| СО угарный газ | СО 2 углекислый газ |
| Получение | |
| СО 2 + С → 2СО (при нагревании) 2С + О 2 (недостаток) → 2СО | СаСО 3 → СаО + СО 2 (860 о С) СаСО 3 + 2НСl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2 CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O С + О 2 (избыток) → СО 2 |
| Физические свойства | |
| Газ без цвета и запаха, немного легче воздуха, мало растворим в воде. | Газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха, умеренно растворим в воде, в твердом состоянии способен к возгонке («сухой лед»). |
| СО | СО 2 |
| Строение молекулы | |
| С ≡ О (σ + 2π): вторая π-связь образуется за счет передачи неподеленной электронной пары кислорода на свободную орбиталь атома углерода. Линейная полярная молекула, способна к донорно-акцепторному взаимодействию: Ni + 5CO → Ni(CO) 5 – пентакарбонил никеля | О = С = О две двойных связи (σ + π), линейная неполярная симметричная молекула |
| Физиологическое действие | |
| Ядовит, так как является гемблокатором: Hb + CO → Hb . CO – карбоксигемоглобин, в 210 раз прочнее оксигемоглобина Hb . O 2 . | Участвует в акте вдоха, так как активирует дыхательный центр мозга. |
| Место в классификации оксидов | |
| Несолеобразующий оксид Исключение: СО + NaOH → HCOONa расплав формиат натрия | Кислотный оксид СО 2 + Са(ОН) 2 → СаСО 3 ↓ + Н 2 О СаСО 3 + Н 2 О + СО 2 → Са(НСО 3) 2 – качественная реакция на СО 2: с известковой водой образуется белый осадок, растворяющийся в избытке газа. СО 2 + Н 2 О → Н 2 СО 3 СО 2 + Na 2 O → Na 2 CO 3 CO 2 + Na 2 SiO 3 + H 2 O → Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3 ↓ |
| Окислительно-восстановительная активность | |
| Сильный восстановитель CuO + CO → Cu + CO 2 CO + Cl 2 → COCl 2 (фосген) | Слабый окислитель 2Mg + CO 2 → 2MgO + C |
Угольная кислота Н 3 СО 3 – слабая, двухосновная, неустойчивая.
СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ↔ Н + + НСО 3 - ↔ 2Н + + СО 3 2-
Образует 2 ряда солей: средние карбонаты (Na 2 CО 3) и кислые гидрокарбонаты (NaHCO 3)
Качественная реакция на соли угольной кислоты : под действием сильных кислот выделяют газ без цвета и запаха:
Na 2 CO 3 + 2НCl → 2NaCl + СO 2 + Н 2 O
NaHCO 3 + НCl → NaCl + CO 2 + Н 2 O
CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
Взаимный переход карбонатов и гидрокарбонатов :
Na 2 CO 3 + СO 2 + H 2 O → 2NаНСО 3
NaHCO 3 + NaOH → Na 2 CO 3 + H 2 O или 2NaHCO 3 (t 0) → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
Общесолевые свойства карбонатов:
Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 → 2NaOH + СаСО 3 ↓
Na 2 CO 3 + CaCl 2 → 2NaCl + CaCO 3 ↓
Растворимые карбонаты гидролизуются но аниону :
СO 3 2- + НОН ↔ НСO 3 - + ОН -
Na 2 CO 3 + Н 2 O ↔ NaHCO 3 + NaOH
Применение углерода и его соединений:
СO 2 применяется в качестве «сухого льда», содержится в природных минеральных водах. СО и кокс (С) – металлургические восстановители. Активированный уголь применяется в противогазах и бытовых фильтрах для воды, в медицине для выведения токсинов из организма, в качестве катализатора адсорбционного действия. Уголь используется в качестве топлива.
Na 2 CO 3 . 10Н 2 O – кальцинированная сода.
NаНСО 3 – пищевая сода.
(NH 4) 2 CO 3 – основа разрыхлителя теста.
СОСl 2 – фосген – боевое отравляющее вещество.
К 2 СO 3 – поташ – калийное удобрение.
СаСО 3 – мел, мрамор, известняк.
Положение в ПСХЭ : Z = 14, 3 период, IV группа (главная).
Электронная формула : 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 Зр 2
Шкала степеней окисления : +4: SiО 2 , Н 2 SiO 3 , Na 2 SiО 3
– 4: Mg 2 Si, SiH 4
Нахождение в природе: второй после кислорода элемент земной коры: SiO 2 – кварц, песок, горный хрусталь; силикаты и алюмосиликаты(глины, каолин, слюда, полевой шпат). Диатомовые водоросли и кремниевые губки накапливают кремний.
