Уроки с мыльным пузырем

Секрет устройства мембран — не только плазматической, но и всех биомембран — заключается в липидном двойном слое — бислое . Простейшим примером липидного бислоя служит мыльный пузырь. Мыла (соли жирных кислот) представляют собой линейные молекулы, в состав которых входят только углерод и водород, если не считать концевую отрицательно заряженную карбоксильную группу СОО-. Пользуясь терминологией, к которой мы прибегали в гл. 2, когда говорили об аминокислотах, мы можем сказать, что эти молекулы имеют длинный гидрофобный хвост и гидрофильную головку. Такие молекулы называются амфипатическими (или амфифилическими), что по-гречески означает «любящий двоих». Липиды, входящие в состав мембран, сложнее, чем простые виды мыла, но они тоже амфипатические. Их разветвленная гидрофобная хвостовая часть состоит из двух цепей жирных кислот, а большая гидрофильная головка содержит отрицательно заряженную группу фосфорной кислоты, которая в свою очередь связана с другой, часто положительно заряженной группой; такие образования носят названий фосфолипидов.
Когда амфипатические вещества смешиваются с водой, их молекулы спонтанно принимают конфигурацию, удовлетворяющую одновременно двум противоположным требованиям. Они связываются таким образом, что их гидрофильные головки погружаются в воду, в то время как гидро-фобные хвосты в контакт с водой не вступают, а контактируют только между собой и с другими гидрофобными веществами — маслом, пластмассой или воздухом, которые могут быть вокруг. По существу, таким путем могут образоваться три структуры: однослойные (монослойные), мицеллы и двуслойные (бислойные). Молекулярные монослои образуются на границе между водой и воздухом или какой-либо гидрофобной жидкостью. Мицеллы возникают в воде в виде сферических кластеров с обращенными вовнутрь хвостами и смотрящими наружу головками. Смешайте раствор мицелл с воздухом, и мицеллы соединятся и окружат пузырьки воздуха однослойной пленкой (эффект пены, поверхностный эффект). Если же смешать мицеллы с маслом или потереть ими загрязненную, засаленную поверхность, мицеллы изменятся с образованием монослоев, покрывающих диспергированные капли масла или жира (эмульсифицирующий или очищающий эффект). Двуслойные структуры образуются при определенных условиях как граница между двумя фазами аналогичной природы. Возможны два варианта образования границ. Если две используемые фазы гидрофобны — как, например, воздух, — то головки молекул будут направлены внутрь, соединенные тонким слоем воды, а хвосты молекул будут торчать по обе стороны от бислоя. Такова структура мыльных пузырей. Если же обе фазы представляют собой жидкости, то хвосты молекул окажутся внутри бислоя, а головки — снаружи.
Фосфолипиды обладают выраженной способностью формировать двуслойные структуры — бислои — при смешивании с водой. Их раздвоенные гидрофобные хвосты слишком громоздки и с трудом размещаются внутри мицелл, в то же время они хорошо приспособлены для двуслойной структуры. Они спонтанно смыкаются в везикулы, которые могут состоять из одного бислоя или нескольких концентрически расположенных бислоев в зависимости от способа их получения. Эти искусственно созданные фосфолипидные везикулы, названные липосомами, оказались важным инструментом при исследовании клетки. Природная склонность фосфолипи- дов собираться в водной среде в бислои лежит в основе структуры обычных мембран, которые в качестве основной единицы содержат фосфолипидный бислой толщиной 5—6 нм. Кроме того, в состав мембран входят различные белковые молекулы, о которых речь пойдет ниже.
Некоторые важные свойства биологических мембран, как и мыльных пузырей, объясняются структурой липидного бислоя. Одним из них является подвижность мембран. Липидный бислой — по существу жидкое образование, в пределах которого молекулы могут свободно передвигаться в плоскости бислоя и перестраиваться практически в любую форму, причем без потери контактов, что соответствует их взаимному притяжению.
