Биохимия иммунитета воспалительных реакций в организме человека

Биохимия иммунитета воспалительных реакций в организме человека.

      Иммунитет (лат. immunitas — освобождение, избавление от чего-либо) — невосприимчивость, сопротивляемость организма к инфекционным агентам (в том числе — болезнетворным бактериям) и чужеродным веществам. Способность организма противостоять изменению его нормального функционирования под воздействием внешних факторов.

       У большинства живых организмов существуют механизмы неспецифической резистентности, которую также называют врождённым, конституциональным или видовым иммунитетом

       Иммунитет организма — система, обеспечивающая защиту организма от воздействий внешней среды и сохраняющая основные параметры жизнедеятельности органов и тканей (гомеостаз).

       Различают два типа иммунитета: специфический и неспецифический.                                   1) Специфический иммунитет носит индивидуальный характер и формируется на протяжении всей жизни человека в результате контакта его иммунной системы с различными микробами и антигенами. Специфический иммунитет сохраняет память о перенесенной инфекции и препятствует ее повторному возникновению. 2)Неспецифический иммунитет носит видоспецифический характер, то есть практически одинаков у всех представителей одного вида. Неспецифический иммунитет обеспечивает борьбу с инфекцией на ранних этапах ее развития, когда специфический иммунитет еще не сформировался. Состояние неспецифического иммунитета определяет предрасположенность человека к различным банальным инфекциям, возбудителями которых являются условно патогенные микробы.

     Классификация компонентов иммунной системы

Невосприимчивость организма к  инфекционным заболеваниям бывает специфической и неспецифической. Специфическая невосприимчивость = иммунитет.Неспецифическая резистентность бывает обусловлена:

а) Видовой невосприимчивостью (например, невосприимчивость человека к болезням животных);                                                                                                                                                          б) Бактерицидными факторами организма (фагоцитоз и воспаление, лизоцим, показатель pH, лихорадочные реакции);                                                                                                                       в) Стерильный иммунитет (выздоровление сопровождается полным устранением микробов);                                                                                                                                                                          г) Нестерильный иммунитет (формируется т.н. носительство)

-Иммуноглобулины типа M (IgM) (выделяются в первое время после контакта с инфекцией, обусловливают первичный иммунный ответ.                                                                -Антитела типа G (IgG) (защищает организм на протяжении длительного времени, участвует во вторичном иммунном ответе, при первичном заражении, пик их концентрации приходится на вторую неделю болезни).                                                                           - Иммуноглобулины типа Е (IgE) обусловливают аллергические реакции — гиперчувстви-тельность немедленного типа (ГНТ).                                                                                              - Иммуноглобулин типа А (защищает организм от проникновения инфекции через кожу и слизистые оболочки, в большом количестве содержится в грудном молоке).

      Не существует понятия «неспецифический иммунный ответ» — существует понятие «неспецифическая резистентность» организма. Иммунный ответ всегда конкретен и специфичен.

       На первом этапе столкновения с чужеродным антигеном запускается неспецифический патологический защитный процесс - воспаление, сопровождающийся фагоцитозом, выделением медиаторов воспаления - гистамина, серотонина, цитокинов и т. п. Фагоциты (макрофаги) поглощают антигены и контактируют с лимфоцитами Т-хелперами, представляя им на поверхности антигенные детерминанты. Т-хелперы запускают размножение (выделяя специфические белковые вещества — интерлейкины) специфических для данного антигена клонов Т-киллеров и В-лимфоцитов из предсуществующих стволовых клеток, которые прошли проверку на толерантность в эмбриональном периоде.

       У млекопитающих сформировались два типа иммунитета: клеточные и гуморальный. Это происходит из-за того, что у млекопитающих развивается 2 типа лимфоцитов - Т- и В-клеток. Эти лимфоциты образуются из стволовых клеток-предшественников в костном мозге.

Т-клетки действуют на следующие  объекты:

-Злокачественные клетки.

-Клетки, инфицированные микроорганизмами.

-Трансплантированные органы и ткани.

      В атаке участвует вся клетка, поэтому ответ называется клеточным, свободные тела при атаке не выделяются.

