ENDOZYTOSE: TYPEN UND IHRE EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN, BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Die Endozytose umfasst Prozesse, die den effektiven Eintritt verschiedener Materialien in die Zelle ermöglichen. Die Zellmembranstruktur ist eine ziemlich strenge Kontrolle, sowohl Input als auch Output, eine Vielzahl von extrazellulärem und cytoplasmatischem Material, einschließlich Materialien. Zusammen mit anderen Prozessen wie einfacher Diffusion und Osmose integriert die Zelle das Material, das für eine ordnungsgemäße Zellfunktion erforderlich ist.

Während des Endozytoseprozesses treten Moleküle mit großer Molekülgröße, Partikel und sogar Gemische in Lösung ein. Dies geschieht durch Invaginationen oder Säcke, die von der Membran ausgehen und in Form von Vesikeln in das Zytoplasma gelangen, wo sie von der zellulären Verdauungsmaschinerie verarbeitet werden.

Quelle: Mariana Ruiz Villarreal abgeleitete Arbeit: Gregor_0492

Der Endozytoseprozess (Material, das in die Zelle gelangt) sowie die Exozytose (Material, das die Zelle verlässt) sind ausschließlich bei eukaryotischen Organismen.

Die eukaryotische Zelle hat einen hohen Energiebedarf, da sie größer (im Durchschnitt 1000-mal größer) ist als jeder prokaryotische Organismus. Aus diesem Grund benötigt die eukaryotische Zelle Mechanismen, die den Eintritt von Materialien ermöglichen, so dass eine Vielzahl von Biosynthesereaktionen in ihr stattfinden.

Typen und ihre Eigenschaften

Durch den Prozess der Endozytose erhält die Zelle einen effektiven Austausch mit der äußeren Umgebung aufrecht.

Während dieses zellulären Mechanismus können sehr unterschiedliche Materialien in die Zelle gelangen; Daher kann der Endozytoseprozess in Abhängigkeit von der Art des Materials, das von der Zelle verschlungen wird, und davon, ob Mediatoren im Prozess vorhanden sind, variieren.

Diejenigen Prozesse, bei denen die Zelle aus der Plasmamembran große Partikel umfasst, werden als Phagozytose bezeichnet. In ähnlicher Weise kann die Zelle auch Moleküle und andere gelöste Substanzen umfassen, was diese Art der Endozytose "Pinozytose" nennt.

Zusätzlich zu diesen Prozessen kann das Material, das in die Zelle eintritt, zuvor in speziellen Bereichen der Plasmamembran ausgewählt werden. In diesem Fall wird die Endozytose durch Rezeptoren vermittelt und das in die Zelle eintretende Material wird an diese Rezeptoren gekoppelt, um in speziellen Vesikeln in das Innere der Zelle übertragen zu werden.

Alle eukaryotischen Zellen absorbieren Flüssigkeiten und gelöste Stoffe durch Pinozytose, jedoch führen nur wenige spezialisierte Zellen den Phagozytoseprozess durch, wie wir später sehen werden.

-Phagozytose

Phagozytose

Die Phagozytose ist eine spezielle Form der Endozytose. Bei dieser Gelegenheit werden große Partikel oder Moleküle, zu denen Abfallstoffe, Mikroorganismen und andere Zellen gehören, durch Invaginationen der Zellmembran aufgenommen. Aufgrund der Natur dieses Prozesses wird es als zelluläre Aktion des "Essens" vorgeschlagen.

Wie kommt es zur Phagozytose?

Partikel, von denen erkannt wird, dass sie "verbraucht" sind, binden an (spezialisierte) Rezeptoren, die sie auf der Zelloberfläche erkennen. Diese Rezeptoren erkennen hauptsächlich N-Acetylglucosamid-Reste, Mannose, zusätzlich zu vielen anderen Proteinen, die die Ausdehnung von Pseudopoden auslösen, die das Partikel umgeben und es verschlingen.

