ФАГОЦИТОЗА: ЕТАПИ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В фагоцитоза е процес, при който клетки "улавяне" молекули и различни вещества от околната среда, поради образуването на invaginations на плазмената мембрана, образувайки вътреклетъчни везикули, известни като ендозоми. Фагоцитозата, заедно с пиноцитозата и рецепторно-медиираната ендоцитоза, допълват трите вида ендоцитоза

Пиноцитозата включва поглъщането на течности и малки молекули, докато медиираната от рецепторите ендоцитоза включва свързването на специфични молекули с мембранните рецепторни протеини. Фагоцитозата се счита за форма на храна, тъй като е свързана с поглъщането на големи молекули, други клетки или „остатъци“ от други клетки.

Фагоцитоза на бактерия (Източник: GrahamColm в английската Уикипедия чрез Wikimedia Commons)

В многоклетъчните организми като растения, животни и гъби, не всички клетки имат способността да погълнат външни елементи, което означава, че има някои специализирани клетки за тази цел, които са известни като „фагоцитни клетки“.

Фагоцитните клетки се разпределят във всички тъкани на тялото и изпълняват различни функции. Макрофагите са добър пример за фагоцитни клетки, принадлежащи към имунната система, чиято функция е да ни защитава от микроорганизми, които влизат в тялото ни.

Фагоцитоза / Снимка, възстановена от phagositosis77.blogspot.com

Процесът на фагоцитоза не би имал смисъл в еукариотните клетки без наличието на вид вътреклетъчна органела, наречена лизозома, тъй като именно там хранителните вещества от материала, който клетките фагоцитоза се „обработват“ или „усвояват“.

Фагоцитозата е известна още като "хетерофагия" (поглъщане на извънклетъчни съединения), тъй като се различава от "автофагия", което е нормалният процес, който протича в лизозомите на почти всички еукариотни клетки.

Етапи

След като макрофагът погълне вирус (1-3), той го разгражда на парчета с лизозомни ензими (4,5), които след това се освобождават от клетката като безобиден отпадък (6). Снимка, получена от: askabiologist.asu.edu.

Във висшите еукариотни организми основните фагоцитни клетки се получават от общ предшественик, произхождащ от костния мозък. Тези клетки са известни като "бели кръвни клетки" и представляват полиморфонуклеарни левкоцити (неутрофили), моноцити и макрофаги.

Процесът на фагоцитоза може да бъде анализиран като поредица от етапи или последователни етапи, които се състоят в (1) разпознаването на материала, който е фагоцитозиран, (2) при образуването на фагосомата, която е вид вътреклетъчна везикула, и (3) във формирането на фаголизозома, събитие, което завършва с "храносмилането".

Етап на разпознаване

Фагоцитозата не е прост процес. Освен много други неща, тя включва разпознаването на специфични сигнали и свързването на частици или организми към специфични рецептори, разположени на външната страна на плазмената мембрана на фагоцитните клетки.

Този първоначален процес може да се счита за вид „неутрализация“, особено когато става дума за фагоцитоза, медиирана от определени клетки на имунната система, които са отговорни за елиминирането на инвазивните клетки.

По този начин повърхността на плазмената мембрана на фагоцитни клетки (или на едноклетъчни организми, които фагоцитират) е надарена с батерия от рецептори, които са способни да разпознават специфични молекули (лиганди), открити на повърхността на нахлуващи клетки или които са характерни за хранителните частици.

Тези рецептори, които обикновено са интегрални мембранни протеини с извънклетъчни разширения, се свързват с лигандите си, задействайки серия от вътрешни сигнални събития, които изпращат съобщение, което се превежда като „има храна отвън“.

Фаза на формиране на фагосома

След като клетката, която поглъща хранителна частица или друга „чужда“ клетка, получава съобщението, изпратено от повърхността, в плазмената мембрана настъпва инвагинация, което означава, че клетката „поглъща“ материала, който трябва да бъде фагоцитиран, заобикаляйки го със собствена мембрана.,

На този етап се наблюдава как мембраната се разпространява над другата клетка и това разширение понякога е известно като "псевдопад". Когато краищата на псевдопода се съберат, обграждайки чуждия елемент, се образува вътрешна "везикул", наречена фагосома.

Фаголизозомно формиране и етап на храносмилане

Фагозомите, които съдържат фагоцитираните елементи, са вътреклетъчни везикули, покрити от мембрана. Те имат способността да се слеят с други вътреклетъчни органели: лизозоми.

