La exocitosis: pasos

La exocitosis es un proceso celular mediante el cual pequeñas vesículas presentes en el interior de las células se fusionan con la membrana celular, expulsando así su contenido hacia el exterior de la célula. Se trata de un proceso activo que requiere el consumo de energía tanto para el transporte de las vesículas desde el lugar de su fabricación en el aparato de Golgi hasta la parte de la membrana celular donde se fusionará, como para el proceso de fusión en sí.

Este tipo de procesos biológicose produce en todas las células eucariotas. La exocitosis cumple distintas funciones en los distintos tipos de células y de tejidos de los que dichas células forman parte. Además, se combina con la endocitosis (incorporación a la célula de material externo), que es el proceso contrario a la exocitosis, para regular distintos aspectos de la función celular.

Tipos de exocitosis

Existen dos tipos diferentes de exocitosis:

  • La exocitosis constitutiva
  • La exocitosis regulada
Pasos de la exocitosis

Estos dos procesos se diferencian en el modo como se inician, así como en la función que cumplen, y se describen a continuación.

Exocitosis constitutiva

Este tipo de exocitosis se caracteriza por ocurrir de manera constante durante el ciclo de vida normal de la célula, sin la intervención de señales extracelulares o intracelulares. Todas las células del cuerpo llevan a cabo este tipo de exocitosis, que permite la secreción de las sustancias que conforman la matriz extracelular. Además de esta función, la exocitosis constitutiva permite mantener en equilibrio la membrana plasmática, ya que sirve para restituir las moléculas que forman parte de la membrana y que se pierden por medio del proceso de endocitosis.

Exocitosis regulada

La exocitosis regulada es un tipo de exocitosis controlada por estímulos externos. Consiste en un mecanismo de secreción de distintas sustancias químicas, tales como neurotransmisores, hormonas u otras sustancias químicas importantes, en respuesta a un estímulo que puede ser tanto químico como eléctrico.

Por ejemplo, la exocitosis regulada es el mecanismo por medio del cual las neuronas liberan neurotransmisores en la sinapsis neuronal o en la unión neuromuscular. Este proceso se dispara generalmente por un aumento en la concnetración intracelular de iones Ca2+, lo cual puede dispararse debido a la acción de otro neurotransmisor, o por la apertura de canales iónicos debido a la despolarización de la membrana plasmática.

Por otro lado, la exocitosis regulada también es el mecanismo por el cual las células pancreáticas liberan hormonas, como la insulina y el glucagón, para regular los niveles de glucosa en la sangre. En estos casos, una concentración baja de este carbohidrato en la sangre, o glucemia, es el estímulo químico que genera la exocitosis de vesículas que contienen glucagón, mientras que una concentración alta estimula la liberación de insulina.

Etapas de la exocitosis

Etapa 1 – Transporte de las vesículas

El desplazamiento o transporte de las vesículas endoplasmáticas no es aleatorio sino que, por el contrario, se trata de un proceso bien planificado y estructurado. Una vez formadas en el aparato de Golgi, las vesículas son transportadas de forma activa (con gasto de energía, ATP) por enzimas motoras (como las quinesinas, las dineínas y las miosinas) a lo largo de los microtúbulos del citoesqueleto hasta su destino final en una región particular de la membrana.

Etapa 2 – Anclaje

La etapa de anclaje consiste en el primer contacto entre la vesícula y la cara endoplasmática de la membrana celular. Generalmente, el proceso de anclaje se da gracias al acoplamiento entre una proteína en la superficie externa de la vesícula y un receptor en la cara interna de la membrana plasmática celular. Este acoplamiento o anclaje asegura que la vesícula esté en el sitio adecuado para liberar su contenido.

Etapa 3 – Acoplamiento

El acoplamiento se refiere a un anclaje un poco más firme entre la vesícula y la membrana el cual se produce gracias a un conjunto de proteínas desconocidas. En los casos de la exocitosis constitutiva, este es el paso que viene justo antes de la fusión de las dos membranas y la subsiguiente liberación del contenido de la vesícula al espacio extracelular. En cambio, en el caso de la exocitosis regulada, el acoplamiento generalmente viene seguido de una cuarta etapa que precede a la fusión y la culminación de la exocitosis.

Etapa 4 – Cebado

El cebado es una etapa que solo se observa en la exocitosis regulada. Este proceso consiste en la preparación de la maquinaria proteica que facilitará la fusión y posterior liberación de neurotransmisores u hormonas al recibir la señal extracelular de secreción. Durante esta etapa se comienza a armar el complejo trimérico denominado SNARE, que proporciona un acoplamiento fijo para la vesícula y permite una secreción rápida cuando se necesita.

