Lexikon der Biologie: Phagocytose
Phagocytosew [Verb phagocytieren], Aufnahme von partikulärem Material in die Zelle, im Gegensatz zur Aufnahme gelösten Materials (Pinocytose). Diese Unterscheidung beruht auf älteren lichtmikroskopischen Befunden. Beide Prozesse werden heute unter dem Begriff Endocytose zusammengefaßt. Bei der Phagocytose werden eher umfangreichere Partikel, z.B. Mikroorganismen und Zelltrümmer, über große Vesikel (Phagosomen) mit einem Durchmesser von über 250 nm in die Zelle aufgenommen. Während die Phagocytose für Protozoen (Einzeller) eine Form der Nahrungsaufnahme darstellt (Nahrungsvakuole), dient sie bei Höheren Organismen einer ganzen Reihe von Aufgaben. So gibt es bei Säugern unter den sog. Freßzellen (Phagocyten) die Leukocyten (Granulocyten) und die Makrophagen – beides Zelltypen, die für die Beseitigung von Mikroorganismen zuständig sind, Makrophagen insbesondere auch noch für die Eliminierung alter und beschädigter Zellen, z.B. Erythrocyten.
Die Phagocytose läuft in 3 Schritten ab:
1) Aufnahme des Fremdkörpers durch Umfließen und Invagination der Zell-Membran. Die Erkennung des aufzunehmenden und zu verdauenden Materials läuft über spezialisierte Rezeptoren, die aktiviert werden müssen, Signale ins Zellinnere übermitteln und damit die Reaktionen der Phagocytose in Gang setzten.
2) Verschmelzen der intrazellulärer Vesikel, des Phagosoms, mit Lysosomen, deren Inhaltsstoffe den Abbau beginnen. Die eigentliche Vernichtung der phagocytierten Fremdkörper erfolgt mit Hilfe von Zell-Inhaltsstoffen (z.B. bei Granulocyten: Myeloperoxidase, Lysozym, lysosomale Proteinasen [Proteasen], saure Hydrolasen, Kollagenase usw.) sowie durch die Produktion von reaktiven, antimikrobiellen Sauerstoffmetaboliten (O2– und H2O2). Diese werden entweder in das Innere der sekundären Lysosomen oder nach außen abgegeben. Beispielsweise ist die Myeloperoxidase für die Peroxidation der bakteriellen Membranlipide unter Verbrauch von H2O2 (Wasserstoffperoxid) zuständig. Schutzenzyme der Granulocyten gegenüber H2O2 und den Radikalen (freie Radikale) sind die Glutathionperoxidase (Glutathion) und die Superoxid-Dismutase. – Die Bildung reaktiver Sauerstoffmetabolite erfolgt über ein besonderes Enzymsystem, das NADPH-Oxidase-System. Die NADPH-Oxidase katalysiert den Ein-Elektronenübergang von NADPH/H+ (Nicotinamidadenindinucleotidphosphat) auf Sauerstoff. Dabei entsteht ein Sauerstoffradikal. Beteiligt an dem Elektronentransport sind ein membrangebundenes Cytochrom b558 (Cytochrome) sowie die 3 cytosolischen Proteinkomplexe SOC I (NCF-3,σ1,C1), SOC II (NCF-1, p47-phox) und SOC III (NCF-2, p67-phox). SOC II und SOC III konnten bereits isoliert und in ihrer Primärstruktur aufgeklärt werden. Beim SOC I-Proteinkomplex handelt es sich um ein kleines lösliches G-Protein mit der relativen Molekülmasse 22.000, das offenbar die Aktivität der NADPH-Oxidase regulieren kann. Das Protein weist eine teilweise Homologie zur Aminosäuresequenz von rac1p21 auf. rac1p21 ist ein Phagocytose-Protein, das schon vor SOC I beschrieben wurde. Ob SOC I und rac1p21 identisch sind, ist noch nicht geklärt. Eine Superoxid-Dismutase katalysiert schließlich den Schritt zur Bildung des Endprodukts H2O2. Menschen mit ererbten Defekten in Genen für diesen H2O2-produzierenden Weg sind anfällig für bakterielle Infektionen. Beispiel für eine solche Erbkrankheit ist die chronische Granulomatose, bei der Keime phagocytiert, aber nicht abgetötet werden können.
3) Verdauung durch lysosomale Enzyme und Ausschleusung der Abbauprodukte. Unverdaubare Substanzen verbleiben in den Lysosomen und bilden die sog. Restkörperchen (residual bodies). Aggressine, Coelomocyten, Endocytose (Abb.), Metschnikow (I.I.), mononukleäre Phagocyten, reticulo-endotheliales System, Zellstrahlung.
S.Kl.
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