FAGOCYTOZA: ETAPY I FUNKCJE - BIOLOGIA

Fagocytozę to proces, w którym komórki „capture” cząsteczki i różnych substancji z otaczającego środowiska w wyniku powstawania inwaginacja z błoną, tworząc pęcherzyki wewnątrzkomórkowe zwane endosomów. Fagocytoza, wraz z pinocytozą i endocytozą zależną od receptorów, sumują się do trzech typów endocytozy

Pinocytoza obejmuje spożycie płynów i małych cząsteczek, podczas gdy endocytoza za pośrednictwem receptorów wiąże się z wiązaniem określonych cząsteczek z białkami receptora błonowego. Fagocytoza jest uważana za formę pożywienia, ponieważ wiąże się ze spożyciem dużych cząsteczek, innych komórek lub „szczątków” innych komórek.

Fagocytoza bakterii (źródło: GrahamColm z angielskiej Wikipedii za pośrednictwem Wikimedia Commons)

W organizmach wielokomórkowych, takich jak rośliny, zwierzęta i grzyby, nie wszystkie komórki mają zdolność pochłaniania elementów zewnętrznych, co oznacza, że istnieją do tego celu wyspecjalizowane komórki zwane „komórkami fagocytarnymi”.

Komórki fagocytarne są rozmieszczone we wszystkich tkankach ciała i pełnią różne funkcje. Makrofagi są dobrym przykładem komórek fagocytarnych należących do układu odpornościowego, których funkcją jest obrona przed mikroorganizmami, które dostają się do naszego organizmu.

Fagocytoza / Zdjęcie odzyskane z phagositosis77.blogspot.com

Proces fagocytozy nie miałby sensu w komórkach eukariotycznych bez istnienia rodzaju wewnątrzkomórkowych organelli zwanych lizosomami, ponieważ to tam „przetwarzane” lub „trawione” są składniki odżywcze materiału, który komórki fagocytozują.

Fagocytoza jest również znana jako „heterofagia” (spożycie związków zewnątrzkomórkowych), ponieważ różni się od „autofagii”, która jest normalnym procesem zachodzącym w lizosomach praktycznie wszystkich komórek eukariotycznych.

Gradacja

Gdy makrofag pochłonie wirusa (1-3), rozbija go na kawałki za pomocą enzymów lizosomowych (4,5), które są następnie uwalniane z komórki jako nieszkodliwe odpady (6). Zdjęcie pobrane z: askabiologist.asu.edu.

W organizmach wyższych eukariotów główne komórki fagocytarne pochodzą od wspólnego prekursora pochodzącego ze szpiku kostnego. Komórki te są znane jako „krwinki białe” i są leukocytami polimorfojądrowymi (neutrofilami), monocytami i makrofagami.

Proces fagocytozy można analizować jako serię etapów lub kolejnych etapów, na które składają się (1) rozpoznanie materiału poddawanego fagocytozie, (2) tworzenie fagosomu, który jest rodzajem pęcherzyka wewnątrzkomórkowego oraz (3) ) w tworzeniu fagolizosomu, co kończy się „trawieniem”.

Etap uznania

Fagocytoza nie jest prostym procesem. Polega ona między innymi na rozpoznawaniu określonych sygnałów i wiązaniu się cząstek lub organizmów z określonymi receptorami znajdującymi się na zewnętrznej powierzchni błony plazmatycznej komórek fagocytarnych.

Ten początkowy proces można uznać za swego rodzaju „neutralizację”, zwłaszcza jeśli chodzi o fagocytozę, w której pośredniczą określone komórki układu odpornościowego, które są odpowiedzialne za eliminację atakujących komórek.

Zatem powierzchnia błony plazmatycznej komórek fagocytarnych (lub organizmów jednokomórkowych, które fagocytują) jest wyposażona w baterię receptorów, które są zdolne do rozpoznawania określonych cząsteczek (ligandów) znajdujących się na powierzchni atakujących komórek lub które są typowe dla cząstek jedzenia.

Te receptory, które są na ogół integralnymi białkami błonowymi z zewnątrzkomórkowymi rozszerzeniami, wiążą się ze swoimi ligandami, wyzwalając serię wewnętrznych zdarzeń sygnalizacyjnych, które wysyłają wiadomość, która tłumaczy się jako „na zewnątrz jest jedzenie”.

Etap tworzenia fagosomów

Gdy komórka, która pochłania cząstkę pokarmu lub inną „obcą” komórkę, otrzyma wiadomość wysłaną z powierzchni, w błonie komórkowej następuje wgłobienie, co oznacza, że komórka „pochłania” materiał, który ma być fagocytowany, otaczając go własną błoną. .

Na tym etapie obserwuje się, jak błona rozprzestrzenia się po drugiej komórce i to rozszerzenie jest czasami znane jako „pseudopod”. Kiedy końce pseudonóża łączą się, otaczając obcy element, tworzy się wewnętrzny „pęcherzyk” zwany fagosomem.

Faza tworzenia i trawienia fagolizosomów

Fagosomy zawierające elementy fagocytozy to wewnątrzkomórkowe pęcherzyki pokryte błoną. Mają zdolność łączenia się z innymi organellami wewnątrzkomórkowymi: lizosomami.

