1. Лейкоциты являются полноценными клетками с большим ядром, митохондриями и высоким содержанием нуклеиновых кислот.
2. В лейкоцитах активно протекают процессы биосинтеза нуклеиновых кислот и белков.
3. Основной путь получения энергии – аэробный гликолиз. АТФ образуется также в реакциях β-окисления жирных кислот.
4. В лейкоцитах сосредоточен весь гликоген крови, который является источником энергии при недостаточном её поступлении.
5. В лизосомах лейкоцитов локализована мощная система протеолитических ферментов – протеазы, фосфатазы, эстеразы, ДНК-азы, РНК-азы, что обеспечивает участие этих клеток в защитных реакциях организма. В результате действия этих ферментов разрушаются полимерные молекулы микроорганизмов и образуются мономеры (моносахариды, аминокислоты, нуклеотиды), которые поступают в цитозоль и могут использоваться клеткой.
6. Поглощение бактерий лейкоцитами в процессе фагоцитоза сопровождаются резким увеличением потребления кислорода с образованием супероксидного аниона и пероксида водорода, которые оказывают бактерицидное действие. Это явление называется «распираторным взрывом».
В отличие от красных клеток лейкоциты являются полноценными клетками с большим ядром и митохондриями, и поэтому в них протекают такие важнейшие биохимические процессы , как синтез белков и тканевое дыхание.
В состоянии покоя у здорового человека в 1 мм3 крови содержится 6-8 тыс. лейкоцитов . При заболеваниях количество белых клеток в крови может как уменьшаться (лейкопения), так и увеличиваться (лей коцитоз). Лейкоцитоз может наблюдаться и у здоровых людей, напри мер, после приема пищи или при выполнении мышечной работы (мио- генный лейкоцитоз). При миогенном лейкоцитозе количество лейкоци тов в крови может повыситься до 15-20 тыс./мм3 и более.
Различают три вида лейкоцитов : лимфоциты (25-26%), моноциты (6-7%) и гранулоциты (67-70%).
Лимфоциты образуются в лимфатических узлах и селезенке, а мо ноциты и гранулоциты - в красном костном мозге.
Лейкоциты выполняют защитную функцию, участвуя в обеспече нии иммунитета.
В самом общем виде иммунитет - это защита организма от всего «чужого». Под «чужим» подразумеваются различные чужеродные вы сокомолекулярные вещества, обладающие специфичностью и уникаль ностью своего строения и отличающиеся вследствие этого от собствен ных молекул организма.
В настоящее время выделяют две формы иммунитета: специфиче ский и неспецифический. Под специфическим обычно подразумева ется собственно иммунитет, а неспецифический иммунитет - это раз личные факторы неспецифической защиты организма.
Система специфического иммунитета включает тимус (вилочковую железу), селезенку, лимфатические узлы, лимфоидные скопления (в носоглотке, миндалинах, аппендиксе и т. п.) илимфоциты. Основу этой системы составляют лимфоциты.
Любое чужеродное вещество, на которое способна реагировать им мунная система организма, обозначается термином антиген. Антиген ными свойствами обладают все «чужие» белки, нуклеиновые кислоты, многие полисахариды и сложные липиды. Антигенами могут быть так же бактериальные токсины и целые клетки микроорганизмов, точнее макромолекулы, входящие в их состав. Кроме того, антигенную актив ность могут проявлять и низкомолекулярные соединения, такие как стероиды, некоторые лекарства при условии их предварительного свя зывания с белком-носителем, например, альбумином плазмы крови. (На этом основано обнаружение иммунохимическим методом некоторых Допинговых препаратов при проведении допинг-контроля.)
Поступивший в кровяное русло антиген распознается особыми лей коцитами - Т-лимфоцитами, которые затем стимулируют превращение Другого вида лейкоцитов - В-лимфоцитов в плазматические клетки, ко торые далее в селезенке, лимфоузлах и костном мозге синтезируют особые белки - антитела,или иммуноглобулины. Чем крупнее молекула антигена, тем больше образуется различных антител в ответ на его поступление в организм. У каждого антитела имеются два связываю щих участка для взаимодействия со строго определенным антигеном. Таким образом, каждый антиген вызывает синтез строго специфиче ских антител.
Образовавшиеся антитела поступают в плазму крови и связываются ^ с молекулой антигена. Взаимодействие антител с антигеном осуществляется путем образования между ними нековалентных связей, взаимодействие аналогично образованию фермент-субстратного
комплекса при ферментативном катализе, причем связывающий уча сток антитела соответствует активному центру фермента. Поскольку большинство антигенов являются высокомолекулярными соединения ми, то к антигену одновременно присоединяется много антител.
