Как это работает. Обмен информацией между клетками.
Прежде, чем начать говорить о том, как клетки иммунной системы узнают те объекты, которые нужно атаковать, нужно поговорить о том, как наши клетки вообще что-то узнают.
У них ведь нет органов чувств, позволяющих доставить к мозгу информацию о происходящих вовне событиях, да и самого мозга у них нет. Тем не менее, в нас, многоклеточных существах, каждая клетка находится во взаимодействии с другими клетками, получает от них самую разнообразную информацию, и отвечает на эту информацию, изменяя те или иные свои параметры и функции.
Все взаимодействия между нашими клетками - химические, обмен информацией между клетками происходит посредством обмена между ними определенными химическими веществами. Эти вещества представляют из себя достаточно сложно устроенные сигнальные молекулы. Одни клетки выделяют сигнальные молекулы, эти молекулы достигают других клеток и передают им сигнал о том, что клетка должна что-то сделать - выполнить свою специализированную функцию, прекратить выполнять свою специализированную функцию, начать питаться, прекратить питаться немедленно, а иногда сигнал может нести информацию о том, что клетке нужно умереть - программируемая клеточная смерть, так называемый апоптоз, тоже определяется командой, полученной клеткой через сигнальную молекулу.
Чтобы проиллюстрировать общую схему взаимодействия, можно вспомнить такой гормон - адреналин. Само слово гормон происходит от слова «приводить в движение, побуждать», и как понятно из этого названия, гормон - это некое вещество, побуждающая наши клетки к строго определенным действиям. Все гормоны - это вещества, передающие сигналы нашим клеткам и побуждающие их к каким-то действиям.
Адреналин (другое его название - эпинефрин) - сигнальная молекула, которая синтезируются в клетках внутреннего слоя надпочечников. Усиленный выброс адреналина происходит, в частности, при опасности. Мозг, получив информацию о грозящей катастрофе, посылает сигнал клеткам мозгового слоя надпочечников, и они массированно выбрасывают в кровь большое количество адреналина. В течение долей секунд адреналин достигает всех клеток в организме. И что же происходит?
По воздействием адреналина расслабляются мышцы бронхов - каждая клетка мышц бронхов получает сигнал расслабиться. Бронхи расширяются и легкие оказываются подготовленными к усиленной работе при физической нагрузке - беге, например: в них кислород будет проходить беспрепятственно. Такой же сигнал к расслаблению получают клетки, образующие мышцу, ответственную за сужение и расширение зрачка: если опасность угрожает в темное время суток (так сложилось, что на заре нашего развития, темное время суток было опаснее светлого), зрачок расширяется и глаза начинают лучше видеть в темноте.
Клетки сердечной мышцы под воздействием адреналина приобретают способность сильнее и быстрее сокращаться - чтобы интенсифицировать кровообращение, когда мы побежим или нападем, защищаясь, чтобы все клетки нашего организма получали кислород и питательные вещества в условиях резко возросшей в них потребностей. Достигая клеток печени, адреналин останавливает в них производство запасов депонированной глюкозы, не до запасов сейчас, нужно быстро накормить все клетки организма. С той же целью в клетках мышц запасы глюкозы начинают высвобождаться из депо под его, адреналина, воздействием, и начинает синтезироваться новая глюкоза: питательные вещества очень нужны клеткам при усиленной работе. Одновременно усиливается распад жиров и тормозится их синтез.
Одновременно адреналин вызывает и множество других реакций в других же клетках, и в совокупности получается следующее: через мгновение после того, как мозг получил сигнал об опасности, весь организм оказывается мобилизован. Готов к бегству, атаке, у него быстро и слажено работает дыхательная и сердечно-сосудистая система, обострены все чувства, ускорены психические процессы, он не чувствует голода, усталости, и он готов к борьбе за жизнь всеми средствами, которыми наделила его эволюция.
И заметьте, это всё делает всего один вид сигнальных молекул, упреждая то, что с организмом произойдет через пару секунд.
Как же клетки узнают, что в кровь поступил адреналин и пора мобилизоваться?
На поверхности всех клеток - участниц шоу находятся рецепторы к адреналину. Это сложные белковые комплексы, которые встроены в мембраны клеток. Часть такого комплекса находится над поверхностью мембраны - она так и называется: надмембранная часть. Большая часть этого айсберга проходит через мембрану и находится во внутренней части клетки.
Надмембранная часть связывается с циркулирующим снаружи адреналином. Это взаимодействие больше всего напоминает автомобильный ключ и замок зажигания - адреналин тут ключ, надмембранная часть рецептора - замочная скважина, ну а то, что глубже - остальные части сложного механизма зажигания и двигателя: провода, которые питаются от аккумулятора и ведут к стартеру, сам стартер, двигатель, который реагирует на его включение, трансмисиия и колеса, которые начинают крутиться, когда надо. Как только в замок зажигания вставлен и повернут подходящий к нему ключ, происходит множество процессов, и в результате весь автомобиль начинает работать и ехать. Автомобиль в этой аналогии - клетка, которая начинает выполнять свои, определенные ей природой, функции.
