FAGOCITOSI: ETAPES I FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

La fagocitosi és el procés en el qual les cèl·lules «capten» diferents substàncies i molècules des del mitjà que les envolta gràcies a la formació d'invaginacions de la membrana plasmàtica, que forma vesícules intracel·lulars conegudes com endosomes. La fagocitosi, al costat de pinocitosi i endocitosi mediada per receptors, sumen els tres tipus d'endocitosi

La pinocitosi té a veure amb la ingestió de líquid i de molècules de mida petita, mentre que l'endocitosi mediada per receptors implica la unió de molècules específiques a proteïnes receptores de membrana. La fagocitosi es considera una forma d'alimentació, ja que es relaciona amb la ingestió de molècules grans, d'altres cèl·lules o de "restes" d'altres cèl·lules.

Fagocitosis d'un bacteri (Font: GrahamColm at English Wikipedia via Wikimedia Commons)

En els organismes multicel·lulars com les plantes, els animals i els fongs, no totes les cèl·lules tenen la capacitat de fagocitar elements externs, el que significa que hi ha algunes cèl·lules especialitzades per a aquesta finalitat, les quals es coneixen com a "cèl·lules fagocítiques".

Les cèl·lules fagocítiques es distribueixen per tots els teixits corporals i exerceixen diferents funcions. Els macròfags són un bon exemple de cèl·lules fagocítiques pertanyents a el sistema immune, la funció és defensar-nos dels microorganismes que ingressen al nostre cos.

Fagocitosis / Fotografia recuperada de fagositosis77.blogspot.com

El procés de la fagocitosi no tindria sentit en les cèl·lules eucariotes sense l'existència d'un tipus de orgànul intracel·lular anomenat lisosoma, ja que és allà on es "processen" o "digereixen" els nutrients provinents de l'material que les cèl·lules fagociten.

La fagocitosi també es coneix com "heterofagia" (ingestió de compostos extracel·lulars), ja que es diferencia de la "autofàgia", que és el procés normal que té lloc en els lisosomes de virtualment totes les cèl·lules eucariotes.

etapes

Una vegada que el macròfag engoleix un virus (1-3), el trenca en trossets amb enzims dels lisosomes (4,5) que són després alliberats de la cèl·lula com deixalles inofensius (6). Foto recuperada de: askabiologist.asu.edu.

En els organismes eucariotes superiors, les principals cèl·lules fagocítiques deriven d'un precursor comú que té el seu origen en la medul·la òssia. Aquestes cèl·lules es coneixen com a "glòbuls blancs" i són els leucòcits polimorfonuclears (neutròfils), els monòcits i els macròfags.

El procés de fagocitosi pot analitzar-se com una sèrie de passos o etapes seqüencials, els quals consisteixen en (1) el reconeixement de l'material que fagocita, (2) en la formació de l'fagosoma, que és una espècie de vesícula intracel·lular, i (3) en la formació de l'fagolisosoma, esdeveniment que acaba amb la "digestió".

Etapa de reconeixement

La fagocitosi no és un procés senzill. Entre moltes altres coses, implica el reconeixement de senyals específiques i de la unió de partícules o organismes a uns receptors concrets situats a la cara externa de la membrana plasmàtica de les cèl·lules fagocítiques.

Aquest procés inicial pot considerar-se com una mena de "neutralització", especialment quan es tracta de la fagocitosi mediada per determinades cèl·lules de el sistema immune, que són les responsables de l'eliminació de cèl·lules invasores.

Així doncs, la superfície de la membrana plasmàtica de les cèl·lules fagocítiques (o dels organismes unicel·lulars que fagociten) està dotada d'una bateria de receptors que són capaços de reconèixer molècules específiques (lligands) que es troben a la superfície de les cèl·lules invasores o que són pròpies de les partícules alimentàries.

Aquests receptors, que generalment són proteïnes integrals de membrana amb extensions extracel·lulars, s'uneixen als seus lligands, el que desencadena una sèrie d'esdeveniments de senyalització interns que envien un missatge que es tradueix com "hi ha menjar fora".

Etapa de formació de l'fagosoma

Un cop la cèl·lula que està fagocitant una partícula alimentària o una altra cèl·lula "forana" rep el missatge enviat des de la superfície, en la membrana plasmàtica es produeix una invaginació, que significa que la cèl·lula "engoleix" el material a fagocitar envoltant amb la seva pròpia membrana.

En aquesta etapa s'observa com la membrana s'estén sobre l'altra cèl·lula ja aquesta extensió a vegades se li coneix com "pseudópodo". Quan els extrems de l'pseudópodo s'ajunten tancant l'element forà, es forma una "vesícula" interna anomenada fagosoma.

Etapa de formació de l'fagolisosoma i digestió

Els fagosomas que tanquen els elements fagocitats són vesícules intracel·lulars recobertes per una membrana. Aquests tenen la capacitat de fusionar-se amb altres orgànuls intracel·lulars: els lisosomes.

