Экзоцитоз

Экзоцитоз ( / ˌ ɛ k s oʊ s aɪ ˈ t oʊ s ɪ s / ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}) — форма активного транспорта и объемного транспорта , при которой клетка транспортирует молекулы (например, нейротрансмиттеры и белки ) из клетки ( экзо- + цитоз ). Будучи активным транспортным механизмом, экзоцитоз требует использования энергии для транспортировки материала. Экзоцитоз и его аналог эндоцитоз используются всеми клетками, поскольку большинство химических веществ важных для них представляют собой большие полярные молекулы, которые не могут пройти через гидрофобную часть клеточной мембраны пассивным путем . Экзоцитоз — это процесс, при котором высвобождается большое количество молекул; таким образом, это форма перевозки массовых грузов. Экзоцитоз происходит через секреторные порталы в плазматической мембране клетки, называемые поросомами . Поросомы представляют собой постоянные липопротеиновые структуры чашеобразной формы на плазматической мембране клетки, где секреторные пузырьки временно стыкуются и сливаются, высвобождая внутривезикулярное содержимое из клетки.

При экзоцитозе мембраносвязанные секреторные везикулы переносятся на клеточную мембрану , где они стыкуются и сливаются с поросомами , а их содержимое (т.е. водорастворимые молекулы) секретируется во внеклеточную среду. Эта секреция возможна, поскольку везикула временно сливается с плазматической мембраной. В контексте нейротрансмиссии нейротрансмиттеры обычно высвобождаются из синаптических пузырьков в синаптическую щель посредством экзоцитоза; однако нейромедиаторы также могут высвобождаться путем обратного транспорта через мембранные транспортные белки .

Экзоцитоз также является механизмом, с помощью которого клетки способны вставлять мембранные белки (такие как ионные каналы и рецепторы клеточной поверхности ), липиды и другие компоненты в клеточную мембрану. Везикулы, содержащие эти мембранные компоненты, полностью сливаются с внешней клеточной мембраной и становятся ее частью.

История

Термин был предложен Де Дювом в 1963 году. ^{[ 3 ]}

Типы

У эукариот различают два типа экзоцитоза: 1) Ка ²⁺ запускаемый неконститутивный (т.е. регулируемый экзоцитоз) и 2) некальций ²⁺ триггерный конститутивный (т.е. нерегулируемый).

Что ²⁺ для запуска неконститутивного экзоцитоза необходим внешний сигнал, специфический сигнал сортировки на везикулах, клатриновой оболочке, а также увеличение внутриклеточного кальция. В многоклеточных организмах этот механизм инициирует многие формы межклеточной коммуникации, такие как синаптическая передача, секреция гормонов нейроэндокринными клетками и секреция иммунных клеток. В нейронах и эндокринных клетках SNARE-белки и SM-белки катализируют слияние, образуя комплекс, который объединяет две слитые мембраны. Например, в синапсах комплекс SNARE образуется синтаксином-1 и SNAP25 на плазматической мембране и VAMP2 на мембране пузырька. ^{[ 4 ]} нейронов Экзоцитоз в химических синапсах – это Ca ²⁺ срабатывает и служит межнейронной передаче сигналов. Сенсоры кальция, запускающие экзоцитоз, могут взаимодействовать либо с комплексом SNARE, либо с фосфолипидами сливающихся мембран. Синаптотагмин признан основным сенсором Ca. ²⁺ вызывали экзоцитоз у животных. ^{[ 5 ]} Однако белки синаптотагмины отсутствуют у растений и одноклеточных эукариот. Другими потенциальными сенсорами кальция для экзоцитоза являются белки EF-hand (например: кальмодулин) и белки, содержащие домен C2 (например: Ferlins, E-синаптотагмин, Doc2b). Неясно, как различные сенсоры кальция могут взаимодействовать друг с другом и определенным образом опосредовать кинетику экзоцитоза, запускаемую кальцием. ^{[ 6 ]}

