Die Zelle hat viele verschiedene Methoden, um Stoffe aufzunehmen. Hierzu gehören zum Beispiel Ionenkanäle und Carrier-Proteine. Sie ist aber auch in der Lage, Stoffe ohne Hilfsproteine aufzunehmen. Dieser Vorgang nennt sich Endozytose.
Definition Endozytose
Bei der Endozytose (auch Endocytose) nimmt die Zelle über ihre Membran Stoffe von außerhalb auf, indem sie diese in Vesikel einschnürt. Dabei wird der aufzunehmende Stoff mit der Membran umhüllt und gelangt als Vesikel in die Zelle. Es geht also ein kleiner Teil der Membran "verloren". Dort, wo ein Teil der Membran entfernt wurde, verschließt die Membran sich automatisch wieder. Der abgekapselte Teil der Membran, welcher den Stoff einschließt, wird Endosom genannt.
Das Wort Endozytose leitet sich aus dem Griechischen ab und bedeutet übersetzt in etwa "innere Wölbung". Das griechische "endon" lässt sich als "innen" übersetzen und "kytos" bedeutet "Wölbung" oder "Zelle". Bei der Endozytose handelt es sich also um die Aufnahme eines Stoffes außerhalb der Zelle über die Einstülpung der Zellmembran.
Die Endozytose ist der Umkehrprozess zur Exozytose, bei der Partikel oder Flüssigkeiten von der Zelle abgegeben werden.
Merke Dir den Unterschied zwischen Endo- und Exocytose ganz einfach mit den englischen Begriffen:
- Endozytose → entrance → Eintritt
- Exozytose → exit → Austritt
Arten der Endozytose
Es wird zwischen zwei Grundformen der Endozytose unterschieden: Die Phagozytose und die Pinozytose. Neben diesen Grundformen gibt es außerdem die rezeptorvermittelte Endozytose.
Phagozytose
Die Phagozytose ist eine Art der Endozytose, bei der feste Partikel in die Zelle aufgenommen werden. Die dabei entstehenden Vesikel werden Phagosom genannt.
"Phago" leitet sich vom altgriechischen "phagein" ab und bedeutet wortwörtlich "fressen". Aufgrund dieser Wortbedeutung wird die Phagozytose auch als "zelluläres Fressen" bezeichnet.
Beispiel für die Phagozytose
Eine besonders große Rolle spielt die Phagozytose bei der Aufnahme von Krankheitserregern. Wenn ein Erreger in den Körper eindringt, wird er früher oder später von Zellen des angeborenen Immunsystems durch Phagozytose aufgenommen und verdaut. So kann er unschädlich gemacht werden.
Pinozytose
Die Pinozytose ist eine Art der Endozytose, bei der Flüssigkeiten in die Zelle aufgenommen werden. Die Vesikel, in denen die Flüssigkeit dann eingeschlossen wird, nennen sich Pinosome.
"Pino" kommt auch aus dem griechischen und bedeutet "trinken". Aufgrund dieser Wortbedeutung wird die Pinozytose auch als "zelluläres Trinken" bezeichnet.
Die Pinozytose wird weiterhin in die Makro- und Mikropinozytose eingeteilt:
- Makropinozytose: größere Vesikel von 1 - 5 µm (z.B. gelöste Pathogene/Antigene bei Immunantwort)
- Mikropinozytose: kleinere Vesikel von 0,1 - 0,15 µm bzw. 100 - 150 nm (meist Nährstoffe)
Zum Vergleich: Eine menschliche Zelle ist im Schnitt 25 µm groß. Die größten Makropinosome können also bis zu 20 % der Zelle einnehmen! Die Phagosome sind ebenfalls bis zu 5 µm groß.
Die Pinozytose geschieht meist an Endothelzellen, also Zellen, die z.B. unsere Blutgefäße vom restlichen Gewebe abgrenzen. Der Grund dafür ist, dass so schnell Flüssigkeiten aufgenommen und andere Zellen vor bestimmten Stoffen geschützt werden können.
Beispiel für die Pinozytose
Ein Beispiel für den Einsatz der Pinozytose ist die Blut-Hirn-Schranke. Sie ist eine Art Filter zwischen Blutkreislauf und Gehirn, die für das Gehirn gefährliche Stoffe weitestgehend daran hindern, durch diese Barriere hindurch zu kommen. Das ist wichtig, da unser Gehirn sehr empfindlich und essenziell für fast alle Abläufe im Körper ist.
