La exocitosis (Del griego ἔξω "fuera" y Español cito- "célula", este del griego κύτος "receptáculo") es el proceso durable que consume energía y en el cual una célula dirige el contenido de vesículas secretoras de la membrana celular en el espacio extracelular.
Durante el proceso, el Aparato de Golgi desempeña una función clave, puesto que los materiales destinados a la exocitosis son elaborados y empaquetados por él.1 Así mismo, mediante las vesículas cuando se encuentran provistas de un neurotransmisor, se acumulan constituyendo un contingente de reserva, en donde permanecen inmóviles hasta que la señal de aproximación a la membrana plasmática, las active y así, formar un contingente de vesículas listas para difundirse al medio exterior celular.2
Estas vesículas unidas a la membrana contienen proteínas solubles para ser secretadas al medio extracelular, así como proteínas y lípidos que se envían para convertirse en componentes estructurales de la membrana.3 Sin embargo, el mecanismo de la secreción de contenidos intravesicales fuera de la célula es muy diferente de la incorporación en la membrana celular de los canales de iones, moléculas de señalización, o receptores. Mientras que para el reciclado de la membrana y la incorporación en la membrana celular de los canales de iones, moléculas de señalización, o receptores se requiere la fusión completa de la membrana, para la secreción celular no es la fusión de vesículas transitoria con la membrana celular en un proceso llamado exocitosis, el vertido de su contenido fuera de la célula.
El examen de las células siguientes secreción mediante microscopía electrónica de demostrar una mayor presencia de vesículas parcialmente vacíos siguientes secreción. Esto sugiere que durante el proceso de secreción, sólo una parte del contenido vesicular es capaz de salir de la célula. Esto sólo podría ser posible si la vesícula estableciera temporalmente continuidad con la membrana plasmática de la célula, expulsar a una parte de su contenido, a continuación, desmonte, vuelva a sellar, y se encierran en el citosol (endocitosis). De esta manera, la vesícula secretora puede ser reutilizada para las siguientes rondas de exo-endocitosis, hasta que esté completamente vacía de su contenido, es decir los procesos de exocitocis y endocitosis deben mantener un equilibrio entre sí, pues de esta forma la superficie de la membrana plasmática, y el volumen celular pueden permanecer constantes.4
En toda célula existe un equilibrio entre endocitosis y exocitosis para mantener la estructura de la membrana plasmática y evitar que exista una perdida en el volumen de la célula.
Neurona A (transmisora) a neurona B (receptora) 1. Mitocondria 2. Vesícula sináptica con neurotransmisores 3. Autoreceptor 4. Sinapsis con neurotransmisores liberados (serotonina) 5. Receptores Post-sinápticos activados por neurotransmisores (inducción de un potencial postsináptico) 6. Canal de calcio 7. Exocitosis de una vesícula 8. Neurotransmisor recapturado.
Tipos[editar]
Hay que diferenciar la exocitosis regulada de la exocitosis constitutiva por la cual las células transportan elementos de membrana y proteínas continuamente a la membrana plasmática. Sin embargo, hay muchos pasos en los cuales estos dos mecanismos se asemejan.
Origen de las vesículas constitutiva y reguladas. Ambos tipos de vesículas comparten los mismos pasos desde su formación a nivel del retículo endoplasmático y diferentes compartimentos del aparato de Golgi a nivel del cuerpo celular.
Estas vesículas pueden rodear a los virus, que después serían expulsados al llegar a la membrana citoplasmática, dejando el interior de la célula el ADN vírico.
Exocitosis Regulada[editar]
Se produce en células cuya principal función es la de secreción. Se desprenden moléculas que realizan la digestión celular o que influyen en la fisiología de otras células cercanas. Las vesículas de secreción regulada no se unen naturalmente con la membrana plasmática sino que requiere de un aumento en la concentración de calcio, al igual que ATP y GTP para poder fusionarse a la membrana.6
Exocitosis Constitutiva[editar]
Se elabora prácticamente en todas las células y es la responsable de expulsar moléculas para constituir parte de la matriz extracelular o trasladan moléculas desde las vesículas para regenerar a la propia membrana plasmática mediante un continuo proceso de reproducción, desplazamiento y fusión de vesículas dependiendo del estado fisiológico que presenta la célula.6
Proceso[editar]
La exocitosis presenta cinco pasos:3
- Transporte de vesículas: La actina y los microtúbulos se ven implicados en este proceso, las vesículas se desplazan una distancia significativa hasta acercarse a la membrana plasmática, previo a su unión.
