Print bookPrint book

§ 29. Специфическая иммунная защита внутренней среды организма. Гуморальный иммунный ответ

Site: Профильное обучение
Course: Биология. 11 класс
Book: § 29. Специфическая иммунная защита внутренней среды организма. Гуморальный иммунный ответ
Printed by: Guest user
Date: Friday, 19 August 2022, 1:23 AM

Как вы уже знаете, неспецифическая защита организма определяется совместным действием кожных покровов, слизистых оболочек и некоторых клеток крови. Она работает постоянно и ее выражение не сильно зависит от того, какой нежелательный фактор действует. Дополняющая ее специфическая защита направлена против конкретного чужеродного агента и не действует против других. Она развивается постепенно и называется иммунным ответом.

*Название «ответ» здесь не случайно. Оно подчеркивает две особенности. Во-первых, что такая защита развивается только при необходимости. Как говорится, нет вопроса (в нашем случае чужеродного агента во внутренней среде) — не нужен и ответ. Во-вторых, ответ на конкретный вопрос всегда должен быть точным. И современная иммунология доказала, что точность таких ответов организма на нежелательное воздействие — это точность на молекулярном уровне.*

Для описания иммунных ответов приходится использовать специальный термин — антиген. Так называют любое вещество, способное вызвать иммунный ответ. В медицине под антигеном могут понимать конкретного возбудителя болезни, например вирус или бактерию. С точки зрения иммунологии это сложные антигены, т. к. они состоят из множества различных молекул — простых антигенов. *Под антигеном понимают органическую молекулу с относительной молекулярной массой свыше 5000, имеющую стабильную пространственную конфигурацию. Фактически таким требованиям отвечают, прежде всего, белковые молекулы. И вы уже знаете, что их разнообразие в природе очень велико. Но тем и хороша иммунная система — она в состоянии ответить практически на любой антиген.*

Иммунная система. Развитие иммунных ответов на антигены в организме осуществляется благодаря деятельности иммунной системы. Она представлена специализированными органами, клетками и выделяемыми этими клетками веществами.

Органами иммунной системы являются красный костный мозг, тимус (вилочковая железа), селезенка, лимфатические узлы, миндалины. По значимости их разделяют на первичные (центральные) и вторичные (периферические). К первичным органам иммунной системы относятся красный костный мозг и тимус. В них формируются клетки иммунной системы — лейкоциты.

Некоторые лейкоциты обеспечивают неспецифическую защиту организма. Они запускают и поддерживают воспаление, а также осуществляют фагоцитоз. Для специфической защиты организма важны отдельные группы лейкоцитов: моноциты и лимфоциты.

Моноциты образуются в красном костном мозге и попадают в кровоток. Через несколько часов они выходят через стенки капилляров в различные ткани и превращаются в тканевые макрофаги.

Образование всех лимфоцитов также начинается в красном костном мозге. Для определенной группы лимфоцитов (В-лимфоцитов) он является основным местом созревания. Другие лимфоциты созревают в тимусе (Т-лимфоциты).

Тканевые макрофаги, Т-лимфоциты и В-лимфоциты являются теми клетками иммунной системы, которые обеспечивают развитие иммунного ответа.

Развитие первичного иммунного ответа разделяют на несколько этапов. На первом этапе происходит поглощение макрофагами чужеродных частиц, попавших во внутреннюю среду организма. *Внутри макрофага такие частицы расщепляются на небольшие фрагменты. Эти фрагменты объединяются со специальными белками, которые выносятся на наружную поверхность макрофага.* Далее макрофаги перемещаются в лимфатические капилляры и с током лимфы попадают во вторичные органы иммунной системы, например в лимфатические узлы. Здесь осуществляется второй этап в развитии специфической защиты.

Во вторичные органы иммунной системы из кровеносных капилляров постоянно поступают Т-лимфоциты. *Они отличаются друг от друга специальными рецепторами для распознавания антигенов. Такие рецепторы формируются при созревании Т-лимфоцитов в тимусе. Каждый Т-лимфоцит имеет рецепторы к определенным антигенам. Разнообразие Т-лимфоцитов по таким рецепторам огромно. Оно настолько велико, что перекрывает возможное количество антигенов, которые могут попасть во внутреннюю среду организма. Образно говоря, в организме всегда найдется несколько Т-лимфоцитов, у которых рецепторы подходят к тому антигену, который был захвачен тем или иным макрофагом.