Один из видов адренорецепторов. Клик по картике ведет на источник изображения на сайте http://3dciencia.com.
Клеток в организме много, на всех них есть такие замки зажигания. Когда ключи - молекулы адреналина - их запустили, идет весь системный ответ реакции на опасность.
Это достаточно грубая аналогия, но, полагаю, зато понятная. На самом деле, конечно, все тоньше и сложнее - и адренорецепторы бывают разных типов, и функции их не равнозначны, и внутри клетки не провода и механизмы, а другие сигнальные молекулы - так называемые вторичные мессенджеры, которые доходят до других рецепторов внутри самой клетки, и запускают те или иные внутриклеточные механизмы, приводящие к выполнению разнообразных функций, которые заложены внутри одной клетки. Но не в этом суть.
На рисунке схематично представлен один из эффектов адреналина и другого медиатора - ацетилхолина в клетке сердца - как видите, все гораздо сложнее, чем просто провода и ключ. Расшифровывать, думаю, не стоит, это просто иллюстрация о сложности дальнейших внутриклеточных реакций. Клик по изображению ведет на источник картинки на сайте www.nature.com.
Суть в том, что на поверхности каждой клетки расположено большое количество рецепторов к самым разным сигнальным молекулам. Любая клетка находится в состоянии непрерывного обмена информацией с другими клетками организма, и этот обмен обусловлен химическим взаимодействием между некой сигнальной молекулой и рецептором, расположенным на поверхности клетки.
Клетки иммунной системы тут не представляют исключения. Они активизируются или тормозятся посредством взаимодействия их рецепторов с сигнальными молекулами иммунной системы - цитокинами, они сами выделяют такие цитокины, чтобы активировать те клетки, в работе которых они нуждаются.
Вирусы, бактерии, иные микроорганизмы узнают клетки, на которых они могут паразитировать, тоже по наличию на них специфических рецепторов.
Вирус иммунодефицита человека атакует иммунную клетку - лимфоцит, распознавая на ней рецепторы CD-4 и корецепторы, которые в норме служат клетке для выполнения ее функций.
Клетки иммунной системы узнают инфицированные вирусами клетки и чужеродные микроорганизмы по аналогичным механизмам. Везде работает одна и та же универсальная система лиганда и рецептора - двух молекул, узнающих друг друга по принципу ключ-замок, в том числе и в иммунной системе. Подробнее об этом, применительно уже к иммунной системе - в следующем посте.
У них ведь нет органов чувств, позволяющих доставить к мозгу информацию о происходящих вовне событиях, да и самого мозга у них нет. Тем не менее, в нас, многоклеточных существах, каждая клетка находится во взаимодействии с другими клетками, получает от них самую разнообразную информацию, и отвечает на эту информацию, изменяя те или иные свои параметры и функции.
Все взаимодействия между нашими клетками - химические, обмен информацией между клетками происходит посредством обмена между ними определенными химическими веществами. Эти вещества представляют из себя достаточно сложно устроенные сигнальные молекулы. Одни клетки выделяют сигнальные молекулы, эти молекулы достигают других клеток и передают им сигнал о том, что клетка должна что-то сделать - выполнить свою специализированную функцию, прекратить выполнять свою специализированную функцию, начать питаться, прекратить питаться немедленно, а иногда сигнал может нести информацию о том, что клетке нужно умереть - программируемая клеточная смерть, так называемый апоптоз, тоже определяется командой, полученной клеткой через сигнальную молекулу.
Чтобы проиллюстрировать общую схему взаимодействия, можно вспомнить такой гормон - адреналин. Само слово гормон происходит от слова «приводить в движение, побуждать», и как понятно из этого названия, гормон - это некое вещество, побуждающая наши клетки к строго определенным действиям. Все гормоны - это вещества, передающие сигналы нашим клеткам и побуждающие их к каким-то действиям.
Адреналин (другое его название - эпинефрин) - сигнальная молекула, которая синтезируются в клетках внутреннего слоя надпочечников. Усиленный выброс адреналина происходит, в частности, при опасности. Мозг, получив информацию о грозящей катастрофе, посылает сигнал клеткам мозгового слоя надпочечников, и они массированно выбрасывают в кровь большое количество адреналина. В течение долей секунд адреналин достигает всех клеток в организме. И что же происходит?
По воздействием адреналина расслабляются мышцы бронхов - каждая клетка мышц бронхов получает сигнал расслабиться. Бронхи расширяются и легкие оказываются подготовленными к усиленной работе при физической нагрузке - беге, например: в них кислород будет проходить беспрепятственно. Такой же сигнал к расслаблению получают клетки, образующие мышцу, ответственную за сужение и расширение зрачка: если опасность угрожает в темное время суток (так сложилось, что на заре нашего развития, темное время суток было опаснее светлого), зрачок расширяется и глаза начинают лучше видеть в темноте.