- Enlace de vesículas: El enlace de vesículas implica una distancia a la superficie de la membrana de más de la mitad del diámetro de una vesícula (> 25 nm). Hay que distinguirlo de la fusión de la vesícula.
- Unión de vesículas: Mantenimiento de dos membranas dentro de una distancia inferior a 5-10 nm.
- Preparación de la vesícula: Constituye todos los cambios de posición moleculares, proteínas dependientes de ATP y modificaciones de lípidos que ocurren después de la unión inicial de una vesícula sináptica, pero antes de la secreción, de tal forma que el flujo de iones de calcio es necesario para provocar la liberación de neurotransmisores de forma casi instantánea. En otros tipos de célula, cuya secreción es constitutiva (es decir continua, independiente del ion de calcio) no hay ninguna preparación previa.
- Fusión de la vesícula: Es llevada a cabo por un complejo proteínico (llamado SNARE) que combina la membrana de la vesícula con el objetivo, dando como resultado la liberación de biomoléculas grandes en el espacio extracelular (o, en el caso de las neuronas, en la hendidura sináptica). Se lleva a cabo en tres etapas: a) La superficie de la membrana plasmática aumenta (por la superficie de vesícula fundida). b) Las sustancias dentro de la vesícula se liberan el exterior. c) Las proteínas empotradas en la membrana de la vesícula son ahora parte de la membrana plasmática.
Origen de las vesículas constitutivas y reguladas.[editar]
Ambos tipos de vesículas comparten los mismos pasos desde su formación a nivel del retículo endo- plasmático y diferentes compartimentos del aparato de Golgi a nivel del cuerpo celular. Posteriormente son transportadas a los terminales donde se fusionan con compartimentos específicos del retículo o a la membrana plasmática.7 Las vesículas reguladas se incorporaran a compartimentos específicos de zonas activas (sinapsis en caso de la neurona) para ser liberadas por estímulos específicos. Las vesículas reguladas se pueden clasificar según su tamaño y contenido en vesículas sinápticas pequeñas (SSV) y vesículas grandes, densas (LDCV). Las vesículas SSV pueden ser recicladas en el endosoma temprano a nivel del terminal lo que hace más rápida y prolongada la capacidad de formación y utilización de este tipo de vesículas.7
Fusión de las vesículas.[editar]
La fusión de la vesícula es llevada a cabo por un complejo proteínico (llamado SNARE) que combina la membrana de la vesícula con el objetivo, dando como resultado la liberación de biomoléculas grandes en el espacio extracelular (o, en el caso de las neuronas, en la hendidura sináptica).[1]
La fusión de la vesícula donante y las membranas receptoras se lleva a cabo en tres etapas:
a) La superficie de la membrana plasmática aumenta (por la superficie de vesícula fundida). Esto es importante para la regulación del tamaño celular, por ejemplo durante el crecimiento de la célula.8
b) Las sustancias dentro de la vesícula se liberan el exterior. Estas sustancias podrían ser desechos, toxinas, o moléculas señalizadoras como hormonas (o neurotransmisores durante la transmisión sináptica).
c) Las proteínas empotradas en la membrana de la vesícula son ahora parte de la membrana plasmática. El lado de la proteína que daba al interior de la vesícula ahora da al exterior de la célula. Este mecanismo es importante para la regulación de los receptores transmembrana y los transportadores.9
Ejemplos de Exocitosis[editar]
- Liberación de proteínas de la matriz extracelular.[2]
- Secreción de neurotrnamisores en la hendidura sináptica por medio de vesículas sinápticas.[3] Los neurotransmisores permiten la comunicación entre células y son liberados desde el axón neural y únicamente en neuronas dopaminérgicas.[4]
- Luego de que los islotes de Langerhans hayan producido insulina y glucagón en el páncreas, estas hormonas se almacenan en glándulas que las expulsarán mediante exocitosis cuando hayan recibido estímulos para hacerlo.
