Citoză

Imaginează-ți că ești o celulă macrofagă: o celulă albă nemiloasă din sânge, care hoinărește, la fel ca amoeba, printre ţesuturile corpului, în căutarea patogenilor, a celulelor moarte şi a celor care mor, precum şi a altor celule nedorite. Când întâlnești una dintre acestea, sarcina ta nu este doar să o distrugi, ci și să o devorezi în totalitate. (Chomp!)

Această anihilare completă poate părea puţin exagerată, dar serveşte la două scopuri utile. Mai întâi, recuperează macromolecule valoroase pe care, mai apoi, corpul le va utiliza. În al doilea rând, în cazul agenţilor patogeni străini, îi permite macrofagei să prezinte fragmente de agent patogen pe suprafața sa. Această afișare avertizează alte celule imune că agentul patogen este prezent şi declanşează un răspuns imunitar.

Să facem însă un pas înapoi, totuși. Cum mănâncă macrofagele un agent patogen sau o bucată de resturi celulare? În ultimele câteva secțiuni, am vorbit despre modurile în care ionii și moleculele mici, cum ar fi zaharurile și aminoacizii, pot intra și ieși din celulă prin canale și transportori. Canalele şi proteinele transportoare sunt excelente pentru a permite anumitor molecule mici să traverseze membrana, dar sunt prea mici (şi prea pretențioase în raport cu ceea ce transportă) pentru a-i permite unei celule să preia ceva asemănător unei bacterii întregi.

În schimb, celulele au nevoie de mecanisme de transport colective, în care particulele mari (sau cantități mari de particule mai mici) trec de membrana celulară. Aceste mecanisme implică învelirea substanţelor care urmează să fie transportate, în propriile lor globuri mici de membrană, care pot apoi să se mişte sau să fuzioneze cu membrana pentru a deplasa substanţa în interior. De exemplu, o macrofagă înglobează cina sa, adică agentul patogen, prin întinderea membranei „braţe” în jurul, învelind-o într-o sferă de membrană numită vacuol digestiv (unde este digerat ulterior).

Macrofagele oferă un exemplu dramatic de transport colectiv, iar majoritatea celulelor din organismul tău nu înghit microorganisme întregi. Cu toate acestea, majoritatea celulelor dispun de mecanisme de transport colective. Aceste mecanisme le permit celulelor să obțină nutrienți din mediu, să „apuce” selectiv anumite particule din lichidul extracelular sau să elibereze molecule de semnalizare pentru comunicarea cu vecinii. Asemenea proceselor de transport activ, care deplasează ionii şi moleculele mici prin proteinele transportoare, transportul colectiv este un proces care necesită energie (şi, de fapt, energie intensă).

Aici, vom examina diferitele moduri de transport colectiv: fagocitoza, pinocitoza, endocitoza mediată de receptori şi exocitoza.

Endocitoza (endo = intern, citoză = mecanism de transport) este un termen general pentru diferitele tipuri de transport activ care deplasează particulele dintr-o celulă, prin înglobarea lor într-o veziculă formată din membrana plasmatică.

Există variaţii ale endocitozei, dar toate urmează acelaşi proces de bază. În primul rând, membrana plasmatică a celulelor este invaginată (pliată înspre interior), formând un buzunar în jurul particulelor sau particulelor ţintă. Apoi, buzunarul se detașează, cu ajutorul proteinelor specializate, lăsând particula blocată într-o veziculă nou creată sau într-o vacuolă, în interiorul celulei.

Endocitoza poate fi subdivizată în următoarele categorii: fagocitoză, pinocitoză şi endocitoză mediată de receptori.

Fagocitoza (în mod literal, „hrănirea cu celule”) este o formă a endocitozei în care particulele mari, cum ar fi celulele sau debriile celulare, sunt transportate în celulă. Am văzut deja un exemplu de fagocitoză, deoarece acesta este tipul de endocitoză utilizat de macrofage, din începutul articolului, pentru a devora un agent patogen.

