Строение иммунной системы

1. Определение иммунитета и его виды Иммунитет — это внутренняя система организма, которая обеспечивает его защиту от вредных воздействий внешней среды. Эта система защищает как основные внешние его параметры, так и функции жизнедеятельности его органов и тканей.

Типы

Различают два типа иммунитета: специфический и неспецифический. 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. Неспецифический иммунитет носит видоспецифический характер, то есть практически одинаков у всех представителей одного вида (мутация под названием СCR5-Дельта 32, однако обеспечивает 100% защиту от заражения ВИЧ у гомозиготных носителей. Родиной данной мутации является территория современной Дании. Защита наблюдается только для части штаммов ВИЧ). 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 Клеточный иммунитет — это функция T-лимфоцитов; при клеточном иммунитете происходит образование эффекторных клеток T-киллеров, способных уничтожать клетки, имеющие антигенную структуру путем прямой цитотоксичности и путем синтеза определенных веществ, названных лимфокинами, которые участвуют в процессах взаимодействия клеток (макрофагов, T-клеток, B-клеток) при иммунном ответе. Кроме того, два подтипа T-клеток участвуют в регуляции иммунного ответа: T-хелперы усиливают иммунный ответ; T-супрессоры оказывают противоположное влияние.

Гуморальный иммунитет это функция B-клеток и характеризуется преобразованием B-клеток в плазматические клетки, секретирующие иммуноглобулины (антитела), которые имеют специфическую активность против внедрившегося антигена.

Рис. 1. Общая схема иммунного ответа

Лимфоциты (и Т, и В), несущие специфические антигенные рецепторы, начинают пролиферацию (фаза нарастания иммунного ответа) после встречи с антигеном. В механизм распознавания антигенов вовлечены антиген-презентирующие клетки (различные типы макрофагов). Приразмножении образуются клоны эффекторных клеток. Из В-клеток образуются плазматические клетки, секретирующие иммуноглобулины (антитела), из Т-клеток цитотоксические клетки.

Виды Различают врождённый и приобретённый иммунитет. При врождённом иммунитете антитела в организме присутствуют со дня рождения, то есть, унаследованы от родителей. Приобретённый иммунитет вырабатывается в процессе жизни после перенесения инфекционных заболеваний. Врождённый иммунитет или приобретенный иммунитет после перенесенного заболевания называют естественым

2. Маркеры и рецепторы клеток иммунной системы иммунная система имунноглобулин Таблица 1

Маркерные CD антигены, применяющиеся для идентификации типов лейкоцитов1

Таблица2

Морфологические и функциональные характеристики лимфоидных клеток

1 Хотя иммунобласты и лимфобласты морфологически различаются, некоторые авторы не делают различий между ними. Обе формы являются делящимися и имеют типичное для таких клеток ядро. Лимфобласты представляют собой быстро делящиеся лимфоциты плода; название подчеркивает сходство этих клеток с клетками при остром лимфобластном лейкозе. Термин «иммунобласт» применяется для обозначения делящихся лимфоцитов, из которых при иммунном ответе образуются эффекторных клетки.

ЛИМФОЦИТЫ Лимфоциты образуются в эмбриональном периоде из лимфоидного ростка в костном мозге. Лимфоциты можно классифицировать на основе места их развития: 1) T-лимфоциты (тимус-зависимые) развиваются в тимусе и 2) B-лимфоциты, которые развиваются вне тимуса. B-лимфоциты развиваются у птиц в сумке Фабрициуса (bursa сумка, отсюда термин УB-клетки Ф); функциональный эквивалент у человека эмбриональная печень или костный мозг.

Неактивные малые лимфоциты клетки приблизительно 8−10 мкм в диаметре, с малым объемом цитоплазмы и сферическим ядром, занимающим почти всю клетку. Ядро содержит конденсированный хроматин, который выглядит, выражено барофильным при обычной окраске препаратов. Все неактивные популяции лимфоцитов сходны друг с другом морфологически и могут дифференцироваться только иммунологическими и иммуноморфологическими методами.