Fuzja pomiędzy fagosomami i lizosomami prowadzi do powstania fagolizosomów , które odpowiadają organellom złożonym, w których zachodzi „trawienie” lub „rozpad” fagocytowanych związków (czy to całych komórek, ich części, czy innych cząsteczek zewnątrzkomórkowych).

Ponieważ lizosomy są organellami odpowiedzialnymi za degradację brakującego lub odpadowego materiału wewnątrzkomórkowego, są one wyposażone w różne enzymy hydrolityczne i proteolityczne, które dają im zdolność do rozpadu (na mniejsze fragmenty) cząstek zawartych w fagosomach, z którymi łączyć.

Materiał powstały w wyniku tej degradacji fagolizosomalnej można definitywnie wyeliminować jako odpad z komórek fagocytarnych lub wykorzystać jako „budulec” do syntezy nowych związków wewnątrzkomórkowych.

cechy

Fagocytoza pełni wiele ważnych funkcji w organizmach eukariotycznych. Na przykład u pierwotniaków i innych organizmów jednokomórkowych proces ten jest niezbędny do odżywiania, ponieważ większość pożywienia jest spożywana w ten sposób.

Fagocytoza w amebie (źródło: Miklos via Wikimedia Commons)

Z drugiej strony, w wielu organizmach wielokomórkowych fagocytoza jest niezbędna dla swoistej i niespecyficznej obrony, to znaczy dla odporności wrodzonej i odporności adaptacyjnej.

Ma podstawowe funkcje w „niszczeniu” atakujących patogennych mikroorganizmów, takich jak bakterie, pasożyty itp., A także bierze udział w przywracaniu normalnych warunków w miejscach, w których wystąpiła infekcja lub stan zapalny, to znaczy jest ważny dla gojenie ran.

Również w kontekście immunologicznym fagocytoza jest niezbędna dla procesów prezentacji antygenu i aktywacji określonych limfocytów układu odpornościowego (limfocyty B i limfocyty T), które uczestniczą w obronie organizmu przed obcymi lub obcymi czynnikami.

Fagocytoza bierze również udział w eliminacji i „recyklingu” komórek w organizmie, które przechodzą przez zdarzenia apoptotyczne, tak aby ich składniki mogły zostać ponownie wykorzystane lub skierowane do tworzenia nowych cząsteczek wewnątrzkomórkowych lub organelli.

Co ciekawe, makrofagi w organizmie człowieka są odpowiedzialne za codzienne spożycie ponad 100 milionów erytrocytów, które zużywają się lub nieprawidłowo funkcjonują w krwiobiegu.

Komórki układu odpornościowego, które wykonują fagocytozę

Komórki układu odpornościowego, które dokonują fagocytozy, mogą również wykorzystywać wiele mechanizmów niszczenia patogenów, takich jak:

Rodniki tlenowe

Są to wysoce reaktywne cząsteczki, które reagują z białkami, lipidami i innymi cząsteczkami biologicznymi. Podczas stresu fizjologicznego ilość rodników tlenowych w komórce może dramatycznie wzrosnąć, powodując stres oksydacyjny, który może zniszczyć struktury komórkowe.

Tlenek azotu

Jest to substancja reaktywna, podobna do rodników tlenowych, która reaguje z nadtlenkiem, tworząc inne cząsteczki uszkadzające różne cząsteczki biologiczne.

Białka przeciwbakteryjne

Są to białka, które w szczególności uszkadzają lub zabijają bakterie. Przykłady białek przeciwdrobnoustrojowych obejmują proteazy, które zabijają różne bakterie poprzez niszczenie niezbędnych białek, oraz lizozym, który atakuje ściany komórkowe bakterii Gram-dodatnich.

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe są podobne do białek przeciwdrobnoustrojowych, ponieważ atakują i zabijają bakterie. Niektóre peptydy przeciwdrobnoustrojowe, takie jak defensyny, atakują błony komórkowe bakterii.

Wiążące białka

Białka wiążące często odgrywają ważną rolę we wrodzonym układzie odpornościowym, ponieważ konkurują z białkami lub jonami, które w innym przypadku byłyby korzystne dla bakterii lub replikacji wirusa.

Bibliografia

Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Podstawowa biologia komórki. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
Brown, E. (1995). Fagocytoza. BioEssays, 17 (2), 109-117.
Garrett, WS i Mellman, I. (2001). Badania endocytozy. W Dendritic Cells (druga, str. 213-cp1). Academic Press.
Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (wyd. 5). Freeman, WH & Company.
Platt, N. i Fineran, P. (2015). Pomiar aktywności fagocytarnej komórek. Methods in Cell Biology, 126, 287-304.
Rosales, C. i Uribe-Querol, E. (2017). Fagocytoza: podstawowy proces odporności. BioMed Research International, 1–18.
Sbarra, AJ i Karnovskyi, ML (1959). Biochemiczne podstawy fagocytozy. Journal of Biological Chemistry, 234 (6), 1355-1362.
Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (1999). Biology (5 wyd.). Filadelfia, Pensylwania: Saunders College Publishing.
Stuart, LM i Ezekowitz, RAB (2005). Fagocytoza: elegancka złożoność. Immunity, 22 (5), 539–550.

FAGOCYTOZA: ETAPY I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026