La célula expulsa sus residuos, y también otras sustancias grandes, mediante la exocitosis: las encierra en una vesícula, una bolsa hecha de membrana, que se funde con la membrana externa de la célula y abre su contenido hacia fuera. Las partículas grandes no atraviesan la membrana, ni siquiera cuando la célula gasta energía, y por eso salen empaquetadas.
La exocitosis es el proceso por el que una célula envuelve material en una membrana y lo vierte al líquido extracelular, el fluido que rodea a las células, al fundir esa envoltura con su propia membrana externa, llamada membrana plasmática.
Es el camino inverso de la endocitosis, que introduce en la célula partículas grandes, fragmentos de células o incluso células enteras. En los dos casos hace falta energía. El material expulsado puede ser un residuo, una proteína o un mensajero químico.
Esquema · proceso
Una célula no solo mueve iones y moléculas pequeñas a través de su membrana. También necesita sacar y meter moléculas y partículas grandes. Una partícula de ese tamaño no cabe por la membrana, aunque la célula ponga energía. La solución es el transporte en bulto: rodear la carga con un trozo de membrana y desplazarla dentro de esa envoltura.
Para entrar, la membrana plasmática se hunde hacia dentro y forma un bolsillo alrededor de la partícula. El bolsillo se estrecha, se desprende y queda como una vesícula, una bolsa cerrada de membrana que flota en el interior de la célula. Eso es la endocitosis. La exocitosis recorre el mismo camino al revés.
La carga que va a salir ya está dentro de una vesícula. Esta se desplaza hasta la membrana plasmática y se une a ella. Su membrana se fusiona con la cara interior de la membrana plasmática, la envoltura se abre hacia el exterior de la célula y el contenido pasa al espacio extracelular.
En el caso de las proteínas destinadas a salir, la vesícula tiene un origen concreto. Los ribosomas, las estructuras que fabrican proteínas, se agarran al retículo endoplasmático rugoso, una red de canales de membrana. Allí la proteína se libera en un canal y puede recibir azúcares, paso llamado glicosilación. Después viaja en una vesícula hasta el aparato de Golgi.
El aparato de Golgi es una pila de discos membranosos aplanados que clasifica, modifica y reenvía lo que recibe, como una oficina de correos. Una de sus caras recibe las vesículas del retículo. Los productos se reparten por la pila y salen por la cara opuesta, empaquetados en vesículas nuevas. Si el producto está destinado al exterior, su vesícula se dirige a la superficie de la célula, se fusiona con la membrana y la carga queda secretada, es decir, liberada fuera.
La exocitosis también devuelve a la superficie la membrana que antes entró. Cuando una vesícula de endocitosis cumple su función, su membrana se funde con la membrana plasmática y vuelve a formar parte de ella. Algunas vesículas cruzan incluso la célula entera con moléculas pequeñas y las liberan por el lado contrario, un trayecto llamado transcitosis.
Comparación
| Aspecto | Exocitosis | Endocitosis |
|---|---|---|
| Dirección del transporte | Saca material de la célula al líquido extracelular | Introduce material grande desde el exterior hacia la célula |
| Origen de la vesícula | Se forma antes dentro de la célula, en el retículo o el Golgi, o tras una digestión | Se forma al hundirse la membrana plasmática alrededor de la partícula |
| Qué pasa con la membrana de la vesícula | Se fusiona con la membrana plasmática y pasa a formar parte de ella | Se desprende de la membrana plasmática y queda como vesícula libre |
| Ejemplo del texto | Secreción de un neurotransmisor en la hendidura sináptica | Un neutrófilo engulle un microbio por fagocitosis |
El neutrófilo que digiere un microbio. Un neutrófilo es un tipo de glóbulo blanco. Cuando microorganismos invaden el cuerpo, lo rodea y lo engulle por fagocitosis, que significa «comer células». La vesícula resultante se une a un lisosoma, un orgánulo que descompone el material de su interior. Cuando la célula ha extraído los nutrientes accesibles, la vesícula se fusiona con la membrana plasmática y suelta lo que queda al líquido extracelular. Este caso enseña que la exocitosis cierra el ciclo que empieza con la endocitosis y que parte de lo expulsado son restos de una digestión.
La neurona y su mensajero químico. Una neurona transmite su señal a la célula siguiente soltando neurotransmisores, moléculas mensajeras guardadas en vesículas. Cuando un impulso eléctrico, llamado potencial de acción, llega a los terminales del axón, la parte final de la neurona, se abren canales que dejan entrar iones de calcio. El calcio se asocia con proteínas de la superficie de las vesículas y favorece que se fundan con la membrana. El neurotransmisor sale por exocitosis a la hendidura sináptica, el pequeño hueco entre las dos células. En la unión entre una neurona motora y una célula muscular, ese mensajero es la acetilcolina. Aquí lo expulsado es una señal, y la entrada de calcio da la orden.