La fusió entre fagosomas i lisosomes dóna lloc als fagolisosomas, que corresponen als orgànuls compostos on té lloc la "digestió" o "desintegració" dels compostos fagocitats (siguin cèl·lules senceres, parts d'elles o altres molècules extracel·lulars).

Ja que els lisosomes són els orgànuls encarregats de la degradació de l'material intracel·lular deficient o de rebuig, aquests estan dotats amb diferents enzims hidrolítics i proteolítics que els confereixen l'habilitat de desintegrar (en fragments més petits) les partícules contingudes en els fagosomas amb els quals es fusionen.

El material resultant d'aquesta degradació fagolisosomal pot ser eliminat definitivament com a material de rebuig de les cèl·lules fagocítiques o pot ser emprat com "bloc de construcció" per a la síntesi de nous compostos intracel·lulars.

funcions

La fagocitosi té moltes funcions importants en els organismes eucariotes. En els protozoaris i altres éssers unicel·lulars, per exemple, aquest procés és fonamental per a la nutrició, ja que la major part dels aliments són ingerits per aquesta via.

Fagocitosis en una ameba (Font: Miklos via Wikimedia Commons)

En molts organismes multicel·lulars, d'altra banda, la fagocitosi és essencial per a la defensa específica i inespecífica, és a dir, per a la immunitat innata i la immunitat adaptativa.

Té funcions primordials a la "destrucció" de microorganismes invasors patogènics com els bacteris, els paràsits, etc., i també està implicada en el restabliment de les condicions normals en els llocs on ha passat infecció o inflamació, és a dir, és important per a la reparació de ferides.

També en el context immunològic, la fagocitosi és fonamental per als processos de presentació d'antígens i activació dels limfòcits específics de el sistema immune (les cèl·lules B i les cèl·lules T), que participen en la defensa dels el cos davant d'agents estranys o forans.

La fagocitosi, a més, està involucrada en l'eliminació i el "reciclatge" de les cèl·lules de el cos que passen per esdeveniments apoptòtics, de manera que els seus components puguin ser reutilitzats o dirigits a la formació de noves molècules o orgànuls intracel·lulars.

Com a dada curiosa, els macròfags de el cos humà són els responsables de la ingestió diària de més de 100 milions dels eritròcits que es desgasten o que funcionen incorrectament en el torrent sanguini.

Cèl·lules de el sistema immune que realitzen fagocitosi

Les cèl·lules de sistema immune que realitzen la fagocitosi també poden utilitzar molts mecanismes per destruir patògens, com ara:

Radicals d'oxigen

Són molècules altament reactives que reaccionen amb proteïnes, lípids i altres molècules biològiques. Durant l'estrès fisiològic, la quantitat de radicals d'oxigen en una cèl·lula pot augmentar dràsticament, causant estrès oxidatiu, que pot destruir les estructures cel·lulars.

òxid nítric

És una substància reactiva, similar als radicals d'oxigen, que reacciona amb el superòxid per crear altres molècules que danyen diverses molècules biològiques.

proteïnes antimicrobianes

Són proteïnes que danyen o maten específicament els bacteris. Exemples de proteïnes antimicrobianes inclouen proteases, que maten a diversos bacteris destruint proteïnes essencials, i lisozima, que ataca les parets cel·lulars de bacteris gram positives.

pèptids antimicrobians

Els pèptids antimicrobians són similars a les proteïnes antimicrobianes en que ataquen i maten els bacteris. Alguns pèptids antimicrobians, com les defensines, ataquen les membranes cel·lulars bacterianes.

Proteïnes d'unió

Les proteïnes d'unió són sovint actors importants en el sistema immune innat perquè s'uneixen competitivament a proteïnes o ions que d'una altra manera haguessin estat beneficiosos per als bacteris o la replicació viral.

referències

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Essential Cell Biology. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Brown, I. (1995). Phagocytosis. BioEssays, 17 (2), 109-117.
3. Garrett, WS, & Mellman, I. (2001). Studies of endocytosis. In Dendritic Cells (Second, pp. 213-CP1). Academic Press.
4. Lodish et, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5th ed.). Freeman, WH & Company.
5. Platt, N., & Fineran, P. (2015). Measuring the phagocytic activity of cells. Methods in Cell Biology, 126, 287-304.
6. Rosales, C., & Uribe-Querol, E. (2017). Phagocytosis: A Fonamental Process in Immunity. BioMed Research International, 1-18.
7. Sbarra, AJ, & Karnovskyi, ML (1959). The Biochemical Basis of Phagocytosis. Journal of Biological Chemistry, 234 (6), 1355-1362.
8. Solomon, I., Berg, L., & Martin, D. (1999). Biology (5th ed.). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.
9. Stuart, LM, & Ezekowitz, RAB (2005). Phagocytosis: Elegant complexity. Immunity, 22 (5), 539-550.