miniatura|Exocitosi: via regulada i via constitutivaLexocitosi, és el procés cel·lular mitjançant el qual la cèl·lula secreta soluts cap a l'exterior cel·lular. Es tracta del procés invers a l'endocitosi, és a dir l'evaginació de part de la membrana plasmàtica per a formar una vesícula a l'exterior cel·lular. En l'exocitosi, la membrana es replega en una zona determinada, es forma una protuberància que inclou allò que ha de ser secretat o expulsat a l'exterior cel·lular i seguidament pateix una constricció escanyament en la seva base fins a esdevenir una vesícula independent de la membrana plasmàtica cel·lular. Aquesta vesícula, en tant que prové de la membrana plasmàtica, està constituïda per una doble membrana lipídica i engloba macromolècules com hormones i altres proteïnes, substàncies de rebuig, etc al seu interior. El més habitual és que l'inici d'aquesta via sigui el trans Golgi, lloc de classificació de la majoria de les proteïnes. Per aquest motiu, les vesícules formades al Golgi, i que contenen proteïnes i lípids de membrana, es fusionen amb la membrana plasmàtica de la cèl·lula, que compensa la part de membrana que perd amb l'exocitosi.Molecular Biology of the Cell “Bruce Albers,Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff,Keith Roberts i Peter Walters. Fith edition: 2007.

Tipus d'exocitosi frame|La imatge mostra de manera esquematitzada les dues vies exocítiques: constitutiva i regulada. Es pot veure com en la constitutiva la vesícula es fusiona amb la membrana plasmàtica sense necessitat d'un senyal, participant en la biogènesi de la membrana; mentre que la vesícula que es produeix en la secreció regulada necessita un estímul per fusionar-se i alliberar el seu contingut a la matriu extracel·lular.En les cèl·lules es duen a terme dos tipus diferents de vies de secreció. La primera via és la constitutiva, que és pròpia de totes les cèl·lules i es dona per defecte. La segona, en canvi, és més comuna en cèl·lules especialitzades en la secreció, i segueix uns mecanismes diferents. Malgrat la diferència significativa entre totes dues, tenen un origen comú que és l'aparell de Golgi. Ambdós tipus de vesícules es formen per gemmació al trans Golgi i, justament allà, és on es classifiquen i marquen els seus diferents destins.Lodish, Berk, Matsudaira, Kaiser, Scott, Darnell, et al. Molecular Cell Biology , 5th edition 2003.

Al trans Golgi es poden diferenciar tres rutes: la destinada a lisosomes (proteïnes amb un senyal manosa-6-fosfat en el cas de les hidrolases lisosomals, que primer arriben als endosomes tardans i aquests acaben donant lloc als lisosomes) i les constitutiva i regulada, esmentades anteriorment. En el cas de la secreció regulada es creu que les proteïnes també tenen un senyal, semblant a les proteïnes lisosomals, que les porta a formar aquestes vesícules especials. Aquelles proteïnes que no porten cap senyal per retornar al reticle endoplasmàtic i que tampoc van a parar a la secreció regulada o als lisosomes, es transporten, doncs, directament a la membrana, constituint la ruta per defecte.

Via constitutiva La ruta constitutiva o per defecte es troba a totes les cèl·lules, ja siguin especialitzades en secreció o no, ja que és necessària per a la comunicació i manteniment de la cèl·lula. Aquest transport és continu i no regulat, no necessita senyals externs per a dur-se a terme. En aquesta via s'engloben tant els processos que van cap a la matriu extracel·lular com aquells que van a parar d'uns orgànuls a uns altres. La importància d'aquesta ruta és que aporta a la membrana plasmàtica proteïnes i lípids nous, que s'acaben de sintetitzar, i així manté l'equilibri de la membrana i evita que perdi volum a causa de la constant endocitosi. Alguns exemples d'aquesta secreció constitutiva són l'alliberament de col·lagen que fabriquen els fibroblasts o d'anticossos per part dels limfòcits B activats.La vía secretora y exocitosis (2010) [consulta: 9/11/2011]

