Fagocitosis: etapas y funciones
¿Qué es la fagocitosis?
La fagocitosis es el proceso en el cual las células “captan” distintas sustancias y moléculas desde el medio que las rodea gracias a la formación de invaginaciones de la membrana plasmática, que forma vesículas intracelulares conocidas como endosomas. La fagocitosis, junto a pinocitosis y endocitosis mediada por receptores, suman los tres tipos de endocitosis
La pinocitosis tiene que ver con la ingestión de líquido y de moléculas de pequeño tamaño, mientras que la endocitosis mediada por receptores implica la unión de moléculas específicas a proteínas receptoras de membrana. La fagocitosis se considera una forma de alimentación, pues se relaciona con la ingestión de moléculas grandes, de otras células o de “restos” de otras células.
En los organismos multicelulares como las plantas, los animales y los hongos, no todas las células tienen la capacidad de fagocitar elementos externos, lo que significa que existen algunas células especializadas para tal fin, las cuales se conocen como “células fagocíticas”.
Las células fagocíticas se distribuyen por todos los tejidos corporales y ejercen distintas funciones. Los macrófagos son un buen ejemplo de células fagocíticas pertenecientes al sistema inmune, cuya función es defendernos de los microorganismos que ingresan a nuestro cuerpo.
El proceso de la fagocitosis no tendría sentido en las células eucariotas sin la existencia de un tipo de orgánulo intracelular llamado lisosoma, pues es allí donde se “procesan” o “digieren” los nutrientes provenientes del material que las células fagocitan.
La fagocitosis también se conoce como “heterofagia” (ingestión de compuestos extracelulares), puesto que se diferencia de la “autofagia”, que es el proceso normal que tiene lugar en los lisosomas de virtualmente todas las células eucariotas.
Etapas de la fagocitosis
En los organismos eucariotas superiores, las principales células fagocíticas derivan de un precursor común que tiene su origen en la médula ósea. Estas células se conocen como “glóbulos blancos” y son los leucocitos polimorfonucleares (neutrófilos), los monocitos y los macrófagos.
El proceso de fagocitosis puede analizarse como una serie de pasos o etapas secuenciales, los cuales consisten en (1) el reconocimiento del material que se fagocita, (2) en la formación del fagosoma, que es una especie de vesícula intracelular, y (3) en la formación del fagolisosoma, evento que termina con la “digestión”.
Etapa de reconocimiento
La fagocitosis no es un proceso sencillo. Entre muchas otras cosas, implica el reconocimiento de señales específicas y de la unión de partículas u organismos a unos receptores concretos ubicados en la cara externa de la membrana plasmática de las células fagocíticas.
Este proceso inicial puede considerarse como una suerte de “neutralización”, especialmente cuando se trata de la fagocitosis mediada por determinadas células del sistema inmune, que son las responsables de la eliminación de células invasoras.
Así pues, la superficie de la membrana plasmática de las células fagocíticas (o de los organismos unicelulares que fagocitan) está dotada de una batería de receptores que son capaces de reconocer moléculas específicas (ligandos) que se encuentran en la superficie de las células invasoras o que son propias de las partículas alimenticias.
Estos receptores, que generalmente son proteínas integrales de membrana con extensiones extracelulares, se unen a sus ligandos, lo que desencadena una serie de eventos de señalización internos que envían un mensaje que se traduce como “hay comida afuera”.
Etapa de formación del fagosoma
Una vez la célula que está fagocitando una partícula alimenticia u otra célula “foránea” recibe el mensaje enviado desde la superficie, en la membrana plasmática se produce una invaginación, que significa que la célula “engulle” el material a fagocitar rodeándolo con su propia membrana.
En esta etapa se observa cómo la membrana se extiende sobre la otra célula y a dicha extensión a veces se le conoce como “pseudópodo”. Cuando los extremos del pseudópodo se juntan encerrando el elemento foráneo, se forma una “vesícula” interna denominada fagosoma.
Etapa de formación del fagolisosoma y digestión
Los fagosomas que encierran los elementos fagocitados son vesículas intracelulares recubiertas por una membrana. Estos tienen la capacidad de fusionarse con otros orgánulos intracelulares: los lisosomas.
La fusión entre fagosomas y lisosomas da lugar a los fagolisosomas, que corresponden a los orgánulos compuestos donde tiene lugar la “digestión” o “desintegración” de los compuestos fagocitados (sean células enteras, partes de ellas u otras moléculas extracelulares).