Rezeptorvermittelte Endozytose
Neben der Pino- und Phagozytose gibt es die rezeptorvermittelte Endozytose, die von Rezeptoren abhängig ist.
Den Unterschied kannst Du Dir in der folgenden Abbildung ansehen:
Das Besondere an der rezeptorvermittelten Endozytose ist die Selektivität und Aufnahmefähigkeit der Zelle. Wenn ein aufzunehmender Stoff außerhalb der Zelle nur in geringer Konzentration vorhanden ist, kann mithilfe der Rezeptoren trotzdem eine recht große Menge aufgenommen werden.
Beispiel für die rezeptorvermittelte Endozytose
Die rezeptorvermittelte Endozytose spielt eine große Rolle im Eisenhaushalt von Tieren und Menschen. Die freien oder in Ferritin gebundenen Eisenmoleküle binden an einen spezifischen Rezeptor auf der Membran und werden daraufhin von der Zelle aufgenommen.
Ablauf der Endozytose
Das Prinzip der Endozytose ist das Einschnüren von Stoffen in Vesikel durch die Biomembran der Zelle. Dieser Vorgang benötigt Adenosintriphosphat (ATP). Das bedeutet, dass die Endozytose ein aktiver Transport ist!
Zu den aktiven Transportformen gehören alle Arten von Transport, bei denen Energie benötigt wird. Meistens wird hierbei ATP verbraucht, alternativ wird aber manchmal auch Guanosintriphosphat (GTP) von der Zelle genutzt.
Den schematischen Ablauf findest Du hier dargestellt:
Wenn ein Stoff oder Partikel, welche aufgenommen werden sollen, auf die Zellmembran stößt, stülpt diese sich nach innen. So formt sie ein Endosom, welches die Partikel vollständig umhüllt. Dieses Endosom ist dann ein eigenständiges Zellorganell.
Im nächsten Schritt verschmilzt das neu geformte Endosom mit dem sogenannten Lysosom. Im Lysosom befinden sich Verdauungsenzyme, die es der Zelle möglich machen, die Partikel in kleinere, verwertbare Teile zu zerteilen.
Diese Form nennt man dann Phago-, Pino- oder Endolysosom. In dieser Fusion aus 2 Zellorganellen wird der aufgenommene Stoff zersetzt und weiter verwertet oder Schadstoffe/Pathogene unschädlich gemacht.
Die Einhüllung des aufgenommenen Stoffes ist dann besonders wichtig, wenn er der Zelle schaden könnte. So kann er zuerst in die Einzelteile zersetzt werden, die der Zelle dann nicht mehr schaden können.
Rezeptorvermittelte Endozytose
Bei der rezeptorvermittelten Endozytose muss ein aufzunehmendes Molekül an den Rezeptoren binden, die sich auf der Zelloberfläche befinden. Erst dann kann der Prozess der Einstülpung beginnen.
Die Zellmembran zieht sich so lange nach innen, bis sie die Partikel völlig umschließt. Am Ende befindet sich der Partikel in Form eines Vesikels (Phagosom) innerhalb der Zelle. Es ist zur Stabilität mit sogenannten "coated pits" umhüllt, die sich an der Unterseite der Membran befinden. Sie sind schon vorhanden, bevor sich der Vesikel überhaupt erst gebildet hat. Es handelt sich hierbei um einen Enzymkomplex namens Clathrin.
Diese Schutzproteine werden mit der Zeit abgelegt. Das ist ein wichtiger Schritt, damit das Phagosom mit dem Lysosom, also dem "Verdauungsbläschen" der Zelle, verschmelzen kann.
Relevanz der Endozytose für die Zelle
Einzeller und höhere Lebewesen wie Tiere oder Menschen ziehen verschiedene Nutzen aus der Endozytose. Die Funktionen der Endozytose für die Zelle ist grundsätzlich in Nahrungsaufnahme und Immunantwort bzw. Zellkommunikation einzuteilen.
Nahrungsaufnahme
Die Endozytose ist wichtig für die Zelle, weil die Zelle nicht alle benötigten Stoffe über Carrier-Proteine, Ionenkanäle oder ähnliche Hilfsproteine aufnehmen kann. Sie benötigt also einen Mechanismus, mit dem große Mengen eines Stoffes oder größere Partikel zielgerichtet aufgenommen werden können. Das ist insbesondere für Einzeller wichtig, da sie so ihre Nahrung aufnehmen.