Клетки сердечной мышцы под воздействием адреналина приобретают способность сильнее и быстрее сокращаться - чтобы интенсифицировать кровообращение, когда мы побежим или нападем, защищаясь, чтобы все клетки нашего организма получали кислород и питательные вещества в условиях резко возросшей в них потребностей. Достигая клеток печени, адреналин останавливает в них производство запасов депонированной глюкозы, не до запасов сейчас, нужно быстро накормить все клетки организма. С той же целью в клетках мышц запасы глюкозы начинают высвобождаться из депо под его, адреналина, воздействием, и начинает синтезироваться новая глюкоза: питательные вещества очень нужны клеткам при усиленной работе. Одновременно усиливается распад жиров и тормозится их синтез.
Одновременно адреналин вызывает и множество других реакций в других же клетках, и в совокупности получается следующее: через мгновение после того, как мозг получил сигнал об опасности, весь организм оказывается мобилизован. Готов к бегству, атаке, у него быстро и слажено работает дыхательная и сердечно-сосудистая система, обострены все чувства, ускорены психические процессы, он не чувствует голода, усталости, и он готов к борьбе за жизнь всеми средствами, которыми наделила его эволюция.
И заметьте, это всё делает всего один вид сигнальных молекул, упреждая то, что с организмом произойдет через пару секунд.
Как же клетки узнают, что в кровь поступил адреналин и пора мобилизоваться?
На поверхности всех клеток - участниц шоу находятся рецепторы к адреналину. Это сложные белковые комплексы, которые встроены в мембраны клеток. Часть такого комплекса находится над поверхностью мембраны - она так и называется: надмембранная часть. Большая часть этого айсберга проходит через мембрану и находится во внутренней части клетки.
Надмембранная часть связывается с циркулирующим снаружи адреналином. Это взаимодействие больше всего напоминает автомобильный ключ и замок зажигания - адреналин тут ключ, надмембранная часть рецептора - замочная скважина, ну а то, что глубже - остальные части сложного механизма зажигания и двигателя: провода, которые питаются от аккумулятора и ведут к стартеру, сам стартер, двигатель, который реагирует на его включение, трансмисиия и колеса, которые начинают крутиться, когда надо. Как только в замок зажигания вставлен и повернут подходящий к нему ключ, происходит множество процессов, и в результате весь автомобиль начинает работать и ехать. Автомобиль в этой аналогии - клетка, которая начинает выполнять свои, определенные ей природой, функции.
Один из видов адренорецепторов. Клик по картике ведет на источник изображения на сайте http://3dciencia.com.
Клеток в организме много, на всех них есть такие замки зажигания. Когда ключи - молекулы адреналина - их запустили, идет весь системный ответ реакции на опасность.
Это достаточно грубая аналогия, но, полагаю, зато понятная. На самом деле, конечно, все тоньше и сложнее - и адренорецепторы бывают разных типов, и функции их не равнозначны, и внутри клетки не провода и механизмы, а другие сигнальные молекулы - так называемые вторичные мессенджеры, которые доходят до других рецепторов внутри самой клетки, и запускают те или иные внутриклеточные механизмы, приводящие к выполнению разнообразных функций, которые заложены внутри одной клетки. Но не в этом суть.
На рисунке схематично представлен один из эффектов адреналина и другого медиатора - ацетилхолина в клетке сердца - как видите, все гораздо сложнее, чем просто провода и ключ. Расшифровывать, думаю, не стоит, это просто иллюстрация о сложности дальнейших внутриклеточных реакций. Клик по изображению ведет на источник картинки на сайте www.nature.com.
Суть в том, что на поверхности каждой клетки расположено большое количество рецепторов к самым разным сигнальным молекулам. Любая клетка находится в состоянии непрерывного обмена информацией с другими клетками организма, и этот обмен обусловлен химическим взаимодействием между некой сигнальной молекулой и рецептором, расположенным на поверхности клетки.
Клетки иммунной системы тут не представляют исключения. Они активизируются или тормозятся посредством взаимодействия их рецепторов с сигнальными молекулами иммунной системы - цитокинами, они сами выделяют такие цитокины, чтобы активировать те клетки, в работе которых они нуждаются.
Вирусы, бактерии, иные микроорганизмы узнают клетки, на которых они могут паразитировать, тоже по наличию на них специфических рецепторов.
Вирус иммунодефицита человека атакует иммунную клетку - лимфоцит, распознавая на ней рецепторы CD-4 и корецепторы, которые в норме служат клетке для выполнения ее функций.
Клетки иммунной системы узнают инфицированные вирусами клетки и чужеродные микроорганизмы по аналогичным механизмам. Везде работает одна и та же универсальная система лиганда и рецептора - двух молекул, узнающих друг друга по принципу ключ-замок, в том числе и в иммунной системе. Подробнее об этом, применительно уже к иммунной системе - в следующем посте.