Такая пластичность характерна и для мыльных пузырей, отличающихся от клеточных мембран только большим поверхностным натяжением и соответственно большей жесткостью. Форма мыльного пузыря может меняться, например, при дуновении ветра, однако он всегда стремится принять сферическую форму, которая уменьшает до минимума поверхностное натяжение. У клеточной мембраны, поддерживаемой, с одной стороны, цито- плазматическими структурами, а с другой, находящейся в контакте с водной средой, более низкое поверхностное натяжение, и поэтому она подвижнее, чем мыльный пузырь.
Текучесть бислоев зависит от способности гидрофобных хвостов свободно скользить друг относительно друга. В свою очередь, эта способность зависит от температуры. При температуре ниже некой критической температуры, называемой переходной, которая зависит от природы липидов, гидрофобные цепочки застывают, образуя упорядоченную жесткую структуру, которая несовместима с функциями, выполняемыми мембранами. Клетки, адаптированные к различным температурам, содержат в составе своих мембран липиды с соответственно различными переходными температурами. Текучесть бислоев зависит также от погруженных в мембрану веществ, которые влияют как на скольжение гидрофобных цепей, так и на их застывание — свертывание. Холестерин, один из основных компонентов плазматической мембраны всех эукариотических клеток, своей важной ролью обязан именно этим взаимодействиям.
Вторым важным свойством бислоев является их способность самозамыкаться.Посмотрим еще раз на мыльный пузырь. Если его разрезать пополам, то получим не две половинки мыльного пузыря, а два мыльных пузыря; они меньше, но целые. При столкновении два мыльных пузыря сливаются, и вся структура изменяется с образованием одного, более крупного пузыря. Точно так же на основе самозамыкания, присущего этому типу структур, возможно слияние и расщепление липидных бислоев.
В отношении клетки это свойство проявляется следующим образом: если мембрану клетки проколоть иглой и вытащить ее обратно, то место прокола автоматически закроется. Даже если разрезать клетку микроножом на две части, то и тогда каждая ее часть будет окружена замкнутой плазматической мембраной. И напротив, можно заставить клетки слиться, наподобие мыльного пузыря, путем слияния их плазматических мембран. Это явление происходит в физиологических условиях, например при развитии мышечной ткани, но оно может быть воспроизведено и искусственным путем.
Ученые используют его при получении моноклональных антител. Ниже мы увидим, что слияние мембран также играет важную роль во многих внутриклеточных процессах.
К третьей особенности липидных бислоев (мембранного типа) относится их непроницаемость для молекул, растворимых в воде. Такие молекулы не в состоянии пройти через бислой, ибо для этого им необходимо пересечь маслянистую пленку, образованную гидрофобными хвостами фосфолипидных молекул. Чтобы физически проникнуть сквозь такую пленку, вещество само должно быть гидрофобным или воспользоваться изменением темкературы и протиснуться через случайные щели, открывшиеся в бислое в результате молекулярных перемещений. Именно так происходит обмен водой и другими очень мелкими молекулами между клеткой и окружающей ее средой. Однако, как правило, бислои представляют собой чрезвычайно эффективный барьер, который позволяет клеткам сохранять свои составные части и преграждает путь внеклеточным веществам. Этот способ весьма экономичен и в какой-то мере напоминает методы обороны средневековых городов, окружавших себя рвами и стенами. Однако города нуждались также в мостах и воротах, которые обеспечивали и контролировали движение в город и из него, ибо в противном случае жизнь горожан не могла бы протекать нормально. Липидный бислой, который немногим отличается от средневекового рва, самостоятельно не может осуществлять эту функцию; требуется участие мембранных белков — молекул, обладающих более высокой специфичностью.