       Наружная мембрана Т-клеток несёт специальные рецепторы, сходные по конфигурации с антителами. Но рецепторы Т-клеток не могут распознавать целую молекулу антигена. Эти рецепторы связываются только с фрагментами антигенов или других чужеродных молекул. Среди Т-клеток по особенностям наружной мембраны (находящихся на ней разных антигенов) выделяютя Т4- и Т8-клетки. Они различаются по своим функциям. Т4-клетки называют хелперами(вирус иммунодефицита, вызывающий СПИД заражает главным образом их). Т4-клетки действуют совместно с макрофагами.

      Сначала макрофаг захватывает несущий антигены организм Затем макрофаг отщепляет часть антигена (пептид) и выводит его на свою поверхность, как бы предъявляя иммуным клеткам. Т4-лимфоцит, который имеет соответствующий по структуре рецептор, распознаёт этот пептид как чужой и образует большое количество лимфокинов. Лимфокины выполняют функции:

-Лимфокины стимулируют размножение Т-клеток.

-Стимулируют выработку антител В-клетками.

-Инициируют процесс воспаления.

       Лимфокины, выдеяемые супрессорами, могут подавлять активность всех типов лейкоцитов, в том числе и фагоцитов. Но лимфокины выделяемые хелперами стимулируют её. Численное соотношение этих двух типов лимфоцитов регулирует силу иммунного ответа.

      Существует 2 типа Т8-клеток: клетки-супрессорыи клетки-киллеры.

     1) Клетки-киллеры образуют меньшее количество лимфокинов, но они спосоны убивать заражнные вирусами и злокачественные клетки. Это происходит в результате химической атаки, или "продырявливания" заражённых или злокачественных клеток. Киллеры не распознают части попавших извне антигенов, чужеродные пептиды. Так же киллеры атакуют и постепенно разрушают трансплантированные органы.

     В-клетки выделяют тела в плазму крови, тканевую жидкость, лимфу.Атака В-клеток направлена против:

-Бактерий.

-Некоторых вирусов.

      Каждая из В-клеток распознаёт определённый антиген и синтезирует связывающие его антитела. Поверхность мембраны В-клеток несёт антигенные рецепторы, инденичные образуемым ею антителам.

     Выделяют 2 типа В-клеток - клетки памяти и эффекторы.

    1) Эффекторы выделяют в кровь, тканевую жидкость антитела. Живут эти клетки около нескольких суток.

    2) Клетки памяти живут гораздо больше года. Они способны быстро давать иммунный ответ на любую возможную инфекцию в будущем.

      Воспаление

      Воспаление — одна из наиболее ранних реакций иммунной системы на инфекцию. К симптомам воспаления относятся покраснение и отек, что свидетельствует о усилении притока крови к вовлеченным в процесс тканям. В развитии воспалительной реакции важную роль играют эйкозаноиды и цитокины, высвобождаемые поврежденными или инфицированными клетками. К эйкозаноидам относятся простагландины, вызывающие повышение температуры и расширение кровеносных сосудов, и лейкотриены, которые привлекают определённые виды белых кровяных телец (лейкоцитов). К наиболее распространённым цитокинам относятся интерлейкины, отвечающие за взаимодействие между лейкоцитами, хемокины, стимулирующие хемотаксис, и интерфероны, обладающие противовирусными свойствами, в частности способностью угнетать синтез белка в клетках макроорганизма. Кроме того, могут играть роль выделяемые факторы роста и цитотоксические факторы. Эти цитокины и другие биоорганические соединения привлекают клетки иммунной системы к очагу инфекции и способствуют заживлению поврежденных тканей путём уничтожения возбудителей.

Репликация и транскрипция ДНК.