Via regulada La ruta de secreció regulada, a diferència de la constitutiva, no la trobem a totes les cèl·lules, ja que és més freqüent en aquelles cèl·lules especialitzades en secreció de productes com hormones, neurotransmissors en el cas de les neurones, enzims, etc. Aquesta via rep el nom de regulada, ja que les vesícules formades en el Golgi viatgen fins a la membrana plasmàtica però sense fusionar-se, és a dir, es queden molt a prop, fins que reben un senyal o estímul (és molt habitual que aquests senyal sigui un increment de la concentració de Ca2+ lliure al citosol) que definitivament les fa fusionar amb la membrana plasmàtica i abocar a l'exterior el seu contingut. Aquest procés en què les vesícules entren en contacte estret amb la membrana però no arriben a fusionar-se rep el nom de docking. Les vesícules de secreció segueixen unes transformacions diferents a les que componen la ruta constitutiva tal com s'explica en el punt 4: vesícules de secreció. Alguns exemples d'aquesta secreció regulada són l'alliberament d'insulina a la sang en cèl·lules-β del pàncrees, quan els nivells de glucosa en sang són elevats; o l'alliberament de neurotransmissors.

frame|center|La secreció regulada queda clarament il·lustrada en aquest exemple de l'alliberament de insulina, que depèn de la concentració de glucosa. Elevades concentracions de sucre en sang són l'estímul necessari per activar tot un mecanisme a l'interior cel·lular que porta a la despolarització dels canals de calci, augmentant d'aquesta manera la concentració de Ca2+ al citosol i permetent així, que les vesícules que contenen insulina es fusionin amb la membrana i alliberin el seu contingut a fora.

Cicle endocític-exocític: equilibri de membrana miniatura|Aquestes són tres situacions que donen lloc a una exocitosi massiva, on la cèl·lula no manté l'equilibri endocític-exocític, ja que té la necessitat de generar més membrana, d'augmentar el volum. Endocitosi i exocitosi són dos processos continus en les cèl·lules. Això no obstant, en condicions fisiològiques les cèl·lules mantenen el seu volum i l'àrea de superfície intacta. Aquest fenomen és possible gràcies al fet que aquestes dues rutes es complementen i tota la membrana que es perd en l'endocitosi es torna a guanyar amb l'exocitosi. Parlem, doncs, d'un equilibri entre l'entrada i la sortida. Cal fixar-se en què hem utilitzat el terme “condicions fisiològiques” per parlar d'aquest equilibri, i el motiu és que en determinats moments la cèl·lula no busca mantenir el volum sinó que ha d'augmentar-lo o al contrari disminuir-lo. Tres situacions que donen lloc a l'exocitosi serien la divisió cel·lular, la fagocitosi o el trencament de part de la cèl·lula. Després d'aquestes situacions la cèl·lula necessita augmentar massivament la seva membrana, ja que n'ha perdut molta i té lloc més exocitosi que endocitosi, trencant aquest equilibri.

Mecanismes moleculars de l'exocitosi Independentment del tipus de ruta seguida i de la forma o contingut de les vesícules, les bases de l'exocitosi-primerament fissió i finalment fusió de membranesNota: En aquests casos s'entén fissió com a separació de la vesícula de l'orgànul o membrana origen, i fusió com a unió a la membrana diana. són reaccions que depenen d'uns complexos moleculars formats per diversos tipus de proteïnes amb un alt nivell organitzatiu. L'exocitosi, igual que passa amb l'endocitosi, és un transport unidireccional, i és gràcies a aquests motiu pel qual existeixen els diferents orgànuls. La base d'aquest transport unidireccional es troba en una despesa d'energia química per part de la cèl·lula, que pot induir a un transport en una única direcció, en contra del gradient de concentració. Aquest gast d'energia el podem trobar, per exemple, per produir un canvi en la forma de la proteïna transportada en arribar a l'orgànul diana, mitjançant la hidròlisi d'ATP o GTP, i evitant així que retorni a l'orgànul origen. Si no tingués lloc aquesta estratègia, la tendència natural a l'equilibri faria que les molècules i proteïnes arribessin a l'equilibri en tots els orgànuls i per tant, s'eliminarien les diferències.

