Exocitose: processo, tipos, funções e exemplos - Ciência - 2023

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o exocitose É um processo pelo qual a célula expele material para fora do citoplasma através da membrana celular. Ocorre por meio de vesículas encontradas no interior da célula, chamadas exossomos, que se fundem com a membrana plasmática e liberam seu conteúdo para o meio externo. O processo reverso é chamado de endocitose.

Como a endocitose, é um processo exclusivo das células eucarióticas. As funções de endocitose e exocitose precisam estar em um equilíbrio dinâmico e preciso para que a membrana celular mantenha o tamanho e a composição que a caracteriza.

A exocitose ocorre na célula em primeiro lugar para eliminar as substâncias que não são digeríveis pela máquina digestiva e que entraram nela durante o processo endocítico. Além disso, é um mecanismo utilizado para a liberação de hormônios em diferentes níveis celulares.

A exocitose também pode transportar substâncias através de uma barreira celular, o que envolve o acoplamento dos processos de entrada e saída na célula.

Uma substância pode ser capturada de um lado da parede de um vaso sanguíneo por meio do processo de pinocitose, mobilizada pela célula e liberada do outro lado por meio de exocitose.

O que são exossomos?

Os exossomos são pequenas vesículas de membrana de origem variada, secretadas pela maioria dos tipos de células, e acredita-se que desempenhem papéis importantes na comunicação intercelular. Embora exossomos tenham sido descritos apenas recentemente, o interesse por essas vesículas aumentou dramaticamente nos últimos anos.

Esta descoberta despertou um interesse renovado no campo geral das vesículas de membrana secretadas, envolvidas na modulação das comunicações intercelulares.

Os exossomos foram inicialmente considerados como organelas celulares altamente específicas com material descartado pela célula porque eles tinham componentes moleculares indesejados ou "lixo metabólico". Eles também eram vistos como um símbolo de morte celular porque carregavam substâncias residuais.

No entanto, após a descoberta de que contêm proteínas, lipídios e material genético (como moléculas envolvidas na regulação, incluindo mRNA e microRNA), concluiu-se que podem afetar as células de forma mais complexa.

Processo

Assim como a endocitose, o processo de secreção celular requer energia na forma de ATP, por ser um processo ativo. O aparelho de Golgi tem papel fundamental na exocitose, pois a membrana que embala os materiais destinados à secreção celular é quebrada.

As vesículas de transporte intracelular originam-se do aparelho de Golgi, movendo-se com seu conteúdo pelo citoplasma, ao longo dos microtúbulos citoplasmáticos, em direção à membrana celular, fundindo-se a ela e liberando seu conteúdo para o fluido extracelular.

Endocitose e exocitose mantêm um equilíbrio na célula que permite que as dimensões e propriedades da membrana plasmática sejam preservadas. Caso contrário, a membrana de uma célula mudaria suas dimensões ao ser estendida pela adição da membrana das vesículas de excreção que são adicionadas a ela.

Dessa forma, o excesso de membrana adicionado na exocitose é integrado novamente por endocitose, retornando essa membrana através das vesículas endocíticas ao aparelho de Golgi, onde é reciclada.

Exossomos não originados do aparelho de Golgi

Nem todo material destinado à exocitose vem da rede trans do aparelho de Golgi. Parte disso vem de endossomos iniciais. São organelas celulares especializadas em receber as vesículas formadas durante o processo de endocitose.

Nelas, após a fusão com um endossomo, parte do conteúdo é reutilizado e transportado para a membrana celular por meio de vesículas que se formam no próprio endossomo.

Por outro lado, nos terminais pré-sinápticos, os neurotransmissores são liberados em vesículas independentes para acelerar a comunicação nervosa. As últimas são frequentemente vesículas de exocitose constitutivas descritas abaixo.

Tipos

O processo de exocitose pode ser constitutivo ou intermitente, este último também conhecido como exocitose regulada. As vesículas podem vir de compartimentos celulares, como endossomos primários (que também recebem vesículas endocíticas) ou podem ser produzidas diretamente no domínio trans do aparelho de Golgi.

O reconhecimento de proteínas para uma via de exocitose ou outra será dado pela detecção de regiões de sinal compartilhadas entre as proteínas.

Via de exocitose constitutiva

Este tipo de exocitose ocorre em todas as células e de forma incessante. Aqui, muitas proteínas solúveis são continuamente expelidas para fora da célula, e muitas outras são recicladas, incorporando-se à membrana plasmática para acelerar e permitir sua regeneração, uma vez que durante a endocitose a membrana é rapidamente internalizada.

Esta via de exocitose não é regulada, por isso está sempre em processo. Em células caliciformes do intestino e fibroblastos do tecido conjuntivo, por exemplo, a exocitose é constitutiva, ocorrendo constantemente. As células caliciformes liberam muco constantemente, enquanto os fibroblastos liberam colágeno.