Получение : при нагревании
1) SiО 2 (кремнозем) + 2Mg → 2MgO + Si
2) SiО 2 + С → Si + CО 2
3) 3SiO 2 + 4Al → 2Al 2 O 3 + 3Si
4) SiCl 4 + 2Zn → 2ZnCl 2 + Si
Образуется аморфный кремний – бурый порошок. При его перекристаллизации (испарение действием высокой температуры с последующей конденсацией) образуется кристаллический кремний – серые кристаллы с металлическим блеском и полупроводниковыми свойствами.
Химические свойства :
1) Восстановительные (преобладают):
Si + 2F 2 → SiF 4 (фторид кремния (IV)) – при комнатной температуре, на свету
Si + O 2 → SiO 2 (оксид кремния (IV)) – 600 о С
3Si + 2N 2 → Si 3 N 4 (нитрид кремния (IV)) – 1000 о С
Si + С → SiС (карбид кремния (карборунд)) – сплавление 2000 о С
Si + 2S → SiS 2 (сульфид кремния) – 600 o C
Si + 2Cl 2 → SiCl 4 (хлорид кремния) – 400 о С
Si + 2Н 2 О (пар) → SiО 2 + 2Н 2
Si + 2NaOH + H 2 О → Na 2 SiО 3 + 2H 2
3Si + 4HNО 3 + 18HF → 3H 2 SiF 6 + 4NO + 8H 2 О (гексафторокремниевая кислота)
С азотной и концентрированной серной кислотами и водородом кремний не реагирует .
2) Окислительные свойства кремний проявляет только в реакциях с металлами:
2Mg + Si → Mg 2 Si (силицид магния)
Соединения кремния
Силан SiH 4 – бесцветный ядовитый газ, самовоспламеняется на воздухе; имеет нейтральный характер.
Mg 2 Si + 4НСl → 2MgCl 2 + SiH 4 (c водой реакция идет трудно, так как образуется нерастворимый Mg(OH) 2)
SiH 4 + 2O 2 → SiO 2 + 2H 2 O
Оксид кремния (IV) SiO 2
Кремниевая кислота H 2 SiO 3 : нерастворима (стекловидный осадок), самая слабая из минеральных кислот.
Получение :
Na 2 SiO 3 + 2НСl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
SiCl 4 + 3H 2 O → H 2 SiO 3 ↓ + 4HCl
SiS 2 + 3H 2 O → H 2 SiO 3 ↓ + 2H 2 S
Химические свойства:
1) Растворяется в щелочах: H 2 SiО 3 + 2NaOH → Na 2 SiО 3 + 2H 2 О
2) Разлагается при нагревании: H 2 SiО 3 → H 2 О + SiО 2
Силикаты : растворимы только у щелочных металлов.
Общесолевые свойства:
Na 2 SiO 3 + ВаСl 2 → 2NaCl + BaSiO 3 ↓
Na 2 SiO 3 + Са(ОН) 2 → CaSiO 3 + 2NaOH
Растворы силикатов имеют щелочную среду вследствие гидролиза:
Na 2 SiO 3 + НОН ↔ NaHSiO 3 + NaOH
Применение кремния и его соединений :
Карборунд применяется в стоматологии для шлифовки пломб. SiO 2 (кварц) – в оптических и хронометрических приборах. Na 2 SiO 3 – основа канцелярского клея и стекла. Соединения кремния – основа керамической и цементной промышленности.
Оксид углерода (II) (угарный газ , окись углерода , монооксид углерода ) - бесцветный ядовитый газ (при нормальных условиях) без вкуса и запаха. Химическая формула - CO. Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени: от 12,5 до 74 % (по объёму) .
Строение молекулы
Молекула CO имеет тройную связь, как и молекула азота N 2 . Так как эти молекулы сходны по строению (изоэлектронны, двухатомны, имеют близкую молярную массу), то и свойства их также схожи - очень низкие температуры плавления и кипения, близкие значения стандартных энтропий и т. п.
Благодаря наличию тройной связи молекула CO весьма прочна (энергия диссоциации 1069 кДж/моль, или 256 ккал/моль, что больше, чем у любых других двухатомных молекул) и имеет малое межъядерное расстояние (d C≡O =0,1128 нм или 1,13Å).