Образовавшийся комплекс антиген - антитело далее подвергается фагоцитозу (см. ниже). Если антигеном является чужеродная клетка, то комплекс антиген - антитело подвергается воздействию ферментов плазмы крови под общим названием система комплемента. Эта слож ная ферментативная система в конечном счете вызывает лизис чуже родной клетки, т. е. ее разрушение. Образовавшиеся продукты лизиса далее также подвергаются фагоцитозу.
Поскольку в ответ на поступления антигена антитела образуются в избыточных количествах, их значительная часть остается на длитель ное время в плазме крови, во фракции у-глобулинов. У здорового чело века в крови содержится огромное количество различных антител, об разовавшихся вследствие контактов с очень многими чужеродными веществами и микроорганизмами. Наличие в крови готовых антител позволяет организму быстро обезвреживать вновь поступающие в кровь антигены. На этом явлении основано проведение профилактиче ских прививок.
Другие формы лейкоцитов - моноциты и гранулоциты - участвуют в фагоцитозе. Фагоцитоз можно рассматривать как неспецифиче скую защитную реакцию, направленную в первую очередь на уничтожение поступающих в организм микроорганизмов. В процессе фагоци тоза моноциты и гранулоциты поглощают бактерии, а также крупные чужеродные молекулы и разрушают их своими лизосомальными фер ментами. Фагоцитоз также сопровождается образованием активных форм кислорода, так называемых свободных радикалов кислорода, ко торые, окисляя липоиды бактериальных мембран, способствуют унич тожению микроорганизмов (более подробно свободнорадикальное окисление описано в главе 4 «Биологическое окисление»).
Как отмечалось выше, фагоцитозу также подвергаются комплексы антиген - антитело.
К факторам неспецифической защиты относятся кожные и слизи стые барьеры, бактерицидность желудочного сока, воспаление, фер менты (лизоцим, протеиназы, пероксидазы), противовирусный белок интерферон и др.
Способность некоторых клеток крови к фагоцитозу - одна из защитных функций крови. В фагоцитозе участвуют 2 типа лейкоцитов - нейтрофилы и моноциты. Нейтрофилы содержат многодольчатое ядро, поэтому их ещё называют полиморфноядерными лейкоцитами (ПЯЛ). Они поступают в кровоток из костного мозга и имеют продолжительность жизни около 8 сут. Взаимодействие белков интегринов (см. раздел 15) с рецепторами эндотелиальных клеток капилляров приводит к адгезии нейтрофилов, которые далее мигрируют в ткань.
Моноциты также могут выходить из кровяного русла, и тогда их называют макрофагами. Оба типа фагоцитов захватывают и разрушают бактерии. Макрофаги, кроме того, утилизируют старые повреждённые клетки и клеточные оболочки, в частности они поглощают около 1011 эритроцитов в сутки. Фагоцитоз - особая форма эндоцитоза, при которой образуются большие эндоцитозные пузырьки, размеры которых определяются размерами поглощаемых частиц.
Образование фагосомы начинается с взаимодействия специфических рецепторов фагоцитов с бактерией или комплексом антиген - антитело. Рецепторы, расположенные в тех участках плазматической мембраны, где локализован особый белок клатрин (см. раздел 5), "узнают" компоненты комплемента, олигосахариды на поверхности микроорганизмов или Fc области комплекса антиген - антитело (см. раздел 1). Активация рецепторов, передающих сигнал в клетку с участием инозитолфосфатной системы, инициирует процессы, определяющие фагоцитарный ответ клетки. Он включает в себя формирование фагосомы, слияние её с лизосомой, образование фаголизосомы, активацию кисло-родзависимых бактерицидных механизмов уничтожения микробов и/или выработку клетками токсичного для микробов оксида азота, а также действие кислороднезависимых механизмов уничтожения микроорганизмов.
Формирование фагосомы. Взаимодействие микробной клетки с поверхностью фагоцита приводит к образованию на его мембране выростов - псевдоподий, окружающих микробную клетку. Фагосома, сформированная таким образом, вместе с захваченной бактерией погружается внутрь фагоцита.
Образование фаголизосомы. В цитозоле фагосомы сливаются с первичными лизосомами, образуя фаголизосомы. Первичные лизосомы, образованные аппаратом Гольджи, содержат ряд заключённых в гранулы гидролаз, способных разрушать органические молекулы в кислой среде фаголизосом: протеиназы, фосфатазы, эстеразы, ДНК-азы, РНК-азы. Низкое значение рН внутри фагосом оказывает бактерицидное действие и создаёт оптимальную среду для активации ли-зосомальных гидролаз. В результате действия этих ферментов разрушаются полимерные молекулы микроорганизмов и образуются аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, которые поступают в цитозоль и могут использоваться клеткой. Большая часть мембранных компонентов и непереваренные субстраты локализуются в остаточных тельцах, которые путём экзоцитоза возвращаются на поверхность плазматической мембраны фагоцитов, при этом значительная часть мембранных компонентов может утилизироваться и в самой мембране (рис. 14-6).