Во вторичных органах иммунной системы макрофаги и Т-лимфоциты двигаются так, чтобы их поверхности соприкасались. При этом каждый макрофаг входит в контакт с Т-лимфоцитами разной специфичности. Если рецепторы Т-лимфоцита не соответствуют фрагменту чужеродной частицы на поверхности макрофага, они расходятся, и макрофаг контактирует со следующим Т-лимфоцитом. Так происходит до тех пор, пока рядом с макрофагом не окажется Т-лимфоцит нужной специфичности. В этом случае за счет соединения рецепторов Т-лимфоцита и фрагментов антигена на макрофаге контакт получается более длительным. В ходе этого контакта макрофаг активирует Т-лимфоцит на размножение. После деления активированного Т-лимфоцита обе дочерние клетки снова делятся, и так повторяется много раз. Очень важно то, что все возникающие при таких делениях клетки имеют такие же рецепторы для антигена, как и исходный активированный Т-лимфоцит.* В результате в организме появляется множество клеток, необходимых для борьбы именно с этим антигеном. *То есть из каждого активированного Т-лимфоцита формируется клон, состоящий из тысяч одинаковых клеток. В этом и заключается суть второго этапа в формировании специфической защиты.*

Здесь важно отметить, что Т-лимфоциты различаются не только по специфичности к антигену. При созревании в тимусе Т-лимфоциты разделяются на Т-хелперы и Т-киллеры. Т-хелперы (от англ. helper — помощник) сами не вступают в борьбу с чужеродным агентом, а помогают активироваться В-лимфоцитам. Для этого они через кровоток переходят из одного вторичного органа иммунной системы в другой, затем в следующий и так далее.

В-лимфоциты также имеют рецепторы для антигенов. Такими рецепторами являются закрепленные в мембране В-лимфоцита антитела. Антитела — это белковые молекулы, которые могут специфически соединяться с антигеном. 

*У каждого вновь образующегося В-лимфоцита формируется определенная специфичность этих рецепторов.* Для В-лимфоцитов, как и для Т-лимфоцитов, характерно огромное разнообразие по специфичности в отношении антигенов. В-лимфоциты также постоянно перемещаются из одного вторичного органа иммунной системы в другой. Это увеличивает вероятность встречи появившихся на втором этапе Т-хелперов с В-лимфоцитом, *имеющим рецепторы к тому чужеродному агенту, с которым сейчас разворачивается борьба*.

Когда такая встреча осуществляется, В-лимфоцит *с рецепторами нужной специфичности* получает от Т-хелпера сигнал активации и начинает делиться. При этом все его потомки сохраняют присущую исходной клетке специфичность рецепторов. То есть и на третьем этапе развития специфической защиты организм во много раз увеличивает количество нужных клеток.

Бóльшая часть размножившихся В-лимфоцитов превращается в плазматические клетки (плазмоциты). Так называются В-лимфоциты, которые из вторичных органов иммунной системы переходят в плазму крови. Они синтезируют и выделяют в кровь огромное количество антител. Эти антитела имеют ту же специфичность, что и рецепторы исходного В-лимфоцита. Антитела связываются с антигеном, что способствует его быстрому уничтожению фагоцитирующими клетками. Сформированная таким образом специфическая защита называется гуморальным иммунным ответом*Название происходит от латинского слова humor — жидкость. Этим подчеркивается, что защитными свойствами обладает плазма крови, а не клетки. Причем, в отличие от системы комплемента, такая защита является высоко специфической. Это обусловлено молекулярной структурой антител.*

*Антитела (иммуноглобулины). Молекула иммунолобулина состоит из четырех полипептидных цепей — двух одинаковых легких и двух одинаковых тяжелых. Каждая легкая цепь присоединена к своей тяжелой так, чтобы между ними формировался антигенсвязывающий участок. В одной молекуле иммуноглобулина имеется два одинаковых антигенсвязывающих участка. Они представляют собой небольшие углубления определенной формы. Стенки и дно таких углублений образуют паратоп. Так называется поверхность антигенсвязывающего участка, которая обеспечивает химическое взаимодействие с антигеном.