     Транскрипция ДНК

      Транскрипция — биологический процесс, в результате которого информация, содержащаяся в участке ДНК, копируется на синтезируемую молекулу информационной РНК. Транскрипцию осуществляют факторы транскрипции и РНК-полимераза. В эукариотической клетке первичный транскрипт (пре-иРНК) часто редактируется. Этот процесс называется сплайсингом

      При синтезе «неинформационной» молекулы (например, гликогена) чистота конечного продукта обеспечивается специальным ферментом. Для фермента характерна субстратная специфичность, то есть его активный центр способен присоединять только молекулу UDP-глюкозы и нередуцирующий конец молекулы гликогена, которая должна быть удлинена. Таким образом, активный центр фермента можно рассматривать как «матрицу», поскольку между молекулами субстрата осуществляется комплементарная подгонка.                                                                                                                                                       

      При синтезе макромолекул ДНК, РНК или белков один активный центр фермента не в состоянии обеспечить специфическую последовательность четырёх кодирующих единиц. Он может связывать между собой только один или несколько «строительных блоков», а нуклеиновые кислоты содержат в своём составе тысячи нуклеотидов. Поэтому матрицей для синтеза цепи молекулы ДНК служит другая цепь ДНК.

      Транскрипция ДНК в ходе деления клеток начинается с разделения двух цепей, каждая из которых становится матрицей, синтезирующей нуклеотидную последовательность новых цепей. Хеликаза, топоизомераза и ДНК-связывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК. Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований. Репликация катализуется несколькими ДНК-полимеразами, а транскрипция – ферментом РНК-полимеразой. После репликации дочерние спирали закручиваются обратно уже без затрат энергии и каких-либо ферментов.

       Сравнительно неплохо изучен процесс репликации и транскрипции ДНК бактерий. Их ДНК способна реплицироваться, не распрямляясь в линейную молекулу, то есть в кольцевой форме. Процесс, по-видимому, начинается на определённом участке кольца и идёт сразу в двух направлениях (в одном – непрерывно, во втором – фрагментарно с последующим «склеиванием» фрагментов). Инициация репликации находится под контролем клеточной регуляции. Скорость репликации ДНК составляет около 45 000 нуклеотидов в минуту; таким образом, родительская вилка расплетается со скоростью 4500 об/ми

Репликация  ДНК

     ДНК — основной способ передачи информации между поколениями живых организмов, поэтому точное удвоение (репликация) ДНК очень важна. Репликация осуществляется комплексом белков, которые расплетают хроматин, затем двойную спираль. После этого ДНК полимераза и ассоциированные с ней белки, строят на каждой из двух цепочек идентичную копию.

      Частота ошибок при ДНК-репликации не превышает 1 на 109–1010 нуклеотидов. Столь высокая степень точности воспроизведения информации определяется не только комплементарностью нуклеотидов, но и действием ДНК-полимераз, которые способны распознать ошибку в образующемся коде и исправить её. Следует заметить, что точность воспроизведения РНК и белков в тысячи раз ниже. Это связано с тем, что транскрипция и трансляция, затрагивающие только одну клетку, – не столь жизненно важные процессы, как репликация, которая определяет будущее всего вида.

Репликация ДНК прокариот  и эукариот

       Репликация эукариот при такой же схеме длилась бы несколько месяцев (скорость движения репликативных вилок составляет всего микрометр в минуту). Поэтому в ДНК эукариот процесс начинается одновременно в сотнях и тысячах точек. Все хромосомы в клетке должны реплицироваться одновременно, и одновременно в клетке работают многие тысячи вилок.

       Между репликацией и транскрипцией есть существенная разница: в первом случае копируется вся молекула ДНК, во втором, как правило, только отдельные гены. Минимальная длина и-РНК определяется длиной полипептидной цепи, для которой она предназначена. В идентификации последовательностей нуклеотидов, обозначающих начало и конец синтезирующих РНК генов, ещё много неясного.

Роль малой ядерной  РНК в процессе транскрипции

      Молекулы р-РНК и т-РНК образуются из более длинных предшественников – гетерогенных ядерных РНК (гя-РНК). Длина гя-РНК увеличена за счет нетранслирующихся интронов, которых в конечных РНК уже нет. Интроны удаляются при помощи малой ядерной РНК. мя-РНК комплементарна нуклеотидам на концах интронов – она временно соединяется с ними, стягивая интрон в петлю. Концы кодирующих фрагментов соединяются, после чего интрон благополучно удаляется из цепи.

       Некоторые РНК-содержащие вирусы животных при помощи РНК-зависимой ДНК-полимеразы способны синтезировать ДНК, комплементарную по отношению к вирусной РНК. Она встраивается в геном эукариотической клетки, где может многие поколения оставаться в скрытом состоянии. При определённых условиях (например, воздействии канцерогенов) вирусные гены могут активироваться, и здоровые клетки превратятся в раковые.

