Endocitosis y exocitosis

Definiciones y Puntos Clave

Endocytosis is the process of taking in material by enclosing it in a vesicle. Exocytosis is the opposite process, where the vesicle fuses with the plasma membrane and expels its contents to the outside of the cell. Endocytosis and exocytosis work together to allow cells to take in nutrients from their environment and to excrete waste products.

Ver video solo
Las células transportan material a su interior y a su exterior a través de la membrana celular, que es una barrera formada por una doble capa de lípidos con componentes de proteínas e hidratos de carbono incrustados.
Algunas moléculas pueden difundir a través de la membrana, o ser transportadas a través de ella con la ayuda de proteínas unidas a la membrana.
Para el transporte de cargas más grandes, sin embargo, las células utilizan la endocitosis y la exocitosis para transportar el material dentro y fuera de la célula, respectivamente.
A grandes rasgos, existen cinco categorías de moléculas que intentan atravesar la membrana celular. Las pequeñas moléculas no polares, como el oxígeno o el dióxido de carbono, son capaces de difundir rápidamente a través de la membrana celular.
Las moléculas pequeñas y polares, como el agua, también pueden cruzar, pero lo hacen muy lentamente. Las moléculas grandes y no polares, como la vitamina A, son asimismo muy lentas para atravesar la membrana celular.
Las moléculas grandes y polares, como la glucosa, los iones altamente polares y cargados, como Na+, K+ y Cl–, y las moléculas que poseen una carga, como los aminoácidos, tienen muy pocas probabilidades de atravesar por sí solos una membrana celular.
Así, muchas de estas moléculas (algunas comunes son el agua, la glucosa y los iones) atraviesan la membrana mediante proteínas de transporte.
Algunos ejemplos de proteínas transportadoras son los canales, como las acuaporinas (que son un canal de agua) y los canales de cloruro, que permiten que los iones de cloruro atraviesen las membranas, o los transportadores, como el transportador de glucosa.
Sin embargo, cuando la célula necesita transportar muchas moléculas, o una molécula muy grande, recurre al transporte masivo, que se presenta en dos modalidades: la endocitosis y la exocitosis.
La endocitosis es un proceso utilizado por las células para engullir material extracelular. La exocitosis es el proceso contrario, durante el cual las células expulsan material al espacio extracelular.
Tanto la endocitosis como la exocitosis necesitan energía en forma de trifosfato de adenosina o ATP, utilizado en el movimiento de las sustancias dentro y fuera de la célula.
Existen tres tipos de endocitosis: fagocitosis, pinocitosis y endocitosis mediada por receptor. La fagocitosis —donde "fago-" significa "comer"—, la utilizan los leucocitos, como los macrófagos y los neutrófilos, que recorren el organismo en busca de residuos, bacterias y células muertas para devorarlas.
Imaginemos que un macrófago se encuentra con un estreptococo especialmente molesto: primero, el estreptococo se adhiere a los receptores del macrófago en su superficie celular.
A continuación, el macrófago extiende unas proyecciones en forma de brazo, denominadas seudópodos, alrededor del estreptococo, como un abrazo mortal.
A continuación, el estreptococo es engullido lentamente por la membrana celular, que se invagina para formar una vesícula en su cara interna.
La vesícula se separa entonces de la membrana celular formando un fagosoma. Durante este paso, una bomba de protones utiliza el ATP para bombear protones hacia el fagosoma, reduciendo el pH en su interior.
En el citoplasma, el fagosoma se encuentra con un orgánulo llamado lisosoma, que contiene enzimas digestivas. El lisosoma y el fagosoma se fusionan, uniendo sus contenidos para formar una estructura conocida como fagolisosoma.
Dentro del fagolisosoma, las enzimas lisosomales comienzan a destruir las bacterias con la ayuda de un pH ácido. Una vez que todo ha terminado, el lisosoma se dirige a la membrana celular para expulsar los restos al espacio extracelular, a modo de un eructo celular.
Por su parte, pinocitosis significa "la célula bebe". En la pinocitosis, la membrana plasmática de la célula se invagina para formar una pequeña copa alrededor de las porciones de líquido extracelular y los solutos que se disuelven en ella.
Entonces los bordes de la copa se juntan, para formar una vesícula. Dado que la célula no está realmente "comiendo" nada más que el soluto ocasional, el resultado no es un fagosoma, sino simplemente una vesícula.
