Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

ериал, поступивший извне или образовавшийся в результате патологического процесса.

Иммунная система человека и животных (позвоночных) высокое пецн ал нзнрова на и достаточно сложна. По своей значимости она сравнима с нервной системой. Осноаными органами иммунной системы человека являются костный мозг, лимфатические узлы, селезенка и тимус (зобная железа), которые саязаны в функционально единое цепое системами лимфо- и кровообращения. Общий вес клеток иммунной системы человека — около I кг (рнс. 112).

Исторический очерк. Иммунология возникла как наука о невосприимчивости аыешнх организмов к инфекционным заболеваниям. Почти за 100 лет до ее рождения английский врач Э. Дженнер подметил, что люди, заражавшиеся «коровьей» оспой, невосприимчивы к оспе «человеческой». В 1788 г. им была опубликована работа, доказавшая, что искусственная привиака «коровьей» оспы надежно предохраняет от заболевания «черной заразой». Предложенный Э. Дженнером метод вакцинации против оспы уже в XV11I а. был принят повсеместно. Однако эра современной иммунологии началась с работ Л. Пастера, доказавшего, что инфекционные болезни

вызываются микроорганизмами. В 1881 г. им был предложен общий принцип иммунной защиты — предохранительные прививки путем заблаговременного введения ослабленных возбудителей. Вакцинация ослабленными илн убитыми возбудителями для профилактики опаснейших заболеааннй (полиомиелита, дифтерита, кори и т. д.) сохранила свое первоначальное значение до настоящего времени. В последние годы асе большие усилия направляются на создание искусственных вакцин, получаемых генно-инженерным путем или химическим синтезом и моделирующих биополимеры поверхностной оболочки возбудителя. Их преимущество заключается в полной безопасности для вакцинируемого, а также зачастую в большей доступности. Работы в зтом направлении, начатые израильским ученым М. Села, ведутся во асем мнре. В СССР исследования, направленные на создание синтетических вакцин, успешно развиваются а лабораториях Р. В. Петрова и В. Т. Иванова.

Творцом клеточной теории иммунитета является И. И. Мечников, который в 1884 г. опубликовал работу о свойствах фагоцитов и роли этих клеток в невосприимчивости организмов к бактериальным инфекциям. Практически одновременно возникла так называемая гуморальная теория иммунитета, независимо разаивавшаяся группой европейских ученых. Сторонники этой теории объясняли невосприимчивость тем, что бактерии вызывают образование в крови и других жидкостях организма специальных веществ, приводящих к гибели бактерий при их повторном попвдании а организм. В 1901 г. П. Эрлих, проанализировав и обобщив данные, накопленные «гуморальным» направлением, создает теорию образования антител. Многие годы ожесточенной полемики И. И. Мечникова с группой крупнейших микробиологов того времени привели к всесторонней проверке обеих теорий и их полному подтверждению. В 1908 г. Нобелевская премия по медицине присуждается И. И. Мечникову н П. Эрлиху как создателям общей теории иммунитета.

Работами П. Медавара, начатыми в конце второй мировой войны, было доказано, что отторжение гетеротрансплантанта при пересадке тканей н органов относится к функциям иммунитета, в результате чего сложилось более широкое понимание роли иммунной системы. В 1950 г. Ф. Бернет формулирует главную функцию иммунитета как рвспознвввние «своего» и «чужого», причем чужими считаются все клетки и молекулы, генетически не идентичные данному организму.

Один из центральных вопросов иммунологии — каким образом организм включает биосинтез антител определенной специфичности, комплементарных введенному антигену,— был решен Ф. Бернетом, разработавшим так называемую теорию клонвльной селекции. Согласно этой теории, существует множество клонов лимфоцитов, каждый из которых несет на своей поверхности рецептор уникаль ной специфичности. Попадающий в организм антиген связывается с комплементарным ему рецептором, в результате чего клеточный клон размножается и начинает секретировать антитела той специфичности, которую имел рецептор.

Клетки иммунной системы. Главными клетками иммунной системы являются лимфоциты, число которых в организме человека превышает 1012.

Существует два различных айда лимфоцитов, соответствующих двум основным видам иммунного ответа: Т лимфоциты развивающиеся а тимусе и отвечающие за клеточный иммунитет, и В-лимфоциты, развитие которых не зависит от тимуса и которые отвечают за гуморальный (опосредуемый антнтелвми) иммунитет.

Лимфоциты развиваются из стволоаых клеток, дающих также начало всем остальным клеткам кроаи. Стволовые клетки локали-зованы у взрослых животных в костном мозге, а их последующая

209

Биологическая роль белков

Пастер [Pasteurl Лун (1822—1895), французский микробиолог и химик, почетный член Петербургской АН (1893) Окончил Высшую нормальную школу в Париже (1847); с 1849 г.— профессор Страсбургсного, Лилльско-го, затем Парижского университетов-С 1888 г.— первый директор созданного им Научно-исследовательского микробиологического института. Исследовал этиологию ряда инфекционных заболеваний и методы вакцинации. Выделил возбудителей сибирской язвы, краснухи, бешенства- Осуществил первую антирабическую прививку человеку (1885). Разработал способ обеззараживания пищевых продуктов нагреванием (пастеризация). Показал, что брожение и гниение — процессы, протекающие под влиянием ферментов микроорганизмов (1857).