La Exocitosis consiste en el transporte de moléculas que están empaquetadas en vesículas, desde el interior celular hacia el medio extracelular. La membrana de la vesícula, también llamada vesícula secretora, se fusiona con la membrana plasmática, liberando su contenido al medio extracelular, Mediante este mecanismo, las células liberan hormonas, como la insulina, enzimas digestivas y neurotransmisores. Estos últimos son fundamentales para llevar a cabo la transmisión del impulso nervioso.
El proceso de exocitosis se puede desencadenar bajo dos situaciones:
- Mediante producción permanente de vesículas que se liberan sin necesidad de algún estímulo, por ejemplo las vesículas que transportan proteínas constituyentes de la matriz extracelular.
- Mediante producción de vesículas que son liberadas frente a un estímulo específico, como es el caso de enzimas digestivas, neurotransmisores y hormonas
La exocitosis es la fusión de vesículas con la membrana plasmática. Las vesículas son producidas principalmente por el aparato de Golgi, aunque también pueden provenir de otros compartimentos como los endosomas (ver más adelante). Las vesículas se forman en el TGN del aparato de Golgi y viajan hasta la membrana plasmática con quien se fusionan. Hay dos tipos de exocitosis: constitutiva y regulada. La exocitosis constitutiva se produce en todas las células y se encarga de liberar moléculas que van a formar parte de la matriz extracelular o bien llevan moléculas en la propia membrana de la vesícula que sirven para regenerar la membrana plasmática. Es un proceso constante de producción, desplazamiento y fusión de vesículas, con diferente intensidad de tráfico según el estado fisiológico de la célula. La exocitosis regulada se produce sólo en aquellas células especializadas en la secreción, como por ejemplo las productoras de hormonas, las neuronas, las células del epitelio digestivo, las células glandulares y otras. En este tipo de exocitosis se liberan moléculas que realizan funciones para el organismo como la digestión o que afectan a la fisiología de otras células que están próximas o localizadas en regiones alejadas en el organismo, a las cuales llegan a través del sistema circulatorio, como es el caso de las hormonas. Las vesículas de secreción regulada no se fusionan espontáneamente con la membrana plasmática sino que necesitan una señal que normalmente es un aumento de la concentración de calcio. Además, necesitan ATP y GTP.
Desde el TGN del aparato de Golgi salen vesículas con diferentes destinos. Hacia la membrana plasmática parten dos rutas. Una denominada exocitosis constitutiva, que poseen todas las células, y otra, exocitosis regulada, que está presente en las células secretoras. En esta última se necesita una señal, aumento de la concentración de calcio, para que se produzca la fusión de las vesículas con la membrana plasmática. Las otras dos rutas desde el TGN van hacia los endosomas, se forman mediadas por una cubierta proteica de clatrina, y hacia el retículo endoplasmático rugoso , cubiertas de COP-I (aunque mucho menos frecuentes) .
Las vesículas de la secreción regulada se acumulan en el citoplasma y cuando reciben la señal para su liberación se dirigen hacia regiones concretas de la membrana plasmática, luego es un proceso dirigido no sólo en el tiempo sino también en el espacio. Las células nerviosas representan un ejemplo extremo. Una vez empaquetadas las vesículas en el soma neuronal tienen que ser dirigidas hacia el terminal presináptico, que en algunas neuronas puede estar a centímetros de distancia. Además de las neuronas existen otras células polarizadas, como es el caso de las del epitelio digestivo, que poseen una parte apical y otra basal. Sería un desastre que las células epiteliales intestinales fusionasen las vesículas y liberasen las enzimas digestivas que contienen en la región de la membrana plasmática orientada hacia los tejidos internos y no hacia la luz del tubo digestivo. La direccionalidad del camino de estas vesículas está determinada por la acción de los microtúbulos y filamentos de actina del citoesqueleto, el cual, mediante la intervención de las proteínas motoras, las transporta hasta su lugar de fusión apropiado.
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