FAGOCYTOSE: STADIA EN FUNCTIES - BIOLOGIE - 2025

De fagocytose is het proces waarbij cellen moleculen en verschillende stoffen uit het omringende medium "vangen" als gevolg van de vorming van invaginaties van het plasmamembraan, waardoor intracellulaire blaasjes worden gevormd die bekend staan ​​als endosomen. Fagocytose, samen met pinocytose en receptorgemedieerde endocytose, vormen samen de drie soorten endocytose

Pinocytose wordt geassocieerd met de opname van vloeistof en kleine moleculen, terwijl receptorgemedieerde endocytose de binding van specifieke moleculen aan membraanreceptoreiwitten omvat. Fagocytose wordt beschouwd als een vorm van voedsel, omdat het verband houdt met de opname van grote moleculen, andere cellen of "debris" van andere cellen.

Fagocytose van een bacterie (Bron: GrahamColm op Engelse Wikipedia via Wikimedia Commons)

In meercellige organismen zoals planten, dieren en schimmels hebben niet alle cellen het vermogen om externe elementen op te slokken, wat betekent dat er enkele gespecialiseerde cellen voor dit doel zijn, die bekend staan ​​als "fagocytische cellen".

Fagocytische cellen zijn verspreid over alle lichaamsweefsels en vervullen verschillende functies. Macrofagen zijn een goed voorbeeld van fagocytische cellen die behoren tot het immuunsysteem, waarvan de functie is om ons te beschermen tegen micro-organismen die ons lichaam binnendringen.

Fagocytose / Foto hersteld van phagositosis77.blogspot.com

Het proces van fagocytose zou niet zinvol zijn in eukaryote cellen zonder het bestaan ​​van een soort intracellulair organel dat een lysosoom wordt genoemd, aangezien daar de voedingsstoffen van het materiaal dat de cellen fagocyteren worden 'verwerkt' of 'verteerd'.

Fagocytose staat ook bekend als "heterofagie" (opname van extracellulaire verbindingen), aangezien het verschilt van "autofagie", het normale proces dat plaatsvindt in de lysosomen van vrijwel alle eukaryote cellen.

Stadia

Zodra de macrofaag een virus overspoelt (1-3), breekt het het in stukken met lysosome enzymen (4,5) die vervolgens als onschadelijk afval uit de cel worden vrijgegeven (6). Foto opgehaald van: askabiologist.asu.edu.

In hogere eukaryote organismen zijn de belangrijkste fagocytische cellen afgeleid van een gemeenschappelijke precursor die afkomstig is uit het beenmerg. Deze cellen staan ​​bekend als "witte bloedcellen" en zijn polymorfonucleaire leukocyten (neutrofielen), monocyten en macrofagen.

Het fagocytoseproces kan worden geanalyseerd als een reeks stappen of opeenvolgende stadia, die bestaan ​​uit (1) de herkenning van het materiaal dat wordt gefagocyteerd, (2) in de vorming van het fagosoom, een soort intracellulair blaasje, en (3) ) bij de vorming van het fagolysosoom, een gebeurtenis die eindigt met "vertering".

Erkenningsfase

Fagocytose is geen eenvoudig proces. Het omvat onder meer de herkenning van specifieke signalen en de binding van deeltjes of organismen aan specifieke receptoren aan de buitenzijde van het plasmamembraan van fagocytische cellen.

Dit aanvankelijke proces kan worden beschouwd als een soort "neutralisatie", vooral als het gaat om fagocytose gemedieerd door bepaalde cellen van het immuunsysteem, die verantwoordelijk zijn voor de eliminatie van binnendringende cellen.

Zo is het oppervlak van het plasmamembraan van fagocytische cellen (of van eencellige organismen die fagocytisch zijn) begiftigd met een batterij receptoren die in staat zijn om specifieke moleculen (liganden) te herkennen die worden aangetroffen op het oppervlak van binnenvallende cellen of die typisch zijn voor voedseldeeltjes.

Deze receptoren, die over het algemeen integrale membraaneiwitten zijn met extracellulaire verlengingen, binden aan hun liganden en veroorzaken een reeks interne signaleringsgebeurtenissen die een bericht verzenden dat zich vertaalt als "er is voedsel buiten".

Fagosoomvormingsfase

Zodra de cel die een voedseldeeltje of een andere ‘vreemde’ cel opslokt, het bericht ontvangt dat van het oppervlak wordt gestuurd, vindt er een invaginatie plaats in het plasmamembraan, wat betekent dat de cel het te fagocyteren materiaal ‘overspoelt’ en het omringt met zijn eigen membraan. .

In dit stadium wordt waargenomen hoe het membraan zich over de andere cel verspreidt en deze extensie wordt ook wel een "pseudopod" genoemd. Wanneer de uiteinden van de pseudopod samenkomen en het vreemde element omsluiten, vormt zich een intern "blaasje" dat een fagosoom wordt genoemd.

Fagolysosoomvorming en verteringsfase

De fagosomen die de gefagocyteerde elementen bevatten, zijn intracellulaire blaasjes die bedekt zijn met een membraan. Deze kunnen fuseren met andere intracellulaire organellen: lysosomen.