3. T-лимфоциты (T-клетки) Распределение T-клеток в организме: T-лимфоциты возникают в эмбриональном тимусе. В постэмбриональном периоде после созревания T-лимфоциты расселяются в T-зонах периферической лимфоидной ткани. К этим зонам относятся:

паракортикальная зона лимфатических узлов и пространство между лимфоидными фолликулами (70% лимфоцитов в лимфатических узлах T-лимфоциты);

периартериальные зоны лимфоидных фолликулов в белой пульпе селезенки (40% селезеночных лимфоцитов T-клетки).

T-лимфоциты непрерывно и активно циркулируют между периферической кровью и периферической лимфоидной тканью. От 80 до 90 процентов периферических лимфоцитов крови T-клетки.

Трансформация T-клеток: После стимуляции (активации) определенным антигеном, T-лимфоциты преобразовываются в большие, активно делящиеся клетки, названные трансформированными T-лимфоцитами, или T-иммунобластами, из которых затем возникает исполнительное звено T-клеток. T-иммунобласты имеют размеры 15−20 мкм в диаметре, с большим объемом цитоплазмы и неправильным ядром со светлым хроматином и ядрышком; ядро располагается в центре клетки. T-иммунобласты можно отличить от B-иммунобластов только иммуноморфологическими методами. Эффекторные T-лимфоциты морфологически сходны с неактивными малыми лимфоцитами и часто называются сенсибилизированными, цитотоксическими клетками или T-киллерами.

Этот процесс преобразования Т-клеток составляет стадию развития (усиления) иммунного ответа (рис. 1), в течение которой несколько T-клеток, несущих рецепторы, которые распознают данный специфический антиген, формируют многочисленный клон T-клеток исполнительного звена, активных против того же самого антигена, потому что они имеют соответствующий рецептор. Полный процесс активации Т-клетки начинается тогда, когда макрофаги перехватывают антиген и с помощью определенного механизма, который еще не достаточно изучен, «обрабатывают» антиген и повторно выводят его на поверхность клетки в соединении с MHC-молекулами перед взаимодействием с T-клеткой. Распознавание происходит только тогда, когда T-клетка несет специфичный рецептор, способный распознавать комплекс У антиген МНС-молекула Ф.

Функции эффекторных T-клеток: эффекторные Т-клетки играют важную роль в трех функциях иммунной системы:

клеточном иммунитете;

регулировании активности В-клеток;

гиперчувствительности замедленного (IV) типа.

Клеточный иммунитет: включает два главных аспекта:

цитотоксичные клетки, несущие поверхностные антигены, вызывают прямое поражение клеток (цитотоксические или клетки-киллеры). Прямая цитотоксичность наблюдается при иммунологическом ответе на антигены на поверхности неопластических клеток, пересаженных тканей и инфицированных вирусом клеток. Цитотоксические T-клетки, возможно, вызывают лизис путем образования пор в цитоплазматических мембранах антиген положительных клеток.

Хелперные T-клетки (CD4 антиген-положительные) помогают в активации и трансформации B-лимфоцитов и в синтезе иммуноглобулинов. Супрессорные T-клетки (CD8 антиген-положительные) ингибируют активацию В-клеток и регулируют синтез иммуноглобулинов. Хелперные и супрессорные T-клетки также оказывают подобные регулирующие влияния и на клеточный иммунитет. Однако, подтип CD4-положительных «хелперных» клеток может оказывать чисто супрессорное влияние, стимулируя CD8-положительные супрессорные клетки. Нормальное отношение хелперных T-лимфоцитов к супрессорным T-лимфоцитам (отношение CD4/CD8) в периферической крови составляет 0.9−2.7, с небольшими отклонениями в очень молодом и очень старом возрасте. Это отношение может быть сильно снижено при определенных болезнях, включая иммунодефицитные состояния, гиперчувствительность IV (замедленного типа) и ВИЧ-инфекцию.

