Ферменты фаголизосом и катионные белки
В процессе фагоцитоза уничтожение микроорганизмов обеспечивают более 60 ферментов, поступающих из гранул нейтрофилов. Слияние мембран происходит в два этапа и строго зависит от водородного показателя (pH) среды:
- Слияние со специфическими гранулами. Происходит при нейтральном или слабощелочном pH. В фагосому поступают ферменты, активные в этой среде: щелочная фосфатаза и лизоцим.
- Слияние с азурофильными гранулами. Протекает при закислении среды. Гранулы доставляют кислые гидролазы (миелопероксидазу, гликозидазы, кислую глицерофосфатазу, $5'$-нуклеотидазу) и дополнительные порции лизоцима.
Особую роль играют катионные белки, чей положительный заряд обусловлен высоким содержанием щелочных аминокислот. К ним относятся ферменты (лизоцим, серпроцидины) и конкурентные белки.
Лизоцим (15 кДа) — фермент с активностью мурамидазы. Он деполимеризует пептидогликаны микробной стенки. Однако в целой бактерии субстрат скрыт поверхностными молекулами, поэтому лизоцим работает только в комбинации с другими ферментами фаголизосомы.
Серпроцидины, лактоферрин и BPI-протеины
Серпроцидины (Serine protease cidin) — группа белков с протеазной активностью массой 25–29 кДа (катепсин G, эластаза, азурацидин, протеиназа-3). Их микробоцидное действие in vitro не коррелирует с ферментативной активностью. Наибольшей эффективностью обладает катепсин G, который работает даже во фрагментированном состоянии. Вне клетки их активность подавляется специальными ингибиторами — серпинами.
Лактоферрин — маркер специфических гранул. В присутствии ионов бикарбоната он прочно связывает два иона $Fe^{3+}$, из-за чего изначально был назван «красным белком». Его главный механизм — бактериостатический: он создает дефицит железа, без которого бактерии не могут размножаться.
BPI-протеины (Bacteria permeability inducing) — белки эозинофилов и нейтрофилов, прицельно атакующие грамотрицательные бактерии. Они распознают липополисахарид (ЛПС), блокируют его активность и резко повышают проницаемость бактериальной стенки для белков.
Бактерицидные пептиды: дефензины и кателицидины
Это небольшие амфипатические молекулы, которые убивают патогены независимо от рецепторов.
Дефензины — пептиды (3–5 кДа) с $\beta$-складчатой структурой. Их пространственный каркас удерживают 3 дисульфидные связи, образованные 6 остатками цистеина. Классификация зависит от расположения этих связей:
- $\alpha$-дефензины (циклические за счет связи 1–6). Составляют до 5–7% от общего белка нейтрофилов, присутствуют в макрофагах и эпителии кишечных крипт.
- $\beta$-дефензины (нециклические). Локализуются в эпителии дыхательных путей. Важно: в лейкоцитах человека они отсутствуют.
- $\theta$-дефензины образуют цикл через пептидную связь.
Кателицидины — пептиды, в структуре которых преобладают $\alpha$-спирали. Гомологичны катепсину L. В нейтрофилах человека присутствует только один вариант кателицидина — LL-37.
Механизм действия пептидов и дегрануляция
Антимикробные пептиды разрушают мембраны по модели «сборки бочки»:
- За счет электростатических сил положительно заряженные участки пептида связываются с отрицательными группами (ЛПС, пептидогликаны) на поверхности бактерии.
- Гидрофобные участки амфипатической молекулы внедряются в липидный бислой микроба.
- Мономеры объединяются, формируя циклическую структуру («бочку») — трансмембранный канал. Через него вытекают ионы, и бактерия погибает.
Выброс содержимого гранул наружу (например, при завершении фагоцитоза) называется дегрануляцией. Фаголизосомы движутся по микротрубочкам (за счет актомиозина) к клеточной мембране. Ключевой этап — узнавание мембран с помощью белков семейства SNARE. На клеточной мембране появляются SNAP-23 и синтаксин-4, которые стыкуются с синтаксином-6 и VAMP-2 на мембране гранулы, обеспечивая слияние.
Чтобы запомнить расположение дисульфидных связей в $\alpha$-дефензинах (1–6, 2–4, 3–5), представьте схему: «крайние с крайними, четные с четными, нечетные с нечетными». Связь 1–6 замыкает молекулу в кольцо.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему лизоцим не всегда может разрушить бактерию самостоятельно?
В интактной бактериальной клетке мишень лизоцима (пептидогликаны) замаскирована поверхностными молекулами. Ему требуется помощь других ферментов фаголизосомы для «разоблачения» субстрата.
В чем главное отличие локализации альфа- и бета-дефензинов?
Альфа-дефензины находятся преимущественно в лейкоцитах (нейтрофилы, макрофаги) и эпителии кишечника. Бета-дефензины локализуются в эпителии дыхательных путей, а в лейкоцитах полностью отсутствуют.
Какой механизм обеспечивает точное распознавание мембран при дегрануляции?
Оно происходит благодаря белкам семейства SNARE. Белки клеточной мембраны (SNAP-23, синтаксин-4) связываются с комплементарными белками на мембране гранул (синтаксин-6, VAMP-2).
Как действует лактоферрин?
Его основное действие — бактериостатическое. В присутствии бикарбоната он связывает ионы железа $Fe^{3+}$, лишая бактерии критически важного ресурса для размножения.
Что ещё разобрать по теме
- Влияние кислой среды на электростатический мембранный потенциал микробной клетки.
- Роль серпинов в подавлении активности серпроцидинов и дефензинов вне клетки.
- Секреция фагоцитов, зависящая от аппарата Гольджи (альтернатива дегрануляции).
- Хемокиноподобные и иммунорегуляторные свойства внеклеточных дефензинов.
- Особенности и роль дегрануляции у тучных клеток, эозинофилов и базофилов.
Разберите тему целиком в курсе «Иммунология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Антимикробные пептиды и ферменты» и ещё 723 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 23 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Врождённый иммунитет»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.