L’importanza di collegare fisicamente due città anche lontane tra loro è sempre stata affrontata dall’uomo che ha costruito strade e ferrovie per permettere il trasporto di persone e oggetti fra vari luoghi. Allo stesso modo i vari compartimenti cellulari, profondamente diversi per struttura e funzione, devono essere connessi fra loro. Per questo motivo esiste una fitta rete di collegamenti intracellulari che permettono al materiale biologico di spostarsi da uno organello all’altro.
Le “strade” cellulari sono i microtubuli, sui quali “camminano” delle vescicole contenenti molecole biologiche (proteine, ormoni, materiali di scarto) che devono essere fisicamente spostate dai compartimenti di origine. Le sostanze che devono passare da una parte all'altra della cellula viaggiano in vescicole.
Le vescicole si originano per gemmazione dall’organello da cui partono e la loro membrana è identica a quella degli altri organelli. Questo permette loro di fondersi e distaccarsi da essi con grande efficacia. Le vescicole sono in grado di scorrere sui microtubuli grazie ad alcune particolari proteine, chiamate MAP motrici, che trasformano l’energia chimica, ottenuta da molecole donatrici come l’ATP, in energia meccanica che permetta il movimento.
Le vescicole sono fondamentali per la via secretiva, nella quale le proteine sintetizzate dai ribosomi nel reticolo endoplasmatico vengono portate all’apparato di Golgi, per poi terminare all’esterno della cellula. Il fenomeno di espulsione di una sostanza dalla cellula viene chiamato esocitosi. Lo spostamento inverso, ovvero il trasporto all’interno della cellula di materiale extracellulare, viene chiamato endocitosi. Particolari tipi di endocitosi sono la pinocitosi, che permette di internalizzare liquidi, e la fagocitosi, che ha lo scopo di incorporare un’altra cellula per degradarla nei lisosomi: un processo che avviene per scopi nutrizionali o di difesa, come nel caso dei macrofagi (vedi lezione su la risposta immunitaria).
Il grande traffico presente su queste “strade” necessita di un controllo in grado di indirizzare tutte le vescicole nella giusta direzione. Questo compito spetta a particolari "etichette" che possano definire il destino di una determinata vescicola. Il riconoscimento avviene tra proteine presenti sulle membrane delle vescicole e quelle sulle membrane del bersaglio. Questo meccanismo permette la fusione delle membrane e la liberazione del materiale nell’organello.
Anche le stesse proteine sono “etichettate”, poichè devono poter segnalare la propria destinazione finale. Esse presentano una sequenza segnale, spesso comprendente i primi amminoacidi della proteina (estremità N-terminale) o gli ultimi (estremità C-terminale), la quale viene riconosciuta da particolari trasportatori che accompagnano la proteina nel compartimento corretto. Un esempio è la sequenza segnale di traslocazione nel reticolo endoplasmatico, che permette alla proteina in fase di sintesi di essere posizionata sulla membrana del RE.