اگزوسیتوز (Exocytosis) فرآیند انتقال مواد از درون یک سلول به خارج از آن است. این فرآیند نیاز به انرژی دارد و بنابراین نوعی حمل و نقل فعال به شمار می رود. اگزوسیتوز فرآیند مهمی در سلول های گیاهی و حیوانی است که عملکرد معکوس ورود به سلول (Endocytosis) را انجام می دهد. در ورود به سلول، مواد خارجی به داخل سلول منتقل می شوند.

در اگزوسیتوز، وزیکول های مرتبط با غشاء که حاوی مولکول های سلولی هستند، به غشاء سلول منتقل می شوند. وزیکول ها با غشاء سلول ترکیب شده و محتویات خود را به خارج از سلول آزاد می کنند. فرآیند اگزوسیتوز را می توان در چند مرحله خلاصه کرد.

نکات کلیدی

• در طی اگزوسیتوز، سلول ها مواد را از درون به خارج سلول حمل می کنند.
• این فرآیند برای حذف زباله ها، پیام رسانی شیمیایی بین سلول ها و بازسازی غشاء سلول اهمیت دارد.
• وزیکول های اگزوسیتوز از دستگاه گلژی، اندوزوم ها و نورون های پیش سنپتیک تشکیل می شوند.
• سه راه اگزوسیتوز شامل خروج ثابت، خروج تنظیم شده و خروج واسطه لیزوزومی است.
• مراحل اگزوسیتوز شامل رفت و آمد وزیکول، اتصال، سوار شدن، آماده سازی و ترکیب است.
• ترکیب وزیکول با غشاء سلول ممکن است کامل یا موقت باشد.
• اگزوسیتوز در بسیاری از سلول ها از جمله سلول های پانکراس و نورون ها رخ می دهد.

فرآیند پایه اگزوسیتوز

1. وزیکول های حاوی مولکول ها از درون سلول به سمت غشاء سلول منتقل می شوند.
2. غشاء وزیکول به غشاء سلول متصل می شود.
3. ترکیب غشاء وزیکول با غشاء سلول، محتویات وزیکول را به خارج از سلول آزاد می کند.

اگزوسیتوز چندین عملکرد مهم دارد؛ زیرا به سلول ها این امکان را می دهد که مواد زائد و مولکول هایی مانند هورمون ها و پروتئین ها را آزاد کنند. اگزوسیتوز همچنین برای پیام رسانی شیمیایی و ارتباط بین سلول ها اهمیت دارد. علاوه بر این، برای بازسازی غشاء سلول با ترکیب لیپیدها و پروتئین هایی که از طریق ورود به سلول حذف شده اند، استفاده می شود.

وزیکول های اگزوسیتوز

دستگاه گلژی مولکول ها را از طریق اگزوسیتوز منتقل می کند.

وزیکول های اگزوسیتوز که حاوی محصولات پروتئینی هستند، معمولاً از یک ارگانل به نام دستگاه گلژی یا مجموعه گلژی به دست می آیند. پروتئین ها و لیپیدهای سنتز شده در شبکه اندوپلاسمی به مجموعه گلژی برای اصلاح و طبقه بندی ارسال می شوند. پس از پردازش، محصولات در وزیکول های ترشحی حاوی محتوای خود قرار می گیرند که از سطح ترانزیت دستگاه گلژی جوانه می زنند.

سایر وزیکول های ترکیب شونده با غشاء سلول مستقیماً از دستگاه گلژی نمی آیند. برخی وزیکول ها از اندوزوم های زودهنگام تشکیل می شوند، که کیسه های غشایی در سیتوپلاسم هستند. اندوزوم های زودهنگام با وزیکول هایی که از طریق ورود به سلول از غشاء سلول داخلی شده اند ترکیب می شوند. این اندوزوم ها مواد داخلی شده (پروتئین ها، لیپیدها، میکروب ها و غیره) را طبقه بندی کرده و مواد را به مقاصد صحیح هدایت می کنند. وزیکول های ترابری از اندوزوم های زودهنگام بیرون می آیند و مواد زائد را به لیزوزوم ها برای تجزیه می فرستند، در حالی که پروتئین ها و لیپیدها را به غشاء سلول بازمی گردانند. وزیکول های موجود در انتهای سیناپسی در نورون ها نیز نمونه هایی از وزیکول هایی هستند که مستقیماً از مجموعه های گلژی به دست نمی آیند.

انواع اگزوسیتوز

اگزوسیتوز یک فرآیند برای حمل و نقل فعال اولیه از طریق غشاء سلول است.