Em muitas células polarizadas nos tecidos, a membrana é dividida em dois domínios distintos (domínio apical e basolateral), que contêm uma série de proteínas relacionadas à sua diferenciação funcional.

Nestes casos, as proteínas são transportadas seletivamente para os diferentes domínios pela via constitutiva da rede trans de Golgi.

Isso é realizado por pelo menos dois tipos de vesículas secretoras constitutivas que se direcionam diretamente para o domínio apical ou basolateral dessas células polarizadas.

Via regulada de exocitose

Esse processo é exclusivo de células especializadas para secreção, em que uma série de proteínas ou produtos glandulares são selecionados pelo transdomínio do aparelho de Golgi e enviados para vesículas secretoras especiais, onde são concentrados e depois liberados para a matriz extracelular quando recebe algum estímulo extracelular.

Muitas células endócrinas que armazenam hormônios em vesículas secretoras, iniciam a exocitose somente após reconhecer um sinal de fora da célula, sendo um processo intermitente.

A fusão das vesículas com a membrana celular é um processo comum em vários tipos de células (de neurônios a células endócrinas).

Proteínas envolvidas no processo de exocitose regulada

Duas famílias de proteínas estão envolvidas no processo de exocitose:

Os Rab, que são responsáveis por ancorar a vesícula à membrana e dar especificidade ao transporte vesicular. Geralmente estão associados ao GTP em sua forma ativa.
Por outro lado, as proteínas efetoras SNARE permitem a fusão entre as membranas. Um aumento na concentração de cálcio (Ca2 +) dentro da célula, funciona como um sinal no processo.

A proteína Rab reconhece o aumento do Ca2 + intracelular e inicia a ancoragem da vesícula à membrana. A área da vesícula que foi fundida se abre e libera seu conteúdo para o espaço extracelular, enquanto a vesícula se funde com a membrana celular.

Exocitose "beijar e correr"?

Nesse caso, a vesícula que está prestes a se fundir com a membrana não o faz completamente, mas temporariamente, formando uma pequena abertura na membrana. É quando o interior da vesícula biliar entra em contato com o exterior da célula, liberando seu conteúdo.

O poro se fecha imediatamente em seguida e a vesícula biliar permanece no lado citoplasmático. Este processo está intimamente ligado à sinapse hipocampal.

Características

As células realizam o processo de exocitose, para transportar e liberar grandes moléculas lipofóbicas como proteínas sintetizadas nas células. É também um mecanismo pelo qual os resíduos que permanecem nos lisossomos após a digestão intracelular são eliminados.

A exocitose é um importante intermediário na ativação de proteínas que permanecem armazenadas e inativas (zimógenos). Enzimas digestivas, por exemplo, são produzidas e armazenadas, ativadas após serem liberadas das células para a luz intestinal por meio desse processo.

A exocitose também pode atuar como um processo de transcitose. Este último consiste em um mecanismo que permite que algumas substâncias e moléculas passem pelo citoplasma de uma célula, passando de uma região extracelular para outra extracelular.

O movimento das vesículas de transcitose depende do citoesqueleto da célula. As microfibras de actina têm função motora, enquanto os microtúbulos indicam a direção a ser seguida pela vesícula.

A transcitose permite que moléculas grandes passem por um epitélio, permanecendo ilesas. Nesse processo, os bebês absorvem os anticorpos maternos por meio do leite. Estes são absorvidos na superfície apical do epitélio intestinal e são liberados no líquido extracelular.

Exossomos como mensageiros intercelulares

No sistema imunológico, as vesículas excretórias ou exossomos desempenham um papel importante na comunicação intercelular. Foi demonstrado que algumas células, como os linfócitos B, secretam exossomos com moléculas essenciais para a resposta imune adaptativa.

Os referidos exossomos também apresentam complexos MHC-peptídeo com células T específicas do sistema imunológico.

As células dendríticas secretam exossomos com complexos de peptídeos do MHC, que induzem respostas imunes antitumorais. Vários estudos indicaram que esses exossomos são excretados por algumas células e capturados por outras.

Desta forma, elementos moleculares importantes, como antígenos ou complexos de peptídeos são adicionados ou obtidos que aumentam a gama de células apresentadoras de antígenos.

Da mesma forma, esse processo de troca de informações aumenta a eficiência da indução de respostas imunes, ou mesmo de sinais negativos que levam à morte da célula-alvo.

Algumas tentativas têm sido feitas para usar os exossomos como forma de terapia do câncer em humanos, com o objetivo de transmitir informações que modulem as células tumorais, levando-as à apoptose.

Exemplos

Em organismos como protozoários e esponjas que têm digestão intracelular, as substâncias nutritivas são absorvidas por fagocitose e os detritos não digeríveis são removidos da célula por exocitose. No entanto, em outros organismos, o processo se torna mais complexo.