De fusie tussen fagosomen en lysosomen leidt tot fagolysosomen , die overeenkomen met de samengestelde organellen waar de "vertering" of "desintegratie" van de gefagocyteerde verbindingen plaatsvindt (of het nu hele cellen zijn, delen ervan of andere extracellulaire moleculen).

Omdat lysosomen de organellen zijn die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van gebrekkig of afval intracellulair materiaal, zijn ze begiftigd met verschillende hydrolytische en proteolytische enzymen die hen het vermogen geven om de deeltjes in de fagosomen waarmee ze zich bevinden te desintegreren (in kleinere fragmenten). samenvoegen.

Het materiaal dat voortkomt uit deze fagolysosomale afbraak kan definitief worden verwijderd als afvalmateriaal van fagocytische cellen of kan worden gebruikt als een “bouwsteen” voor de synthese van nieuwe intracellulaire verbindingen.

Kenmerken

Fagocytose heeft veel belangrijke functies bij eukaryote organismen. Bij protozoa en andere eencellige wezens is dit proces bijvoorbeeld essentieel voor de voeding, aangezien het meeste voedsel op deze manier wordt ingenomen.

Fagocytose in een amoebe (Bron: Miklos via Wikimedia Commons)

In veel meercellige organismen is fagocytose daarentegen essentieel voor specifieke en niet-specifieke verdediging, dat wil zeggen voor aangeboren immuniteit en adaptieve immuniteit.

Het heeft primaire functies bij de "vernietiging" van binnendringende pathogene micro-organismen zoals bacteriën, parasieten, enz., En is ook betrokken bij het herstel van normale omstandigheden op plaatsen waar infectie of ontsteking heeft plaatsgevonden, dat wil zeggen dat het belangrijk is voor de wondherstel.

Ook in de immunologische context is fagocytose essentieel voor de processen van antigeenpresentatie en activering van specifieke lymfocyten van het immuunsysteem (B-cellen en T-cellen), die deelnemen aan de afweer van het lichaam tegen vreemde of vreemde agentia.

Fagocytose is ook betrokken bij de eliminatie en "recycling" van cellen in het lichaam die apoptotische gebeurtenissen ondergaan, zodat hun componenten kunnen worden hergebruikt of gericht op de vorming van nieuwe intracellulaire moleculen of organellen.

Het is een merkwaardig feit dat macrofagen in het menselijk lichaam verantwoordelijk zijn voor de dagelijkse opname van meer dan 100 miljoen erytrocyten die verslijten of slecht functioneren in de bloedbaan.

Cellen van het immuunsysteem die fagocytose uitvoeren

Cellen van het immuunsysteem die fagocytose uitvoeren, kunnen ook veel mechanismen gebruiken om ziekteverwekkers te vernietigen, zoals:

Zuurstofradicalen

Het zijn zeer reactieve moleculen die reageren met eiwitten, lipiden en andere biologische moleculen. Tijdens fysiologische stress kan de hoeveelheid zuurstofradicalen in een cel dramatisch toenemen, waardoor oxidatieve stress ontstaat, die celstructuren kan vernietigen.

Stikstofoxide

Het is een reactieve stof, vergelijkbaar met zuurstofradicalen, die reageert met superoxide om andere moleculen te creëren die verschillende biologische moleculen beschadigen.

Antimicrobiële eiwitten

Het zijn eiwitten die bacteriën specifiek beschadigen of doden. Voorbeelden van antimicrobiële eiwitten zijn onder meer proteasen, die verschillende bacteriën doden door essentiële eiwitten te vernietigen, en lysozym, dat de celwanden van gram-positieve bacteriën aantast.

Antimicrobiële peptiden

Antimicrobiële peptiden lijken op antimicrobiële eiwitten doordat ze bacteriën aanvallen en doden. Sommige antimicrobiële peptiden, zoals defensines, vallen bacteriële celmembranen aan.

Bindende eiwitten

Bindende eiwitten zijn vaak belangrijke spelers in het aangeboren immuunsysteem omdat ze competitief binden aan eiwitten of ionen die anders gunstig zouden zijn geweest voor bacteriën of virale replicatie.

Referenties

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essentiële celbiologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Brown, E. (1995). Fagocytose. BioEssays, 17 (2), 109-117.
3. Garrett, WS en Mellman, I. (2001). Studies van endocytose. In dendritische cellen (Second, pp. 213-cp1). Academische pers.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Moleculaire celbiologie (5e ed.). Freeman, WH & Company.
5. Platt, N., & Fineran, P. (2015). Het meten van de fagocytische activiteit van cellen. Methods in Cell Biology, 126, 287-304.
6. Rosales, C., en Uribe-Querol, E. (2017). Fagocytose: een fundamenteel proces in immuniteit. BioMed Research International, 1–18.
7. Sbarra, AJ en Karnovskyi, ML (1959). De biochemische basis van fagocytose. Journal of Biological Chemistry, 234 (6), 1355-1362.
8. Solomon, E., Berg, L., en Martin, D. (1999). Biology (5e ed.). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.
9. Stuart, LM en Ezekowitz, RAB (2005). Fagocytose: elegante complexiteit. Immuniteit, 22 (5), 539-550.