Endozytose
In diesem Beitrag erklären wir dir, was der Transportprozess Endozytose ist, welche Formen es gibt und wo er vorkommt. Schaue dir auch unser anschauliches Video dazu an.
Inhaltsübersicht
Endozytose einfach erklärt
Die Endozytose oder Endocytose kannst du dir gut aus dem Griechischen herleiten, denn „endon“ bedeutet „innen“ und „kytos“ soviel wie „Höhlung, Zelle“ . Es handelt sich hier um einen Transportvorgang, bei dem eine Zelle durch Einstülpung ihrer Plasmamembran Flüssigkeiten oder Feststoffe aufnehmen kann. Zum Beispiel nehmen sogenannte „Fresszellen“ wie die Makrophagen Fremdsubstanzen (z.B. Bakterienzellen ) über Endozytose auf, um unseren Körper davor zu schützen.
Dabei bilden sich membranumhüllte Bläschen – Vesikel – die die aufgenommenen Substanzen umschließen und in das Innere der Zelle transportieren. Die Endozytose ist der gegensätzliche Vorgang zur Exocytose , bei der Stoffe aus der Zelle heraus transportiert werden.
Du kannst die Endozytose in die Pinozytose, Phagozytose und rezeptorvermittelte Endozytose unterteilen. Bei der Pinozytose („zelluläres Trinken“) werden Flüssigkeiten in kleinen Vesikeln eingeschleust; bei der Phagozytose („zelluläres Fressen“) sind es größere feste Nahrungspartikel oder ganze Zellen in großen Vesikeln. Bei der rezeptorvermittelten Endozytose können ganz spezielle Moleküle in die Zellen gelangen, indem sie an einen passenden Rezeptor auf der Zellmembran „docken“.
Die Endozytose (engl. endocytosis) ist ein Transportvorgang, bei dem eukaryotische Zellen durch Einstülpung der Plasmamembran Flüssigkeiten (=Pinozytose) oder Feststoffe (=Phagozytose) aufnehmen und in Form von Vesikeln in das Innere der Zelle transportieren.
Endozytose Formen
Die Zellmembranen eukaryotischer Zellen sind aus einer Doppelschicht aus Phospholipiden aufgebaut. Sie sind nur für manche Stoffe wie kleine unpolare Moleküle oder Gase (z.B. Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid) durchlässig. Andere größere Stoffe können über spezielle Proteine (Kanal- oder Carrierproteine) die Membran passieren (= selektive Permeabilität ). Dazu zählen Aminosäuren, Ionen oder kleine Zuckermoleküle (z.B. Glucose).
Doch wie können große Moleküle (=Makromoleküle) wie Vielfachzucker oder Proteine, die für viele wichtige Prozesse in der Zelle benötigt werden, die Membran durchqueren?
Hier kommt die Endozytose ins Spiel. Darunter kannst du verstehen, wie du bereits gelernt hast, dass Flüssigkeiten oder Feststoffe durch Einstülpung der Membran in das Innere der Zellen transportiert werden können. Es bilden sich membranumhüllte Bläschen, die die zu transportierenden Substanzen umhüllen. Diese Bläschen werden eben als Vesikel bezeichnet.
Du kannst die Endozytose prinzipiell in drei Formen unterteilen: Die Phagozytose, die Pinozytose und die rezeptorvermittelte Endozytose:
Phagozytose
Bei der Phagozytose handelt es sich um die Aufnahme von Feststoffen, also großen Molekülen (Makromoleküle) oder auch ganzen Zellen wie beispielsweise Bakterienzellen .
Phagozytose Einzeller
Einzeller (Protozoa) wie die Amöbe oder das Pantoffeltierchen nutzen die Phagozytose als Weg zur Nahrungsaufnahme. Die Nahrungsteilchen werden aus der umgebenden Flüssigkeit aufgenommen und in Vesikeln, sogenannten Nahrungsvakuolen , transportiert. Diese fusionieren dann mit einem Lysosom .
Unter einem Lysosom kannst du dir ein kleines Bläschen, das von einer Biomembran umgeben ist, vorstellen. In seinem Inneren enthält es Verdauungsenzyme, sogenannte lysosomale Enzyme. Sie zerkleinern dann die Nahrungspartikel und ernähren so das Lebewesen.
Endosymbiontentheorie
Über die Phagozytose sollen auch manche Zellorganellen wie die Chloroplasten oder Mitochondrien bei eukaryotischen Lebewesen entstanden sein. Gemäß der Endosymbiontentheorie haben eukaryotische Zellen kleine prokaryotische Zellen in einer Art Phagozytose „gefressen“ und nicht verdaut, woraus dann eigene Zellorganellen hervorgingen.
Phagozytose Säugetiere
In höheren Organismen wie uns Säugetieren besitzt die Phagozytose auch die Aufgabe, die Zellen vor Krankheitserregern zu schützen oder beim Abbau von beschädigten Zellen mitzuwirken. Fresszellen (Makrophagen, Granulozyten, …) nehmen diese Fremdkörper über ihre Plasmamembran in Form eines Phagosoms auf.