Eucariotele cu o singură celulă, numite amibe, folosesc fagocitoza, de asemenea, pentru a vâna şi a-și consuma prada. Sau, cel puţin, încearcă – seria de imagini de mai jos arată o amibă frustrată care încearcă să fagocitoze o celulă de drojdie care este doar un pic prea mare.

După ce o celulă a înghițit cu succes o particulă țintă, buzunarul care conține particula se va desprinde de membrană, formând un compartiment legat de membrană, numit vacuol digestiv. Ulterior, vacuolul digestiv va fuziona cu un organit numit lizozom, „centrul de reciclare” al celulei. Lizozomii au enzime care descompun particula înghițită în componentele sale de bază (cum ar fi aminoacizii și zaharurile), care pot fi apoi utilizate de celulă.

Pinocitoză (în sensul propriu, „consumarea de celule”) este o formă de endocitoză în care o celulă înghite lichid extracelular, în cantități celulare. Pinocitoza apare în multe tipuri de celule şi are loc continuu, prin prelevarea de probe de celule şi reeşantionarea lichidului înconjurător pentru a obţine orice nutrienţii, dar şi alte molecule pot să fie prezente. Materialul pinocitat este ţinut în vezicule mici, cu mult mai mici decât vacuola mare digestivă produsă de fagocitoză.

Endocitoza mediată de receptori este o formă a endocitozei în care sunt utilizate proteinele receptoare de pe suprafaţa celulară pentru a capta o moleculă ţintă specifică. Receptorii, care sunt proteine transmembranare, sunt grupaţi în regiuni ale membranei plasmatice, cunoscute sub numele de „pituri acoperite”. Acest nume provine dintr-un strat de proteine, numite proteine de înveliș, care se găsesc pe partea citoplasmatică a stratului. Clatrina, prezentată în diagrama de mai sus, este cea mai bine studiată proteină de înveliș${}^2$‍.

Când receptorii se leagă de molecula ţintă specifică, se declanşează endocitoza, iar receptorii și moleculele atașate acestora sunt preluate în celulă, într-o veziculă. Proteinele din înveliș participă la acest proces, dând veziculelor forma rotundă şi ajutându-le să se elibereze din membrană. Endocitoza mediată de receptori permite celulelor să preia cantităţi mari de molecule, care sunt relativ rare (prezente în concentraţii mici) în lichidul extracelular${}^{2,3}$‍.

Deşi endocitoza mediată de receptori este menită să aducă substanţe utile în celulă, alte particule mai puţin prietenoase pot intra pe aceeaşi cale. Virusurile gripale, difteria şi toxina holerică utilizează toate căile de endocitoză mediată de receptori pentru a pătrunde în celule.

Să presupunem că un anumit tip de moleculă a fost îndepărtat din sânge prin endocitoză mediată de receptori. Ce s-ar întâmpla dacă proteina receptorului pentru acea moleculă ar lipsi sau ar fi defectă?

Celulele trebuie să înghită anumite molecule, precum nutrienții, dar trebuie să elibereze și alte molecule, cum ar fi proteinele semnalizatoare şi deșeurile, către mediul exterior. Exocitoza (exo = extern, citoză = mecanism de transport) este o formă de transport colectiv, în care materialele sunt transportate de la interiorul la exteriorul celulei, în vezicule legate de membrană, care fuzionează cu membrana plasmatică.

Unele dintre aceste vezicule provin din aparatul Golgi și conțin proteine produse în mod specific de celulă pentru a fi eliberate în afară, cum sunt moleculele de semnalizare. Alte vezicule conțin deșeuri de care celula are nevoie pentru a fi eliminată, cum ar fi resturile care rămân după digerarea unei particule care a fost fagocitată.

Aceste vezicule sunt transportate la marginea celulei, unde pot fuziona cu membrana plasmatică şi pot elibera conţinutul lor în spaţiul extracelular. Unele vezicule se unesc complet cu membrana şi sunt încorporate în aceasta, în timp ce altele urmează modelul „sărut-şi-fugit”, fuzionând suficient pentru a elibera conținutul (“sărutarea” membranei) înainte de a se desprinde din nou și de a reveni în interiorul celulei${}^4$‍.