Иммунная система человека базируется на сложной сети белковых молекул, обеспечивающих распознавание и нейтрализацию чужеродных агентов. Основными компонентами являются антитела (иммуноглобулины), комплементные белки и цитокины.
Иммуноглобулины — гликопротеины с молекулярной массой 150–900 кДа, включающие несколько классов: IgG, IgA, IgM, IgE, IgD. Структура каждой молекулы состоит из двух тяжёлых и двух лёгких цепей, соединённых дисульфидными мостиками. Каждая цепь содержит константные и вариабельные области, причём вариабельная зона формирует антиген-связывающий участок, обеспечивая высокую специфичность взаимодействия. Гликозилирование тяжёлых цепей влияет на стабильность и эффективность иммунного ответа, модифицируя Fc-фрагмент, который взаимодействует с рецепторами на эффекторных клетках.
Комплементная система представляет собой каскад белков (C1–C9), активация которых приводит к образованию мембранного атакующего комплекса (MAC). Биохимическая активность комплемента обеспечивается протеолитическим расщеплением белков и формированием комплексных пор в мембранах патогенов, что вызывает их лизис. Активация может идти по классическому, альтернативному или лектино-зависимому пути, каждый из которых запускается различными молекулярными сигналами, включая иммунные комплексы и углеводные структуры на поверхности микроорганизмов.
Цитокины — низкомолекулярные белки и пептиды (обычно 8–30 кДа), регулирующие рост, дифференцировку и функциональную активность иммунных клеток. К ключевым группам относятся интерлейкины, интерфероны, факторы некроза опухоли и хемокины. Они действуют через рецепторы клеточной поверхности, инициируя внутриклеточные сигнальные каскады, такие как JAK-STAT и NF-κB, что приводит к изменению экспрессии генов и усилению противоинфекционной защиты.
Антигены представляют собой молекулы белковой, углеводной или липидной природы, способные индуцировать специфический иммунный ответ. Важнейшими характеристиками являются эпитопы — участки молекулы, распознаваемые иммуноглобулинами. Химические взаимодействия между антителом и эпитопом включают водородные связи, ионные взаимодействия, гидрофобные эффекты и ван-дер-ваальсовы силы. Высокоспецифическое связывание обеспечивается точным соответствием конформации вариабельной области антитела и пространственного расположения эпитопа.
Клеточный иммунитет обеспечивается Т-лимфоцитами, макрофагами и натуральными киллерами. Главным механизмом распознавания является взаимодействие T-клеточного рецептора (TCR) с пептид-антигенами, представленными на молекулах главного комплекса гистосовместимости (MHC). Биохимически это включает образование множества слабых нековалентных связей, что обеспечивает селективность и стабильность комплекса. Сигнальные пути, активируемые TCR, включают фосфорилирование тирозиновых мотивов, активацию кальциевых каналов и последующую экспрессию генов цитокинов, ферментов и апоптозных факторов.
Эффекторные клетки иммунной системы используют активные формы кислорода (АФК) и азота для уничтожения патогенов. Химическая реактивность этих молекул обусловлена их способностью индуцировать окисление липидов мембран, белков и нуклеиновых кислот микроорганизмов. Ферменты, такие как NADPH-оксидаза и индуцируемая синтаза оксида азота (iNOS), катализируют образование супероксид-аниона, пероксида водорода и оксида азота, что является ключевым механизмом микробицидной активности фагоцитов.
Метаболизм иммунных клеток тесно связан с их функциональной активностью. Активация лимфоцитов сопровождается увеличением гликолиза, синтеза липидов и аминокислот для обеспечения быстрого деления и продукции цитокинов. Гликолипиды и мембранные гликопротеины участвуют в формировании иммуноактивных комплексов, стабилизируя рецепторы и усиливая сигнальную передачу.
Посттрансляционные модификации белков, такие как фосфорилирование, гликозилирование, ацетилирование и окисление, критически важны для регуляции иммунного ответа. Гликозилирование антител влияет на их способность к связыванию с Fc-рецепторами и активации комплемента. Окислительные модификации могут усиливать антимикробную активность фагоцитов, но избыточное образование АФК приводит к повреждению собственных тканей, инициируя воспалительные процессы.
Химическая природа адъювантов, используемых в вакцинах, также играет ключевую роль: соли алюминия, эмульсии и липосомальные системы изменяют локальную химическую среду, стимулируя выделение цитокинов и усиление презентации антигена.
Формирование иммунологической памяти связано с долгоживущими В- и Т-клетками, способными быстро реагировать на повторное введение антигена. Химические основы памяти заключаются в стабильной перестройке эпигенетических маркеров, таких как метилирование ДНК и модификации гистонов, а также в сохранении высокоспецифических вариабельных участков антител. Эти процессы обеспечивают долговременную экспрессию генов, необходимых для быстрого и точного иммунного ответа.
Иммунитет на химическом уровне представляет собой сложное сочетание структурной специфичности белков, динамики сигнальных каскадов, реакций окисления и метаболической перестройки клеток, обеспечивающее высокоэффективную защиту организма от чужеродных агентов.