Ya que los lisosomas son los orgánulos encargados de la degradación del material intracelular deficiente o de desecho, estos están dotados con diferentes enzimas hidrolíticas y proteolíticas que les confieren la habilidad de desintegrar (en fragmentos más pequeños) las partículas contenidas en los fagosomas con los que se fusionan.
El material resultante de esta degradación fagolisosomal puede ser eliminado definitivamente como material de desecho de las células fagocíticas o puede ser empleado como “bloque de construcción” para la síntesis de nuevos compuestos intracelulares.
Funciones
La fagocitosis tiene muchas funciones importantes en los organismos eucariotas. En los protozoarios y otros seres unicelulares, por ejemplo, este proceso es fundamental para la nutrición, puesto que la mayor parte de los alimentos son ingeridos por esta vía.
En muchos organismos multicelulares, por otra parte, la fagocitosis es esencial para la defensa específica e inespecífica, es decir, para la inmunidad innata y la inmunidad adaptativa.
Tiene funciones primordiales en la “destrucción” de microorganismos invasores patogénicos como las bacterias, los parásitos, etc., y también está implicada en el restablecimiento de las condiciones normales en los sitios donde ha ocurrido infección o inflamación, es decir, es importante para la reparación de heridas.
También en el contexto inmunológico, la fagocitosis es fundamental para los procesos de presentación de antígenos y activación de los linfocitos específicos del sistema inmune (las células B y las células T), que participan en la defensa del cuerpo frente a agentes extraños o foráneos.
La fagocitosis, además, está involucrada en la eliminación y el “reciclaje” de las células del cuerpo que pasan por eventos apoptóticos, de manera que sus componentes puedan ser reutilizados o dirigidos a la formación de nuevas moléculas u orgánulos intracelulares.
Como dato curioso, los macrófagos del cuerpo humano son los responsables de la ingestión diaria de más de 100 millones de los eritrocitos que se desgastan o que funcionan incorrectamente en el torrente sanguíneo.
Células del sistema inmune que realizan fagocitosis
Las células del sistema inmune que realizan la fagocitosis también pueden utilizar muchos mecanismos para destruir patógenos, tales como:
Radicales de oxígeno
Son moléculas altamente reactivas que reaccionan con proteínas, lípidos y otras moléculas biológicas. Durante el estrés fisiológico, la cantidad de radicales de oxígeno en una célula puede aumentar drásticamente, causando estrés oxidativo, que puede destruir las estructuras celulares.
Óxido nítrico
Es una sustancia reactiva, similar a los radicales de oxígeno, que reacciona con el superóxido para crear otras moléculas que dañan varias moléculas biológicas.
Proteínas antimicrobianas
Son proteínas que dañan o matan específicamente las bacterias. Ejemplos de proteínas antimicrobianas incluyen proteasas, que matan a varias bacterias destruyendo proteínas esenciales, y lisozima, que ataca las paredes celulares de bacterias gram positivas.
Péptidos antimicrobianos
Los péptidos antimicrobianos son similares a las proteínas antimicrobianas en que atacan y matan a las bacterias. Algunos péptidos antimicrobianos, como las defensinas, atacan las membranas celulares bacterianas.
Proteínas de unión
Las proteínas de unión son a menudo actores importantes en el sistema inmune innato porque se unen competitivamente a proteínas o iones que de otro modo hubieran sido beneficiosos para las bacterias o la replicación viral.
Referencias
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essential Cell Biology. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Brown, E. (1995). Phagocytosis. BioEssays, 17(2), 109–117.
- Garrett, W. S., & Mellman, I. (2001). Studies of endocytosis. In Dendritic Cells (Second, pp. 213-cp1). Academic Press.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5th ed.). Freeman, W. H. & Company.
- Platt, N., & Fineran, P. (2015). Measuring the phagocytic activity of cells. Methods in Cell Biology, 126, 287–304.
- Rosales, C., & Uribe-Querol, E. (2017). Phagocytosis: A Fundamental Process in Immunity. BioMed Research International, 1–18.
- Sbarra, A. J., & Karnovskyi, M. L. (1959). The Biochemical Basis of Phagocytosis. Journal of Biological Chemistry, 234(6), 1355–1362.
- Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Biology (5th ed.). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.
- Stuart, L. M., & Ezekowitz, R. A. B. (2005). Phagocytosis: Elegant complexity. Immunity, 22(5), 539–550.