Darunter kannst du dir ein membranumhülltes Zellorganell vorstellen, das den Fremdkörper umschließt. Verschmilzt jetzt ein Lysosom in Makrophagen mit dem Phagosom entstehen Phagolysosomen. Die Lysosomen liefern dem Phagosom die notwendigen Enzyme, um den Fremdkörper abzubauen.
Pinozytose
Unter Pinozytose kannst du verstehen, dass Flüssigkeiten über die Endozytose in die Zellen transportiert werden. Das Wort „pino“ stammt aus dem griechischen und bedeutet Trinken, deshalb kannst du die Pinozytose auch als „Zelluläres Trinken“ bezeichnen. Die flüssigen oder gelösten Bestandteile aus dem Extrazellularraum werden nicht über Diffusion , sondern in kleinen Vesikeln transportiert.
Pinozytose kommt beispielsweise bei Endothelzellen vor. Darunter kannst du dir eine einzellige Schicht aus Zellen vorstellen, die kleine Blutgefäße (Blutkapillaren) auskleiden. Dadurch grenzen sie diese vom umgebenden Gewebe ab. Die Endothelzellen können durch Pinozytose rasch Flüssigkeiten aus dem Blut aufnehmen. So ist ein kontrollierter Stoffaustausch aus Blut und Umgebung gewährleistet. Das ist besonders in der Blut-Hirn-Schranke sehr wichtig, da dort die Nervenzellen im Gehirn geschützt werden müssen.
Rezeptorvermittelte Endozytose
Die letzte Form der Endozytose ist die rezeptorvermittelte Endozytose. Sie wird von Tierzellen genutzt, um bestimmte Makromoleküle aus der Umgebung der Zelle einzufangen. Durch einen spezifischen Erkennungsmechanismus an der Zelloberfläche kann die Zelle entscheiden, welche Moleküle sie genau aufnehmen möchte. So können die Zellen auch bestimmte Moleküle, die nicht in hoher Konzentration vorkommen, selektiv aufnehmen.
Das funktioniert, indem die Moleküle mit ihrer Struktur genau auf einen Rezeptor passen, der sich auf der Oberfläche extrazellulär (im Außenbereich) befindet. Unter einem Rezeptor kannst du dir ein Protein vorstellen, dass in die Membran integriert ist. Die Substanz, die in der Zelle benötigt wird, passt nun wie eine Art Schlüssel in den Rezeptor (=Schloss).
Durch dieses „Andocken“ kommt es zu einer Einstülpung der Plasmamembran. Diese Einstülpung vertieft sich nun immer weiter bis sie die Substanz komplett umschließt. Da die Phospholipide in der Membran sehr beweglich sind (Flüssig-Mosaik-Modell ), haben Membranen die Eigenschaft neu zu fusionieren und sich dadurch zu vergrößern oder zu verkleinern.
Genau das passiert jetzt: Es bildet sich eine komplette Membranhülle um die Substanz , was du als unser Vesikel bezeichnest. Es kann nun ins das Zellinnere transportiert werden. Die „offenen“ Enden der Zellmembran verschließen sich daraufhin wieder und eine geschlossene Zellmembran begrenzt die Zelle.
Ein bekanntes Beispiel für die rezeptorvermittelte Endozytose ist die über das Protein Clathrin vermittelte Endozytose. Die schauen wir uns im Folgenden etwas genauer an.
Clathrin vermittelte Endozytose
Bei der Clathrin vermittelten Endozytose sind auf der Plasmamembran sogenannte coated pits vorhanden. Das bedeutet aus dem Englischen übersetzt „überzogene Grube“ (coated = überzogen, pit = Grube). Darunter kannst du dir eine leichte Vertiefung in der Plasmamembran vorstellen. An der Oberfläche in der Außenschicht der Membran (extrazellulär) sind Rezeptorproteine lokalisiert. Die Innenseite der coated pits ist von Proteinen wie dem Clathrin überzogen.
Bindet nur das Makromolekül, das in die Zelle hinein soll, an den spezifischen Rezeptor, stülpt sich diese coated-pit-Region ein und es bildet sich ein Vesikel. Dieses Vesikel schließt das Molekül ein und transportiert es in die Zelle. Die Clathrin-Moleküle sind zur Verstärkung da und bieten Stabilität bei diesem Transport.
In einem weiteren Schritt verliert das Vesikel nun seine Clathrin-Hülle und kann mit primären Lysosomen fusionieren. Daraufhin kann die Verdauung des Vesikelinhalts starten. Das Vesikel setzt nun die zerkleinerten Produkte (Monomere) in das Cytoplasma frei.
Ein Beispiel für die rezeptorvermittelte Endozytose ist die Aufnahme von Cholesterol in unseren Leberzellen. Cholesterol ist ein wichtiger Bestandteil in den Biomembranen und Startpunkt für die Herstellung von Gallensäuren, bestimmten Hormonen oder auch Vitamin D3.