سه مسیر رایج برای اگزوسیتوز وجود دارد. یکی از این مسیرها، اگزوسیتوز ساختاری است که شامل ترشح منظم مولکول ها می شود. این عمل توسط تمام سلول ها انجام می شود. اگزوسیتوز ساختاری برای انتقال پروتئین ها و لیپیدهای غشایی به سطح سلول و نیز دفع مواد به بیرون سلول عمل می کند.

اگزوسیتوز تنظیم شده به حضور سیگنال های خارج از سلولی برای دفع مواد درون وزیکول ها وابسته است. این نوع اگزوسیتوز به طور معمول در سلول های ترشحی و نه در تمام نوع های سلولی اتفاق می افتد. سلول های ترشحی محصولاتی نظیر هورمون ها، انتقال دهنده های عصبی و آنزیم های گوارشی را ذخیره می کنند که تنها با تحریک سیگنال های خارج از سلولی آزاد می شوند. وزیکول های ترشحی به غشای سلول ترکیب نمی شوند، بلکه تنها به اندازه کافی با آن هم جوشی می کنند تا محتوای خود را آزاد کنند. پس از انجام این عمل، وزیکول ها دوباره شکل می گیرند و به سیتوپلاسم بازمی گردند.

سومین مسیر برای اگزوسیتوز در سلول ها شامل هم جوشی وزیکول ها با لیزوزوم ها است. این ارگانل ها حاوی آنزیم های هیدرولاز اسیدی هستند که مواد زائد، میکروب ها و بقایای سلولی را تجزیه می کنند. لیزوزوم ها مواد هضم شده خود را به غشای سلول منتقل می کنند که در آنجا با غشاء هم جوشی کرده و محتوای خود را به مایع خارج سلولی آزاد می کنند.

مراحل اگزوسیتوز

مجموعه ای از مراحل وجود دارد که در طی اگزوسیتوز اتفاق می افتد. این مراحل شامل ترافیک وزیکول، چسباندن، اتصال، پیش تنظیم و هم جوشی هستند.

• ترافیک: وزیکول ها به سمت غشای سلول از طریق میکروتوبول های سیتوسکلتی حرکت می کنند. حرکت وزیکول ها با نیروی پروتئین های موتوری مانند کینزین ها، دینئین ها و میوزین ها تأمین می شود.
• چسباندن: هنگامی که وزیکول به غشای سلول می رسد، به آن متصل می شود و به تماس با غشای سلول کشیده می شود.
• اتصال: اتصال شامل پیوستگی غشای وزیکول با غشای سلول است. لایه های دوگانه فسفولیپیدهای غشای وزیکول و غشای سلول شروع به ادغام می کنند.
• پیش تنظیم: پیش تنظیم در اگزوسیتوز تنظیم شده و نه در اگزوسیتوز ساختاری اتفاق می افتد. این مرحله شامل اصلاحات خاصی است که باید در مولکول های خاص غشای سلول انجام شود تا اگزوسیتوز انجام شود. این اصلاحات برای فرایندهای سیگنال دهی ضروری هستند که اگزوسیتوز را تحریک می کنند.
• هم جوشی: دو نوع هم جوشی ممکن است در اگزوسیتوز اتفاق بیفتد. در هم جوشی کامل، غشای وزیکول به طور کامل با غشای سلول هم جوشی می کند. انرژی لازم برای جدا کردن و هم جوشی غشاءهای چربی از ATP تأمین می شود. هم جوشی غشاءها یک منافذ هم جوشی ایجاد می کند که به محتویات وزیکول اجازه می دهد به بیرون ترشح شود زیرا وزیکول بخشی از غشای سلول می شود. در هم جوشی کوتاه و سریع، وزیکول به طور موقت با غشای سلول هم جوشی می کند به اندازه ای که یک منفذ هم جوشی ایجاد کند و محتوای خود را به بیرون سلول آزاد کند. سپس وزیکول از غشای سلول دور می شود و قبل از بازگشت به درون سلول دوباره شکل می گیرد.

اگزوسیتوز در پانکراس

پانکراس با اگزوسیتوز، گلوکاگون را زمانی که سطح قند خون خیلی پایین باشد، آزاد می کند. گلوکاگون باعث می شود که کبد گلیکوژن ذخیره شده را به گلوکز تبدیل کند که در خون آزاد می شود.