Морфологическая идентификация субпопуляций Т-лимфоцитов: Т-лимфоциты и их подтипы морфологически не отличаются друг от друга или от B-лимфоцитов и характеризуются присутствием антигенов, которые действуют как иммунологические маркеры. Эти антигены могут быть обнаружены специфическими моноклональными антителами (табл. 1). Использование этих антител при иммунофлюоресцентном или иммунопероксидазном методе также позволяет выяснить локализацию различных T-субпопуляций лимфоцитов в лимфоидной ткани. Генетические методы, обнаруживающие перестройку рецепторных генов Т-клетки, также помогают в идентификации T-клеток. Другие методы, типа теста Е-розеткообразования, устаревают.

B-лимфоциты Распределение В-клеток в организме: B-лимфоциты развиваются в функциональном эквиваленте сумки Фабрициуса птиц (вероятно, в эмбриональном костном мозге у млекопитающих), проходя при этом сложный процесс, включающий в себя размножение и разделение на классы. Затем B-лимфоциты распространяются током крови в B-области периферической лимфоидной ткани. К этим областям относятся:

реактивные (вторичные или герминативные) центры фолликулов и синусы мозгового слоя лимфатических узлов (30% лимфоцитов в лимфатических узлах Ц B-клетки);

реактивные центры в фолликулах белой пульпы селезенки (40% селезеночных лимфоцитов Ц B-клетки).

Термин «первичный фолликул» используется для обозначения скопления B-клеток в лимфатических узлах или селезенке, которые не проявляют пролиферативной активности. Подобно T-клеткам, B-клетки также постоянно циркулируют между лимфоидной тканью и периферической кровью, однако менее активно. В-клетки составляют 10−20% процентов от общего числа лимфоцитов периферической крови.

Трансформация В-клеток: после стимуляции специфическим антигеном B-лимфоциты трансформируются в плазматические клетки. Этот процесс идет стадийно, с образованием ряда промежуточных форм, формирующих реактивный (герминативный) центр фолликула. Плазматические клетки синтезируют иммуноглобулины (антитела), которые являются специфичными для антигена. Образование циркулирующих антител, специфичных для антигенов Ц основа приобретенного иммунитета, названного гуморальным иммунитетом.

Морфологическая идентификация B-клеток: плазматические клетки являются эффекторными (исполнительными) B-клетками. Плазмоциты имеют характерное морфологическое строение (табл. 2). Плазмоциты имеют размеры 12−15 мкм в диаметре, базофильную цитоплазму (базофилия объясняется присутствием большого количества РНК, требуемой для синтеза иммуноглобулинов), в которой обнаруживается зона Гольджи, видимая как бледная область, расположенная рядом с ядром, расположенным эксцентрично; хроматин в ядре расположен в виде крупных глыбок по периферии (в виде «колеса телеги» или «циферблата»). Иммуноглобулины могут, выявляются в цитоплазме иммунологическими методами.

Другие B-лимфоциты могут быть идентифицированы только иммунологическими, иммуноморфологическими и генетическими методами. Иммунофлюоресцентный или иммунопероксидазный методы, использующие антитела к человеческому иммуноглобулину, обнаруживают присутствие поверхностного иммуноглобулина (на созревающих B-клетках) и цитоплазматического иммуноглобулина (в плазматических клетках). Также используются специфические моноклональные антитела, которые реагируют с B-клетками (табл. 1). Генетические методы, которые обнаруживают присутствие перестроенных генов иммуноглобулинов, могут также помочь идентифицировать B-лимфоциты.

«Нулевые» клетки (NK-клетки и K-клетки)

«Нулевые» клетки — это гетерогенная группа лимфоцитов, не обладающих способностью формировать E-розетки (иммунологический тест, которые раньше использовался для идентифицикации T-лимфоцитов) и не несущие поверхностного иммуноглобулина (следовательно, немаркированные или «нулевые» клетки). Эта группа включает некоторые клетки, которые являются явно Tили B-клетками, что было недавно доказано генетическими методами и методом моноклональных антител, однако обозначение этих клеток было оставлено. Популяция У нулевых Ф клеток представляет собой Ти В-клетки, находящиеся на ранних этапах дифференцировки, до появления большого количества маркеров на их поверхности. «Нулевые» клетки составляют 5−10% от всех лимфоцитов периферической крови.