Активация кислородзависимых бактерицидных механизмов уничтожения микробов.Ферментный комплекс мембраны фагосом - NADPH-оксидаза восстанавливает О2, образуя супероксидный анион:
2 О2 + NADPH → 2 O2- + NADP+ + H+ .
Супероксидный анион спонтанно или при участии фермента супероксиддисмутазы превращается в пероксид водорода:
О2- + О2- + 2Н+ → Н2О2 + О2.
Под действием миелопероксидазы, проникающей в фагосому при её слиянии с лизосомой, из пероксидов в присутствии галогенов (йоди-дов и хлоридов) образуются дополнительные токсичные окислители - гипойодид и гипохлорид.
Н2О2 + Cl- + H+ → НОС1 + H2O .
Все эти молекулы являются сильными окислителями и оказывают бактерицидное действие. Резкое увеличение потребления кислорода фагоцитирующей клеткой называется "респираторным взрывом" (рис. 14-7).
Активные формы кислорода инициируют свободнорадикальные реакции, разрушающие липиды клеточных мембран поглощённых фагоцитами бактерий.
Наследственная недостаточность NADP-оксидазы, обусловленная дефектом одного из генов этого ферментного комплекса, приводит к
Рис. 14-6. Фагоцитоз в нейтрофилах.
хроническому гранулематозу. В результате дефекта фермента фагоциты больных не способны продуцировать супероксидный кислородный радикал и пероксид водорода и поэтому не могут быстро разрушать фагоцитированные клетки бактерий и грибов. Некоторые устойчивые микроорганизмы остаются жизнеспособными внутри фагоцитов, и их антигены вызывают в месте скопления фагоцитов клеточный иммунный ответ и формирование гранулём. Наиболее часто встречается сцепленная с Х-хромосомой форма этого заболевания, связанная с дефектом гена одной из полипептидных цепей комплекса, локализованного на коротком плече Х-хромосомы.
Образование реакционноспособных метаболитов азота. Бактерицидное действие в макрофагах оказывает и оксид азота (NO). Оксид азота в этих клетках образуется, так же как и в других, под действием фермента NO синтазы из аргинина (см. раздел 9). Активность NO синтазы в макрофагах заметно повышается при фагоцитозе в присутствии γ-интерферона и фактора некроза опухолей. Супероксид-анион образует с NO соединения, обладающие большими бактерицидными свойствами, чем сам NO:
NO + О2- → ONOO- → ОН* + NO2 .
Пероксинитрил (ONOO-), оксид азота, диоксид азота, радикал гидроксила вызывают окислительное повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов бактериальных клеток. Оксид азота может непосредственно взаимодействовать с железосерными белками ЦПЭ, ингибируя дыхание и синтез АТФ в бактериях. При взаимодействии NO с О2 образуются нитриты, которые превращаются в нитраты, также обладающие токсическим действием (см. раздел 12).
Вспышка метаболической активности нейтрофила заканчивается его гибелью. Погибшие нейтрофилы, макрофаги, бактерии и тканевая жидкость входят в состав гноя.
Действие кислород независимых бактерицидных механизмов. Некоторые грамположительные бактерии погибают в фагосомах нейтрофилов под действием лизосомального фермента лизоцима, который гидролизует связи между содержащимися в клеточной стенке N-ацетилмурамовой кислотой и N-ацетил-D-глюкозамином и вызывает её разрушение.
В нейтрофилах человека обнаружены катионные пептиды - дефензины, содержащие около 30 аминокислотных остатков и богатые цис-теином и аргинином. Они составляют от 30 до 50% всех белков гранул. Дефензины вызывают образование ионных каналов в мембране микробной клетки сразу же после образования фаголизосомы,
Рис. 14-7. Образование активных форм кислорода фагоцитирующими клетками при респираторном взрыве.Активация NADPH оксидазы, локализованной в мембране клетки, вызывает образование супероксидного аниона. В результате впячивания мембраны супероксид вместе с бактериальной клеткой оказываются в фагосоме. Супероксидный анион генерирует образование других токсичных молекул, включая Н2О2 и ОН•. Миелопероксидаза, содержащаяся в гранулах фагоцитирующих клеток, секретируется в фагосому, где образует HOCl.
и тем самым способствуют её уничтожению. Дефензины действуют и на обладающие оболочкой вирусы, например вирус простого герпеса.
Таким образом, огромное разнообразие микроорганизмов, атакующих клетки человека, определило многообразие бактерицидных механизмов, действующих как в аэробных, так и анаэробных условиях.
11.