Конститутивный экзоцитоз осуществляется всеми клетками и служит высвобождению компонентов внеклеточного матрикса или доставке вновь синтезированных мембранных белков, которые встраиваются в плазматическую мембрану после слияния транспортного пузырька . Нет четкого консенсуса относительно механизмов и молекулярных процессов, которые управляют образованием, почкованием, транслокацией и слиянием пост-Гольджи-везикул с плазматической мембраной. Слияние включает привязку мембран (распознавание) и слияние мембран. До сих пор неясно, различны ли механизмы конститутивной и регулируемой секреции. Механизм, необходимый для конститутивного экзоцитоза, изучен не так хорошо, как механизм регулируемого экзоцитоза. Два привязывающих комплекса связаны с конститутивным экзоцитозом у млекопитающих: ELKS и Exocyst. ELKS представляет собой большой спиральный белок, также участвующий в синаптическом экзоцитозе, отмечая точки слияния «горячих точек» слияния секреторных носителей. Экзоциста представляет собой октамерный белковый комплекс. У млекопитающих компоненты экзоцист локализуются как в плазматической мембране, так и в аппарате Гольджи, а белки экзоцист колокализуются в точке слияния пост-Гольджи-везикул. Мембранное слияние конститутивного экзоцитоза, вероятно, опосредуется SNAP29 и Syntaxin19 на плазматической мембране и YKT6 или VAMP3 на мембране везикул. ^{[ 7 ]}

Везикулярный экзоцитоз у прокариот грамотрицательных бактерий является третьим механизмом и последним открытием экзоцитоза. Периплазма отщипывается в виде пузырьков внешней мембраны бактерий (OMV) для передачи микробных биохимических сигналов в эукариотические клетки-хозяева. ^{[ 8 ]} или другие микробы, находящиеся поблизости, ^{[ 9 ]} осуществление контроля над секретирующим микробом в его среде, включая инвазию в хозяина, эндотоксемию, конкуренцию с другими микробами за питание и т. д. Это обнаружение перемещения мембранных пузырьков, происходящего на границе между хозяином и патогеном, также развеивает миф о том, что экзоцитоз - это чисто эукариотическая клетка. явление. ^{[ 10 ]}

Шаги

Молекулярный механизм, управляющий экзоцитозом при высвобождении нейромедиаторов. Основной комплекс SNARE образован четырьмя α-спиралями, вносимыми синаптобревином, синтаксином и SNAP-25, синаптотагмин служит сенсором кальция и тесно регулирует застегивание SNARE. ^{[ 11 ]}

В экзоцитозе участвуют пять этапов:

Торговля везикулами

Определенные этапы транспортировки везикул требуют транспортировки везикул на умеренно небольшое расстояние. Например, везикулы, которые транспортируют белки из аппарата Гольджи к поверхности клетки, вероятно, будут использовать моторные белки и цитоскелетные пути, чтобы приблизиться к своей цели. До того, как привязка стала уместной, многие белки, используемые для активного транспорта, вместо этого были настроены на пассивный транспорт, поскольку аппарату Гольджи не требуется АТФ для транспортировки белков. В этих процессах участвуют как актин, так и основа микротрубочек, а также несколько моторных белков . Как только везикулы достигают своих целей, они вступают в контакт с привязывающими факторами, которые могут их сдерживать.

Привязка пузырьков

Полезно различать начальную, слабую связь везикул с их целью и более стабильные, упаковывающие взаимодействия. Привязка включает в себя связи на расстояниях более половины диаметра пузырька от данной поверхности мембраны (> 25 нм). Привязывающие взаимодействия, вероятно, участвуют в концентрации синаптических пузырьков в синапсе .

стыковка пузырьков

Секреторные везикулы временно стыкуются и сливаются с поросомой плазматической мембраны клетки посредством плотного кольцевого комплекса t-/v-SNARE.

Праймирование везикул

При нейрональном экзоцитозе термин «прайминг» использовался для обозначения всех молекулярных перестроек и АТФ-зависимых модификаций белков и липидов, которые происходят после первоначальной стыковки синаптического пузырька, но до экзоцитоза, так что приток ионов кальция — это все, что происходит. необходимо, чтобы вызвать почти мгновенное высвобождение нейротрансмиттера . В других типах клеток, секреция которых является конститутивной (т.е. непрерывной, независимой от ионов кальция, не запускаемой), прайминг отсутствует.

Слияние пузырьков

Временное слияние везикул осуществляется белками SNARE , что приводит к высвобождению содержимого везикул во внеклеточное пространство (или в случае нейронов в синаптической щели).

Слияние донорной и акцепторной мембран решает три задачи:

Поверхность плазматической мембраны увеличивается (на поверхность сросшегося пузырька). Это важно для регуляции размера клеток, например, во время роста клеток.
Вещества внутри пузырька высвобождаются наружу. Это могут быть продукты жизнедеятельности или токсины , или сигнальные молекулы, такие как гормоны или нейротрансмиттеры во время синаптической передачи .
Белки , встроенные в мембрану пузырька, теперь являются частью плазматической мембраны. Сторона белка, которая была обращена внутрь везикулы, теперь обращена к внешней стороне клетки. Этот механизм важен для регуляции трансмембранных и транспортеров.