Estructures i molècules implicades La major part de les vesícules implicades en el transport estan recobertes de proteïnes específiques.

Vesícules de clatrina

Trobem diversos tipus de vesícules revestides de clatrina. D'una banda, les vesícules que es formen al trans Golgi i tenen com a destí els lisosomes, són recobertes de clatrina. Paral·lelament, les proteïnes que han de ser alliberades per secreció regulada també s'empaqueten inicialment en vesícules de clatrina. També trobem aquest revestiment de clatrina en l'endocitosi. miniatura|Complex de clatrina. Com es veu té una característica forma originada a partir de pentàgons i hexàgons.La clatrina és una proteïna formada per l'enllaçament de diversos trisquelions, proteïnes formades per tres subunitats lleugeres i tres de pesades. Aquests trisquelion s'uneixen formant una estructura similar a una cistella convexa de pentàgons i hexàgons. Altre component essencial en aquest tipus de vesícules són les adaptines, necessàries per al revestiment de la vesícula. Les adaptines tenen dues funcions principals que són primerament, una forta unió dels complexos de clatrina a la membrana de la vesícula i segon, atreure i “atrapar” receptors transmembrana al domini on hi ha la coberta, per tal que les proteïnes cargo siguin empaquetades i formin la vesícula.Hirst J, D Barlow L, Francisco GC, Sahlender DA, Seaman MN, Dacks JB, Robinson MS.The fifth adaptor protein complex.PLoS Biol. 2011 Oct.

Un tercer component important és la dinamina, una proteïna citosòlica GTPasa que en forma inactiva (GDP-dinamina) es troba al citosol i en forma activa (GTP-dinamina) realitza l'estrangulament de la vesícula i, per tant, la seva separació de la membrana origen. Quan les vesícules recobertes de clatrina s'independitzen de la membrana perden ràpidament la coberta, un despreniment mediat per proteïnes com xaperones (familia Hsp70) o auxilines, que hidrolitzen ATP per dur a terme la seva funció. Aquestes vesícules, ara nues, patiran un procés d'acidificació gràcies a bombes de protons de la membrana; això comportarà un nou gast energètic i implicarà un major grau de condensació de les proteïnes de l'interior.

Vesícules de COP I Es creu que les vesícules recobertes de coatòmetre (existeixen dos tipus: COPI i COPII, en el cas a tractar fem esment del primer) estan implicades en el transport constitutiu, és a dir, la ruta per defecte. El coatòmetre està format per set subunitats proteiques i també fa ús de les adaptines. Aquestes cobertes necessiten energia química (ATP) per poder recobrir la vesícula, i el dessensamblatge es produeix en arribar a la membrana diana. La proteïna implicada en l'activitat d'aquesta coberta és l'anomenada ARF, una GTPasa.

Transport i fusió a la membrana Perquè el transport vesicular sigui efectiu, segueixi la ruta que segueixi, ha de ser molt específic i selectiu. Així, es creu que el mecanisme que assegura aquesta especificitat són unes proteïnes anomenades miniatura|esquerra|Es pot observar l'estreta unió d'unes v-SNARE de la vesícula amb les complementàries t-SNARE de la membrana diana.SNARE: v-SNARE, que es troben a la membrana de la vesícula i t-SNARE, que es troben a la membrana diana. Així, existeixen grups complementaris de SNARE que fan possible que la vesícula es fusioni en el lloc correcte. Aquest procés està controlat per proteïnes Rab, de nou unes proteïnes GTPasa, que controlen una complementarietat correcte de les SNARE. Existeixen diversos tipus, un per cada orgànul concret. Les Rab-GTP estan unides a la coberta de les vesícules fins que es produeix la hidrolisi del GTP i la Rab-GDP s'allibera al citosol, permetent la fusió de la vesícula.Südhof TC, Rizo J. Synaptic Vesicle Exocytosis.Cold Spring Harb Perspect Biol. 2011 Oct.