La proteína que sale a la matriz extracelular. Entre las demás sustancias que las células liberan por exocitosis están las proteínas de la matriz extracelular, el entramado que queda fuera de las células. Seguirían el trayecto descrito antes: se sintetizan en el retículo rugoso, pasan por el Golgi y salen en una vesícula que se funde con la superficie. Enseña que la célula usa la exocitosis tanto para deshacerse de algo como para fabricar su entorno.
Esquema · bifurcación
«La exocitosis sirve solo para tirar desechos.» Eliminar material de desecho es una de sus funciones, y de ahí la pregunta que da título a esta lección. Pero el mismo mecanismo libera proteínas de la matriz extracelular y los neurotransmisores que una neurona envía a otra. La vesícula es un medio de transporte, y lo que lleva dentro puede ser un residuo o un producto útil.
«Con energía suficiente, la membrana deja pasar cualquier cosa.» No ocurre así con las partículas grandes. No atraviesan la membrana ni siquiera cuando la célula aporta energía. Por eso se empaquetan en vesículas, y la energía se gasta en mover y fusionar esas bolsas, no en forzar el paso a través de la membrana.
«La membrana de la vesícula se tira con su contenido.» Al contrario. Cuando una vesícula procedente de la endocitosis se fusiona con la membrana plasmática, su membrana vuelve a ser parte de la membrana de la célula. El contenido sale al exterior y la envoltura se queda.
¿Por qué una partícula grande necesita una vesícula para salir de la célula?
Porque no puede atravesar la membrana, ni siquiera con la energía que aporta la célula. Envuelta en una vesícula, sale al fundirse esa bolsa con la membrana plasmática.
¿Qué relación hay entre la exocitosis y la endocitosis?
Son procesos inversos. La endocitosis mete material en la célula dentro de una vesícula formada a partir de la membrana plasmática, y la exocitosis lo expulsa al fundir una vesícula con esa misma membrana.
¿Qué recorrido sigue una proteína destinada al exterior?
Se fabrica en un ribosoma del retículo endoplasmático rugoso, viaja en una vesícula al aparato de Golgi, sale de él en otra vesícula, llega a la superficie y se secreta al fundirse con la membrana.
¿Qué papel tiene el calcio en la liberación de neurotransmisores?
Entra en el terminal del axón cuando llega el impulso eléctrico, se asocia con proteínas de las vesículas y favorece que se fundan con la membrana, de modo que el neurotransmisor sale por exocitosis.
¿Qué pasa con la membrana de una vesícula que viene de la endocitosis cuando se fusiona con la membrana plasmática?
Vuelve a formar parte de la membrana plasmática, mientras el contenido de la vesícula queda en el líquido extracelular.
Universitario · En inglés
Dennis E. Vance, D.E. Vance y otros
Elsevier Science, 2002
Edición actualizada que recoge los avances en bioquímica de lípidos desde 1985. Ofrece un resumen claro y actual de temas diversos del campo, a medio camino entre los manuales básicos y los artículos especializados. Sirve como texto avanzado para estudiantes y como referencia para quienes investigan lípidos,…
Universitario · En inglés
Ülo Langel
Springer, 2022
Manual universitario sobre péptidos de penetración celular, su papel en el transporte biológico y su uso como vectores en el transporte de fármacos.
Universitario · En inglés
Guofeng You
Wiley & Sons, Limited, John, 2022
Manual universitario sobre proteínas transportadoras de membrana y su papel en el transporte biológico y la farmacocinética de fármacos.
Universitario · En inglés
Alan J. Grodzinsky
Garland Science, 2011
El libro expone las fuerzas físicas que gobiernan el transporte de masa, la corriente eléctrica y el flujo de fluidos en sistemas biológicos, desde moléculas hasta tejidos y órganos. Presenta herramientas matemáticas y de ingeniería aplicadas a la biología, con ejemplos sobre tejidos, células y dispositivos de…
Recurso educativo · Introducción
biointeractive.org
Recurso educativo del Howard Hughes Medical Institute con materiales y actividades sobre transporte celular a través de membranas, pensados para la enseñanza de biología.
Base de datos · Universitario
opm.phar.umich.edu
Base de datos de estructuras de proteínas de membrana con su orientación y posicionamiento calculados respecto a la bicapa lipídica, mantenida por la Universidad de Michigan.