Извлечение везикул

Извлечение синаптических везикул происходит путем эндоцитоза . Большинство синаптических везикул перерабатываются без полного слияния с мембраной ( слияние «поцелуй и беги» ) через поросому . Неконститутивный экзоцитоз и последующий эндоцитоз представляют собой процессы с высокими энергозатратами и, следовательно, зависят от митохондрий . ^{[ 12 ]}

Исследование клеток после секреции с помощью электронной микроскопии демонстрирует повышенное присутствие частично пустых везикул после секреции. Это позволило предположить, что в ходе секреторного процесса только часть содержимого везикул способна выйти из клетки. Это могло бы быть возможно только в том случае, если бы везикула временно установила непрерывность с клеточной плазматической мембраной в поросомах , вытеснила часть своего содержимого, затем отделилась, снова запечаталась и вышла в цитозоль (эндоцитоза). Таким образом, секреторный пузырек можно было повторно использовать для последующих раундов экзоэндоцитоза до тех пор, пока он полностью не опорожнится. ^{[ 13 ]}

См. также

Ссылки

^ «Экзоцитоз» . Lexico Британский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета . Архивировано из оригинала 22 марта 2020 г.
^ «Экзоцитоз» . Словарь Merriam-Webster.com . Мерриам-Вебстер . Проверено 21 января 2016 г.
^ Ригер, Ригомар; Михаэлис, Арнд; Грин, Мелвин М. (06 декабря 2012 г.). Глоссарий генетики: классическая и молекулярная . Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-75333-6 .
^ Шин, Огайо (17 января 2011 г.). Терджунг, Рональд (ред.). Комплексная физиология . Том. 4 (1-е изд.). Уайли. стр. 149–175. дои : 10.1002/cphy.c130021 . ISBN 978-0-470-65071-4 . ПМИД 24692137 .
^ Вулфс, Энн С; Дин, Камин (август 2020 г.). «Разнообразие изоформ синаптотагмина» . Современное мнение в нейробиологии . 63 : 198–209. дои : 10.1016/j.conb.2020.04.006 . ПМИД 32663762 . S2CID 220480746 .
^ Панг, Чжипин П; Зюдхоф, Томас С. (август 2010 г.). «Клеточная биология экзоцитоза, запускаемого Ca2+» . Современное мнение в области клеточной биологии . 22 (4): 496–505. дои : 10.1016/j.ceb.2010.05.001 . ПМЦ 2963628 . ПМИД 20561775 .
^ Сталдер, Даниэль; Гершлик, Дэвид К. (ноябрь 2020 г.). «Прямые пути переноса от аппарата Гольджи к плазматической мембране» . Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 107 : 112–125. дои : 10.1016/j.semcdb.2020.04.001 . ПМК 7152905 . ПМИД 32317144 .
^ YashRoy RC (1993) Электронно-микроскопические исследования поверхностных волосков и везикул Salmonella 3,10:r:- организмов. Индийский журнал наук о животных , том. 63, стр. 99-102. https://www.researchgate.net/publication/230817087_Electron_microscope_studies_of_surface_pilli_and_vesicles_of_Salmonella_310r-_organisms?ev=prf_pub
^ Кадуругамува, JL; Беверидж, Ти Джей (1996). «Бактериолитическое действие мембранных везикул Pseudomonas aeruginosa на другие бактериальные, в том числе возбудители: концептуально новые антибиотики» . Журнал бактериологии . 178 (10): 2767–2774. дои : 10.1128/jb.178.10.2767-2774.1996 . ПМК 178010 . ПМИД 8631663 .
^ ЯшРой, RC (1998). «Открытие везикулярного экзоцитоза у прокариот и его роль в инвазии сальмонелл» (PDF) . Современная наука . 75 (10): 1062–1066.
^ Георгиев, Данко Д.; Джеймс Ф. Глейзбрук (2007). «Субнейронная обработка информации уединенными волнами и случайными процессами». В Лышевском, Сергей Эдвард (ред.). Справочник по нано- и молекулярной электронике . Серия «Нано и микроинженерия». ЦРК Пресс. стр. 17–1–17–41. дои : 10.1201/9781315221670-17 . ISBN 978-0-8493-8528-5 . S2CID 199021983 .
^ Иванников, М.; и др. (2013). «Экзоцитоз синаптических пузырьков в синаптосомах гиппокампа напрямую коррелирует с общим объемом митохондрий» . Дж. Мол. Неврология. 49 (1): 223–230. дои : 10.1007/s12031-012-9848-8 . ПМЦ 3488359 . ПМИД 22772899 .
^ Бор, В.Ф. и Булпап, Э.Л. (2012), Медицинская физиология. Клеточный и молекулярный подход , вып. 2, Филадельфия: Эльзевир ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