Сливането между фагозоми и лизозоми поражда фаголизозоми, които съответстват на съединените органели, където се извършва "храносмилането" или "разпадането" на фагоцитозираните съединения (били те цели клетки, части от тях или други извънклетъчни молекули).

Тъй като лизозомите са органелите, отговорни за разграждането на дефицит или отпадъчен вътреклетъчен материал, те са надарени с различни хидролитични и протеолитични ензими, които им дават способността да разграждат (на по-малки фрагменти) частиците, съдържащи се в фагозомите, с които те слеят.

Материалът в резултат на това фаголизозомно разграждане може окончателно да бъде елиминиран като отпадъчен материал от фагоцитни клетки или може да бъде използван като „градивен елемент“ за синтеза на нови вътреклетъчни съединения.

Характеристика

Фагоцитозата има много важни функции в еукариотните организми. При протозои и други едноклетъчни същества например този процес е от съществено значение за храненето, тъй като по-голямата част от храната се поглъща по този начин.

Фагоцитоза в амеба (Източник: Miklos via Wikimedia Commons)

В много многоклетъчни организми, от друга страна, фагоцитозата е от съществено значение за специфична и неспецифична защита, тоест за вроден имунитет и адаптивен имунитет.

Той има първични функции при „унищожаването“ на нахлуващи патогенни микроорганизми като бактерии, паразити и др., А също така участва в възстановяването на нормални условия в места, където е настъпила инфекция или възпаление, тоест е важно за ремонт на рани.

Също така в имунологичния контекст фагоцитозата е от съществено значение за процесите на представяне на антиген и активиране на специфични лимфоцити на имунната система (В клетки и Т клетки), които участват в защитата на организма срещу чужди или чужди агенти.

Фагоцитозата също участва в елиминирането и „рециклирането“ на клетки в тялото, които преминават през апоптотични събития, така че техните компоненти могат да бъдат използвани повторно или насочени към образуването на нови вътреклетъчни молекули или органели.

Като любопитен факт, макрофагите в човешкото тяло са отговорни за ежедневното поглъщане на повече от 100 милиона еритроцити, които се износват или неправилно функционират в кръвообращението.

Клетките на имунната система, които извършват фагоцитоза

Клетките на имунната система, които извършват фагоцитоза, също могат да използват много механизми за унищожаване на патогени, като например:

Кислородни радикали

Те са силно реактивни молекули, които реагират с протеини, липиди и други биологични молекули. По време на физиологичния стрес количеството кислородни радикали в клетката може да се увеличи драстично, причинявайки оксидативен стрес, който може да разруши клетъчните структури.

Азотен оксид

Това е реактивно вещество, подобно на кислородните радикали, което реагира със супероксид, за да създаде други молекули, които увреждат различни биологични молекули.

Антимикробни протеини

Те са протеини, които конкретно увреждат или убиват бактериите. Примерите за антимикробни протеини включват протеази, които убиват различни бактерии, като унищожават основните протеини, и лизозим, който атакува клетъчните стени на грам положителни бактерии.

Антимикробни пептиди

Антимикробните пептиди са подобни на антимикробните протеини по това, че атакуват и убиват бактериите. Някои антимикробни пептиди, като дефенсини, атакуват бактериалните клетъчни мембрани.

Свързващи протеини

Свързващите протеини често са важни играчи във вродената имунна система, тъй като те конкурентно се свързват с протеини или йони, които иначе биха били полезни за бактериите или вирусното размножаване.

Препратки

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Съществена клетъчна биология. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Браун, Е. (1995). Фагоцитоза. BioEssays, 17 (2), 109-117.
3. Garrett, WS, & Mellman, I. (2001). Проучвания на ендоцитоза. В дендритни клетки (Второ, стр. 213-cp1). Академична преса.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригър, М., Бретшер, А., Плое, Х.,… Мартин, К. (2003). Молекулярна клетъчна биология (5-то изд.). Freeman, WH & Company.
5. Плат, Н., и Финеран, П. (2015). Измерване на фагоцитната активност на клетките. Методи в клетъчната биология, 126, 287-304.
6. Rosales, C., & Uribe-Querol, E. (2017). Фагоцитоза: основен процес в имунитета. BioMed Research International, 1–18.
7. Sbarra, AJ и Karnovskyi, ML (1959). Биохимичната основа на фагоцитозата. Journal of Biological Chemistry, 234 (6), 1355-1362.
8. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Биология (5-то издание). Филаделфия, Пенсилвания: Издателство на колежа Saunders.
9. Stuart, LM и Ezekowitz, RAB (2005). Фагоцитоза: елегантна сложност. Имунитет, 22 (5), 539–550.