Поверхностные рецепторы

Поверхностные рецепторы

Концепция рецепторов была выдвинута в начале текущего столетия немецким ученым Паулем Эрлихом, известным своим вкладом в иммунологию и химиотерапию. Эрлих воспользовался принципом «замок — ключ», выдвинутым его современником, химиком Эмилем Фишером, для объяснения того, что происходит на поверхности клеток в некоторых стратегически расположенных химических группировках — рецепторах или местах (сайтах) связывания, которые специфически связывают определенные молекулы, например антитела (см. с. 62—64) или лекарственное вещество, под общим названием лиганды (лат. 1щаге — связывать). Подобно тому как имеется множество различных замков и соответствующих им ключей, встречается множество рецепторов и лигандов.
Современная химия дополнила концепцию Эрлиха положением о конформационном изменении: занятый лигандом рецептор
приобретает другую, по сравнению с исходной, форму, иными словами, изменяется конфигурация полипептида. При подобных изменениях трансмембранного белка или молекул, способных повредить конформацию трансмембранного белка,между внутриклеточной и внеклеточной средой устанавливается сообщение. Многие важнейшие виды взаимодействия клетки с окружающей средой или с другими клетками протекают именно благодаря рецепторам.
На поверхности любой клетки встречается множество различных рецепторов, каждый из которых представлен сотнями тысяч молекул. Многие из них — хотя не обязательно все — гликопротеиды. Они покрывают клетку целым лесом молекулярных антенн, предлагая наблюдателю весьма забавное зрелище. Поскольку мимо клетки проплывают подхваченные водоворотами и течениями, окружающими ее, самые разнообразные молекулы, ежеминутно в какой-нибудь точке происходит какой-либо эффектный захват. Иногда в процессе связывания участвует не один рецептор, а несколько. Случается даже, что сотни рецепторов принимают участие в им-мобилизации крупного объекта, например бактерии.
Событие, которое часто следует за захватом — и это хорошо видно с нашего пункта наблюдения, — поглощение, ничем не отличающееся от аналогичного случая в подводном мире. Это наиболее драматический момент во всем представлении, разыгрываемом рецепторами. Сперва образуется ямковидное углубление, в него невидимой силой втягивается рецептор вместе с добычей и вскоре исчезает из виду. Кстати, и мы позднее воспользуемся этим механизмом, чтобы впервые попасть в клетку. Но подробнее об этом поговорим в следующей главе.
Среди веществ, которые захватываются рецепторами, многие — специфические переносчики или мессенжеры, называемые гормонами; гормоны производятся в других органах и попадают в клетку с потоком крови. Гормоны, связавшиеся с клеточными рецепторами, обычно в конечном итоге попадают внутрь клетки. Однако перед этим их связывание запускает определенный клеточный ответ. С того места, где мы находимся, видны только трепетания рецептора в момент его захвата лигандом. Когда мы окажемся в цитозоле, нашему взору откроются структуры на внутренней поверхности мембраны, с которыми связаны рецепторы, и механизмы, посредством которых эти структуры осуществляют специфическую ответную реакцию клетки .
Тонким, но очень важным изменением, опосредованным некоторыми рецепторами, когда они оккупированы, является так называемое «раскрытие ворот». Это временное раскрытие канала, по которому определенные ионы или вещества поступают в клетку или выводятся из нее. Чтобы оценить важность этого процесса, нам необходимо ближе познакомиться с механизмом проникновения молекул через плазматическую мембрану.

От бислоев к мембранам: роль белков

Как уже говорилось в предыдущей главе, белки, не способные прятать свои гидрофобные группы внутрь гидрофильной оболочки, обычно находят удобное для себя место в мембранах. Внутри мембраны проблема разрешается таким образом, что они погружают свои гидрофобные части в липидные бислои, в то время как гидрофильные части выходят в окружающую воду. В зависимости от структуры гидрофильных и гидрофобных групп молекулы могут либо плавать на липидном бислое наподобие айсберга, либо сидеть на нем «верхом». В первом случае все гидрофильные группы будут направлены в одну сторону, во втором гидрофильные группы будут выступать по обе стороны мембраны (трансмембранные белки). Некоторые из этих расположений чрезвычайно сложны. Бактериородопсин, основной компонент фотохимического аппарата микроба На1оЫит (см. гл. 10), опоясывает бислой семь раз. Ацетилхолиновый рецептор (см. гл. 13) состоит из двух единиц, каждая из которых в свою очередь состоит из пяти трансмембранных полипептидов, сгруппированных вокруг центрального канала. В этих и других известных примерах такого рода белковые части, пересекающие бислой, состоят из а-спиральных стержней, содержащих 21—27 аминокислотных остатков, по большей части гидрофобных.Белки, у которых одна или более гидрофобных групп погружены в липидный бислой мембраны, носят название интегральных, или внутренних мембранных, белков (независимо от того, пересекают они бислой или нет). Те белки, которые с какой-либо стороны прикреплены к мембране, но внутрь липидного бислоя не проникают, называются периферическими, или наружными.
Благодаря текучести, являющейся, как мы уже отмечали, одним из основных свойств липидных бислоев, мембранные белки свободно перемещаются в плоскости мембраны за счет латеральной диффузии. Эта свобода — неотъемлемая часть выполнения ряда функций, и мы ею вскоре воспользуемся в наших собственных целях, однако она имеет ограничения, вызванные взаимодействием мембранных белков с другими находящимися внутри и вне мембраны компонентами. Некоторые из этих взаимодействий модифицируются специфическими молекулами, связанными с мембранными белками. Последствия этих реакций могут иметь большое функциональное значение.
Характерной чертой плазматической мембраны является то, что многие из ее наружных белковых компонентов представ ляют собой гликопротеиды, т. е. они содержат олигосахаридные боковые цепочки, образованные молекулами Сахаров. Плазматическая мембрана содержит также некоторые гликолипиды. В образовании этих углеводных компонентов, имеющих зачастую ветвистое строение, участвует десяток и более молекул различных Сахаров Они покрывают поверхность клетки нежным молекулярным «пушком». На самом же деле это не пушок, а щупальца. Увеличьте их еще в сто раз, и вы сами в этом убедитесь. Все это зрелище напоминает сцены из подводной жизни, где стайки рыб и других созданий мирно пасутся среди существ, похожих на растения, пока внезапно ветка «растения» не превращается в смертоносное щупальце, которое схватывает ничего не подозревающую жертву и втягивает ее внутрь. В нашем клеточном морском пейзаже потенциальными жертвами являются молекулы, окружающие клетки; в роли щупалец выступают боковые олигосахаридные цепочки (или другие группы) гликопротеидов мембраны, из которых многие функционируют как рецепторы.

Молекулярный транспорт через плазматическую мембрану

Жизнедеятельность клетки зависит от непрерывного проникновения внутрь клетки и от выхода из нее многочисленных разнообразных веществ. Все они проходят через плазматическую мембрану, и большинство из них высоко гидрофильны. Поступают в клетку для удовлетворения потребностей, связанных с ростом и энергией, сахара, аминокислоты и другие питательные вещества, а удаляются продукты обмена и отходы, которые в противном случае загромождали бы клетку. Кроме того, ионы должны переходить из окружающей среды в клетку и обратно, с тем чтобы поддерживался ионный со- | став внутриклеточной среды, который очень отличен от ионного состава во внеклеточной среде. Так, внутриклеточная среда значительно богаче ионами калия и гораздо беднее ионами натрия, чем внеклеточная. Эти различия вызывают просачивание, которое должно компенсироваться ионным транспортом в обратном направлении. В результате осуществляется значительный двусторонний транспорт через границу, которая, как мы помним, состоит в основном из непрерывного фосфолипидного бислоя, почти непроницаемого для большинства гидрофильных молекул.
Для поддержания такого транспорта прежде всего необходима достаточно большая площадь поверхности клетки. В самом деле, основной функцией микроворсинок, этих пальцевидных выступов, плотно покрывающих поверхность некоторых клеток , как раз и является увеличение размеров площади, доступной для обменов между клеткой и окружающей ее средой. Вот почему их чаще находят на поверхности клеток, особенно активно участвующих в обмене, таких, например, как клетки, выстилающие слизистую желудочно-кишечного тракта или канальца почек.
Вторым необходимым условием является наличие соответствующих каналов в липидном бислое. В этих каналах имеются трансмембранные белки, действующие в качестве специфических переносчиков для перемещающихся веществ, а в отдельных особых случаях в качестве контролируемых каналов, или ворот, работа которых обусловлена процессом связывания специфического лиганда или электрического возмущения.
И наконец,- еще одно условие: доступность энергии. В данном случае решающее значение имеет то, направляется ли транспорт по градиенту концентрации (от большей концентрации к меньшей) или против него. Перенос веществ в сторону меньшей концентрации (т. е. по градиенту концентрации) может происходить спонтанно, но это сопровождается выравниванием градиента концентрации; в результате источник энергии может истощаться. Для непрерывного транспорта веществ необходимо поддерживать градиент концентрации веществ по обе стороны мембраны путем образования соответствующего вещества или его поступления по одну сторону мембраны, в то время как по другую сторону осуществляется потребление или удаление этого вещества. Транспорт вещества в сторону меньшей концентрации носит название диффузии (если на его пути нет преград) и переноса или проникновения (если его путь преграждает барьер). Транспорт считается облегченным, если ему способствует какой-нибудь переносчик или трансполицирующая система (система переносчиков), действующая в качестве катализатора. Транслокаторы, катализирующие облегченный транспорт, называются пермеазами. Термином «ионофор» принято обозначать особую группу переносчиков, осуществляющих транспорт некоторых ионов через мембраны.
Для транспорта против градиента концентрации необходима энергия; связанный с этим механизм сложнее. Системы, осуществляющие активный транспорт, обычно называют насосами. Наиболее важными являются насосы, перекачивающие положительно заряженные ионы, в частности ионы водорода (Н+), натрия (Ыа+), калия (К+) или кальция (Са+). В результате их активности часто создается электрический дисбаланс по обе стороны мембраны (мембранный потенциал). Преобразование энергии в митохондриях (гл. 9) и хлоропластах (гл. 10), как и все проявления биоэлектричества, неразрывно связано с этим видом перераспределения заряда. Именно взаимодействием насосов и контролируемых каналов для ионов, позволяющих получить очень быстрые изменения генерированных мембранных потенциалов, определяются электропроводность нервов, деятельность мозга, мышечное возбуждение, сердечный ритм, стимуляция желез и многие другие феномены, относящиеся к жизнедеятельности нашего организма. Насосы питают те латентные токи, которыми современная медицина научилась пользоваться для диагностических целей. Они же поддерживают разряды в несколько сотен вольт, с помощью которых электрический скат и электрический угорь оглушают свою жертву.
В настоящее время все множество транспортных механизмов, которыми усыпана поверхность клетки, обнаруживается только по потокам молекул и ионов, входящих и выходящих из клетки. Но у нас будет возможность ближе ознакомиться с их работой внутри клетки, когда чуть позже мы окажемся по другую сторону плазматической мембраны .

Поверхность клетки:Знакомство с мембранами и липидами

На путешественника, впервые увидевшего поверхность клетки, наибольшее впечатление производит ее неровность и изменчивость. За редкими исключениями, клетки характеризуются чрезвычайно сложно устроенной поверхностью, специфичной для каждого типа клеток. Поверхность одних испещрена глубокими щелями или покрыта кратероподобными углублениями. Поверхность других деформирована выростами (выбуханиями), называемыми псевдоподиями , или усеяна пальцевидными выростами — микроворсинками или ресничками . Имеются и клетки со складчатой поверхностью—кажется, будто она покрыта тонкими вуалями. Короче, разнообразие их бесконечно.

Крайне подвижная кожа

Сканирующий электронный микроскоп раскрыл перед нами редкую красоту поверхности клетки, однако он не в состоянии показать постоянное движение этих узоров и их калейдоскопические изменения. Колеблются реснички; волнуются мембранозные вуали; склоняются и извиваются микроворсинки; выдвигаются наружу псевдоподии; там, где только что была спокойная поверхность, внезапно взрываются кратеры, извергающие продукты секреции, или, наоборот, зияют инвагинации (впячивают), втянутые в глубь клетки. Иногда, как мы недавно наблюдали, вся клетка содрогается или начинает уползать под влиянием какого-то неуловимого химического сигнала.
Несмотря на все эти непрерывные, порой беспорядочные изменения, клетка всегда остается охваченной плотно прилегающей мембраной, которая приспосабливается к любому изменению ее формы с кажущейся легкой пластичностью. Эта мембрана называется плазматической мембраной, или плазмалеммой . Она представляет собой тонкую пленку толщиной около 10 нм. Даже при увеличении в миллион раз мы получим не более 1 см. На первый взгляд, это слишком тонкая оболочка для структуры величиной с большую аудиторию (а именно таков объем клетки при увеличении в миллион раз). В действительности же, когда мы поближе рассмотрим внутреннюю поверхность мембраны, окажется, что она не единственная структура, несущая на себе всю тяжесть содержимого: с внутренней стороны ей помогает целый ряд поддерживающих структур.
Заключение внутри себя содержимого клетки — лишь одна из многочисленных функций плазматической мембраны, которая по сути представляет собой важнейший орган клетки. Плазмалемма — очень сложная и динамичная структура, регулирующая практически каждое взаимодействие между клеткой и ее окружением, включая взаимодействие с другими клетками. А осуществляется это благодаря ее уникальной структуре, включающей два основных типа составляющих молекул: фосфолипиды и белки.

Идентичность и иммунное распознавание

У плазматической мембраны есть еще одна важная функция: снабжать клетки «удостоверением личности». В качестве такового клетке служит ряд специфических химических групп, известных под названием трансплантационных антигенов, или антигенов гистосовместимости. Первыми были открыты антигены, определяющие группы крови А и В. Известно, что некоторые из нас имеют группу крови А, а другие — В, АВ или О. Иными словами,по составу крови людей можно разделить на четыре группы, представляющие собой четыре возможных комбинации , которые получаются в зависимости от присутствия или отсутствия одного из двух признаков.
Сейчас в человеческом организме открыты многие трансплантационные антигены. Их число и полиморфизм столь велики, что вряд ли возможно отыскать двух индивидов с полностью идентичными их комбинациями. Такие случаи наблюдаются лишь у однояйцовых близнецов. Трансплантационные антигены представлены (более или менее полно) на поверхности каждой клетки данного индивида; они специфичны для каждого человека. Вот почему их с полным правом считают таким же надежным средством идентификации человека, как отпечатки пальцев.
В организме эти химические опознавательные знаки постоянно подвергаются проверке со стороны специальных защитных клеточных сил — лимфоцитов, агентов иммунной системы, которые обладают способностью по поверхностным маркерам распознавать любой вторгшийся в пределы организма агент и разрушить его или участвовать в его уничтожении. Лимфоциты из ряда основных органов, таких, как селезенка, тимус, лимфатические узлы, миндалины и различные так называемые лимфоидные бляшки, циркулируют в крови и лимфе.
Существует два типа лимфоцитов, Т- и В-лимфоциты, названные так по основным местам их образования: тимусу и костному мозгу (первоначально бурса (сумка) Фабрициуса— лимфоидный орган у птиц). В пределах каждого типа имеется несколько подклассов. Т-лимфоциты, по крайней мере их основной подкласс под названием цитотоксические лимфоциты, представляют собой «пехоту» иммунной системы; у них имеются особые приспособления, с по-мощью которых они при непосредственном контакте убивают другие клетки, используя механизм «поцелуй смерти». В-лимфоциты можно уподобить артиллерии или, скорее, ракетным установкам в виде плазматических клеток, которые выпускают ракеты, известные под названием антител и обладающие способностью специфически соединяться со своей мишенью. Антитела, или иммуноглобулины, по своей природе — белки и сами они не убивают, а служат средствами распознавания для целого ряда механизмов истребления. Так, в частности, соединившись со своей мишенью, они заставляют ее прикрепляться к рецептору, находящемуся на поверхности лейкоцитов, которые затем ее поглощают и разрушают. Этот механизм, являющийся основной защитой организма против микробов и вирусов, подробнее будет рассмотрен . Антитела также приводят в действие растворимую систему уничтожения, которая находится в крови и известна как комплемент.
Совершенно очевидно, что такая система защиты крайне нужна нашему организму. По сути, без нее мы не смогли бы выжить. Вместе с тем это преимущество сопряжено с опасностью ложного опознавания и, как следствие, истребления «друзей». Тут-то и вступают в игру трансплантационные антигены. В период эмбрионального развития человека лимфоциты овладевают искусством узнавать специфичные антигены, имеющиеся на поверхности наших клеток, и относиться к таким клеткам «по-дружески». Лимфоциты — крайне строгие контролеры; они обнаруживают малейшие отклонения от индивидуального набора, обозначаемого как «свое». Считается даже, что лимфоциты в состоянии найти и уничтожить некоторые раковые клетки, имеющие почти такое же «удостоверение личности», как и нормальные. Естественно, что они без труда узнают клетки, принадлежащие другому организму, и поэтому препятствуют успешной хирургической трансплантации тканей или органов. Транс-плантации обычно предшествует тщательное типирование трансплантационных антигенов реципиента и потенциальных доноров с тем, чтобы выбрать оптимальное их сочетание. После операции пациент получает иммунодепрессивные препараты, которые, ослабляя отторжение, к сожалению, одновременно снижают устойчивость больного к инфекциям, а возможно, и способность организма отторгать раковые клетки. Природа снабдила человека другим, лучшим, способом, позволяющим избежать иммунное отторжение. Но, увы, мы не знаем, каков его механизм. Речь идет о способе, который используется эмбрионами; они добиваются того, что матери не замечают чужеродных маркеров
(антигенов), доставшихся эмбрионам от отцов. Правда, у некоторых женщин иммунная система не способна функционировать подобным образом, поэтому у них наблюдаются повторные спонтанные выкидыши (аборты), вызванные реакцией иммунного отторжения.
В отличие от других защитных сил, существующих в природе, организация лимфоцитов такова, что каждый отдельный лимфоцит способен узнавать только один определенный тип чужеродных молекул — это равносильно тому, как если бы каждый отдельный солдат мог сражаться только с одним агрессором определенного типа. А так как таких молекул миллионы, если не миллиарды, то основная часть наших лимфоцитов никогда не вступает в бой; если же бой и происходит, то число защищающих человеческий организм лимфоцитов по необходимости невелико. Зачастую их гораздо меньше, чем нападающих врагов.
Такой путь защиты может показаться в высшей степени неэффективным, однако, пожалуй, только он позволяет соединить огромную многосторонность системы с полной надежностью распознавания, а это самое главное. Только представьте себе, каковы были бы последствия, работай система по принципу «главное — нажать на курок, а вопросы потом». По-видимому, лишь принцип «один лимфоцит — одна мишень» гарантирует необходимое сочетание безопасности и эффективности. Природа нашла прекрасный выход из проблемы немногочисленности лимфоцитов; когда лимфоцит встречает и распознает свою специфическую мишень, он начинает размножаться. Вот еще один, чрезвычайно важный, пример опосредованного рецепторами клеточного ответа. Распознавание осуществляется посредством связывания специфических поверхностных рецепторов лимфоцита с мишенью, которое приводит к митогенному ответу (стимуляция митозов). Благодаря этому механизму образуется целая армия, или клон , идентичных лимфоцитов, направленных против мишени. Так организм иммунизируется.
У этого мощного механизма имеется только один недостаток: чтобы запустить его «в действие, требуется время, и, если враг очень силен, армия защитников может опоздать. Поэтому мы прибегаем к прививкам, т. е. вводим в организм «чучело» врага, например ослабленный вирус или убитые бактерии, которые сами по себе уже не в состоянии вызвать серьезное заболевание, но все еще несут чужеродные опознавательные знаки, вызывающие распознавание, размножение лимфоцитов и образование антител. В последнее время для вакцинации используются специфические • поверхностные белки или экстрагированные из патогенных микроорганизмов пептиды, или полученные искусственным путем методами генной инженерии или органического синтеза пептиды (синтетические вакцины).
В дальнейшем мы еще вернемся к удивительным механизмам, благодаря которым лимфоциты в ходе дифференцировки приобретают свои специфические поверхностные маркеры и затем, встречаясь с соответствующим антигеном, подвергаются стимуляции и размножаются. К сожалению, как и все чудеса живого мира, иммунная защита иногда дает осечку. Дефекты системы могут быть врожденными и столь выраженными, что ребенок должен постоянно содержаться в стерильных условиях. Иммунная система может отказать и в более поздний период жизни человека, как, например, при недавно обнаруженном синдроме приобретенного иммунологического дефицита (СПИД). И наоборот, иммунная система может вдруг обрушиться не только на врагов,’ но и на друзей, поражая предательскими аутоиммунными атаками печень, почки, суставы или другие органы больного.