Die entstandenen Vesikel können direkt verdaut werden, indem sie mit Lysosomen verschmelzen. Durch die im Lysosom enthaltenen Enzyme werden die aufgenommenen Moleküle zersetzt, sodass sie weiterverwertet werden können.
Immunantwort
Besonders wichtig ist die Endozytose für Tiere bei der Immunantwort.
Beim Eintreten der Pathogene in unseren Körper nehmen u.a. Makrophagen und dendritische Zellen Pathogene über Endozytose auf. Gleiches gilt für tote oder infizierte Zellen. Die Makrophagen zersetzen diese mithilfe von Phagolysosomen, sodass sie uns nicht mehr schaden können. Deswegen werden sie auch Fresszellen genannt.
Dendritische Zellen nehmen Pathogene ebenfalls auf und zerteilen sie, um sie am Ende auf ihrer Zelloberfläche präsentieren zu können. Das ist der Beginn der adaptiven Immunantwort, also der Arbeit der B- und T-Zellen.
Der Nachteil der unspezifischen Endozytose ist in diesem Zusammenhang auch die Aufnahme von Viren oder Bakterien, die dann der Zelle schaden können. Viele Krankheitserreger besitzen Mechanismen, mit welchen sie den Prozess der Endozytose für ihren Vorteil ausnutzen können. Hierzu gehören z.B. Membranproteine, die ihnen das "andocken" an die Wirtsmembran ermöglichen.
Zell-Zell-Kommunikation
Die Endozytose ist außerdem wichtig für die Zellkommunikation, zu der auch die Signalweiterleitung zählt. Zellen können so Stoffe austauschen, die die Empfängerzelle dann entweder als Signal verarbeiten oder in den Zellzyklus einbauen kann.
Beispiele für Endozytose
Hier eine Liste von Vorgängen, an denen die Endozytose beteiligt ist:
- Cholesterin-Aufnahme der Leber
- Filter an der Blut-Hirn-Schranke
- Aufnahme toter oder beschädigter Zellen unseres Körpers
- Aufnahme und Beseitigung von Pathogenen (Toxine, Viren, Bakterien etc.)
- Aufnahme und Präsentation von Bruchstücken des Pathogens als Antigen durch dendritische Zellen
- Kommunikation zwischen Zellen über den Austausch von Molekülen
- Signaltransduktion
- Zellentwicklung
- Infektion durch Viren/Bakterien
- Nahrungsaufnahme (Einzeller)
Wie die Endozytose an einem Beispiel abläuft, erfährst Du hier:
Wenn ein Erreger in den Körper eindringt, stößt er früher oder später auf eine dendritische Zelle. Diese erkennt den Erreger als körperfremd und nimmt ihn über Phagozytose auf. Hierbei wird der Erreger von der Zellmembran umhüllt, bis er komplett von ihr umgeben ist. Das so entstandene Phagosom verschmilzt in der Zelle mit einem bereitstehenden Lysosom zu einem Phagolysosom, in welchem der Erreger verdaut wird. Dabei entstehen viele Einzelteile des Erregers, die die dendritische Zelle dann den B-Zellen präsentieren kann, damit diese sich vermehren und passende Antikörper produzieren können.
Endozytose - Das Wichtigste
- Bei der Endozytose werden Stoffe aufgenommen, die sich außerhalb der Zelle befinden. Das geschieht durch Einstülpung der Membran.
- Bei der Phagozytose nimmt die Zelle feste Stoffe auf, bei der Pinozytose Flüssigkeiten.
- Makropinozytose ist für die Aufnahme größerer Partikel zuständig, während bei der Mikropinozytose winzige Partikel aufgenommen werden.
- Die rezeptorvermittelte Endozytose ist von Rezeptoren auf der Zellmembran sowie Clathrin innerhalb der Zelle abhängig. Phago- und Pinozytose geschehen ohne Beteiligung von Rezeptoren.
- Einzeller nutzen Endozytose zur Nahrungsaufnahme, Tiere und Menschen hauptsächlich zur Immunabwehr.
Nachweise
- https://www.altmeyers.org/de/dermatologie/makropinozytose-154161
- https://abitur-wissen.org/index.php/biologie/cytologie/62-cytologie-endocytose-und-exocytose
- https://www.biologie-schule.de/endozytose.php
- https://flexikon.doccheck.com/de/Endozytosehttps://flexikon.doccheck.com/de/Endozytose
- https://medlexi.de/Endozytose
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