Die Bewegung dieser Pseudopodien wird hauptsächlich durch die Wirkung von Aktin- und Myosinfilamenten auf die Zelloberfläche bestimmt.

Sobald sie in der Zellmembran eingefangen sind, gelangen sie in Form großer Vesikel, die Phagosomen genannt werden, in das Cytosol. Diese binden an ein Lysosom (eine zelluläre Organelle, die eine Vielzahl von Verdauungsenzymen enthält) und bilden eine Vakuole zur Verarbeitung, zum Abbau und zum Abbau von Material, das als Phagolysosom bezeichnet wird.

Phagolysosomen können ziemlich groß und heterogen sein, da ihre Größe und Form durch die Menge des zu verdauenden Materials bestimmt wird.

Innerhalb dieser Verdauungsvakuole erzeugt die enzymatische Aktivität eine große Menge essentieller Produkte, die zur Verfügung stehen, um von der Zelle als Energiequelle verwendet zu werden.

-Pinozytose

Ernährung von Protozoen. Pinozytose. Bild von: Jacek FH (abgeleitet von Mariana Ruiz Villarreal). Entnommen und bearbeitet von https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinocitosis.svg.

Im Gegensatz zu dem oben erläuterten Verfahren ist die Pinozytose ein Verfahren, bei dem kontinuierlich kleine Partikel aufgenommen werden, die in den meisten Fällen in löslicher Form vorliegen. Hier verschlingt die Zelle kleine Materialmengen unter Bildung von Membranvesikeln, die in das Zytoplasma freigesetzt werden.

Der Prozess der Pinozytose wird im Wesentlichen als zelluläre Wirkung des „Trinkens“ betrachtet, da der größte Teil des Materials, das in die Zelle gelangt, flüssig ist.

Wie kommt es zur Pinozytose?

Pinozytose kann auf zwei Arten auftreten; auf "flüssige oder einfache" Weise oder auf "absorbierende" Weise.

Beide Arten der Pinozytose variieren je nachdem, wie Substanzen in Lösung oder kleine Partikel internalisiert werden. Bei der flüssigen Pinozytose gelangen in Lösung befindliche Substanzen in Abhängigkeit von einem Konzentrationsgradienten mit dem extrazellulären Medium in die Zelle und dies hängt wiederum von der Geschwindigkeit ab, mit der sich pinozytische Vesikel in der Zellmembran bilden.

Die absorbierende Pinozytose ist ein effizienterer Prozess. Die Eintrittsrate von gelösten Stoffen in das Zytoplasma ist 100- bis 1000-mal höher als bei einer flüssigen Pinozytose, die einen speziellen Prozess der Rezeptor-vermittelten Endozytose darstellt.

-Rezeptor-vermittelte Endozytose

Die Rezeptor-vermittelte Endozytose ist ein spezialisierter Pinozytoseprozess und der am besten untersuchte zelluläre Endozytoseprozess. Zu diesem Zeitpunkt gelangen die Substanzen, die in das Cytosol gelangen, auf ausgewählte Weise durch die Beteiligung spezifischer Rezeptoren, die in kleinen Sektoren der Plasmamembran in größerer Konzentration gefunden werden.

Moleküle assoziieren häufig im Voraus mit Rezeptoren, die in Zelloberflächenfaltungen gefunden werden, die als "Clathrin-beschichtete Vertiefungen" bezeichnet werden. Diese Depressionen enthalten in einigen Fällen mehr als 20 Rezeptoren, von denen jeder für ein bestimmtes Makromolekül spezifisch ist.

Die in diesen spezialisierten Regionen der Membran gebildeten Vesikel werden mit dem Clathrin-Protein beschichtet und umfassen, sobald das Vesikel im Zytoplasma freigesetzt wird, die Membranrezeptoren (verschiedene Arten von ihnen) und internalisieren auch kleine Mengen extrazellulärer Flüssigkeit .