Внешние ссылки

Экзоцитоз Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[1] «Экзоцитоз» . Lexico Британский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета . Архивировано из оригинала 22 марта 2020 г.

[2] «Экзоцитоз» . Словарь Merriam-Webster.com . Мерриам-Вебстер . Проверено 21 января 2016 г.

[3] Ригер, Ригомар; Михаэлис, Арнд; Грин, Мелвин М. (06 декабря 2012 г.). Глоссарий генетики: классическая и молекулярная . Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-75333-6 .

[4] Шин, Огайо (17 января 2011 г.). Терджунг, Рональд (ред.). Комплексная физиология . Том. 4 (1-е изд.). Уайли. стр. 149–175. дои : 10.1002/cphy.c130021 . ISBN 978-0-470-65071-4 . ПМИД 24692137 .

[5] Вулфс, Энн С; Дин, Камин (август 2020 г.). «Разнообразие изоформ синаптотагмина» . Современное мнение в нейробиологии . 63 : 198–209. дои : 10.1016/j.conb.2020.04.006 . ПМИД 32663762 . S2CID 220480746 .

[6] Панг, Чжипин П; Зюдхоф, Томас С. (август 2010 г.). «Клеточная биология экзоцитоза, запускаемого Ca2+» . Современное мнение в области клеточной биологии . 22 (4): 496–505. дои : 10.1016/j.ceb.2010.05.001 . ПМЦ 2963628 . ПМИД 20561775 .

[7] Сталдер, Даниэль; Гершлик, Дэвид К. (ноябрь 2020 г.). «Прямые пути переноса от аппарата Гольджи к плазматической мембране» . Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 107 : 112–125. дои : 10.1016/j.semcdb.2020.04.001 . ПМК 7152905 . ПМИД 32317144 .

[8] YashRoy RC (1993) Электронно-микроскопические исследования поверхностных волосков и везикул Salmonella 3,10:r:- организмов. Индийский журнал наук о животных , том. 63, стр. 99-102. https://www.researchgate.net/publication/230817087_Electron_microscope_studies_of_surface_pilli_and_vesicles_of_Salmonella_310r-_organisms?ev=prf_pub

[9] Кадуругамува, JL; Беверидж, Ти Джей (1996). «Бактериолитическое действие мембранных везикул Pseudomonas aeruginosa на другие бактериальные, в том числе возбудители: концептуально новые антибиотики» . Журнал бактериологии . 178 (10): 2767–2774. дои : 10.1128/jb.178.10.2767-2774.1996 . ПМК 178010 . ПМИД 8631663 .

[10] ЯшРой, RC (1998). «Открытие везикулярного экзоцитоза у прокариот и его роль в инвазии сальмонелл» (PDF) . Современная наука . 75 (10): 1062–1066.

[Georgiev20072-11] Георгиев, Данко Д.; Джеймс Ф. Глейзбрук (2007). «Субнейронная обработка информации уединенными волнами и случайными процессами». В Лышевском, Сергей Эдвард (ред.). Справочник по нано- и молекулярной электронике . Серия «Нано и микроинженерия». ЦРК Пресс. стр. 17–1–17–41. дои : 10.1201/9781315221670-17 . ISBN 978-0-8493-8528-5 . S2CID 199021983 .

[12] Иванников, М.; и др. (2013). «Экзоцитоз синаптических пузырьков в синаптосомах гиппокампа напрямую коррелирует с общим объемом митохондрий» . Дж. Мол. Неврология. 49 (1): 223–230. дои : 10.1007/s12031-012-9848-8 . ПМЦ 3488359 . ПМИД 22772899 .

[13] Бор, В.Ф. и Булпап, Э.Л. (2012), Медицинская физиология. Клеточный и молекулярный подход , вып. 2, Филадельфия: Эльзевир ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]