Можно ли чрезвычайно сложные и многообразные защитные механизмы иммунитета свести к простым физико-химическим реакциям, как мы это сделали в отношении биологического движения, транспорта и катализа? Наиболее тонкое распознавание антигенов и максимальную иммунную специфичность обеспечивают антитела - специальные иммунные белки, вырабатываемые лимфоцитами и называемые иммуноглобулинами. В течение эмбрионального развития и после рождения появляется множество лимфоцитов, активированных на выработку определенного вида антител - против соответствующего вида антигенов. В результате еще до встречи с антигеном в организме предсуществуют группы лимфоцитов, запрограммированных синтезировать антитела ко множеству (не менее 10 тысяч !) различных антигенов. Молекулярная структура антител-иммуноглобулинов хорошо изучена. Это гликопротеидные, то есть белковые в основе, но содержащие углеводную надстройку, молекулы. У них имеются вариабельные по аминокислотному составу концевые участки, которые, как и у ферментов, образуют активный центр. Активный центр антитела представляет своеобразную молекулярную полость особой конфигурации, которая по размерам и структуре соответствует детерминантным (распознаваемым) участкам молекулы антигена. Таким образом, активный центр определяет способность антитела специфически связываться с определенным антигеном. Выполняется принцип молекулярной комплементарности - дополнительности, подобно тому, как ключ комплементарно соответствует своему замку. Множественные аминокислотные замены в вариабельных частях иммуноглобулинов создают неисчерпаемый набор активных центров, способных связывать любой природный или искусственный антиген. Таким образом, в основе иммунной специфичности, в том числе при распознавании вирусов, бактерий и чужих клеток, лежит простое соответствие стереохимической структуры молекул. Как и в предыдущих примерах с другими функциями белков, в данном случае проявляется вполне материальная сущность сложнейшей реакции, свойственной только живым организмам.

Остается добавить, что препараты специфических антител (так называемые иммунные сыворотки), получаемые от искусственно иммунизированных животных, широко используются для диагностики, предупреждения и лечения инфекционных заболеваний и в некоторых других случаях в медицине и экспериментальной биологии. Например, при укусах ядовитых змей применяют специфическую к данному яду антитоксическую (противоядную) сыворотку. При заражении вирусом клещевого энцефалита собственный иммунитет организма усиливают инъекциями гамма-глобулина. При подозрении на раковую опухоль точный диагноз может дать реакция крови больного на раковые антигены; даже раннюю беременность сегодня легко идентифицируют по обнаружению в крови или моче женщины специфических антигенов зародыша.

Наиболее сложная задача современной иммунологии - найти способы защиты от вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающего страшное заболевание - синдром приобретенного иммунодефицита, или СПИД. Этот вирус избирательно поражает лимфоидные клетки - те самые лимфоциты, которые и должны обеспечивать иммунитет, но, будучи пораженными, не справляются со своими обязанностями. Больной СПИДом начинает серьезно страдать от обычных инфекций, которые здоровый человек переносит как несложную простуду. Чаще всего роковым событием становится появление мутантных злокачественных клеток, которые в отсутствие иммунного надзора разрастаются в раковую опухоль. ВИЧ передается с кровью или половым путем. Эффективные средства лечения пока не разработаны. Единственным способом защиты остается профилактика от контактов с чужой кровью (для этого и применяют одноразовые шприцы), а также здоровые и осмотрительные отношения в половой жизни.

СЕГМЕНТ 19. СИГНАЛИЗАЦИЯ. ГОРМОНАЛЬНАЯ И НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

Для координации поведения и взаимодействия организмов, а также органов и клеток внутри организма необходима сигнализация.

Животные используют прежде всего запахи, то есть химическую сигнализацию. Пахучие вещества - разнообразные молекулы - выделяются у животных кожными железами, с выдыхаемым воздухом, с мочой и другими жидкостями, а у растений листьями, корой, цветками. Воспринимаются запахи у различных животных обонятельными органами или диффузно рассеянными в покровах хеморецепторными клетками. Различают, с одной стороны, аттрактанты - привлекающие вещества, в том числе феромоны - привлекающие полового партнера, с другой - репелленты - отпугивающие вещества. Аттрактанты и репелленты очень эффективны в борьбе с вредными насекомыми, улитками, грызунами и другими животными. Диапазон их действия может достигать нескольких километров. Пахучие травы, масла применяли с древних времен. В настоящее время в качестве аттрактантов и репеллентов все чаще используют синтетические препараты, которые своей молекулярной структурой как бы подражают природным пахучим веществам.

Многие организмы используют для общения свет. Свечением обладают некоторые бактерии, грибы, простейшие, медузы, ракообразные, насекомые, рыбы. Специальные вещества - люминофоры выделяют порции световой энергии под действием коротковолнового излучения, электрического разряда или химической реакции. Это явление, называемое люминесценцией, известно также в неживой природе - например, свечение белого фосфора, сернистных соединений кальция, бария, стронция. Биолюминесценция используется разными организмами для освещения и приманки добычи, отпугивания хищников, привлечения полового партнера.

Важное значение в сигнализации у животных имеют также звуки, позы, жесты. В эволюции человека эти формы сигнализации становились ведущими. Придавая особое значение речи как форме общения людей, академик И.П. Павлов назвал ее второй сигнальной системой, противопоставив всем остальным сигналам, объединенным в понятие первой сигнальной системы. Особенность речи как способа сигнализации состоит в том, что в словах содержится обобщение бесчисленных сигналов первой сигнальной системы, и, таким образом, слова становятся «сигналами сигналов». Речь является одним из проявлений и в то же время инструментом высшей нервной деятельности человека (см. ниже).

Внутри организма для взаимодействия между органами, тканями и отдельными клетками и для восприятия сигналов из внешнего мира используются гормональные и нервные механизмы регуляции.

Гормональная регуляция осуществляется с помощью биологически активных веществ, среди которых главную роль играют гормоны (от греческого hormao - побуждаю, привожу в движение). Гормоны выделяются в кровь особыми эндокринными железами, или железами внутренней секреции (гипофиз, надпочечник, щитовидная, поджелудочная, половые и другие железы). Доставка гормонов к органам-мишеням также осуществляется через жидкие среды организма - кровь, лимфу и межклеточные жидкости, поэтому данный механизм передачи сигналов называется гуморальным (от латинского humor - жидкость). Эндокринная система находится под контролем центральной нервной системы. Поэтому нервное возбуждение всегда оборачивается волной гормональных воздействий, которые мобилизуют организм на адекватную реакцию. Например, при стрессовых ситуациях (страх, физическая перегрузка) надпочечники выбрасывают в кровь гормон адреналин, который резко повышает потребление кислорода и концентрацию глюкозы в крови, что, в свою очередь, приводит к увеличению выработки энергии. Таким образом, фактически реализуется единая нейрогормональная регуляция (подробнее о саморегуляции см. тему 4, сегмент 28).