2. Reguleeritud
1. Pidev eksotsütoos toimub kõigis eukarüootsetes rakkudes - transportvesiikulid kannavad
pidevalt uusi membraanikomponente Golgi kompleksist välismembraani. Eksotsütoosi teel toimub
pidev plasmamembraani uuendamine. Pidevalt eksotsüteeritakse valke, mida antud rakk ise ei
vaja, kuid mida on organismil kui tervikul tarvis. Näit. fibroblastid toodavad ekstratsellulaarse
maatriksi valku kollageeni, B-lümfotsüütidest tekkinud plasmarakud sekreteerivad antikehi,
maksarakud toodavad paljusid seerumi valke jne.
2. Reguleeeritud eksotsütoosi puhul kogutakse vastavad ained sekretoorsetesse vesiikulitesse, mis
ühinevad raku välismembraaniga pärast keskkonnast tulevat kindlat signaali.
Reguleeritud eksotsütoos esineb neis rakkudes, mis on spetsialiseerunud oma produkti kiirele ja
vastavalt vajadusele sekreteerimisele. Näit. pankrease endokriinsed rakud sekreteerivad insuliini,
pankrease atsinaarrakud aga seedeensüüme. Neuroni aksoni terminaalis olevatest sünaptilistest
vesiikulitest sekreteeritakse neurotransmittereid, mis kannavad närviimpulsi edasi potsünaptilisele
rakule. Histamiini sisaldavad sekretoorsed vesiikulid esinevad nn. nuumrakkudes (mast cells),
mida leidub näiteks nahaaluses sidekoes. Histamiini sekreteeritakse näit. põletikuliste protsesside
puhul. See laiendab verekapillaare ja suurendab nende permeaablust, mis kergendab fagotsüütide
ja antikehade sattumist põletikukoldesse. Histamiini sekretsioon toimub ka allergeenide toimel,
sellest ongi tingitud allergilised nähud (naha sügelemine, allergiline nohu ja aevastamine).
Sekretoorsetes vesiikulites ei ole alati valgumolekulid, vaid võivad olla ka
madalmolekulaarsed ühendid (näit. histamiin nuumrakkude vesiikulites, neurotransmitterid aksoni
terminaali vesiikulites). Madalmolekulaarsed (mittevalgulised) ühendid satuvad sekretoorsetesse
vesiikulitesse tsütoplasmast, mitte Golgi kompleksist. Madalmolekulaarsed ühendid seotakse
vesiikulis kindlate kõrgmolekulaarsete ühenditega, et vältida osmootse gradiendi teket.
Signaaliks reguleeritud eksotsütoosile on kas mingi keemilise aine (hormoon, glükoos, elektriline
signaal ehk aktsiooni potentsiaal). Signaali äratundmise tagajärjel genereeritakse membraani
retseptorite poolt üks või mitu rakusisest signaali, millega kaasneb rakusisese Ca++-ioonide kontsentratsiooni ajutine
tõus, see käivitabki reguleeritud eksotsütoosi.
Endotsütoos
Kiirus, millega plasmamembraani endotsütoosi käigus internaliseeritakse, on eri rakutüüpidel
erinev, kuid igal juhul on see üllatavalt suur - näit. makrofaag internaliseerib 30 min jooksul oma
välispinnaga võrdse pindala membraani.
Endotsütoosi on kaks tüüpi:
1. pinotsütoos - lahustunud makromolekulide sissevõtmine väikeste (< 150 nm)
vesiikulite abil, 2. fagotsütoos - suurte partiklite (mikroorganismid, surnud rakkude osad jne.)
sissevõtmine.
Need kaks endotsütoosi tüüpi toimuvad eri mehanismide abil.
Enamik eukarüootseid rakke pinotsüteerivad pidevalt. Fagotsütoosiks on võimelised ainult
spetsialiseerunud rakud. Seetõttu kasutatakse mittefagotsüteerivate rakkude kohta termineid
endotsütoos ja pinotsütoos võrdväärseina.
Paljud molekulid ja partiklid, mida rakk endotsüteerib, satuvad lüsosoomidesse.
Pinotsütootilised vesiikulid moodustuvad plasmamembraani teatud piirkonnas, mida nimetatakse
kaetud lohuks (coated-pit.)
See piirkond invagineerub ja moodustub nn. kaetud vesiikul (coated vesicle). Kaetud vesiikuli
eluiga on lühike; sekundite jooksul kaob talt nn. "kate" ja ta on valmis ühinema endosoomiga.
Kaetud lohu ja kaetud vesiikulite nn."katte" moodustab valk - klatriin. See on ilmselt vajalik
sissesopistuse tekitamiseks. Klatriin läheb tagasi membraani, et tekitada uut kaetud lohku.
