Enzimas fagolisosómicas y proteínas catiónicas
Durante el proceso de fagocitosis, la destrucción de los microorganismos es llevada a cabo por más de 60 enzimas procedentes de los gránulos de los neutrófilos. La fusión de membranas ocurre en dos etapas y depende estrictamente del potencial de hidrógeno (pH) del medio:
- Fusión con gránulos específicos. Ocurre a un pH neutro o ligeramente alcalino. A la fagocisoma ingresan enzimas activas en este medio: fosfatasa alcalina y lisozima.
- Fusión con gránulos azurófilos. Se produce cuando el medio se acidifica. Los gránulos aportan hidrolasas ácidas (mieloperoxidasa, glicosidasas, glicerofosfatasa ácida, $5'$-nucleotidasa) y porciones adicionales de lisozima.
Un papel especial lo desempeñan las proteínas catiónicas, cuya carga positiva se debe a su alto contenido de aminoácidos básicos. Estas incluyen enzimas (lisozima, serprocidinas) y proteínas competitivas.
Lisozima (15 kDa) — enzima con actividad de muramidasa. Despolimeriza los peptidoglicanos de la pared microbiana. Sin embargo, en la bacteria intacta el sustrato está oculto por moléculas superficiales, por lo que la lisozima actúa únicamente en combinación con otras enzimas del fagosolisosoma.
Serprocidinas, lactoferrina y proteínas BPI
Las serprocidinas (Serine protease cidin) son un grupo de proteínas con actividad proteasa de 25–29 kDa (catepsina G, elastasa, azurocidina, proteinasa-3). Su acción microbicida in vitro no correlaciona con su actividad enzimática. La catepsina G posee la mayor eficacia, funcionando incluso en estado fragmentado. Fuera de la célula, su actividad es inhibida por inhibidores especiales: las serpinas.
La lactoferrina es un marcador de los gránulos específicos. En presencia de iones bicarbonato, se une firmemente a dos iones $Fe^{3+}$, razón por la cual inicialmente fue denominada «proteína roja». Su mecanismo principal es bacteriostático: crea un déficit de hierro sin el cual las bacterias no pueden multiplicarse.
Las proteínas BPI (Bacteria permeability inducing) son proteínas de eosinófilos y neutrófilos que atacan de manera selectiva a las bacterias Gram negativas. Reconocen el lipopolisacárido (LPS), bloquean su actividad y aumentan drásticamente la permeabilidad de la pared bacteriana a las proteínas.
Péptidos bactericidas: defensinas y catelicidinas
Son pequeñas moléculas anfipáticas que destruyen patógenos con independencia de los receptores.
Las defensinas son péptidos (3–5 kDa) con estructura de lámina $\beta$. Su armazón espacial se mantiene mediante 3 enlaces disulfuro formados por 6 residuos de cisteína. La clasificación depende de la disposición de estos enlaces:
- Defensinas $\alpha$ (cíclicas debido al enlace 1–6). Representan hasta el 5–7% de la proteína total de los neutrófilos y están presentes en macrófagos y en el epitelio de las criptas intestinales.
- Defensinas $\beta$ (acíclicas). Se localizan en el epitelio de las vías respiratorias. Importante: están ausentes en los leucocitos humanos.
- Las defensinas $\theta$ forman un ciclo a través de un enlace peptídico.
Las catelicidinas son péptidos en cuya estructura predominan las hélice $\alpha$. Son homólogas a la catepsina L. En los neutrófilos humanos solo está presente una variante de catelicidina: LL-37.
Mecanismo de acción de los péptidos y degranulación
Los péptidos antimicrobianos destruyen las membranas según el modelo de «ensamblaje en barril»:
- Mediante fuerzas electrostáticas, las regiones cargadas positivamente del péptido se unen a los grupos negativos (LPS, peptidoglicanos) de la superficie bacteriana.
- Las regiones hidrófobas de la molécula anfipática se insertan en la bicapa lipídica del microbio.
- Los monómeros se combinan formando una estructura cíclica (un «barril»), es decir, un canal transmembrana. A través de este fluyen los iones y la bacteria muere.
La liberación al exterior del contenido de los gránulos (por ejemplo, al finalizar la fagocitosis) se denomina degranulación. Los fagolisosomas se desplazan a lo largo de los microtúbulos (mediante actiomiosina) hacia la membrana celular. Una etapa clave es el reconocimiento de las membranas con la participación de proteínas de la familia SNARE. En la membrana celular aparecen SNAP-23 y sintaxina-4, que se acoplan con la sintaxina-6 y VAMP-2 en la membrana del gránulo, asegurando la fusión.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cuál es el mecanismo bioquímico de fijación de los iones de hierro por la lactoferrina con la participación del bicarbonato?
La lactoferrina fija los iones de hierro mediante la formación de un complejo quelatante estable:
- Formación del complejo: la proteína se une a dos iones $Fe^{3+}$ (u otros metales de valencia variable) con la participación de iones bicarbonato.
- Cambio de propiedades: al unirse al hierro, se forma una sustancia de color rojo.
- Efecto bacteriostático: la quelación secuestra los iones de hierro, generando un déficit de los mismos y privando a los microorganismos de un factor crítico para su multiplicación.
Para recordar la disposición de los enlaces disulfuro en las defensinas $\alpha$ (1–6, 2–4, 3–5), imagine el esquema: «los extremos con los extremos, los pares con los pares, los impares con los impares». El enlace 1–6 cierra la molécula en un anillo.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué la lisozima no siempre puede destruir una bacteria por sí sola?
En una célula bacteriana intacta, la diana de la lisozima (los peptidoglicanos) está enmascarada por moléculas superficiales. Esta requiere la ayuda de otras enzimas del fagolisosoma para «desnudar» el sustrato.
¿Cuál es la principal diferencia en la localización de las $\alpha$- y $\beta$-defensinas?
Las $\alpha$-defensinas se encuentran principalmente en los leucocitos (neutrófilos, macrófagos) y en el epitelio intestinal. Las $\beta$-defensinas se localizan en el epitelio de las vías respiratorias y están totalmente ausentes en los leucocitos.
¿Qué mecanismo garantiza el reconocimiento preciso de las membranas durante la degranulación?
Se produce gracias a las proteínas de la familia SNARE. Las proteínas de la membrana celular (SNAP-23, sintaxina-4) se unen a las proteínas complementarias de la membrana de los gránulos (sintaxina-6, VAMP-2).
¿Cómo actúa la lactoferrina?
Su acción principal es bacteriostática. En presencia de bicarbonato, se une a los iones de hierro $Fe^{3+}$, privando a las bacterias de un recurso crítico para su multiplicación.
Qué más repasar sobre el tema
- Efecto del medio ácido sobre el potencial de membrana electrostático de la célula microbiana.
- El papel de las serpinas en la supresión de la actividad de las serprocidinas y defensinas fuera de la célula.
- Secreción de los fagocitos dependiente del aparato de Golgi (alternativa a la degranulación).
- Propiedades quimiocínicas e inmunorreguladoras de las defensinas extracelulares.
- Características y papel de la degranulación en mastocitos, eosinófilos y basófilos.
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