La vesícula de pinocitosis es mucho más pequeña que un fagosoma. Además, a diferencia de la fagocitosis, la pinocitosis es una forma inespecífica de que las células tomen solutos, de modo que cualquier soluto que se encuentre en el líquido extracelular también es arrastrado al interior de la copa.
Una vez dentro de la célula, proteínas motoras como la cinesina o la dineína transportan la vesícula de pinocitosis utilizando ATP, hacia el interior del citosol.
Al mismo tiempo, la vesícula también libera lentamente el líquido extracelular y los solutos en el citosol. Por último, a veces la endocitosis implica proteínas receptoras especiales en la membrana celular, por lo que se denomina endocitosis mediada por receptor.
Algunas moléculas se toman de esta manera, como la transferrina, que es una proteína que se une al hierro, o las lipoproteínas de baja densidad, o LDL, que contienen colesterol.
A modo de ejemplo, veamos cómo funciona para el LDL. En la superficie de la membrana celular, hay fosas revestidas que contienen receptores específicos para moléculas como las LDL.
Estas fosas están cubiertas en el lado intracelular de la membrana celular por una capa de proteínas de clatrina, por lo que también se denominan fosas recubiertas.
Supongamos que las LDL se unen a su receptor en una de estas fosas. Los bordes del hueco comienzan a cerrarse.
Al mismo tiempo, las proteínas de clatrina del interior de la célula se unen entre sí formando una capa resistente alrededor de la vesícula que se está formando.
Una vez que la vesícula se separa de la membrana celular, las proteínas de clatrina se desprenden de ella y vuelven a la membrana celular.
En el interior de la célula, la vesícula se fusiona con un orgánulo llamado endosoma. Los endosomas son similares a los lisosomas, en el sentido de que también se fusionan con las vesículas ingeridas, pero asimismo pueden hacer algo más: los endosomas pueden separar la partícula de LDL del receptor de LDL al que se unió.
Esto se debe a que el endosoma tiene una bomba de protones que utiliza el ATP para generar un pH bajo en su interior, lo que hace que las LDL se separen de su receptor.
En ese momento, la vesícula se divide en dos vesículas, una que tiene todas las LDL que se han introducido en la célula, y la otra provista de todos los receptores de LDL.
La vesícula llena de LDL va al lisosoma para su digestión, mientras que la que contiene los receptores de LDL regresa y libera el receptor de nuevo en la superficie de la membrana celular.
Esta acción se denomina reciclaje del receptor, porque ahora el receptor de LDL se une a otra molécula de LDL, y puede repetirse el ciclo.
Es un poco como lavar y volver a usar un plato, en lugar de comprar platos nuevos para cada comida. En cambio, la exocitosis comienza en lo más profundo de la célula, en un orgánulo llamado aparato de Golgi.
Este orgánulo toma las proteínas, los lípidos y las hormonas que se generan en el retículo endoplásmico rugoso y en el retículo endoplásmico liso, y los empaqueta en una vesícula que puede desplazarse por la célula mediante el citoesqueleto.
El citoesqueleto está formado por proteínas como los microfilamentos, los microtúbulos y los filamentos intermedios, que proporcionan estabilidad estructural.
El citoesqueleto también es muy dinámico, ya que permite que la célula cambie de forma mediante la extensión y la contracción selectiva de los filamentos, lo que es importante en algunas funciones celulares, como la contracción muscular, la división celular e incluso el movimiento celular.
El citoesqueleto también ayuda a las estructuras de la célula a desplazarse de una zona a otra. Hay vesículas secretoras que mueven las moléculas fuera de la célula con la ayuda de proteínas motoras como la cinesina, o la dineína, que recogen la vesícula y la llevan hacia la membrana celular a lo largo de los microtúbulos utilizando el ATP como combustible.
La vesícula se desplaza hacia la superficie de la célula, se fusiona con la membrana celular y se rompe por su lado externo, derramando su contenido en el espacio extracelular.
Y ahora, un resumen rápido: la endocitosis se refiere al proceso en el que las células engullen material extracelular, y hay diferentes formas de endocitosis, como la fagocitosis, la pinocitosis y la endocitosis mediada por receptor.
La exocitosis se refiere al proceso en el que las células expulsan material al espacio extracelular. Tanto la endocitosis como la exocitosis requieren ATP para producirse.