Klatriiniga kaetud vesiikulid liiguvad ka Golgi kompleksi ja endosoomide vahel. Ilma klatriinita
vesiikulid liiguvad rER ja Golgi kompleksi ning Golgi kompleksi eri osade vahel.
Enamikus loomarakkudes kujutab klatriiniga kaetud vesiikulite teke väga efektiivset ja selektiivset
kontsentreerimismehanismi, mille abil rakk korjab väliskeskkonnast kokku spetsiifilisi
makromolekule. Seda nimetatakse ka retseptor-vahendatud endotsütoosiks. See tähendab, et
mingi molekul, mis on rakku ümbritsevas keskkonnas, seostub kõigepealt plasmamembraanis
oleva temale spetsiifilise retseptormolekuliga, seejärel käivitub endotsütoos ning see molekul
satub klatriiniga kaetud vesiikulisse kompleksis oma retseptoriga. Kui vesiikul on ühinenud
endosoomiga, siis seal retseptori ja endotsüteeritud molekuli kompleksid lagunevad ning retseptor
saadetakse raku välismembraani tagasi. See protsess on väga sarnane sellega, kuidas Golgi
kompleksis korjatakse kokku lüsosomaalsed ensüümid , kasutades selleks mannoos-6-fosfaadi
retseptorit. Need ensüümid pakitakse eraldi transportvesiikulitesse (ka neid vesiikuleid ümbritseb
klatriinist kate) ja saadetakse endosoomi. Endosoomist aga saadetakse tagasi retseptor.
Teatud osa ainetest satub rakku ümbritsevast keskkonnast endotsüteeritavasse
vesiikulisse ka mittespetsiifiliselt, sest vesiikul haarab endasse alati ka mingi koguse rakuvälist
vedelikku koos selles lahustunud ainetega. Seda nimetatakse ka vedela-faasi endotsütoosiks. Nii
satub rakku ainult neid aineid, mida ümbritsevas keskkonnas on palju. Selle efektiivsus on
proportsionaalne aine kontsentratsiooniga rakuvälises keskkonnas.
Retseptor-vahendatud endotsütoos on funktsionaalses mõttes põhiline. See on spetsiifiline
kontsentreerimismehanism, mis võimaldab rakul kätte saada väliskeskkonnast ka väga väikese
kontsentratsiooniga aineid. Selle eelduseks on see, et rakul peab olema membraanis vastavat ainet
äratundev retseptor.
Hästiuuritud ja füsioloogiliselt oluline retsptor-vahendatud endotsütoosi näide on
kolesterooli sisenemine rakku.:
Veres olev kolesterool on seotud kompleksi spetsiifilise valguga - LDL (low density
lipoprotein). Kui rakk vajab kolesterooli membraanide sünteesiks, siis ta sünteesib oma
plasmamembraani LDL retseptori, mis korjab kokku LDL-kolesterooli komplekse. Kolesterooli
sisenemine rakku on häiritud, kui LDL retseptor ei funktsioneeri korralikult (näit. vastava
struktuurgeeni punktmutatsiooni tõttu). See on aluseks pärilikule hüperkolesterineemiale.
Kolesterooli sisenemine rakku LDL-retseptori vahendusel on osa keerukast mehanismist, mis
kontrollib kolesterooli sünteesi. Rakud on võimelised ka ise kolesterooli sünteesima, kuid nad
lülitavad enda sünteesiraja välja, kui kolesterool on väliskeskkonnas. Kolesterooli sisenemine
rakku põhjustab rakus järgmisi regulatoorseid muutusi:
a) inhibeeritakse kolesterooli sünteesi võtmeensüüm,
b) aktiveeritakse ensüümid, mis on vajalikud kolesterooli säilitamiseks,
c) inhibeeritakse LDL-retseptori sünteesi (takistatakse vastava geeni transkriptsiooni).
Sama moodi pääseb rakku transferriin. See on põhiline valk, mis transpordib rauda
kõikidesse rakkudesse. Nii korjatakse paljude rakkude poolt ekstratsellulaarsest keskkonnast
kokku potentsiaalselt kahjulikke valke, näit. proteaase, mis on sinna mingitel põhjustel sattunud.
Endotsütoosi teel rakku sattunud valkude edasine saatus võib olla mitmesugune. Näit.
endotsüteeritud LDL partikkel ning mitmed teised valgud satuvad alati lüsosoomi, kus nad
lagundatakse. Endotsüteeritud materjali võidakse rakus ka lihtsalt säilitada. Näit. küpsevad
munarakud e. ootsüüdid endotsüteerivad palju valke. Kanamuna, mis teatavasti on üksainus rakk,
sisaldab mitu grammi valku, kõik see on vereringest endotsüteeritud. Endotsüteeritud rebu valgud
jäävad säilitusgraanulitena munarakku, kus neid kasutatakse hiljem areneva embrüo poolt.
