Aufgaben 26 Endozytose und Exozytose Manchmal müssen Zellen Partikel aufnehmen oder abgeben, die für Kanal- oder Transportproteine zu groß sind (wie das Klavier, das nicht durch die Tür passt). In diesem Fall nutzen Zellen die Flexibilität der Biomembran. Wie in Abbildung 20 gezeigt, stülpt sich die Membran ein und schnürt nach innen Vesikel1 (Membranbläschen) ab. Auf diese Art können nicht nur große Moleküle, sondern sogar andere Zellen aufgenommen werden, zB Bakterien. Wie kann die Zelle entscheiden, was sie aufnimmt (und wann diese Aufnahme erfolgt)? Dies lässt sich anhand der selektiven Endozytose von Cholesterol gut darstellen (kAbb. 24): Cholesterol ist für unsere Zellen überlebenswichtig, da es für geschmeidige Zellmembranen sorgt (siehe S. 22). Cholesterol muss aber zum Transport im Blut an ein Trägerprotein gebunden werden, da es ein lipophiles (und damit wasserunlösliches) Molekül ist. Diese Trägerproteine (Low-Density-Lipoprotein, LDL) sind zu groß, um durch die Membran zu passen. Sie werden aber von Rezeptoren in der Zellmembran erkannt und gebunden. Die Bindung löst dann die Endozytose aus. Dieser Prozess kann auch in der Gegenrichtung ablaufen: Die Zelle gibt auszuscheidende Stoffe in einen Membranraum ab, der dann als Vesikel in der Zelle vorliegt. Dieses gefüllte Vesikel wird zur Zellmembran transportiert und verschmilzt dort mit ihr. Dabei wird der Inhalt nach außen abgegeben (entsprechend der Gegenrichtung des in Abb. 24 gezeigten Ablaufs). Dieser Vorgang heißt Exozytose. Auf diese Art und Weise schütten viele Drüsenzellen ihre Sekrete aus, zB Hormon- oder Giftdrüsen. Auch die Übertragung von Signalen zwischen zwei Nervenzellen erfolgt mit diesem Mechanismus. Bestimmte Zellen können in ihrem Inneren große Mengen an gefüllten Vesikeln speichern, deren Inhalt bei Bedarf sehr schnell ausgeschüttet wird. Wie eingangs erwähnt, können Zellen auf diesem Weg nicht nur große Moleküle, sondern sogar Zellteile oder kleine Zellen aufnehmen. Dieser Vorgang wird als Phagozytose bezeichnet. Für Einzeller stellt dies eine Form der Nahrungsaufnahme dar – Amöben fressen auf diese Art andere einzellige Organismen. Doch auch bei vielzelligen Organismen gibt es Phagozytose: So beaufsichtigen in deinem Blut so genannte Fresszellen, die für die Beseitigung von Mikroorganismen sowie von alten oder beschädigten Blutkörperchen zuständig sind. 1 Vesikel: sehr kleines Bläschen innerhalb von Zellen, das von einer Membran oder einer Proteinhülle umgeben ist 2 Vakuole: größeres von einer Membran umschlossenes Bläschen, das sich durch Phagozytose aus Teilen der Zellmembran gebildet hat, zB Nahrungsvakuole Größere Moleküle werden über Endozytose in die Zelle aufgenommen und über Exozytose aus der Zelle abgegeben Abb. 24: Endozytose. Manche Moleküle oder kleinste organische Partikel werden durch Endozytose in die Zelle geschleust (hier am Beispiel des LDL-Cholesterolkomplexes gezeigt). Dieser Vorgang kann auch in die Gegenrichtung ablaufen, um Substanzen auszuschleusen – man spricht dann von Exozytose. äußeres Milieu Zellinnenraum Zytoplasma Vesikel Rezeptor LDL-Cholesterol-Komplex Zellmembran Binden passende Moleküle an die Rezeptoren der Zellmembran, dann lösen die Rezeptorproteine die Endozytose aus. 1 W In Abbildung 25 siehst du die schematische Darstellung der Ernährung einer Amöbe. Beschreibe den Vorgang und vergleiche mit der in Abb. 24 gezeigten Endozytose. 2 W Nenne Möglichkeiten, wie die Verdauungsprodukte aus dem Vakuoleninnenraum in das Zytoplasma der Amöbe gelangen können, ohne dass die Kompartimentierung aufgehoben wird. Zellmembran ER Zellkern Zytoplasma Nahrungsvakuole Nahrungspartikel Exozytose Endozytose Lysosomen Golgi-Apparat Abb. 25: Ernährung einer Amöbe (Schema). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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