Некоторые «нулевые» клетки обладают цитотоксической активностью и названы естественными киллерами (NK-клетками); они могут разрушать некоторые чужеродные клетки, даже если организм никогда не встречался с данным антигеном. Другие (названные K-клетками) участвуют в разрушении клеток с помощью антител (антителозависимая клеточная цитотоксичность (ADCC antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)).

Имеются доказательства, что активность, которую проявляют NK-клетки и K-клетки, это 2 различных функции одного типа клеток. NK клетки могут играть защитную роль при опухолевом процессе, устраняя потенциально неопластические клетки.

4. Особенности структуры имунноглобулина

Структура иммуноглобулинов

Антитела (иммуноглобулины) — это белки, которые синтезируются под влиянием антигена и специфически с ним реагируют.

Они состоят из полипептидных цепей. В молекуле иммуноглобулина различают четыре структуры:

1) первичную — это последовательность определенных аминокислот. Она строится из нуклеотидных триплетов, генетически детерминируется и определяет основные последующие структурные особенности;

2) вторичную (определяется конформацией полипептидных цепей);

3) третичную (определяет характер расположения отдельных участков цепи, создающих пространственную картину);

4) четвертичную. Из четырех полипептидных цепей возникает биологически активный комплекс. Цепи попарно имеют одинаковую структуру.

Большинство молекул иммуноглобулинов составлено из двух тяжелых (H) цепей и двух легких (L) цепей, соединенных дисульфидными связями. Легкие цепи состоят или из двух k-цепей, или из двух l-цепей. Тяжелые цепи могут быть одного из пяти классов (IgA, IgG, IgM, IgD и IgE).

Каждая цепь имеет два участка:

1) постоянный. Остается постоянным в последовательности аминокислот и антигенности в пределах данного класса иммуноглобулинов;

2) вариабельный. Характеризуется большой непостоянностью последовательности аминокислот; в этой части цепи происходит реакция соединения с антигеном.

Каждая молекула IgG состоит из двух соединенных цепей, концы которых формируют два антигенсвязывающих участка. На вариабельном участке каждой цепи имеются гипервариабельные участки: три в легких цепях и четыре в тяжелых. Разновидности последовательности аминокислот в этих гипервариабельных участках определяют специфичность антитела. При определенных условиях эти гипервариабельные области могут также выступать в роли антигенов (идиотипов).

В молекуле иммуноглобулина меньше двух антигенсвязывающих центров быть не может, но один может быть завернут внутрь молекулы — это неполное антитело. Оно блокирует антиген, и тот не может связаться с полными антителами.

При энзиматическом расщеплении иммуноглобулинов образуются следующие фрагменты:

1) Fc-фрагмент содержит участки обеих постоянных частей; не обладает свойством антитела, но имеет сродство с комплементом;

2) Fab-фрагмент содержит легкую и часть тяжелой цепи с одним антигенсвязывающим участком; обладает свойством антитела;

3) F (ab)Т2-фрагмент состоит из двух связанных между собой Fab-фрагментов.

Другие классы иммуноглобулинов имеют такую же основную структуру. Исключение — IgM: является пентамером (состоит из пяти основных единиц, связанных в области Fc-концов), а IgA — димер.

Классы и типы иммуноглобулинов

Иммуноглобулины подразделяют на классы в зависимости от структуры, свойств и антигенных особенностей их тяжелых цепей. Легкие цепи в молекулах иммуноглобулинов представлены двумя изотипами — лямбда (л) и каппа (к), которые различаются по химическому составу как вариабельных, так и константных участков, в частности наличием модифицированной аминогруппы на М-конце к-цепи. Они одинаковы у всех классов. Тяжелые цепи иммуноглобулинов подразделены на 5 изотипов (г, м, б, д, е), которые определяют их принадлежность к одному из пяти классов иммуноглобулинов: G, М, A, D, Е соответственно. Они отличаются друг от друга по структуре, антигенным и другим свойствам.

Таким образом, в состав молекул разных классов иммуноглобулинов входят легкие и тяжелые цепи, которые относятся к разным изотипическим вариантам иммуноглобулинов.

Наряду с ними имеются аллотипические варианты (аллотипы) иммуноглобулинов, несущие индивидуальные антигенные генетические маркеры, которые служат для их дифференцировки.

Наличием специфического для каждого иммуноглобулина антигенсвязывающего участка, образованного гипервариабельными доменами легкой и тяжелой цепи, обусловлены их различные антигенные свойства. Эти различия положены в основу деления иммуноглобулинов на идиотипы. Накопление любых антител, несущих в структуре своих активных центров новые для организма антигенные эпитопы (идиотипы), приводит к индукции иммунного ответа на них с образованием антител, получивших название антиидиотипических.

Свойства иммуноглобулинов Молекулы иммуноглобулинов разных классов построены из одних и тех же мономеров, имеющих по две тяжелых и по две легких цепи, которые способны соединяться в дии полимеры.

К мономерам относятся иммуноглобулины G и Е, к пентамерам — IgM, a IgA могут быть представлены мономерами, димерами и тетра-мерами. Мономеры соединены между собой так называемой соединительной цепью, или j-цепью (англ. joining — соединительный).

Иммуноглобулины разных классов отличаются друг от друга биологическими свойствами. Прежде всего это относится к их способности связывать антигены. В данной реакции у мономеров IgG и IgE участвуют два антигенсвязывающих участка (активных центра), обусловливающих бивалентность антител. При этом каждый активный центр связывается с одним из эпитопов поливалентного антигена, образуя сетевую структуру, которая выпадает в осадок. Наряду с бии поливалентными существуют моновалентные антитела, у которых функционирует лишь один из двух активных центров, способный связаться лишь с единичной антигенной детерминантой без последующего образования сетевой структуры иммунных комплексов. Такие антитела называются неполными, они выявляются в сыворотке крови с помощью реакции Кумбса.

Иммуноглобулины характеризуются различной авидностъю, под которой понимают скорость и прочность связывания с молекулой антигена. Авидность зависит от класса иммуноглобулинов. В этой связи наиболее выраженной авидностью обладают пентамеры иммуноглобулинов класса М. Авидность антител меняется в процессе иммунного ответа в связи с переходом от синтеза IgM к преимущественному синтезу IgG. Разные классы иммуноглобулинов отличаются друг от друга по способности проходить через плаценту, связывать и активировать комплемент. За эти свойства отвечают отдельные домены Fc-фрагмента иммуноглобулина, образованные его тяжелой цепью. Так, например, цитотропность IgG определяется СгЗ-доменом, связывание комплемента — Сг2-доменом и т. д.

Иммуноглобулины класса G (IgG) составляют около 80% сывороточных иммуноглобулинов (в среднем 12 г/л), с молекулярной массой 160 000 и скоростью седиментации 7S. Они образуются на высоте первичного иммунного ответа и при повторном введении антигена (вторичный ответ). IgG обладают достаточно высокой авидностью, т. е. сравнительно высокой скоростью связывания с антигеном, особенно бактериальной природы. При связывании активных центров IgG с эпитопами антигена в области его Fc-фрагмента обнажается участок, ответственный за фиксацию первой фракции системы комплемента, с последующей активацией системы комплемента по классическому пути. Этим обусловливается способность IgG участвовать в защитных реакциях бактериолиза. IgG является единственным классом антител, проникающим через плаценту в организм плода. Через некоторое время после рождения ребенка содержание его в сыворотке крови падает и достигает минимальной концентрации к 3−4 мес, после чего начинает возрастать за счет накопления собственных IgG, достигая нормы к 7-летнему возрасту. Около 48% IgG содержится в тканевой жидкости, в которую он диффундирует из крови. IgG, так же как и иммуноглобулины других классов, подвергается катаболи-ческому распаду, который происходит в печени, макрофагах, воспалительном очаге под действием протеиназ. Известны 4 подкласса IgG, различающиеся по структуре тяжелой цепи. Они обладают разной способностью взаимодействовать с комплементом и проходить через плаценту.