Im Gegensatz dazu wird bei der flüssigen Pinozytose das Material, das in die Zelle gelangt, nicht ausgewählt, und die in der Zellmembran gebildeten Vesikel weisen keine Clathrinbeschichtung auf, sondern häufiger von Proteinen wie Caveolin. Dieser Prozess wird auch als Clathrin-unabhängige Endozytose bezeichnet.

Es gibt auch einige größere Vakuolen, die in einem als "Makropinozytose" bekannten Prozess Material in Lösung in die Zelle einbringen. Während dieses Prozesses gibt es keine Materialselektivität.

Eigenschaften

Endozytose hat eine Vielzahl von Funktionen innerhalb der Zelle, diese variieren jedoch, wenn es sich um einzellige oder mehrzellige Organismen handelt oder um die Art der Anforderungen, die die Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt hat.

Phagozytose funktioniert

Der Prozess kann als primärer Fütterungsprozess oder als Verteidigungs- und Abfallentsorgungsmethode betrachtet werden. In Protozoen und niederen Metazoenorganismen (z. B. Amöben) ist die Phagozytose ein Mechanismus zum Einfangen von Lebensmittelpartikeln, unabhängig davon, ob es sich um Abfallstoffe, Bakterien oder andere Protozoen handelt.

Diese Organismen erfassen das Material, das über Membranrezeptoren aufgenommen werden soll, und umfassen es mit Membranprojektionen, wobei sie ein großes Vesikel bilden, das im Organismus verarbeitet wird.

Andererseits erfüllt die Phagozytose in den meisten Organismen andere Funktionen als die zelluläre Ernährung. In diesem Fall wird die Phagozytose von spezialisierten Zellen verwendet, die als "professionelle" Phagozyten bezeichnet werden und sowohl Abfallstoffe als auch eindringende Mittel als Abwehrmechanismus aus dem Körper entfernen.

Funktionen der Pinozytose

Die Funktion der Pinozytose besteht im Wesentlichen darin, Material in Lösung in die Zelle aufzunehmen. Die absorbierten gelösten Stoffe und Metaboliten sind für den Zellstoffwechsel bestimmt und werden auch zur Synthese mehrerer Proteine ​​verwendet, die für die Funktion des Organismus von großem Interesse sind.

Andererseits kann das ankommende Material ausgewählt werden, um Energie aus erster Hand für den Zellstoffwechsel bereitzustellen.

Beispiele

Endozytose tritt in verschiedenen Ausmaßen innerhalb eukaryotischer Organismen auf. Hier werden wir einige herausragende Beispiele nennen:

Phagozytose

Bei Säugetieren und anderen Wirbeltieren gibt es mehrere Klassen von Zellen, die zusammen Teil des Blutgewebes sind, die als weiße Blutkörperchen bezeichnet werden. Diese Zellen wirken wie professionelle Phagozyten, was bedeutet, dass sie spezialisierte Zellen sind, die Material verschlingen.

Makrophagen, Lymphozyten und Neutrophile (Leukozyten) sind für die Eliminierung und Aufnahme infektiöser Mikroorganismen aus dem Körper verantwortlich.

Phagozyten im Blut funktionieren im Allgemeinen am besten, wenn sie den Erreger auf einer Oberfläche wie der Wand eines Blutgefäßes oder einem Fibringerinnsel einfangen können.

Diese Zellen sind an spezifischen und unspezifischen Immunfunktionen beteiligt. Es gibt sogar Phagozyten, die darauf spezialisiert sind, Antigene zu präsentieren, um die Immunantwort auszulösen

Darüber hinaus sind Makrophagen "hauptsächlich" dafür verantwortlich, etwa 10 ¹¹ rote Blutkörperchen sowie andere alte Zellen und Abfallstoffe aus dem Blut zu verschlingen und zu entfernen , um einen Prozess der kontinuierlichen Zellerneuerung aufrechtzuerhalten. Zusammen mit Lymphozyten zerstören sie die meisten Krankheitserreger im Körper.