210

Белки и пептиды

Мечников Илья Ильич (1845— 916) русский биолог и патолог, почетный член Петербургской АН (1902). Окончил Харьковский университет {1864); работал в Новороссийском университете в Одессе и Петербургском университете, с 18В8 г.— в Пастеровском институте в Париже. Провел основополагающие исследования в области микробиологии, иммунологии, ЭВОЛЮЦИОННОЙ эмбриологии. Открыл явление фагоцитоза и разработал фагоцитарную теорию иммунитета. Автор классических работ по изучению брюшного тифа, туберкулеза, сифилиса. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1908, совместно с П. Эрлихом).

Берн т [Burnet| Франк Макфарлейн

(1899—1986), австралийский иммунолог и вирусолог. Окончил Мельбурнский университет (1923); с 1944 г.— директор Института медицинских исследований, а также профессор университета в Мельбурне. Основные работы — по изучению проблем иммунитета. Один из создателей клон ль о селекционной теории иммунитета. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1960, совместно с П. Me дав аром).

дифференцироака приводит к образованию В- и Т клеток Место дифференцировки В-лимфоцитов у млекопитающих не установлено; у птиц таким органом является сумка Фабрициуса (Bursa Fab icius), откуда и произошло название всей популяции. Образование Т-кле-ток нз стволовых клеток происходит в тимусе. Затем В- и Т-лимфо-циты мигрируют по лимфатическим сосудам в периферические органы иммунной системы — лимфатические узлы, селезенку и т. п., где они проходят заключительные стадии дифференцировки

Окончательная дифференцировка лимфондных клеток осуществляется под действием антигенов. Антиген — это любая молекула или система молекул (например, клетка), способная индуцировать иммунный ответ. В частности, под воздействием антигене В-клетка превращается в плазматическую клетку, являющуюся фабрикой по производству антител: плазматическая клетка секретирует антитела со скоростью около 2000 молекул в секунду. Плазматическая клетка не способна к дальнейшей дифференцировке и пролиферации и погибает через несколько дней. Продуцируемые ею антитела способны специфически реагировать с отдельными участками структуры антигена, так называемыми антигенными детерминантами или эпитопамн, которых, как правило, у антигена множество.

Существуют трн основные функционально различные популяции Т-клеток, образующиеся в результате антиген-незгвисимой дифференцировки предшественников Т лимфоцитов а) цитотоксические Т-клетки (Т-киллеры), осуществляющие разрушение чужеродных или инфицированных вирусом собственных клеток организма; б) помогающие или индуцирующие Т-клетки {Т-хелперы), которые «помогают» специфическим Т- и В-клеткам отвечать на антиген, а также активируют макрофаги; в) подавляющие Т-клетки [Т-су-прессоры). которые ннгибируют ответ специфических Т- и В-лим-фоцитов.

Развитие иммунной реакции организма на введение чужеродного антигена включает целый ряд этапов и межклеточных взаимодействий. Первоначальный контакт с антигеном, запускающий иммунный процесс, осуществляют макрофаги при этом антиген попадает внутрь макрофага н претерпевает процессинг — расщепление гидролитическими ферментами с вычленением сравнительно небольших фрагментов, несущих отдельные антигенные детерминанты. Заключительным этапом процессинга является экспрессия (обратный транспорт) фрагментов на поверхность макрофага где они оказываются в комплексе с собственными антигенами гнсто-совместимостн II класса (в случае мышей так называемыми la-белками, см. с. 220); только в таком, а не в нативном внде антиген может продолжать цепь иммунных реакций, а именно активировать Т-хелперы. В свою очередь, Т-хелперы осуществляют развитие заключительных стадий процесса, способствуя образованию эффек-торных клеток — Т-киллеров и плазматических клеток — из соответствующих клеток-предшественников. На всех этапах, требующих межклеточных взаимодействии, важную роль играют растворимые медиаторы иммунного ответа — лимфокины (белки лимфоцитар-ного происхождения) и монокины (белки, синтезируемые макрофагами): эти гормоноподобные белки, вырабатываемые различными популяциями клеток — участников иммунного ответа, вызывают последовательный рост клона и дифференцировку активированных антигеном лимфоцитов. С их помощью достигается амплификация (усиление) иммунного ответа, они же участвуют в последующей супрессии (остановке) иммунной реакции; последний процесс опосредуется Т лимфоцитами супрессорвми Известны и цитотоксические лимфокины — лимфотоксин и фактор некроза опухолей, осуществляющие эффекторную функцию — лизис трансформированных клеток. Эффекторной системой, работающей на заключи-

тельном этапе иммунного ответа, является система комплемента, участвующая в деградации связанного с антителами антигена.

