Difuzia, osmoza și transportul activ sunt utilizate pentru a transporta molecule mici prin membranele celulare. Cu toate acestea, uneori, particulele mari, cum ar fi macromoleculele, părțile celulelor sau chiar microorganismele unicelulare, pot fi înglobate de alte celule printr-un proces numit fagocitoză.
În această formă de endocitoză, membrana celulară înconjoară particula, o înglobează și o introduce în celulă. De exemplu, atunci când bacteriile invadează corpul uman, un tip de globule albe numite neutrofile elimină invadatorii prin acest proces. În mod similar, prin pinocitoză, celula înglobează picături de lichid.
Prin endocitoza mediată de receptor, absorbția de substanțe de către celulă este direcționată către un singur tip de substanță care se leagă de o proteină receptor specifică de pe suprafața externă a membranei celulare (de exemplu, hormonii și celulele lor țintă) înainte ca endocitoza să aibă loc. Unele boli umane, cum ar fi hipercolesterolemia familială, sunt cauzate de disfuncții ale endocitozei mediate de receptori.
Exocitoza este procesul de export de material din celulă; veziculele care conțin substanțe fuzionează cu membrana plasmatică și conținutul este eliberat în exteriorul celulei. Un exemplu de exocitoză este secreția de neurotransmițători la nivelul sinapselor dintre neuroni.
Pe lângă transferul ionilor și moleculelor mici prin membrană, celulele trebuie, de asemenea, să elimine și să preia molecule și particule mai mari. Unele celule sunt chiar capabile să înghită microorganisme unicelulare întregi.
Endocitoza
Endocitoza este un tip de transport activ care transferă din exteriorul în interiorul celulei molecule mari, părți de celule și chiar celule întregi. Există diferite variații de endocitoză, dar toate au o trăsătură comună: membrana celulară a celulei se invaginează, formând un buzunar în jurul particulei țintă. Buzunarul se strânge, ceea ce face ca particula să fie conținută de o veziculă intracelulară nou creată, formată din membrana plasmatică.
Fagocitoza
Fagocitoza este procesul prin care particulele mari, cum ar fi celulele sau alte părți relativ mari, sunt absorbite de o celulă. De exemplu, atunci când microorganismele invadează corpul uman, un tip de globule albe numite neutrofile va elimina invadatorii prin acest proces, înconjurând și înghițind microorganismul, care este apoi distrus de neutrofil (Figura 1).
Figura 1 – Prin fagocitoză, membrana celulară înconjoară particula și o înglobează. | Ilsutrație: Mariana Ruiz Villareal
Înainte de a avea loc fagocitoza, o porțiune a suprafeței orientate spre interior a membranei celulare se acoperă cu o proteină numită clatrină, care stabilizează această secțiune a membranei. Porțiunea acoperită a membranei se extinde apoi din corpul celulei și înconjoară particula, învelind-o în cele din urmă. Odată ce vezicula care conține particula este înglobată în celulă, clatrina se decuplează de membrană și vezicula se contopește cu un lizozom pentru descompunerea materialului în compartimentul nou format (endozom). După ce nutrimentele rezultate din degradarea conținutului vezicular au fost extrase, endozomul nou format se contopește cu membrana celulară și își eliberează conținutul în lichidul extracelular. Membrana endozomală devine din nou parte a membranei celulare.
Pinocitoza
Pinocitoza este un tip de fagocitoză și reprezintă procesul de preluare din mediul extracelular a moleculelor, inclusiv a apei, de care celula are nevoie. În urma pinocitozei se formează o veziculă mai mică decât în cazul fagocitozei, iar această veziculă nu se unește cu un lizozom (Figura 2).
Figura 2 – Prin pinocitoză, membrana celulară se invaginează, înconjoară un volum mic de lichid și îl înglobează. | Ilustrație: Mariana Ruiz Villareal
O variație a pinocitozei se numește potocitoză. Acest proces folosește o proteină de acoperire, numită caveolină, pe partea citoplasmatică a membranei plasmatice, care îndeplinește o funcție similară cu clatrina. Cavitățile din membrana plasmatică care formează vacuolele au receptori membranari și structuri lipidice în plus față de caveolină. Vacuolele sau veziculele formate în caveole sunt mai mici decât cele din pinocitoză. Potocitoza este folosită pentru a introduce molecule mici în celulă și pentru a transporta aceste molecule prin celulă pentru eliberarea lor pe cealaltă parte a celulei, un proces numit transcitoză. În unele cazuri, caveolele își livrează încărcătura către organitele membranoase, cum este reticulul endoplasmatic.
Endocitoza mediată de receptor
O alt tip de endocitoză folosește proteine receptor din membrana celulară care au o afinitate specifică de legare pentru anumite substanțe (Figura 3).
În endocitoza mediată de receptor, ca și în fagocitoză, clatrina este atașată de partea citoplasmatică a membranei celulare. Dacă absorbția unui compus este dependentă de endocitoza mediată de receptor și procesul este ineficient, materialul nu va fi îndepărtat din fluidele tisulare sau din sânge. În schimb, va rămâne în acele lichide și va crește în concentrație.
Unele boli umane sunt cauzate de deficiențe ale endocitozei mediate de receptor. De exemplu, forma de colesterol numită lipoproteină cu densitate joasă sau LDL (denumită și colesterol „rău”) este eliminată din sânge prin endocitoză mediată de receptor. În boala genetică hipercolesterolemie familială, receptorii LDL sunt defecți sau lipsesc complet. Persoanele cu această afecțiune au în sânge niveluri de colesterol care le pun viața în pericol, deoarece celulele lor nu pot elimina particulele de LDL din sânge.
Figura 3 – În endocitoza mediată de receptor, absorbția de substanțe de către celulă este direcționată către un singur tip de substanță care se leagă de receptorul de pe suprafața externă a membranei celulare. | Ilustrație: Mariana Ruiz Villareal
Deși endocitoza mediată de receptor este concepută pentru a introduce în celulă substanțe specifice care se găsesc în mod normal în lichidul extracelular, alte substanțe pot pătrunde în celulă în același fel. Virusul gripei, difteria și toxina holerei au situsuri care reacţionează cu situsurile normale de legare a receptorilor și pot pătrunde astfel în celule.
Exocitoza
Exocitoza este opusul proceselor discutate mai sus, prin faptul că scopul său este de a expulza materialul din celulă în fluidul extracelular. Deșeurile sunt învelite într-o membrană și fuzionează cu interiorul membranei celulare. Această fuziune deschide învelișul membranar spre exteriorul celulei, iar materialul rezidual este expulzat în spațiul extracelular (Figura 4). Alte exemple de procese care eliberează molecule prin exocitoză sunt secreția de proteine ale matricei extracelulari și secreția de neurotransmițători la nivelul sinapselor.
Figura 4 – În exocitoză, veziculele care conțin substanțe fuzionează cu membrana plasmatică. Conținutul este apoi eliberat în exteriorul celulei. | Ilustrație: Mariana Ruiz Villareal
Sursa (text și ilustrații): OpenStax.org