На антигене имеются выступы. Они называются антигенными детерминантами. Поверхность антигенной детерминанты образует эпитоп. Для связывания антитела с антигеном необходимо, чтобы эпитоп антигена и паратоп антитела оказались очень близко. Именно тогда между ними смогут образоваться нековалентные химические связи. Так как антигенсвязывающий участок является углублением строго определенной формы, войти в это углубление может выступ (антигенная детерминанта) только определенного антигена. О том, насколько высок уровень специфичности иммуноглобулинов, говорят эксперименты, в которых показано, что изменение даже одного атома в эпитопе может препятствовать взаимодействию антигена с антителом.

В тяжелых цепях иммуноглобулинов имеются так называемые шарнирные участки. Благодаря их наличию каждый фрагмент молекулы с паратопом — он обозначен Fab (от англ. fragment antigen binding — фрагмент, связывающий антиген) — постоянно двигается относительно фрагмента Fc. Это повышает вероятность пространственного совмещения выступа на антигене (антигенной детерминанты) с углублениями на антителе (антигенсвязывающими участками).

Очень важно, что в молекуле иммуноглобулина два паратопа. Это дает возможность антителам склеивать (агглютинировать) антигены (рис. 29.1).

Уничтожение антигенов (например, бактерий) при этом происходит значительно быстрее: фагоциты в процессе фагоцитоза поглощают не отдельные бактерии, а сразу множество (рис. 29.2). Кроме того, благодаря наличию на фагоцитирующих клетках рецепторов для иммуноглобулинов комплексы "антиген-антитело" фагоцитируются гораздо эффективней, чем несвязанные иммуноглобулинами антигены. При связывании антигенов антителами ограничивается их подвижность, а значит, и распространение внутри организма. Некоторые опасные для клеток организма молекулы, например токсины (яды) бактерий, в результате связывания с антителами утрачивают свою токсичность.

Таким образом, при появлении в организме антител степень защиты организма от конкретных антигенов значительно возрастает. В этом и заключается результат гуморальных иммунных ответов.*

*Высокая специфичность антител по отношению к антигену важна не только для защиты организма. В современной биологии и медицине антитела используются в качестве высокоточного исследовательского инструмента. С помощью антител из смеси различных белков можно выделить молекулы, которые никакими другими методами не выделяются. Используя антитела к антигенам на поверхности определенных клеток, различают очень схожие по внешним признакам клетки, например, Т-хелперы и Т-киллеры. По выявляемым с помощью антител антигенам можно точно установить стадию развития плода при беременности и его состояние. В этом случае анализу подвергаются клетки, которые в небольшом количестве присутствуют в околоплодной (амниотической) жидкости. В зависимости от стадии развития на поверхности этих клеток присутствуют определенные белки, обнаружить которые можно с помощью специфических антител. Определенные антитела используются для диагностики и лечения раковых заболеваний. При злокачественном перерождении клеток на них появляются отсутствующие у обычных клеток антигены. Если к ним удается получить антитела, можно обнаруживать ранние стадии рака, что значительно увеличивает вероятность излечения. Кроме того, подобные антитела применяются для так называемого адресного лечения раковых заболеваний с помощью химиопрепаратов. Для этого к антителам прикрепляют молекулы лекарства. При введении таких антител в организм они специфически связываются только с раковыми клетками, и химиопрепарат действует только на них. При этом здоровые клетки не повреждаются. И это лишь несколько примеров значимости методов с использованием антител в современной науке и практике.*

Специфическую защиту организма — иммунный ответ — осуществляют макрофаги, Т-лимфоциты и В-лимфоциты. В результате их последовательного взаимодействия в течение нескольких дней в организме во много раз увеличивается количество Т- и В-лимфоцитов, необходимых для борьбы с определенным чужеродным агентом. В-лимфоциты продуцируют антитела (иммуноглобулины). Молекулярная структура антител обеспечивает высокоточное связывание с антигеном. Результатами такого связывания являются ограничение распространения антигена по организму, повышение эффективности фагоцитоза и в конечном итоге более быстрое уничтожение чужеродного агента. Такой иммунный ответ называется гуморальным.

1. Что такое антиген?

2. Из чего состоит иммунная система человека?

3. Почему тимус относят к первичным органам иммунной системы?

4. Какие клетки обеспечивают специфическую защиту организма?

5. Какова роль макрофагов в развитии иммунного ответа?

6. Какие клетки способны синтезировать антитела (иммуноглобулины)?

7*. Известно, что структура белков соответствует их функциям. Подтвердите это на примере молекулярного строения антител.