Таким образом, иммунная система представляет собой сложнейшую клеточную систему, в которой оперирует разветвленная сеть регуляторных механизмов, причем регуляция осуществляется как путем прямых межклеточных контактов, так и взаимодействий клетка — регуляторная молекула. Важную роль в развитии представлений об иммунорегуляции сыграли работы Н. Йерне.

Наличие у большинствн антигенов множества эпитопов (антигенных детерминант) приводит к активации большого числа клонов В-лимфоцитов, имеющих рецепторы соответствующей специфичности. В результате образующиеся плазматические клетки секретируют сложный набор антител, реагирующих с разными участками поверхности антигена, т. е. наблюдается поликлональный ответ. Получить обычной иммунизацией антитела к заданной детерминанте очень сложно.

В настоящее время эту задачу удается решить с помощью так называемой гибридомной технологии, разработанной в середине 70-х годов Дж. Кёлером и Ц. Мильштейном. Гибридомная технология основана на слиянии соматических клеток и заключается в гибридизации иммунных В-лимфоцитов с опухолевыми клетками (рис. 113).

Клетки лимфоузла (чаще всего селезенки), иммунизированного определенным антигеном животного, сливаются в присутствии полиэтиленгликоля с миеломными клетками. Такая гибридизация приводит к образованию клеток, унаследовавших от одной из родительских клеток (плазматической клетки) способность секретиро-вать антитела, а от другой (миеломной) — способность к бесконечному делению. Ключевым моментом является отбор гибридных клеток, отделение от родительских клеток. Одна из популяций таких клеток — плазмациты - отмирает без каких-либо дополнительных воздействий в процессе культивирования клеток после слияния (как уже говорилось выше, ллазмациты — короткоживущая клеточная популяция). Для того чтобы избавиться от родительских опухолевых клеток, используются мутантные миеломные клетки, дефицитные по двум ферментам — гипоксантин-фосфорибозилтрансфервзе (ГФТ) и тимидинкиназе (ТК),— ответственным за запасной путь биосинтеза нуклеиновых кислот (использующий гипоксантин/ гуанин и тимидин). Если блокировать и основной путь биосинтеза пуринови пиримидиновс помощью аминоптерина, то такие мутанты оказываются нежизнеспособными и погибают. Гибридные же клетки, имеющие от второй родительской клетки гены ГФТ и ТК, способны к размножению в присутствии аминоптерина; таким образом, культивируя клетки после слияния на селективной среде (содержащей аминоптерин), удается добиться избирательного роста популяции гибридных клеток. Рассеивая гибридные клетки по лункам иммунологического планшета, добиваются того, чтобы в лунке оказался лишь один клеточный клон, отбираются клоны, секретирующие антитела нужной специфичности (для чего проверяется наличие соответствующих антител в культуральной среде), а затем наращиваются гибридные клетки в больших количествах in vitro или in vivo в виде асцитов у животных. Такая технология позволяет нарабатывать значительные количества так называемых монокло-нальных (продуктов одного клона) гомогенных антител. В большинстве случаев моноклональные антитела пол у ч row я на мышах, реже на крысах. Получение человеческих моноклональиых антител встречает серьезные методические затруднения, прежде чсего из-за малодоступности иммунных лимфоцитов человека.

Структура и функция антител. Антитела — класс белхов, продуцируемых В-лимфоцитами и осуществляющих первый этап в

211

Биологическая роль белков

Гибридизация

I

1УЫУУ

1

Выращивание и отбор нлвтои |

Тгпироианиг

iuiiiiaiui

IkjybJI IbJbJbJI

Выращивание клеток И харантеристинд антител

Рт. 113. Гибридомная технология.

212 цепи превращений антигена—его связывание. Уникальным свой-

- ством антител является то, что они существуют в виде миллионов

Белки и пептиды различных видов, каждый из которых имеет свой специфический

участок связывания антигена. Обобщенно обозначаемые как иммуноглобулины (сокращенно lg), антитела представляют один из основных классов белков крови, составляя около 20% от общего веса белков плазмы (общее число молекул антител в организме человека равно I020).

Молекула антитела состоит из четырех полипептидных цепей: двух легких (L) цепей и двух тяжелых (Н) цепей. Четыре цепи удерживаются вместе с помощью нековалентных взаимодействий и S—S связей В результате ограниченного протеолиза папаином (Р. Портер, 1959) молекула иммуноглобулина расщепляется примерно в середине Н цепей на два идентичных Fab фра мечта каждый с одним антигеневязывающим центром, и один Fc-фрагмент (рис. 114).

н н

Рис. 114. Расщепление молекулы иммуноглобулина папаином.

Эрли! (Ehrlkhl Паут. (1854—1915). немецкий бактериолог и химиотерапевт. Образование получил в университете Бреслау, а также Ст рас бурге ком, Фрайбургском и Лейпцигском универ Ситетах; с 1В99 г. работал в Терапевтическом институте (близ Франкфурта на Майне). Основные работы посвящены проблемам иммуни

страница 28
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.04.2017)