Exocitose em vertebrados

Nos mamíferos, durante a formação dos eritrócitos, o núcleo, junto com outras organelas, se contrai, tornando-se vestigial. Este é então envolvido em uma vesícula e expelido da célula através do processo de exocitose.

Em contraste, muitas células endócrinas que armazenam hormônios nas vesículas excretoras, iniciam a exocitose somente após reconhecer um sinal de fora da célula, sendo um processo de exocitose intermitente ou regulado.

A exocitose desempenha papéis importantes em alguns mecanismos de resposta do corpo, como a inflamação. Esse mecanismo de resposta é mediado principalmente pela histamina, presente nos mastócitos.

Quando a histamina é liberada para o exterior da célula por meio de exocitose, permite a dilatação dos vasos sanguíneos, tornando-os mais permeáveis. Além disso, aumenta a sensibilidade dos nervos sensores, causando os sintomas de inflamação.

Exocitose na liberação de neurotransmissores

Os neurotransmissores movem-se rapidamente pela junção sináptica, ligando-se aos receptores na porção pós-sináptica. O armazenamento e a liberação de neurotransmissores são realizados por um processo de várias etapas.

Uma das etapas mais relevantes é a união das vesículas sinápticas à membrana pré-sináptica e a liberação de seu conteúdo por exocitose à fenda sináptica. A liberação de serotonina pelas células neuronais ocorre dessa forma.

Nesse caso, o mecanismo é desencadeado pela despolarização celular, que induz a abertura dos canais de cálcio e, uma vez que entra na célula, promove o mecanismo de expulsão desse neurotransmissor pelas vesículas excretórias.

Exocitose em outros eucariotos

A exocitose é o meio pelo qual as proteínas da membrana se implantam na membrana celular.

Em células vegetais, a exocitose é usada na constituição das paredes celulares. Por meio desse processo, algumas proteínas e determinados carboidratos que foram sintetizados no aparelho de Golgi são mobilizados para o exterior da membrana, para serem utilizados na construção da referida estrutura.

Em muitos protistas com parede celular ausente, existem vacúolos contráteis que atuam como bombas celulares. Eles reconhecem o excesso de água dentro da célula e a expelem para fora dela, fornecendo um mecanismo de regulação osmótica. O funcionamento do vacúolo contrátil é realizado como um processo de exocitose.

Alguns vírus usam exocitose

Os vírus de DNA envelopados usam exocitose como mecanismo de liberação. Após a multiplicação e montagem do vírion na célula hospedeira e uma vez adquirido uma membrana envolvente da nucleoproteína, ele deixa o núcleo celular, migrando para o retículo endoplasmático e daí para as vesículas de expulsão.

Por meio desse mecanismo de liberação, a célula hospedeira permanece intacta, ao contrário de muitos outros vírus de plantas e animais que causam autólise celular para sair dessas células.

Referências

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2004). Biologia celular essencial. Nova York: Garland Science. 2ª Edição
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Biologia molecular da célula. Garland Science, Taylor and Francis Group.
Cooper, G. M., Hausman, R. E. & Wright, N. (2010). A célula. (pp. 397-402). Marban.
Devlin, T. M. (1992). Livro didático de bioquímica: com correlações clínicas. John Wiley & Sons, Inc.
Dikeakos, J. D., & Reudelhuber, T. L. (2007). Envio de proteínas para grânulos secretores de núcleo denso: ainda há muito para resolver. The Journal of cell biology, 177 (2), 191-196.
Hickman, C. P, Roberts, L. S., Keen, S. L., Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, D. J. (2008). Princípios Integrados de zoologia. Nova York: McGraw-Hill. 14^º Edição.
Madigan, M. T., Martinko, J. M. & Parker, J. (2004). Brock: Biologia de Microorganismos. Pearson Education.
Maravillas-Montero, J. L., & Martínez-Cortés, I. (2017). Os exossomos de células apresentadoras de antígenos e seu papel na regulação das respostas imunes. Revista alergia México, 64 (4), 463-476.
Pacheco, M. M., Diego, M. A. P., & García, P. M. (2017). Atlas of Plant and Animal Histology. Alambique: Didática das Ciências Experimentais, (90), 76-77.
Silverthorn, D. U. (2008). Fisiologia Humana / Fisiologia Humana: Uma Abordagem Integrada. Panamerican Medical Ed.
Stanier, R. Y. (1996). Microbiologia. Eu inverti.
Stevens, C. F., & Williams, J. H. (2000). Exocitose "beije e corra" nas sinapses do hipocampo. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (23), 12828-12833.
Théry, C. (2011). Exossomos: vesículas secretadas e comunicações intercelulares. Relatórios de biologia F1000, 3.