Mõningad epiteelirakkude retseptorid kannavad endotsüteeritud molekule rakkude ühest
ekstratsellulaarsest ruumist teise transtsütoosi abil. Nii satuvad emapiimas olevad antikehad lapse
verre, ilma et neid lüsosoomide poolt lagundatakse. Antikeha sisaldav transportvesiikul satub
sooleepiteeli raku endosoomi, seal tekib uus transportvesiikul, mis eksotsüteeritakse raku teises-
basolateraalses küljes. Ema piimanäärmes toimub asi vastupidi - transtsütoosi abil satub antikeha
ema verest piima. Samal moel pääsevad immuunoglobuliinid ka läbi platsenta ema vereringest
loote ringesse.
Paljud viirused sisenevad rakku retseptor-vahendatud endotsütoosi abil. Nad on
evolutsiooni käigus õppinud ära kasutama rakkude endotsütoosi mehanismi, et sel moel rakku
pääseda. Paljudel loomaviirustel on fosfolipiidne kaksikkiht, mis ümbritseb viiruse geneetilist
materjali ja valgulist katet. See fosfolipiidne kaksikkiht pärineb eelmise peremeesraku
membraanist, kust viirus on pungunud. Viiruse membraan sisaldab ka paari viirusespetsiifilist
valku, ilma milleta viirus ei saaks sihtrakku nakatada. Sellist tüüpi viiruse sisenemine rakku on
peaaegu täpselt nagu tagurpidi eksotsütoos, kus vesiikul (viiruspartikkel) läheneb
plasmamembraanile väljastpoolt ning ühineb sellega. Sel moel pääseb viiruslik nukleiinhape
tsütoplasmasse.
Gripiviirus näit. kasutab veidi keerulisemat teed. Endotsüteeritud viiruspartikkel satub
endotsütoosi vesiikulisse, mis ühineb endosoomiga. Seal on madal pH, mis aktiviseerib viiruse
membraanis oleva fusogeense valgu, selle tulemusel ühinevad viiruse membraan ja endosoomi
membraan ning viiruspartikkel pääseb endosoomist välja.
Osa viiruseid ühinevad raku välismembraaniga, ilma et toimuks endotsütoos. Näit. AIDS-i
põhjustav HIV-i (human immunodeficiency virus) viirus ühineb nende rakkude membraaniga, kus
on glükoproteiin CD4. See valk on retseptoriks HIV-i viirusele. CD4 valk on olemas T-
lümfotsüütide ühel subpopulatsioonil, makrofaagidel ja teatud grupil ajurakkudel. Seega HIV-iu
viirus nakatab ainult neid rakke, sellest on aga küll, et viia rivist välja kogu immuunsüsteem.
Endo- ja eksotsütoosi tasakaal
Kuna raku pindala ja ruumala ei muutu, siis ekso- ja endotsütoos peavad olema tasakaalus:
endotsütoosi teel membraani materjal internaliseeritakse, eksotsütoosi teel saab ta selle tagasi.
Enamikul rakkudel tekivad kaetud vesiikulid juhuslikes kohtades, nii et membraani
internaliseerimine toimub üle terve raku pinna. Kui aga vaadata rakku, kes on parasjagu suunatud
liikumises, siis tema endo- ja eksotsütoosi kohad on ruumiliselt lahutatud.
Endo- ja eksotsütoosi ruumiline ebasümmeetria aitab liikuval rakul juhtserva (leading edge)
vajalikult suunata. (vt. rakkude polariseeritus)
Fagotsütoos
Algloomadel on fagotsütoos toitumisviis. Hulkraksetel pole enamik rakke võimelised
fagotsüteerima, seda teevad selleks spetsialiseerunud rakud. Imetajatel on kaks põhilist klassi
fagotsüüte: makrofaagid ja neutrofiilid (mõlemad arenevad ühest eellasest.
Et saada fagotsüteeritud, peab osake seostuma raku pinnale teatud retseptorite abil, mis on
funktsionaalselt seotud raku fagotsütootilise masinavärgiga. Erinevalt pinotsütoosist, mis toimub
pidevalt, on fagotsütoos indutseeritud protsess. Kõige peamine uuritud käivitusmehanism on
antikehade abil. Antikeha molekuli Fc piirkonda tunneb ära makrofaagi membraanis olev Fc-
retseptor, peale seda toimub makrofaagi kortikaalses tsütoplasmas oleva aktiinifilamentide
võrgustiku lokaalne lagundamine, mis võimaldab makrofaagil fagotsüteeritavat osakest "alla
neelata".
Makrofaagid täidavad olulist funktsiooni ka oma vananenud ja kahjustatud keharakkude
ärasöömisel. Kui arvuliselt väljenduda, siis on see veel isegi tähtsam funktsioon: iga päev
fagotsüteeritakse näit. 10 astmel 11 vananenud erütrotsüüti.