اگزوسیتوز توسط تعدادی از سلول ها در بدن به عنوان روشی برای انتقال پروتئین ها و برای ارتباط بین سلول ها استفاده می شود. در پانکراس، خوشه های کوچکی از سلول ها به نام جزایر لانگرهانس هورمون های انسولین و گلوکاگون را تولید می کنند. این هورمون ها در گرانول های ترشحی ذخیره می شوند و زمانی که سیگنال ها دریافت می شوند، از طریق اگزوسیتوز آزاد می شوند.

زمانی که غلظت گلوکز در خون خیلی بالا باشد، انسولین از سلول های بتا در جزایر لنگر ترشح می شود و باعث می شود که سلول ها و بافت ها گلوکز را از خون جذب کنند. زمانی که غلظت گلوکز پایین باشد، گلوکاگون از سلول های آلفا در جزایر لنگر ترشح می شود. این باعث می شود که کبد گلیکوژن ذخیره شده را به گلوکز تبدیل کند. سپس گلوکز به خون آزاد شده و سطح گلوکز خون افزایش می یابد. علاوه بر هورمون ها، پانکراس همچنین آنزیم های گوارشی (پروتئازها، لیپازها، آمیلازها) را از طریق اگزوسیتوز ترشح می کند.

اگزوسیتوز در نورون ها

برخی از نورون ها از طریق انتقال ناقل های عصبی ارتباط برقرار می کنند. یک وزیکول سیناپسی پر از ناقل های عصبی در نورون پیش سیناپسی با غشای پیش سیناپسی ادغام می شود و ناقل های عصبی را به فضای سیناپسی (فاصله بین نورون ها) آزاد می کند. سپس ناقل های عصبی می توانند به گیرنده های نورون پس سیناپسی متصل شوند.

اگزوسیتوز وزیکول های سیناپسی در نورون های سیستم عصبی رخ می دهد. سلول های عصبی با سیگنال های الکتریکی یا شیمیایی (ناقل های عصبی) ارتباط برقرار می کنند که از یک نورون به نورون دیگر منتقل می شوند. ناقل های عصبی از طریق اگزوسیتوز منتقل می شوند. آن ها پیام های شیمیایی هستند که از یک عصب به عصب دیگر توسط وزیکول های سیناپسی حمل می شوند. وزیکول های سیناپسی کیسه های غشایی هستند که به وسیله اندوسیتوز غشای پلاسمایی در پایانه های عصبی پیش سیناپسی تشکیل می شوند.

پس از تشکیل، این وزیکول ها با ناقل های عصبی پر شده و به قسمتی از غشای پلاسمایی به نام منطقه فعال ارسال می شوند. وزیکول سیناپسی منتظر یک سیگنال، یک ورودی یون های کلسیم ناشی از پتانسیل عمل است که اجازه می دهد وزیکول به غشای پیش سیناپسی متصل شود. ادغام واقعی وزیکول با غشای پیش سیناپسی تا زمانی که ورودی دوم یون های کلسیم رخ ندهد، اتفاق نمی افتد.

پس از دریافت سیگنال دوم، وزیکول سیناپسی با غشای پیش سیناپسی ادغام می شود و یک منفذ ادغامی ایجاد می کند. این منفذ به تدریج بزرگ تر می شود و دو غشا به یکدیگر تبدیل می شوند و ناقل های عصبی به فضای سیناپسی آزاد می شوند. ناقل های عصبی به گیرنده های نورون پس سیناپسی متصل می شوند. نورون پس سیناپسی ممکن است با اتصال ناقل های عصبی تحریک یا مهار شود.

اگزوسیتوز در مقابل اندوسیتوز

در حالی که اگزوسیتوز یک نوع حمل و نقل فعال است که مواد و مواد را از درون یک سلول به خارج از آن منتقل می کند، اندوسیتوز، معکوس آن است. در اندوسیتوز، مواد و موادی که خارج از یک سلول هستند به درون سلول منتقل می شوند. مانند اگزوسیتوز، اندوسیتوز نیز به انرژی نیاز دارد، بنابراین این نیز نوعی حمل و نقل فعال است.

مانند اگزوسیتوز، اندوسیتوز انواع مختلفی دارد. انواع مختلف مشابه هستند در این که فرایند اصلی شامل تشکیل یک جیب یا فرورفتگی در غشای پلاسمایی و احاطه کردن ماده زیرین است که نیاز به انتقال به داخل سلول دارد. سه نوع عمده اندوسیتوز وجود دارد: فاگوسیتوز، پینوسیتوز، و اندوسیتوز مربوط به گیرنده.