvorbu komplexů SNARE.

Pohybuje exocytózou látky ve váčcích?

Ano, exocytóza skutečně zahrnuje tvorbu vezikul. Specializované sekreční buňky ukládají své sekrety do sekrečních váčků, známých také jako sekreční granule s hustým jádrem. Tyto sekreční látky jsou selektivně agregovány v trans-Golgiho síti. Nicméně signály odpovědné za tvorbu těchto agregátů nejsou dobře pochopeny. 

Příjem těchto agregátů v trans-Golgiho síti se podobá fagocytárnímu příjmu částic na buněčném povrchu. Tyto vezikuly se postupně koncentrují se svým obsahem, jak procházejí skrz endoplazmatický retikulum. 

Progresivní okyselování lumen vezikuly, získávání přebytečné membrány a odstraňování ER-rezidentních proteinů jsou některé z procesů, kterými procházejí nezralé vezikuly, aby se staly hustými zralými sekrečními vezikuly. 

Proteolytické štěpení nákladu:

Nejen toto, ale štěpení nákladu za vzniku zralých proteinů je také jedním z klíčových kroků během zrání vezikuly. Protože většina proteinů, enzymů a hormonů je syntetizována ve své neaktivní preformě, potřebují proteolytické štěpení k dosažení svých zralých funkčních forem. Někdy může ke štěpení dojít i v extracelulární matrix po exocytóze. 

Když dojde k exocytóze endocytóze?

Záleží na požadavcích buněk. Pokud buňka potřebuje importovat mnoho látek, pak je cestou volby endocytóza, ale pro hromadný export se buňka spoléhá na exocytózu. 

Příklady regulované exocytózy které vedou ke zvětšení plazmatické membrány, jsou cytokineze, fagocytóza, hojení ran a celularizace. 

Proces celularizace je patrný u mušího embrya, což je zpočátku syncytium s téměř 6000 jádry obklopené jedinou plazmatickou membránou. Ale během deseti minut se prostřednictvím regulované exocytózy spojí obrovské množství cytoplazmatických váčků a vytvoří kolem těchto jader plazmatické membrány, které nakonec vytvoří 6000 buněk. 

Směr transportu exocytózy

Směr exocytózy je od vnitřku buňky k vnějšku. 

Proč investovat do čističky vzduchu?

Projekt aktivní hromadné přepravy materiálů z buňky je známá jako exocytóza, která může být buď konstitutivní, nebo regulovaná. Regulované dráhy fungují pouze v některých specializovaných sekrečních buňkách, zatímco konstitutivní dráhy jsou funkční ve všech eukaryotické buňky.

Zpočátku nezralé vezikuly vyrazí z trans-golgiho sítě a dozrávají do sekrečních granulí s hustým jádrem uložených pro budoucí použití. Po přijetí vhodného signálu se tyto vezikuly spojí se svou cílovou membránou a uvolní svůj obsah do extracelulární matrice. 

Také čtení: