Ensamblaje y activación de la NADPH oxidasa
En una célula en reposo, los elementos de la enzima están disociados para prevenir el autodaño. En las membranas de los gránulos específicos se encuentra el flavocitocromo b558 (subunidades gp91phox, p22phox y la proteína Rap1a). En el citosol se localizan las proteínas p47phox, p67phox, p40phox y la GTPasa Rac-2.
El proceso de ensamblaje es activado por receptores «basureros» al entrar en contacto con el objeto. Los gránulos se fusionan con el fagosoma, y los fosfoinosítidos de membrana (PI-3,4P₂ y PI-3P) actúan como «anclas» para los componentes citosólicos.
Etapas del ensamblaje en la membrana del fagolisosoma:
- La proteína cinasa C (PKC) fosforila a p47phox, activando sus dominios PX y SH3.
- El dominio PX se une al PI-3,4P₂ de la membrana, mientras que el SH3 interactúa con p22phox.
- El p47phox trasladado «arrastra» hacia la membrana a la proteína p67phox.
- La proteína adaptadora p40phox se fija adicionalmente al PI-3P de la membrana.
- La GTPasa Rac-2 pierde su inhibidor (GDI), se inserta en la membrana y se une a p67phox.
Generación de especies reactivas del oxígeno (ERO)
La oxidasa ensamblada cambia su conformación: gp91phox comienza a interactuar con el cofactor NADPH (producto de la glucólisis). Se inicia la transferencia de electrones: desde el NADPH hacia el FAD, y luego a través de dos hemos hacia el oxígeno molecular.
Como resultado, el oxígeno se reduce a superóxido (O₂⁻). Este radical de corta vida ingresa al fagolisosoma. A continuación, la enzima superóxido dismutasa combina dos de estas moléculas para formar peróxido de hidrógeno (H₂O₂).
Junto con los iones de hierro, estas sustancias generan el radical hidroxilo (OH), un oxidante sumamente potente que rompe enlaces peptídicos, oxida grupos sulfhidrilo y provoca la peroxidación lipídica de la pared bacteriana, lo que conduce a la muerte del microbio.
Sistema de la mieloperoxidasa
Mieloperoxidasa (MPO): enzima marcadora de los gránulos azurófilos de los neutrófilos (hasta el 5 % de la proteína celular total). Forma un potente sistema bactericida junto con el peróxido de hidrógeno y los iones halogenuros.
Mecanismos de destrucción de patógenos:
- Con yoduro (I⁻): se oxida a yodo molecular, el cual se une a los grupos sulfhidrilo de las proteínas.
- Con cloruro (Cl⁻): en presencia de H₂O₂, se convierte en ácido hipocloroso (HOCl). Este reacciona con aminoácidos para formar cloraminas tóxicas.
- Radicales y oxígeno singlete: el HOCl es oxidado por el superóxido, liberando oxígeno singlete y radical hidroxilo. El oxígeno singlete destruye los ácidos grasos poliinsaturados de las membranas y participa en la formación de ozono bactericida.
Especies reactivas del nitrógeno
Además de los radicales oxigenados, los fagocitos sintetizan derivados nitrogenados tóxicos. Estos se forman mediante la oxidación del aminoácido arginina a citrulina.
En los fagocitos, este proceso está a cargo de la isoforma inducible de la enzima: la óxido nítrico sintasa macrofágica (iNOS). Su principal estímulo es el interferón gamma (IFNγ). Como resultado de la acción enzimática, se libera óxido nítrico (NO), el cual potencia significativamente el potencial microbicida de la célula.
Para memorizar la secuencia de ensamblaje de la porción citosólica: «el 47 abre el camino (se adhiere a la membrana), arrastra al 67, y el 40 los respalda de cerca».
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué es el «estallido respiratorio»?
Es un consumo abrupto de oxígeno por parte del fagocito para el funcionamiento de la NADPH oxidasa. Durante la reacción se genera un radical superóxido, indispensable para la actividad bactericida.
¿Para qué necesita el fagocito la superóxido dismutasa y la catalasa?
La superóxido dismutasa convierte el superóxido en peróxido de hidrógeno para la síntesis posterior de sustancias más tóxicas. Por su parte, la catalasa inactiva el exceso de peróxido convirtiéndolo en agua y oxígeno, protegiendo así a la propia célula frente al autodaño.
¿Qué importancia clínica tiene la enzima NADPH oxidasa?
Cuando se producen mutaciones genéticas que alteran la estructura de las subunidades de esta enzima, los fagocitos pierden la capacidad de destruir patógenos. Esto conduce al desarrollo de una enfermedad granulomatosa crónica grave.
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura y funciones de los dominios PX y SH3 en la unión de proteínas citosólicas.
- Mecanismos de fosforilación de la GTPasa Rac-2 y el papel del inhibidor GDI.
- Reacciones químicas de la dismutación espontánea de radicales en el fagolisosoma.
- Patogenia de la enfermedad granulomatosa crónica.
- Vías del metabolismo de la arginina: equilibrio entre la actividad de la arginasa y la iNOS.
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