Иммуноглобулины класса М (IgM) первыми начинают синтезироваться в организме плода и первыми появляются в сыворотке крови после иммунизации людей большинством антигенов. Они составляют около 13% сывороточных иммуноглобулинов при средней концентрации 1 г/л. По молекулярной массе они значительно превосходят все другие классы иммуноглобулинов. Это связано с тем, что IgM являются пентамерами, т. е. состоят из 5 субъединиц, каждая из которых имеет молекулярную массу, близкую к IgG. IgM принадлежит большая часть нормальных антител — изогемагглютининов, которые присутствуют в сыворотке крови в соответствии с принадлежностью людей к определенным группам крови. Эти аллотипические варианты IgM играют важную роль при переливании крови. Они не проходят через плаценту и обладают наиболее высокой авидностью. При взаимодействии с антигенами in vitro вызывают их агглютинацию, преципитацию или связывание комплемента. В последнем случае активация системы комплемента ведет к лизису корпускулярных антигенов.

Иммуноглобулины класса A (IgA) встречаются в сыворотке крови и в секретах на поверхности слизистых оболочек. В сыворотке крови присутствуют мономеры IgA с константой седиментации 7S в концентрации 2,5 г/л. Данный уровень достигается к 10 годам жизни ребенки. Сывороточный IgA синтезируется в плазматических клетках селезенки, лимфатических узлов и слизистых оболочек. Они не агглютинируют и не преципитируют антигены, не способны активировать комплемент по классическому пути, вследствие чего не лизи-руют антигены.

Секреторные иммуноглобулины класса IgA (SIgA) отличаются от сывороточных наличием секреторного компонента, связанного с 2 или 3 мономерами иммуноглобулина А. Секреторный компонент является в-глобулином с молекулярной массой 71 KD. Он синтезируется клетками секреторного эпителия и может функционировать в качестве их рецептора, а к IgA присоединяется при прохождении последнего через эпителиальные клетки. Секреторные IgA играют существенную роль в местном иммунитете, поскольку препятствуют адгезии микроорганизмов на эпителиальных клетках слизистых оболочек рта, кишечника, респираторных и мочевыводящих путей. Вместе с тем SIgA в агрегированной форме активирует комплемент по альтернативному пути, что приводит к стимуляции местной фагоцитарной защиты. Секреторные IgA препятствуют адсорбции и репродукции вирусов в эпителиальных клетках слизистой оболочки, например при аденовируспой инфекции, полиомиелите, кори. Около 40% общего IgA содержится в крови.

Иммуноглобулины класса D (lgD). До 75% IgD содержится в крови, достигая концентрации 0,03 г/л. Он имеет молекулярную массу 180 000 D и скорость седиментации около 7S. IgD не проходит через плаценту и не связывает комплемент. До сих пор неясно, какие функции выполняет IgD. Полагают, что он является одним из рецепторов В-лимфоцитов.

Иммуноглобулины класса Е (lgE). В норме содержатся в крови в концентрации 0,25 г/л. Они синтезируются плазматическими клетками в бронхиальных и перитонеальных лимфатических узлах, в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта со скоростью 0,02 мг/кг массы в сутки. Иммуноглобулины класса Е называют также реагинами, поскольку они принимают участие в анафилактических реакциях, обладая выраженной цитофильностью.

Рис. 3 Строение иммуноглобулинов (IgG)

5. Общая характеристика энергетических реакций В самом общем виде процессы, способные служить источником энергии, можно представить следующим образом:

А ® В + е- .