Etapa 5 – Fusión

La última etapa del proceso de exocitosis es la fusión de las dos membranas fosfolipídicas. Esta fusión en el caso de la exocitosis regulada se controla y se lleva a cabo por el complejo SNARE. Con el inicio de la fusión se comienza a formar un poro que une el interior de la vesícula con el espacio extracelular, permitiendo así la liberación del contenido de la vesícula. En algunos casos la fusión se hace completa, con lo que la membrana entera de la vesícula pasa a formar parte de la membrana celular, incluyendo a cualquier proteína que la vesícula tenga asociada a la membrana. En otros casos, tras la formación del poro y la liberación del contenido de la vesícula, esta última se separa de la membrana y regresa al citoplasma.

Función de la exocitosis

La exocitosis puede cumplir las siguientes funciones:

Expresar receptores en la superficie celular

La mayoría de las proteínas que posee la célula se sintetizan en los ribosomas que recubren el retículo endoplasmático (RE) rugoso, y esto incluye a todas las proteínas asociadas a la membrana celular tales como antígenos, receptores, canales iónicos, transportadores, etc. Todas estas proteínas se sintetizan, modifican y asocian a la membrana de las vesículas durante su tránsito desde el RE hasta el aparato de Golgi y, gracias a la fusión con la membrana celular al finalizar la exocitosis, estas proteínas acaban integrándose en dicha membrana.

Regular el tamaño y composición de la membrana

Como acabamos de ver, cada vez que una vesícula se fusiona con la membrana celular, la primera le proporciona a la segunda todas las proteínas que contiene. Sin embargo, esto no es todo lo que le proporciona. Además de estas proteínas, la exocitosis también proporciona a la membrana una cantidad de fosfolípidos que aumentan el área total de la membrana celular, haciéndola más grande. En vista de que la endocitosis hace justamente lo contrario, el equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis es capaz de controlar el tamaño de la membrana celular.

Secretar las sustancias que forman la matriz extracelular

Muchas células deben liberar distintas sustancias al espacio extracelular para crear el entorno adecuado para su funcionamiento y para darle a los distintos tejidos las propiedades que deben tener. Muchas de estas sustancias se secretan por medio de la exocitosis constitutiva.

Liberar neurotransmisores

Las neuronas se comunican entre sí por medio de mensajes químicos en la forma de sustancias especiales denominadas neurotransmisores. Estas sustancias son secretadas para estimular algún tipo de efecto, bien sea para excitar o inhibir las células receptoras, que pueden ser musculares (en cuyo caso buscan contraer o relajar un músculo), glándulas hormonales (tales como la glándula suprarrenal) u otras neuronas (en cuyo caso buscan generar o inhibir potenciales de acción). En todos estos casos, los neurotransmisores se liberan por medio de la exocitosis regulada.

Liberación de hormonas

Además de permitir la liberación de los neurotransmisores que estimulan o inhiben las distintas glándulas hormonales del cuerpo, la exocitosis también es el mecanismo mediante el cual se liberan estas mismas hormonas. Nuevamente, se trata de un proceso de exocitosis regulada.

Tránsito de nutrientes

La combinación de endocitosis y exocitosis permite a las células que recubren nuestro intestino captar nutrientes de los alimentos digeridos en la luz intestinal, transportarlos y finalmente liberarlos a la sangre de los vasos cercanos, para que así puedan ser transportados al resto del cuerpo donde son necesarios. Mientras que la captura de grandes macromoléculas nutritivas se lleva a cabo por medio de la fagocitosis, su liberación al torrente sanguíneo se lleva a cabo por medio de la exocitosis.

Referencias

CORDIS | European Commission. (2013). CORDIS. https://cordis.europa.eu/article/id/151139-fundamental-mechanisms-of-exocytosis/es

Megías, M. P. M. (2020, 6 abril). La célula. 5. Tráfico vesicular. Exocitosis. Atlas de Histología Vegetal y Animal. https://mmegias.webs.uvigo.es/5-celulas/5-exocitosis.php

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Pizarro D., J. (2013). Mecanismo de exocitosis de los gránulos de insulina. UCM. https://1library.co/article/mecanismo-de-exocitosis-de-los-gr%C3%A1nulos-de-insulina.qogendmz

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