СР_6. Особенности метаболизма лейкоцитов
Фагоцитоз.
Фагоцитоз. Механизмы фагоцитоза с биохимической точки зрения
Фагоцитоз – процесс активного поглощения и переваривания клетками организма попавших в него живых и убитых микробов или других инородных частиц. Фагоцитоз осуществляется макрофагами и нейтрофилами, но присущ и другим лейкоцитам.
Стадии фагоцитоза
1. хемотаксис – целенаправленное передвижение фагоцитов в направлении химического градиента хемоаттрактантов (ими могут быть бактериальные компоненты, лимфокины);
2. адгезия (прикрепление) фагоцитов к объекту: обусловлена наличием на поверхности фагоцитов рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта;
3. эндоцитоз – впячивание мембраны с образованием фагоцитарной вакуолей – фагосомы; На этой стадии осуществляется подготовка объекта к погружению. Происходит активация протеинкиназы С, выход ионов кальция из внутриклеточных депо;
4. внутриклеточное переваривание связано с образованием фаголизосом, путем слияния первичных лизосом (азурофильных гранул) с фагосомами. Основные вещества, участвующие в бактериолизе: активные формы кислорода, продукты азотного метаболизма, лизоцим и др. Процесс разрушения бактериальных клеток завершается благодаря активности протеаз, нуклеаз, липаз и других ферментов, активность которых оптимальна при низких значениях pH;
5. выброс продуктов деградации.
Фагоцитоз может быть:
· завершённым (киллинг и переваривание прошло успешно);
· незавершённым (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например, у микобактерий и гонококков).
Механизмы фагоцитоза
Взаимодействие чужеродных частиц с поверхностью фагоцита вызывает его активацию, выражающуюся в перестройке метаболизма клетки – увеличивается ионная проницаемость клеточной мембраны; в десятки раз увеличивается потребление клеткой глюкозы и кислорода, что сопровождается образованием супероксидного радикала О2-. Это явление называют «дыхательным взрывом» или «респираторным взрывом». В его основе лежит повышение образования НАДФН в клетке в результате активации гексозомонофосфатного шунта (пентозного цикла) и окисления НАДФН ферментным комплексом НАДФН – оксидазой. Реакция, катализируемая НАДФH-оксидазой, заключается в окислении НАДФ•H до НАДФ+ внутри клетки с переносом электронов на другую сторону клеточной мембраны и образованию на наружной стороне клетки супероксидного радикала из кислорода среды.
НАДФ•H (внутриклеточный) + 2 O2 (внеклеточный) → НАДФ+ (внутриклеточный) + H+ (внутриклеточный) + 2 O2•- (внеклеточный)
НАДФH-оксидаза — это мультикомпонентный ферментный комплекс. Типичный и наиболее исследованный представитель NOX2 состоит из двух мембранных субъединиц, трёх цитозольных компонентов и низкомолекулярного G-белка. Распределение двух групп компонентов в субклеточных компартментах гарантирует неактивное состояние фермента в покоящейся клетке. Центральным компонентом НАДФH оксидазы является флавоцитохром b558 (по длине волны поглощения цитохрома), или флавоцитохром b-245, (по нормальному восстановительному потенциалу гема −245 мВ при рН 7.0). Он расположен в плазматической мембране и в мембране специфических гранул, также может встраиваться в клеточную стенку вакуолей фагоцитов, где формирует канал для электронов, закачиваемых НАДФH-оксидазой из цитозоля в вакуоль. Один из доменов специфично связывается с фосфатидилинозит-3-фосфатом, который накапливается в фагосомальных мембранах, что способствует удержанию НАДФH оксидазного комплекса в мембране.
О2-, в свою очередь превращается в другие АФК -*ОН; Н2О2,. Образование пероксинитрита in vivo происходит в результате взаимодействия супероксид-иона и оксида азота.
Пероксинитрит является сильным окислителем. Благодаря своим свойствам он способен вызывать повреждения широкого спектра молекул в клетке, в том числе ДНК и белков.
В обеспечении бактерицидного действия полиморфноядерных лейкоцитов важная роль принадлежит миелопероксидазе,
Миелопероксидаза - это фермент лизосом нейтрофилов, относится к гем-содержащим белкам. В присутствии перекиси водорода миелопероксидаза окисляет анион хлора до гипохлорита, обладающего сильным антибактериальным действием за счёт вызываемого оксидативного стресса.
Однако при многих воспалительных заболеваниях (фиброз, ревматоидный артрит) нейтрофильная миелопероксидаза способна вызвать повреждение ткани.
Активация фагоцитов способствует выбросу свободных протеиназ, разрушительная активность которых сдерживается а1- антитрипсином. Однако, под влиянием АФК, продуцируемых фагоцитами, (особенно HСlO), возникает дефицит а1- антитрипсина. В результате проксиназы могут разрушать ткани, Окисление же липидов мембран приводит к появлению хемотрактантов. Таким образом, активация фагоцитов является «автокаталитическим» процессом, что может привести к образованию порочного «круга» в очагах воспаления. В организме существуют естественные механизмы торможения воспалительных реакций. Так, нейтрофилы выделяют лактоферрин, который связывает свободное железо, переводя его тем самым в каталитически неактивную форму, а также высокие концентрации таурина, который реагирует с гипохлоритом и защищает тем самым нейтрофилы от поражения.
Итак, образование АФК и гипохлоридов является кислород зависимым механизмом уничтожения микробов.
Существуют и кислород – независимые бактерицидные механизмы к ним относится, например, секреция в фагосому веществ, находящихся в специфических гранулах нейтрофилов. Секретируются катапсин, эластаза, протеиназа, дефензины, катионные белки, лизоцим, лактоферрин.
Дефензины – природные антибиотики полипептидной природы. Формируют порог в мембранах микробных клеток. Дефензины богаты остатками цистеина и аргинина.
Другим антимикробным механизмом является снижение рН. Н+- зависимая АТФ – аза «закачивает» в фаглизосому ионы Н+.
При патологиях выполнения фагоцитами своих функций может существенно снижаться например, при наследственном дефиците миелопероксидазы. У больных хроническим гранулематозом фагоцитарные клетки не образуют АФК и не способны уничтожать фагоцитированные микроорганизмы. Это заболевание характеризуется очагами хронического воспаления, которое вызывают возбудители гнойных инфекций.
