Exocytosis là gì? Toàn bộ quy trình, các loại và vai trò trong tế bào

Exocytosis (xuất bào) là một quá trình tế bào quan trọng, cho phép tế bào vận chuyển các phân tử từ bên trong ra bên ngoài. Quá trình này đòi hỏi năng lượng và được xếp vào loại vận chuyển chủ động. Exocytosis đóng vai trò thiết yếu trong cả tế bào động vật và thực vật, thực hiện chức năng ngược lại với endocytosis (nhập bào). Trong khi endocytosis đưa các chất từ môi trường bên ngoài vào tế bào, exocytosis lại đẩy các chất từ bên trong tế bào ra ngoài.

:max_bytes(150000):strip_icc()/exocytosis-5b737a6146e0fb00258f5343.jpg)

Quy trình cơ bản của Exocytosis

Exocytosis diễn ra theo một trình tự các bước cơ bản:

  1. Vận chuyển túi: Các túi (vesicles) chứa các phân tử cần vận chuyển sẽ di chuyển từ bên trong tế bào đến màng tế bào.
  2. Tiếp cận và gắn kết: Túi tiếp cận màng tế bào và gắn vào đó.
  3. Hợp nhất và giải phóng: Màng túi hợp nhất với màng tế bào, giải phóng các thành phần bên trong túi ra môi trường bên ngoài tế bào.

Exocytosis đóng nhiều vai trò quan trọng:

  • Loại bỏ chất thải: Giúp tế bào loại bỏ các chất thải và sản phẩm không cần thiết.
  • Tiết các phân tử: Cho phép tế bào tiết ra các phân tử như hormone và protein, phục vụ các chức năng cụ thể.
  • Truyền tín hiệu: Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu hóa học và giao tiếp giữa các tế bào.
  • Tái tạo màng tế bào: Bổ sung lipid và protein vào màng tế bào, thay thế các thành phần bị mất đi do endocytosis.

:max_bytes(150000):strip_icc()/golgi-apparatus-58b8ba0f3df78c353c0c6d1f.jpg)

Túi Exocytotic (Exocytotic Vesicles)

Các túi exocytotic, chứa các sản phẩm protein, thường có nguồn gốc từ bộ máy Golgi (Golgi apparatus). Protein và lipid được tổng hợp trong lưới nội chất (endoplasmic reticulum) được chuyển đến bộ máy Golgi để chỉnh sửa và phân loại. Sau khi được xử lý, các sản phẩm này được đóng gói vào các túi tiết, hình thành từ mặt trans của bộ máy Golgi.

Tuy nhiên, không phải tất cả các túi hợp nhất với màng tế bào đều xuất phát trực tiếp từ bộ máy Golgi. Một số túi được hình thành từ endosome sớm, là các túi màng được tìm thấy trong tế bào chất. Endosome sớm hợp nhất với các túi hình thành do endocytosis của màng tế bào. Các endosome này sắp xếp các vật liệu được đưa vào tế bào (protein, lipid, vi khuẩn, v.v.) và chuyển chúng đến các đích phù hợp. Các túi vận chuyển nảy chồi từ endosome sớm sẽ đưa chất thải đến lysosome để phân hủy, đồng thời trả protein và lipid trở lại màng tế bào. Các túi nằm ở các đầu tận cùng thần kinh trong tế bào thần kinh cũng là ví dụ về các túi không có nguồn gốc từ phức hợp Golgi.

:max_bytes(150000):strip_icc()/1200px-Golgi_apparatus_2-565a08063df78c346da14f3d.png)

Các loại Exocytosis

Có ba con đường exocytosis chính:

  1. Exocytosis cấu thành (Constitutive Exocytosis): Quá trình tiết các phân tử diễn ra liên tục, không cần tín hiệu đặc biệt. Tất cả các tế bào đều thực hiện exocytosis cấu thành để cung cấp protein màng tế bào và lipid cho bề mặt tế bào, đồng thời đẩy các chất ra bên ngoài.
  2. Exocytosis điều hòa (Regulated Exocytosis): Quá trình giải phóng vật liệu trong túi chỉ xảy ra khi có tín hiệu ngoại bào. Exocytosis điều hòa phổ biến ở các tế bào tiết, nơi lưu trữ các sản phẩm như hormone, chất dẫn truyền thần kinh và enzyme tiêu hóa, chỉ được giải phóng khi có tín hiệu kích hoạt. Các túi tiết không hợp nhất hoàn toàn vào màng tế bào mà chỉ hợp nhất đủ lâu để giải phóng nội dung, sau đó tái tạo và trở lại tế bào chất.
  3. Exocytosis trung gian lysosome: Liên quan đến sự hợp nhất của các túi với lysosome. Lysosome chứa các enzyme hydrolase axit, phân hủy chất thải, vi khuẩn và các mảnh vụn tế bào. Lysosome mang vật liệu đã tiêu hóa đến màng tế bào, nơi chúng hợp nhất và giải phóng nội dung vào chất nền ngoại bào.

:max_bytes(150000):strip_icc()/exocytosis-types-5b737e94c9e77c00577cd6e1.jpg)

Các bước của Exocytosis

Exocytosis diễn ra qua nhiều bước, có sự khác biệt giữa exocytosis cấu thành và điều hòa:

  • Exocytosis cấu thành: 4 bước
  • Exocytosis điều hòa: 5 bước

Các bước bao gồm:

  1. Vận chuyển (Trafficking): Các túi được vận chuyển đến màng tế bào dọc theo các vi ống của khung xương tế bào (cytoskeleton). Quá trình này được điều khiển bởi các protein động cơ như kinesin, dynein và myosin.

