17.4: Endocitosis y Exocitosis

La endocitosis es un mecanismo para internalizar moléculas extracelulares grandes (por ejemplo, proteínas), partículas insolubles o incluso microorganismos. Los tres tipos principales de exocitosis son la fagocitosis, la pinocitosis y la endocitosis mediada por receptores. La pinocitosis es inespecífica. La fagocitosis se dirige a estructuras grandes (e.g., bacterias, partículas de alimentos...) y no es particularmente específica. Como su nombre indica, la endocitosis mediada por receptores es específica para sustancias reconocidas por un receptor de superficie celular. La exocitosis es típicamente la secreción de moléculas grandes. Estas podrían ser proteínas y glicoproteínas como enzimas digestivas y muchas hormonas peptídicas/polipeptídicas, cada una de las cuales debe salir de la célula ya sea al fluido extracelular o a la circulación. Las vías exocitóticas también suministran proteínas de membrana producidas en las células a la superficie celular.

A. Endocitosis

Diferentes formas de endocitosis se ilustran en la página siguiente.

1. Fagocitosis (arriba a la izquierda): los fagocitos extienden los pseudopodios por evaginación de membrana. Los pseudopodios de las amebas (y las células ameboides en general) engullir partículas de alimento que terminan en vesículas digestivas (fagosomas) dentro del citosol. Los fagocitos son una clase de glóbulos blancos que forman parte de nuestro sistema inmunológico. Envuelven partículas extrañas que deben ser eliminadas del cuerpo. Un lisosoma se fusiona con el fagosoma, después de lo cual se activa la enzima hidrolítica almacenada. El resultado es la digestión de las partículas engulladas. La fagocitosis comienza con el contacto entre la superficie celular externa y esas partículas. Los principales tipos de endocitosis son la fagocitosis, la pinocitosis y la endocitosis mediada por receptores, que se muestran a continuación.

2. Pinocitosis (por encima del centro): la pinocitosis es un pellizco inespecífico, más o menos constante, de pequeñas vesículas que engultan el líquido extracelular que contiene solutos; son demasiado pequeñas para incluir partículas significativas.

3. Endocitosis mediada por receptores (arriba a la derecha): este tipo de endocitosis se basa en la afinidad de los receptores por sustancias extracelulares específicas. Al unirse a sus ligandos, los receptores se agregan en regiones diferenciadas de la membrana celular llamadas fosas recubiertas. Las fosas recubiertas luego invaginan y pellizcan, formando una vesícula recubierta, llevando así su contenido extracelular a la célula. Después de que las vesículas recubiertas entregan su contenido a sus destinos celulares, las membranas de las vesículas se reciclan a la membrana plasmática. La endocitosis mediada por receptores es quizás el mecanismo mejor entendido para llevar sustancias más grandes a las células. Los dibujos a continuación se toman de una serie de micrografías electrónicas que ilustran la invaginación de fosas recubiertas para formar vesículas recubiertas de clatrina. Las proteínas receptoras y de la cubierta son claramente visibles como estructuras más grandes en las superficies internas de las fosas y en las superficies externas de las vesículas recubiertas de clatrina.

Observe cómo las proteínas etiquetadas fluorescentemente entran en las células por endocitosis mediada por receptores en vivo siguiendo los puntos brillantes en el bucle de video en la endocitosis mediada por receptor. La clatrina, una proteína grande, es la proteína principal en la superficie de la fosa recubierta invaginada. La clatrina se une a proteínas de membrana integrales específicas a través de la proteína adaptadora 1 (AP1). AP1 recluta proteínas de carga específicas para introducirlas en la célula cuando invaginan las fosas recubiertas. A continuación se ilustran algunos detalles de la endocitosis mediada por receptores.

En la ilustración, las sustancias a internalizar se han unido a sus receptores de membrana celular. Los receptores luego se agrupan para formar una fosa recubierta. Asistidos por la proteína dinamina (una GTPasa), los pozos recubiertos invaginan. El pellizco final de una vesícula recubierta requiere hidrólisis GTP (no mostrada).

