Endocytose is het proces waardoor cellen internaliseren stoffen uit hun externe omgeving. Zo krijgen cellen de voedingsstoffen die ze nodig hebben om te groeien en zich te ontwikkelen. Door endocytose geïnternaliseerde stoffen zijn onder meer vloeistoffen, elektrolyten, eiwittenen andere macromoleculen. Endocytose is ook een van de middelen waarmee witte bloedcellen van de immuunsysteem vangen en vernietigen van potentiële ziekteverwekkers, waaronder bacteriën en protisten. Het proces van endocytose kan in drie basisstappen worden samengevat.
Er zijn drie primaire soorten endocytose: fagocytose, pinocytose en door receptor gemedieerde endocytose. Fagocytose wordt ook wel "celetende" genoemd en omvat de opname van vast materiaal of voedseldeeltjes. Pinocytose, ook wel "cel drinken" genoemd, omvat de opname van moleculen opgelost in vloeistof. Door receptoren gemedieerde endocytose omvat de opname van moleculen op basis van hun interactie met receptoren op het celoppervlak.
Om endocytose te voorkomen, moeten stoffen worden ingesloten in een blaasje dat is gevormd uit het celmembraan, of
plasma membraan. De belangrijkste componenten van dit membraan zijn eiwitten en lipiden, die helpen bij de flexibiliteit van het celmembraan en het transport van moleculen. Fosfolipiden zijn verantwoordelijk voor het vormen van een dubbellaagse barrière tussen de externe cellulaire omgeving en de binnenkant van de cel. Fosfolipiden hebben hydrofiel (aangetrokken tot water) hoofden en hydrofoob (afgestoten door water) staarten. Wanneer ze in contact komen met vloeistof, zorgen ze er spontaan voor dat hun hydrofiele hoofden naar het cytosol en extracellulaire vloeistof, terwijl hun hydrofobe staarten van de vloeistof naar het inwendige gebied van de lipidedubbellaag bewegen membraan.Het celmembraan is semi-permeabel, wat betekent dat alleen bepaalde moleculen over het membraan mogen diffunderen. Stoffen die niet door het celmembraan kunnen diffunderen, moeten worden geholpen door passieve diffusie processen (gefaciliteerde diffusie), actief transport (vereist energie) of door endocytose. Endocytose omvat het verwijderen van delen van het celmembraan voor de vorming van blaasjes en internalisatie van stoffen. Om de celgrootte te behouden, moeten membraancomponenten worden vervangen. Dit wordt bereikt door het proces van exocytose. In tegenstelling tot endocytose, exocytose omvat de vorming, transport en fusie van interne blaasjes met het celmembraan om stoffen uit de cel te verdrijven.
Fagocytose is een vorm van endocytose waarbij grote deeltjes of cellen worden verzwolgen. Door fagocytose kunnen immuuncellen, zoals macrofagen, het lichaam ontdoen van bacteriën, kankercellen, met virus geïnfecteerde cellen of andere schadelijke stoffen. Het is ook het proces waarbij organismen zoals amoeben voedsel uit hun omgeving halen. Bij fagocytose kan de fagocytische cel of fagocyt moet zich kunnen hechten aan de doelcel, deze kunnen internaliseren, degraderen en het afval kunnen verwijderen. Dit proces, zoals het voorkomt in immuuncellen, wordt hieronder beschreven.
Terwijl fagocytose het eten van cellen inhoudt, pinocytose omvat cel drinken. Vloeistoffen en opgeloste voedingsstoffen worden door pinocytose in een cel opgenomen. Dezelfde basisstappen van endocytose worden gebruikt bij pinocytose om blaasjes te internaliseren en om deeltjes en extracellulair vocht in de cel te transporteren. Eenmaal in de cel kan het blaasje samensmelten met een lysosoom. De spijsverteringsenzymen van het lysosoom breken het blaasje af en geven de inhoud ervan af aan het cytoplasma voor gebruik door de cel. In sommige gevallen smelt het blaasje niet met een lysosoom, maar reist het door de cel en smelt het met het celmembraan aan de andere kant van de cel. Dit is een manier waarop een cel celmembraaneiwitten en lipiden kan recyclen.
Pinocytose is niet-specifiek en vindt plaats door twee hoofdprocessen: micropinocytose en macropinocytose. Zoals de namen suggereren, micropinocytose omvat de vorming van kleine blaasjes (0,1 micrometer in diameter), terwijl macropinocytose omvat de vorming van grotere blaasjes (0,5 tot 5 micrometer in diameter). Micropinocytose komt voor in de meeste soorten lichaamscellen en de kleine blaasjes vormen zich door uit de celmembraan te ontluiken. Micropinocytotische blaasjes genoemd caveolae werden voor het eerst ontdekt in endotheel van bloedvaten. Macropinocytose wordt meestal waargenomen in witte bloedcellen. Dit proces verschilt van micropinocytose doordat de blaasjes niet worden gevormd door knopvorming, maar door plasmamembraanruches. Ruches zijn verlengde delen van het membraan die in het extracellulaire vocht uitsteken en vervolgens op zichzelf vouwen. Daarbij schept het celmembraan de vloeistof op, vormt een blaasje en trekt het blaasje de cel in.
Door receptoren gemedieerde endocytose is het proces dat cellen gebruiken voor de selectieve internalisatie van specifieke moleculen. Deze moleculen binden zich aan specifieke receptoren op het celmembraan voordat ze door endocytose worden geïnternaliseerd. Membraanreceptoren worden aangetroffen in gebieden van het plasmamembraan bekleed met het eiwit clatherine dat bekend staat als met kiezel beklede putten. Zodra het specifieke molecuul aan de receptor bindt, worden de pitgebieden geïnternaliseerd en worden met clatherine beklede blaasjes gevormd. Na vroeg samensmelten endosomen (membraangebonden zakjes die helpen bij het sorteren van geïnternaliseerd materiaal), wordt de coating van Catherine uit de blaasjes verwijderd en wordt de inhoud in de cel geleegd.