  2. Neo đậu (Tethering): Khi đến màng tế bào, túi sẽ liên kết và tiếp xúc với màng.

  3. Gắn kết (Docking): Màng túi gắn kết chặt chẽ với màng tế bào. Các lớp kép phospholipid của cả hai màng bắt đầu hợp nhất.

  4. Mồi (Priming): Chỉ xảy ra trong exocytosis điều hòa. Bước này liên quan đến các thay đổi cụ thể trong các phân tử màng tế bào để chuẩn bị cho quá trình hợp nhất. Những thay đổi này rất quan trọng cho các quá trình báo hiệu kích hoạt sự giải phóng exocytosis.

  5. Hợp nhất (Fusion): Có hai kiểu hợp nhất có thể xảy ra:

    • Hợp nhất hoàn toàn (Full Fusion): Màng túi hợp nhất hoàn toàn với màng tế bào. Năng lượng cần thiết để tách và kết hợp các màng lipid đến từ ATP. Sự hợp nhất tạo ra một lỗ hợp nhất (fusion pore), cho phép các thành phần của túi bị trục xuất ra ngoài khi túi trở thành một phần của màng tế bào.
    • “Hôn và chạy” (Kiss-and-Run Fusion): Túi tạm thời hợp nhất với màng tế bào đủ lâu để tạo ra một lỗ hợp nhất và giải phóng nội dung của nó ra bên ngoài tế bào. Sau đó, túi tách ra khỏi màng tế bào và tái tạo trước khi trở về bên trong tế bào.

:max_bytes(150000):strip_icc()/exocytosis-steps-5b73813146e0fb0025a62955.jpg)

Exocytosis trong tuyến tụy

Exocytosis được sử dụng bởi nhiều tế bào trong cơ thể để vận chuyển protein và giao tiếp tế bào. Trong tuyến tụy, các cụm tế bào nhỏ gọi là đảo Langerhans sản xuất các hormone insulin và glucagon. Các hormone này được lưu trữ trong các hạt tiết và được giải phóng bằng exocytosis khi nhận được tín hiệu.

Khi nồng độ glucose trong máu quá cao, insulin được giải phóng từ các tế bào beta đảo nhỏ, khiến các tế bào và mô hấp thụ glucose từ máu. Khi nồng độ glucose thấp, glucagon được tiết ra từ các tế bào alpha đảo nhỏ. Điều này làm cho gan chuyển đổi glycogen dự trữ thành glucose, sau đó được giải phóng vào máu, làm tăng lượng đường trong máu. Ngoài các hormone, tuyến tụy còn tiết ra các enzyme tiêu hóa (protease, lipase, amylase) thông qua exocytosis.

:max_bytes(150000):strip_icc()/pancreas-5b73829cc9e77c0057848526.jpg)

Exocytosis trong Neuron (tế bào thần kinh)

Exocytosis synap (Synaptic exocytosis) xảy ra trong các tế bào thần kinh của hệ thần kinh. Các tế bào thần kinh giao tiếp bằng các tín hiệu điện hoặc hóa học (chất dẫn truyền thần kinh) truyền từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác. Chất dẫn truyền thần kinh được truyền bằng exocytosis. Chúng là những thông điệp hóa học được vận chuyển từ dây thần kinh đến dây thần kinh bằng các túi thần kinh. Các túi synap là các túi màng được hình thành do endocytosis của màng plasma ở các đầu tận cùng thần kinh tiền synap.

Khi được hình thành, các túi này chứa đầy chất dẫn truyền thần kinh và được gửi đến một vùng của màng plasma gọi là vùng hoạt động. Các synap đang chờ đợi một tín hiệu, một dòng ion canxi mang lại bởi một điện thế hoạt động, cho phép các túi gắn vào màng trước synap. Phản ứng hợp nhất thực tế của các túi với màng trước synap không xảy ra cho đến khi một dòng ion canxi thứ hai xảy ra.

Sau khi nhận được tín hiệu thứ hai, các synap hợp nhất với màng trước synap tạo ra một lỗ hợp nhất. Lỗ này mở rộng khi hai màng trở thành một và các chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng vào khe synap (khoảng cách giữa các tế bào thần kinh tiền synap và sau synap). Các chất dẫn truyền thần kinh liên kết với các thụ thể trên nơron sau synap. Các tế bào thần kinh sau synap có thể được kích thích hoặc ức chế bởi sự gắn kết của các chất dẫn truyền thần kinh.

:max_bytes(150000):strip_icc()/neurotransmission-5b7384d5c9e77c005799e549.jpg)

Kết luận

Exocytosis là một quá trình thiết yếu cho sự sống của tế bào, cho phép vận chuyển các chất từ bên trong ra bên ngoài. Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ chất thải, truyền tín hiệu giữa các tế bào và tái tạo màng tế bào. Hiểu rõ về exocytosis giúp chúng ta có cái nhìn sâu sắc hơn về các chức năng tế bào và các quá trình sinh học phức tạp.

Nguồn tham khảo