Una vez internalizadas, las vesículas recubiertas pierden su clatrina y la cubierta de proteína adaptadora asociada. La vesícula no recubierta se fusiona con un endosoma temprano para formar una vesícula clasificadora (es decir, endosoma tardío). Las vesículas de clasificación separan el contenido importado de los receptores que se reciclan a la membrana. En la vesícula que queda, ahora lisosoma, las enzimas digestivas catalizan la hidrólisis del contenido de la vesícula. Los productos digeridos se liberan para uso celular.

Un ejemplo bien conocido de endocitosis mediada por receptores es la captación de colesterol unido a lipoproteína de baja densidad (LDL), un complejo de fosfolípidos, proteínas y colesterol que se ilustra a continuación.

Un solo complejo de LDL lleva hasta 15,000 moléculas de colesterol. El LDL, a veces llamado “colesterol malo”, no es bueno para ti en niveles altos. Por otro lado, la lipoproteína de alta densidad (HDL) es “colesterol bueno”. A medida que uno envejece, es importante monitorear su relación HDL/LDL; ¡cuanto mayor sea, mejor!

B. Exocitosis

Mantener el tamaño o volumen celular parece ser un componente incorporado de la maquinaria de la endocitosis mediada por receptores que equilibra la endocitosis con el reciclaje de membranas. Sin embargo, la exocitosis también es necesaria para restaurar la membrana plasmática internalizada por pinocitosis y fagocitosis, y para eliminar los residuos celulares. La exocitosis es también el punto final de un proceso complejo de empaquetamiento de proteínas destinadas a la secreción o a la inserción en la propia membrana. Las vías de exocitosis y endocitosis comparten características comunes, como se ilustra en la página siguiente.

Obsérvese que la formación tanto de lisosomas como de vesículas de secreción comienza en el retículo endoplásmico rugoso, seguido del paso y maduración a través de vesículas de Golgi. Si bien las vesículas endocitóticas y las vesículas de secreción se forman en “direcciones opuestas”, ambas comparten características estructurales comunes con la membrana plasmática, de la que se derivan y con la que se fusionan (respectivamente).

En la tabla de la siguiente página se enumeran algunas proteínas representativas empaquetadas para secreción o destinadas a vivir en membranas celulares.

Hormonas	Proteínas del sistema inmune	Neurotransmisores	Otros
Insulina	IgG (inmunoglobulina G, una clase de anticuerpos circulantes)	acetilcolina	EGF (Factor de crecimiento epidérmico)
Hormona del crecimiento	IgM y otros anticuerpos de membrana celular		NGF (factor de crecimiento neural)
FSH (hormona folículo estimulante)	Proteínas MHC (complejo mayor de histocompatibilidad) en superficies celulares	dopamina, adrenalina, noradrenalina y otras monoaminas	Fibrinógeno (y otros factores de coagulación de la sangre)
Oxitocina		serotonina	Fibronectina (y otras proteínas de la matriz extracelular)
Prolactina		algunos aminoácidos (glutamato, aspartato, glicina)	Componentes de la pared celular vegetal
ACTH (hormona adrenocorticotrópica)			Tripsina, pepsina, et al. (enzimas digestivas del intestino)

Como hemos visto, muchas proteínas secretoras y de membrana son glicoproteínas, a las que se unen covalentemente azúcares comenzando en el retículo endoplásmico rugoso. Como también hemos visto, su glicosilación comienza en el RER. Consulta el siguiente enlace para volver a ver el proceso.

291 El camino hacia las células recubiertas de azúcar

Las células individuales a menudo producen más de unas pocas proteínas empaquetadas al mismo tiempo, lo que requiere la clasificación de cada proteína para su destino correcto: fluidos extracelulares, lisosomas, peroxisomas y otros 'microcuerpos', y por supuesto, las propias membranas. A continuación consideramos cómo las células dirigen las proteínas hacia sus diferentes destinos intracelulares y extracelulares.