Например, Fe2+ ® Fe3+ + е- ;

(1) -CH2-CH2- ® -CH2=CH2- + 2e-;

(2) СН4 + ½ O2 ® СН3ОН.

(3) В первой реакции окисление иона двухвалентного железа — это потеря электрона. Во втором примере окисление углеродного субстрата можно в равной мере рассматривать как отрыв от него водорода (дегидрирование) или независимое удаление двух протонов (Н+) и электронов (e-). В биохимических процессах, как правило, перенос водорода осуществляется путем раздельного транспорта протонов и электронов: протоны выделяется в среду и при необходимости поглощаются из нее, электроны обязательно должны быть переданы на соответствующие молекулы. Поэтому все окислительно-восстановительные превращения определяются по существу «перемещениями» электронов. В последнем примере имеет место присоединение атома кислорода к молекуле субстрата. Окислительно-восстановительный характер реакции в этом случае не столь очевиден, как в предыдущих, поскольку не происходит отрыва электрона (водорода) от молекулы метана. В данном случае в результате окисления метана происходит замена связи C-H на связь C-OH, кислород оттягивает электроны от атома углерода, подвергшегося окислению, сам при этом восстанавливаясь. Таким образом, внутри молекулы происходит «деление» электронной пары между атомами углерода и кислорода, т. е. окислительно-восстановительные перестройки. Реакции, в которых имеется возможность отрыва электронов, могут быть использованы прокариотами для получения энергии.

Разнообразные соединения, способные окисляться, т. е. являющиеся источниками отрываемых электронов, называются донорами электронов. Поскольку электроны не могут существовать самостоятельно, они обязательно должны быть перенесены на молекулы, способные их воспринимать и, таким образом, восстанавливаться. Такие молекулы называются акцепторами электронов. Донором электронов не может быть предельно окисленное вещество, а их акцептором — предельно восстановленное. Таким образом, должен существовать внешний энергетический ресурс — исходный субстрат. С помощью ферментных систем организм извлекает энергию из этого субстрата в реакциях его ступенчатого окисления, приводящего к освобождению энергии небольшими порциями.

У прокариот известны три способа получения энергии: разные виды брожения, дыхания и фотосинтеза. В процессах брожения в определенных окислительно-восстановительных реакциях образуются нестабильные молекулы, фосфатная группа которых содержит много свободной энергии. Эта группа с помощью соответствующего фермента переносится на молекулу АДФ, что приводит к образованию АТФ. Реакции, в которых энергия, освобождающаяся на определенных окислительных этапах брожения запасается в молекулах АТФ, получили название субстратного фосфорилирования. Их особенностью является катализирование растворимыми ферментами. Образующийся в восстановительной части окислительно-восстановительных преобразований сбраживаемого субстрата восстановитель (НАД· H2, восстановленный ферредоксин) переносит электроны на подходящий эндогенный акцептор электрона (пируват, ацетальдегид, ацетон и др.) или освобождается в виде газообразного водорода (H2).

Нередко в процессах брожения окислительные и восстановительные преобразования могут происходить внутримолекулярно, т. е. одна часть образуемой молекулы подвергается восстановлению, другая — окислению. В ряде брожений восстановительное и окислительное превращение связано с разными образующимися продуктами брожения, т. е. происходит межмолекулярно.

Многие прокариоты получают энергию в процессе дыхания. Они окисляют восстановленные вещества с относительно низким окислительно-восстановительным потенциалом (E0), возникающие в реакциях промежуточного метаболизма или являющиеся исходными субстратами, например НАД· H2, сукцинат, лактат, NH3, H2S и другие.

1. Иммунитет. Часть 1 Шноль С. Э. проф. Дом ученых Пущинского научного центра

2.

Введение

в молекулярную медицину / Ред. М. А. Пальцев. М., 2004.

3. Болдырев А. А. // Биохимия. 2000. Т.65.

4. Костанян И. А., Наволоцкая Е. В., Нуриева Р. И. и др. // Биоорг. хим. 1997. Т.23.