ФАГОЦИТОЗ: СТАДІЇ ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ

Фагоцитозу є процес , в якому клітину «захоплення» молекула і різні речовини з навколишнього середовища в зв'язку з формуванням инвагинации плазматичноїмембрани, утворюючи внутрішньоклітинні везикули , відомі як ендосоми. Фагоцитоз разом з піноцитозом та рецепторно-опосередкованим ендоцитозом складають до трьох типів ендоцитозу

Піноцитоз передбачає прийом рідини та невеликих молекул, тоді як рецептор-опосередкований ендоцитоз передбачає зв'язування конкретних молекул з мембранними рецепторними білками. Фагоцитоз вважають формою їжі, оскільки він пов'язаний з прийомом великих молекул, інших клітин або "сміття" з інших клітин.

Фагоцитоз бактерії (Джерело: GrahamColm в англійській Вікіпедії через Wikimedia Commons)

У багатоклітинних організмах, таких як рослини, тварини та грибки, не всі клітини мають здатність поглинати зовнішні елементи, а це означає, що для цього є деякі спеціалізовані клітини, які відомі як «фагоцитарні клітини».

Фагоцитарні клітини розподіляються по всіх тканинах організму і виконують різні функції. Макрофаги - хороший приклад фагоцитарних клітин, що належать до імунної системи, функцією яких є захист нас від мікроорганізмів, які потрапляють в наш організм.

Фагоцитоз / Фото, вилучені з phagositosis77.blogspot.com

Процес фагоцитозу не мав би сенсу в еукаріотичних клітинах без існування типу внутрішньоклітинної органели, яка називається лізосомою, оскільки саме там поживні речовини з матеріалу, який клітини фагоцитози «переробляються» або «засвоюються».

Фагоцитоз також відомий як «гетерофагія» (прийом всередину позаклітинних сполук), оскільки відрізняється від «автофагії», що є нормальним процесом, який відбувається в лізосомах практично всіх еукаріотичних клітин.

Етапи

Після того, як макрофаг поглинає вірус (1-3), він розбиває його на шматки з лізосомними ферментами (4,5), які потім вивільняються з клітини як нешкідливі відходи (6). Фото, отримане з: askabiologist.asu.edu.

У вищих еукаріотичних організмах основні фагоцитарні клітини походять від звичайного попередника, що походить з кісткового мозку. Ці клітини відомі як "білі кров'яні клітини" і являють собою поліморфноядерні лейкоцити (нейтрофіли), моноцити та макрофаги.

Процес фагоцитозу можна проаналізувати у вигляді серії етапів або послідовних стадій, які складаються з (1) розпізнавання матеріалу, який фагоцитозується, (2) при утворенні фагосоми, яка є різновидом внутрішньоклітинної везикули, і (3 ) у формуванні фаголізосоми, події, яка закінчується «травленням».

Етап розпізнавання

Фагоцитоз - не простий процес. Крім усього іншого, воно передбачає розпізнавання специфічних сигналів та зв'язування частинок чи організмів із специфічними рецепторами, розташованими на зовнішній стороні плазматичної мембрани фагоцитарних клітин.

Цей початковий процес можна розглядати як своєрідну «нейтралізацію», особливо якщо мова йде про фагоцитоз, опосередкований певними клітинами імунної системи, які відповідають за ліквідацію інвазійних клітин.

Таким чином, поверхня плазматичної мембрани фагоцитарних клітин (або одноклітинних організмів, які фагоцитують) наділена батареєю рецепторів, здатних розпізнавати специфічні молекули (ліганди), що знаходяться на поверхні окупуючих клітин або які характерні для харчових частинок.

Ці рецептори, як правило, цілісні мембранні білки з позаклітинними розширеннями, зв'язуються зі своїми лігандами, викликаючи низку внутрішніх сигнальних подій, які посилають повідомлення, яке перекладається як "зовні є їжа".

Стадія формування фагосоми

Після того, як клітина, яка поглинає харчову частинку або іншу «чужорідну» клітину, отримує повідомлення, що надсилається з поверхні, в плазматичну мембрану відбувається інвагінація, що означає, що клітина «поглинає» матеріал, який фагоцитується, оточуючи його власною мембраною. .

На цьому етапі спостерігається, як мембрана поширюється над іншою клітиною, і це розширення іноді називають "псевдоподом". Коли кінці псевдопода з’єднуються, огороджуючи стороннім елементом, утворюється внутрішня «везикул», що називається фагосомою.

Формування фаголізосоми та травлення

Фагосоми, які містять елементи фагоцитозу, - це внутрішньоклітинні везикули, покриті мембраною. Вони мають здатність зливатися з іншими внутрішньоклітинними органелами: лізосомами.

Злиття між фагосомами та лізосомами породжує фаголізосоми , які відповідають складеним органелам, де відбувається «травлення» чи «розпад» фагоцитозованих сполук (будь це цілі клітини, частини їх чи інші позаклітинні молекули).