Биохимия мочевыведения.

    Главная функция почек заключается в образовании мочи, которое происходит в функциональных еденицах почек-нефронах.Из крови в боуменову капсулу нефрона фильтруется вода и все другие низкомолекулярные вещества плазмы; движущей силой этой фильтрации является  разность гидростатического давления в капиллярах клубочка и в полости боуменовой капсулы. Таким образом, фильтрат боуменовой капсулы (первичная моча) по составу и концентрации низкомолекулярных веществ не отличается от плазмы крови. Обратное всасывание компонентов первичной мочи в кровь , которое происходит в канальцах нефрона, имеет избирательный характер. Избирательность определяется наличием специфических транспортных белков; при этом многие вещества всасываются против градиента концентрации, т.е. путем активного транспорта. Основной движущей силой этого переноса служит градиент концентрации ионов Nа+ и К+, а вместе с этими ионами по механизмам симпорта или антипорта перемещаются и другие вещества. Таким путем в канальцах почек образуется окончательная моча, отличающаяся от плазмы крови по концентрации растворенных веществ.

      В нефронах фильтруется  и реабсорбируется около 180 л  жидкости в сутки. В теле  человека содержится примерно 45 л жидкости; следовательно, вся  жидкость организма фильтруется  четыре раза в сутки. Это  нужно не только для поддержания  водно-солевого гомеостаза, но и  для выделения конечных продуктов обмена, главным из которых в моче является мочевина.

       Почки отличаются  интенсивным энергетическим обменом;  в них расходуется 10% всего  потребляемого человеком кислорода,  в то время как масса почек  составляет только 0.5% от массы  тела. Это связано с необходимостью  активного трансмембранного транспорта  значительных количеств при образовании  мочи.

      Почки участвуют в регуляции кислотно- щелочного равновесия, изменяя Н+. рН мочи может изменяться в пределах от 4.6 до 8.0, т.е. концентрация Н+ в предельно кислой моче более чем в 1000 раз превышает концентрацию в предельно щелочной моче. Ионы водорода выделяются или в составе недиссоциированных кислот, например ацетоуксусной кислоты, или в составе NН4+.

      Клетки почек могут  поставлять в кровь дополнительные  количества иона НСО3-, образующегося в результате окисления метаболитов.

      Затем Н+ (кислота)  выводится из клеток в канальцы  нефрона и экскретируется с  мочой, а НСО3- (щелечь) из почечных клеток переходит в кровь в форме NаНСО3. Понижая ее кислотность.

      Пища животного  происхождения имеет кислый зольный  остаток, обусловленный фосфатами.  Поэтому и моча в норме имеет  более кислую реакцию, чем кровь,  в связи с постоянным выделением  избытка кислот.

      Главная проблема, которая решается нефронами почек,  заключается в разделении потока  веществ, поступающих из крови,  на два потока разного химического  состава: все ценное для организма  (глюкоза, аминокислоты, витамины  и др.) возвращается в кровь,  а конечные продукты обмена  направляются в мочу. При этом  происходит некоторая утечка  и полезных веществ плазмы, но их  концентрация в окончательной моче невелика. Если в крови концентрация какого-либо вещества увеличивается, то и с мочой его выводится больше.Другой причиной увеличения скорости выведения веществ является нарушении функции почек. При этом нарушение избирательности реабсорбции может быть специфичным или общим. Последнее наблюдается при воспалительных заболеваниях почек. При любой болезни , сопровождающейся изменением состава крови или нарушением выделительной функции почек , изменяется состав мочи, причем часто характерным для данной болезни образом. На этом основано применение анализа мочи для диагностики болезней. Наиболее часто в моче измеряют концентрацию глюкозы, креатинииа, кетоновых тел, билирубина, уробилина, белков.В некоторых случаях определяют и другие вещества, как минеральные, так и органические.

                                             ЛИТЕРАТУРА.

Николаев А.Я. Биологическая химия: Учеб. для мед. спец. Вузов. –М.: Высш. шк., 1989.—495 с.: ил.