Processi di endocitosi ed esocitosi

I processi di trasporto descritti fin ora per le piccole molecole polari non possono trasportare macromolecole come proteine, polinucleotidi o polisaccaridi. Eppure, le cellule riescono ad ingerire e a secernere tali macromolecole. Il trasferimento transmembrana delle macromolecole viene effettuato attraverso la formazione e la successiva fusione di vescicole di membrana. Per indicare l'entrata di materiale nella cellula si usa il termine greco endocitosi. Il processo può essere meglio specificato come pinocitosi, se ad essere ingerito è un liquido, o fagocitosi, se si tratta di materiali solidi. La secrezione di macromolecole da parte delle cellula viene detta, invece, esocitosi. Comunque, sia per l'esocitosi che per l'endocitosi, la fusione di regioni separate del doppio strato lipidico avviene in almeno due fasi: prima si avvicinano strettamente l'una all'altra e poi si fondono. Il trasferimento per endocitosi delle macromolecole attraverso le membrane richiede il controllo da parte di meccanismi specializzati. L'endocitosi mediata da recettore, ad esempio, dipende dalla presenza di molecole recettoriali nella membrana cellulare. A questi recettori si legano determinate molecole o particelle, come proteine plasmatiche, ormoni, virus, tossine e varie altre sostanze che non possono passare direttamente attraverso i canali della membrana. I recettori possono diffondere lateralmente nel piano della membrana ma, in seguito all'unione con il ligando, i complessi formatisi tendono a raggrupparsi in particolari invaginazioni della membrana chiamate fossette rivestite. Quest'ultime servono a trasferire all'interno della cellula la sostanza legata ai recettori. Una teoria per spiegare come ciò avvenga prevede la formazione di una vescicola che gemma verso il citoplasma. Questa si chiama vescicola rivestita a causa dello stato proteico di clatrina che ricopre la superficie citoplasmatica della membrana. Una volta che queste vescicole sono passate nel citosol, si pensa che esse si fondano con altri organelli, come i lisosomi, all'interno dei quali viene rilasciato il materiale introdotto. La clatrina ed i recettori vengono poi riciclati e reintegrati nella membrana plasmatica. L'esocitosi, invece, è l'opposto dell'endocitosi. Nell'esocitosi vescicole intracellulari si muovono verso la membrana cellulare, si fondono con essa e rilasciano il contenuto extracellulare. Le cellule usano l'esocitosi per portare verso l'esterno grandi molecole lipofobiche, come le proteine sintetizzate all'interno della cellula, e per sbarazzarsi degli scarti lisosomiali della digestione intracellulare. In generale, l'esocitosi coinvolge due famiglie di proteine: Rab, che aiutano le vescicole ad aderire alla membrana, e SNARE, che facilitano la fusione delle membrane. Nell'esocitosi controllata, di solito, il processo inizia con un aumento della concentrazione di Ca2+ intracellulare che agisce come segnale. Gli ioni di calcio interagiscono con una proteina sensibile a questo ione, che a sua volta provoca l'adesione delle vescicole secretorie alla membrana e quindi la fusione con essa. Quando l'area di membrana fusa si apre, il contenuto della vescicola diffonde nello spazio extracellulare, mentre la membrana vescicolare rimane parte della membrana cellulare. L'esocitosi, come l'endocitosi, richiede energia nella forma di ATP.