Оскільки лізосоми є органелами, що відповідають за деградацію дефіцитного або відхідного внутрішньоклітинного матеріалу, вони наділені різними гідролітичними та протеолітичними ферментами, які надають їм здатність розщеплювати (на більш дрібні фрагменти) частинки, що містяться у фагосомах, з якими вони злиття.

Матеріал, отриманий в результаті цієї фаголізосомальної деградації, може бути остаточно усунутий як відхід з фагоцитарних клітин або він може бути використаний як «будівельний блок» для синтезу нових внутрішньоклітинних сполук.

Особливості

Фагоцитоз виконує багато важливих функцій в еукаріотичних організмах. У найпростіших та інших одноклітинних істот, наприклад, цей процес має важливе значення для харчування, оскільки більша частина їжі приймається таким чином.

Фагоцитоз в амебі (Джерело: Miklos via Wikimedia Commons)

У багатьох багатоклітинних організмів, з іншого боку, фагоцитоз має важливе значення для специфічної та неспецифічної захисту, тобто для вродженого імунітету та адаптаційного імунітету.

Він виконує первинні функції у «знищенні» вторгнення патогенних мікроорганізмів, таких як бактерії, паразити тощо, а також бере участь у відновленні нормальних умов у місцях, де відбулося зараження чи запалення, тобто це важливо для відновлення ран.

Також в імунологічному контексті фагоцитоз має важливе значення для процесів презентації антигену та активації специфічних лімфоцитів імунної системи (В-клітин та Т-клітин), які беруть участь у захисті організму від сторонніх чи чужорідних агентів.

Фагоцитоз також бере участь в елімінації та "переробці" клітин в організмі, які проходять через апоптотичні події, завдяки чому їх компоненти можуть бути використані повторно або спрямовані на утворення нових внутрішньоклітинних молекул або органел.

Як цікавий факт, макрофаги в організмі людини відповідають за щоденне надходження понад 100 мільйонів еритроцитів, які зношуються або порушують роботу крові.

Клітини імунної системи, які виконують фагоцитоз

Клітини імунної системи, які виконують фагоцитоз, також можуть використовувати багато механізмів для знищення збудників хвороб, таких як:

Кисневі радикали

Це високореактивні молекули, що реагують з білками, ліпідами та іншими біологічними молекулами. Під час фізіологічного стресу кількість кисневих радикалів у клітині може різко зрости, викликаючи окислювальний стрес, який може зруйнувати клітинні структури.

Оксид азоту

Це реактивна речовина, подібна до кисневих радикалів, що реагує з супероксидом, щоб створити інші молекули, що пошкоджують різні біологічні молекули.

Антимікробні білки

Це білки, які специфічно пошкоджують або вбивають бактерії. Приклади антимікробних білків включають протеази, які вбивають різні бактерії, знищуючи необхідні білки, і лізоцим, який атакує клітинні стінки грампозитивних бактерій.

Антимікробні пептиди

Антимікробні пептиди схожі на антимікробні білки тим, що вони атакують та вбивають бактерії. Деякі антимікробні пептиди, такі як дефенсини, атакують бактеріальні клітинні мембрани.

Зв'язування білків

Зв'язуючі білки часто є важливими гравцями вродженої імунної системи, оскільки вони конкурентно зв'язуються з білками або іонами, які в іншому випадку були б корисні для бактерій або вірусної реплікації.

Список літератури

Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Основна клітинна біологія. Абінгдон: Гарленд Наук, Тейлор і Френсіс Груп.
Браун, Е. (1995). Фагоцитоз. BioEssays, 17 (2), 109-117.
Garrett, WS, & Mellman, I. (2001). Дослідження ендоцитозу. У дендритних клітинах (Другий, с. 213-cp1). Академічна преса.
Лодіш, Х., Берк, А., Кайзер, Каліфорнія, Крігер, М., Бретчер, А., Плое, Х., … Мартін, К. (2003). Молекулярна клітинна біологія (5-е видання). Фрімен, WH & Company.
Платт, Н., і Фінеран, П. (2015). Вимірювання фагоцитарної активності клітин. Методи в клітинній біології, 126, 287-304.
Rosales, C., & Uribe-Querol, E. (2017). Фагоцитоз: фундаментальний процес імунітету. BioMed Research International, 1–18.
Sbarra, AJ, & Karnovskyi, ML (1959). Біохімічна основа фагоцитозу. Журнал біологічної хімії, 234 (6), 1355-1362.
Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Біологія (5-е видання). Філадельфія, Пенсильванія: Видавництво коледжу Сондерса.
Stuart, LM та Ezekowitz, RAB (2005). Фагоцитоз: Елегантна складність. Імунітет, 22 (5), 539–550.

ФАГОЦИТОЗ: СТАДІЇ ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025