7.1

7. transport látek uvnitř buňky, fúze biomembrán, vezikulární transport

Endocytóza a exocytóza

            Buňka je schopna přijímat a vydávat i makromolekulární látky, které mechanismy membránového transportu přenášet nemohou. Fluidní charakter biomembrán však umožňuje splývání biomembrán – jejich fúzí. Jestliže jsou např. bílkoviny uzavřeny v buňce v membránovém měchýřku, může tento měchýřek splynout s plazmatickou membránou a uvolnit svůj obsah do okolí buňky (exocytóza). Je možný i proces opačný. Látky v okolí buňky se postupně uzavřou do měchýřku vytvořeného z plazmatické membrány. Tento měchýřek se může od plazmatické membrány odštěpit přejít do cytoplazmy (endocytóza). Jsou-li takto přijímány látky rozpuštěné, mluvíme o pinocytóze, jsou-li přijímány pevné částečky, pak o fagocytóze. Endocytózou a exocytózou jsou přijímány či vydávány látky rozpuštěné, makromolekuly i pevné částečky. Tyto mechanismy tak „obcházejí“ bariéru, kterou vytváří plazmatická membrána. Výhodou těchto mechanismů je však i to , že látky přijaté endocytózou nemusí být vůbec uvolňovány do cytoplazmy, ale mohou být v měchýřku transportovány do jiných membránových systémů. Stejně tak opačně: sekret, vytvořený v nějakém membránovém kompartmentu je v měchýřku odštěpeném od něho dopravován přímo k plazmatické membráně, aniž by byl uvolněn od cytoplazmy. Exocytóza a endocytóza jsou tedy jen končnými či počátečními fázemi regulovaného transportu látek v buňce.

            Endocytóza - Pinocytóza – začíná jako vchlipování plazmatické membrány do buňky. Později se okraje jamky uzavírají, splývají a odštěpí se měchýřek uzavírající část „vnějšího okolí“. Tyto měchýřky se nazývají endocytózové či pinocytární. Velikost měchýřků je velmi různá, od 50 do 400nm. Většina pinocytárních měchýřků splývá v buňce s primárními lyzosomy, z nichž se tak vytvoří lyzosomy sekundární. V sekundárních lyzozomech jsou internalizované látky rychle degradovány. V některých buňkách (např. epiteliálních) jsou endocytózové měchýřky transportovány na opačnou stranu buňky, kde je jejich obsah exocytózou opět uvolňován z buňky. Pinocytóza je proces, který probíhá u eukaryontních buněk nepřetržitě. Tato část se nazývá konstitutivní. U makrofágů se např. celá plazmatická membrána spotřebuje na tvorbu pinocytárních měchýřků za 1hod. je samozřejmé, že plazmatická membrána musí být stále doplňována. Nejčastěji se to děje tím, že části membrány měchýřků se vrací zpět k plazmatické membráně, do které inzerují. Jde o recyklizaci plazmatické membrány.

Vedle konstitutivní endocytózy je známa endocytóza, která je specificky stimulována některými látkami, tzv. receptory zprostředkovaná endocytóza (adsorptivní). Za specifickou vazbu ligandu jsou zodpovědné receptory plazmatické membrány, které mohou obsadit určitá ohraničená místa na povrchu buňky. V těchto místech jsou v membráně dva zvláštní proteiny. Fibrilární protein byl nazván klathrin (pak ještě menší protein). Z těchto míst se pak odštěpí endocytózový měchýřek a oba proteiny vytvoří jakýsi síťovitý plášť kolem něj. Internalizace látek pomocí těchto měchýřků je jednak specifická a jednak velmi rychlá, neboť receptory koncentrují velké množství molekul přenášené látky. Příkladem pro tento typ endocytózy může být příjem cholesterolu u živočišných buněk.

Fagocytóza – některé typy fagocytózy jsou indukovány specifickými receptor pro fagocytované částice. V živočišném organismu jsou důležité obranné a „čistící“ funkce makrofágů a polymorfonukleárních leukocytů (neutrofilů). Fagocytované bakterie musí však výt nejprve pokryty protilátkami, aby mohly být internalizovány do fagocytujících buněk receptory makrofága řídí pak cílený pohyb pseudopodií kolem bakterie. To dokládá, že celý proces je realizován strukturami ležícími pod plazmatickou membránou, tj. cytoskeletální soustavou. Imunitní buňky, buněčná smrt, prvoci.

            Exocytóza – všechny makromolekulární látky, které buňka vydává do svého okolí, jsou transportovány pomocí exocytózy. Jsou to např. molekuly extracelulární matrix, buněčné stěny, extracelulární enzymy, krevní bílkoviny, protilátky, hormony, neurotransmitery atd. tyto látky jsou syntezovaný v některé z membránových organel buňky a ve vysoké koncentraci dopravovány v měchýřcích k plazmatické membráně. Tyto měchýřky, nesoucí sekret, se nazývají sekreční či exocytózové měchýřky. Sekreční měchýřky splývají (fúzují) s plazmatickou membránou. Po splynutí se otevírají na povrch buňky a sekret se uvolňuje do okolí nebo do periplazmatického prostoru. Objem exocytózy je u specializovaných sekrečních buněk obrovský (buňky pankreatu). Konstitutivní (fibroblasty), regulovaná (neurony, hypofyzární buňky).

            Vezikulární transport – souvisí s endocytózou a exocytózou. Zabezpečuje cílenou dopravu v buňce i mimo. V buňce – difúze či mikrotubuly.

Mechanismy – koncentrace specifického obsahu, obalení membránovým váčkem, označení cílové struktury, cílený transport k cílové struktuře, fúze s cílovou membránou.

Opláštění – Clathrin (GA – povrch), COPI (ER – GA), COPII (ER – GA)

Molekuly určující specifitu vezikulárního transportu – Rab (monomerní GTPázy, GEF (guanin výměnný faktor) vymění navázané GDP za GTP a aktivuje Rab, efektory – adaptory, dokovací proteiny, kinázy, fosfatázy a proteiny v-SNARE a t-SNARE (proteiny umožňující splývání váčků, v-vezikul, t-target)), deriváty PI (syntéza v ER, organelová identita, distribuce určovaná kinázami a fosfatázami spárovanými s Rab).