Pinozytose

Der Pinozytoseprozess ist normalerweise sehr effektiv beim Einbau von extrazellulärem Material. Bei der absorbierenden Pinozytose können Rezeptoren, die sich auf mit Clathrin beschichteten Membranfossa-Vesikeln befinden, Wachstumsfaktoren, verschiedene Hormone, Trägerproteine ​​sowie Lipoproteine ​​und andere Proteine ​​erkennen.

Ein klassisches Beispiel für diesen Prozess ist die Abscheidung von Cholesterin aus Rezeptoren auf der Membran. Cholesterin wird in Form von Lipoproteinen in den Blutkreislauf transportiert, wobei LDC oder Lipoproteine ​​niedriger Dichte am häufigsten mobilisiert werden.

Dabei werden jedoch auch eine Vielzahl von Metaboliten wie Vitamin B12 und sogar Eisen eingefangen, Materialien, die die Zelle durch aktive Transportprozesse nicht internalisieren kann. Beide bestimmen Metaboliten bei der Synthese von Hämoglobin, einem Protein, das auf den Transport von Sauerstoff im Blut spezialisiert ist.

Andererseits wird Material auch durch flüssige Pinozytose effizient in die Zelle integriert. In Endothelzellen von Blutgefäßen transportieren die Vesikel eine große Menge gelöster Stoffe und Flüssigkeiten vom Blutkreislauf in den intrazellulären Raum.

Endozytose, "ein groß angelegter Prozess"

Endozytose ist ein sehr häufiger Prozess in eukaryotischen Zellen, bei dem Material sowohl in Lösung als auch in Form von Makromolekülen und sogar ganzen Zellen und Mikroorganismen integriert ist.

Im Falle einer Rezeptor-vermittelten Endozytose nehmen mit Clathrin beschichtete Vertiefungen etwa 2% der Gesamtoberfläche der Zellmembran ein. Jede dieser Vertiefungen hat eine Halbwertszeit von zwei Minuten, wodurch die gesamte Zellmembran in einem Zeitraum zwischen 1 und 2 Stunden internalisiert wird.

Dies bedeutet, dass durchschnittlich 3 bis 5% der Membran pro Minute internalisiert werden, was uns eine Vorstellung von der Größe des Prozesses und der kontinuierlichen Erneuerung der Zellmembran gibt.

Im Blutgewebe vorhandene Makrophagen "verschlingen" beispielsweise bis zu 35% ihres zytoplasmatischen Volumens in etwa einer Stunde, 3% der Plasmamembran pro Minute und 100% in etwa einer halben Stunde.

Nachteil der Endozytose

Obwohl es ein wesentlicher Prozess für die Zellernährung, die Absorption von Abfallstoffen und das Einfangen externer Mikroorganismen ist, gelangen bei Prozessen wie der Rezeptor-vermittelten Endozytose viele Viren und Krankheitserreger in die Zelle. Influenza und HIV folgen diesem Weg als direkter Weg, um in die Zelle zu gelangen.

Was passiert nach Endozytose?

Die in das Zytoplasma freigesetzten Vesikel und das von ihnen eingeschlossene Material werden von den Lysosomen verarbeitet. In Lysosomen gibt es eine leistungsstarke enzymatische Batterie, bei der die in den Vesikeln vorhandenen Substanzen durch den Zellstoffwechsel zu verwendbaren Produkten abgebaut werden.

Beim Abbauprozess werden jedoch verschiedene Komponenten der Plasmamembran gewonnen. Die spezifischen Rezeptoren der mit Clathrin und anderen Materialien wie verschiedenen Membranproteinen beschichteten Vertiefungen werden zum Golgi-Apparat oder zur Zelloberfläche geschickt, um dort in Recycling-Vesikel wieder integriert zu werden.

Dieser Recyclingprozess ist sehr praktisch und erfolgt mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der die Vesikel gebildet werden, da die Zellmembran stündlich nur 5% ihrer Oberfläche synthetisiert.

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