Молекула слабо поляризована, электрический момент её диполя μ = 0,04·10 −29 Кл·м. Многочисленные исследования показали, что отрицательный заряд в молекуле CO сосредоточен на атоме углерода C − ←O + (направление дипольного момента в молекуле противоположно предполагавшемуся ранее). Ионизационный потенциал 14,0 в, силовая константа связи k = 18,6.
Свойства
Оксид углерода (II) представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Горюч. Так называемый «запах угарного газа» на самом деле представляет собой запах органических примесей.
Основными типами химических реакций, в которых участвует оксид углерода (II), являются реакции присоединения и окислительно-восстановительные реакции , в которых он проявляет восстановительные свойства.
При комнатных температурах CO малоактивен, его химическая активность значительно повышается при нагревании и в растворах (так, в растворах он восстанавливает соли , , и других до металлов уже при комнатной температуре. При нагревании восстанавливает и другие металлы, например CO + CuO → Cu + CO 2 . Это широко используется в пирометаллургии . На реакции CO в растворе с хлоридом палладия основан способ качественного обнаружения CO, см. ниже).
Окисление СО в растворе часто идёт с заметной скоростью лишь в присутствии катализатора. При подборе последнего основную роль играет природа окислителя. Так, KMnO 4 быстрее всего окисляет СО в присутствии мелкораздробленного серебра , K 2 Cr 2 O 7 - в присутствии солей , KClO 3 - в присутствии OsO 4 . В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород.
Ниже 830 °C более сильным восстановителем является CO, - выше - водород. Поэтому равновесие реакции:
до 830 °C смещено вправо, выше 830 °C влево.
Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.
Оксид углерода (II) горит пламенем синего цвета (температура начала реакции 700 °C) на воздухе:
ΔG° 298 = −257 кДж, ΔS° 298 = −86 Дж/KТемпература горения CO может достигать 2100 °C, она является цепной, причём инициаторами служат небольшие количества водородсодержащих соединений (вода, аммиак , сероводород и др.)
Благодаря такой хорошей теплотворной способности, CO является компонентом разных технических газовых смесей (см., например генераторный газ), используемых, в том числе, для отопления.
галогенами . Наибольшее практическое применение получила реакция с хлором :
Реакция экзотермическая, её тепловой эффект 113 кДж, в присутствии катализатора (активированный уголь) она идёт уже при комнатной температуре. В результате реакции образуется фосген - вещество, получившее широкое распространение в разных отраслях химии (а также как боевое отравляющее вещество). По аналогичным реакцииям могут быть получены COF 2 (карбонилфторид) и COBr 2 (карбонилбромид). Карбонилиодид не получен. Экзотермичность реакций быстро снижается от F к I (для реакций с F 2 тепловой эффект 481 кДж, с Br 2 - 4 кДж). Можно также получать и смешанные производные, например COFCl (подробнее см. галогенпроизводные угольной кислоты).
Реакцией CO с F 2 , кроме карбонилфторида можно получить перекисное соединение (FCO) 2 O 2 . Его характеристики: температура плавления −42 °C, кипения +16 °C, обладает характерным запахом (похожим на запах озона), при нагревании выше 200 °C разлагается со взрывом (продукты реакции CO 2 , O 2 и COF 2), в кислой среде реагирует с иодидом калия по уравнению:
Оксид углерода (II) реагирует с халькогенами . С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению:
ΔG° 298 = −229 кДж, ΔS° 298 = −134 Дж/KПолучены также аналогичные селеноксид углерода COSe и теллуроксид углерода COTe.
Восстанавливает SO 2:
C переходными металлами образует очень летучие, горючие и ядовитые соединения - Карбонилы , такие как Cr(CO) 6 , Ni(CO) 4 , Mn 2 CO 10 , Co 2 (CO) 9 и др.
Оксид углерода (II) незначительно растворяется в воде, однако не реагирует с ней. Также он не вступает в реакции с растворами щелочей и кислот . Однако реагирует с расплавами щелочей с образованием соответствующих формиатов:
Интересна реакция оксида углерода (II) с металлическим калием в аммиачном растворе. При этом образуется взрывчатое соединение диоксодикарбонат калия:
Токсическое действие оксида углерода (II) обусловлено образованием карбоксигемоглобина - значительно более прочного карбонильного комплекса с гемоглобином , в сравнении с комплексом гемоглобина с кислородом (оксигемоглобином) , блокируя, таким образом, процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания . Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа .
История открытия
Оксид углерода (II) был впервые получен французским химиком Жаком де Лассоном в при нагревании оксида цинка с углём, но первоначально его ошибочно приняли за водород, так как он сгорал синим пламенем.
То, что в состав этого газа входит углерод и кислород, выяснил в английский химик Вильям Крукшэнк. оксид углерода (II) вне атмосферы Земли впервые был обнаружен бельгийским ученым М. Мижотом (M. Migeotte) в 1949 году по наличию основной колебательно-вращательной полосы в ИК спектре Солнца.
Получение
Промышленный способ
- Образуется при горении углерода или соединений на его основе (например, бензина) в условиях недостатка кислорода :
- или при восстановлении диоксида углерода раскалённым углём:
Эта реакция происходит при печной топке, когда слишком рано закрывают печную заслонку (пока окончательно не прогорели угли). Образующийся при этом оксид углерода (II), вследствие своей ядовитости, вызывает физиологические расстройства («угар») и даже смерть (см. ниже), отсюда и одно из тривиальных названий - «угарный газ» .
Реакция восстановления диоксида углерода обратимая, влияние температуры на состояние равновесия этой реакции приведено на графике. Протекание реакции вправо обеспечивает энтропийный фактор, а влево - энтальпийный. При температуре ниже 400 °C равновесие практически полностью сдвинуто влево, а при температуре выше 1000 °C вправо (в сторону образования CO). При низких температурах скорость этой реакции очень мала, поэтому оксид углерода (II) при нормальных условиях вполне устойчив. Это равновесие носит специальное название равновесие Будуара .
- Смеси оксида углерода (II) с другими веществами получают при пропускании воздуха, водяного пара и т. п. сквозь слой раскалённого кокса, каменного или бурого угля и т. п. (см. генераторный газ , водяной газ , смешанный газ , синтез-газ).
Лабораторный способ
- Разложение жидкой муравьиной кислоты под действием горячей концентрированной серной кислоты , либо пропуская муравьиную кислоту над оксидом фосфора P 2 O 5 . Схема реакции:
- Нагревание смеси щавелевой и концентрированной серной кислот. Реакция идёт по уравнению:
- Нагревание смеси гексацианоферрата (II) калия с концентрированной серной кислотой. Реакция идёт по уравнению:
Определение оксида углерода (II)
Качественно можно определить наличие CO по потемнению растворов хлорида палладия (или пропитанной этим раствором бумаги). Потеменение связано с выделением мелкодисперсного металлического палладия по схеме:
Эта реакция очень чувствительная. Стандартный раствор: 1 грамма хлорида палладия на литр воды.
Количественное определение оксида углерода (II) основано на иодометрической реакции:
Применение
- Оксид углерода (II) является промежуточным реагентом, используемым в реакциях с водородом в важнейших промышленных процессах для получения органических спиртов и неразветвлённых углеводородов.
- Оксид углерода (II) применяется для обработки мяса животных и рыбы, придает им ярко красный цвет и вид свежести, не изменяя вкуса (en:Clear smoke или en:Tasteless smoke технология). Допустимая концентрация CO равна 200 мг/кг мяса.
- Угарный газ от выхлопа двигателей применялся нацистами в годы Второй мировой войны для массового умерщвления людей путём отравления.
Оксид углерода (II) в атмосфере Земли
Различают природные и антропогенные источники поступления в
Окись углерода - бесцветный газ без запаха и раздражающих свойств, образующийся всюду, где имеет место сгорание материалов, содержащих углерод, при недостаточном доступе кислорода; может выделяться также при синтезе некоторых химико-фармацевтических препаратов. Поступает в организм через дыхательные пути, не вызывая каких-либо явлений раздражения. Предельно допустимая концентрация в воздухе 20 мг/м 3 .
Токсический эффект зависит от концентрации газа в воздухе и от длительности его воздействия. Уже при концентрации 50-60 мг/м 3 могут появиться легкие признаки отравления, а при содержании его в воздухе в количестве 0,1-0,2% интоксикация носит тяжелый характер. Токсичность окиси углерода объясняется тем, что, вытесняя кислород из окси-гемоглобина крови, она быстро вступает в соединение с гемоглобином и образует стойкий карбоксигемоглобин. Последний, будучи неспособным переносить кислород к тканям, влечет за собой недостаточное снабжение их кислородом - аноксемию. Быстрое образование в крови карбоксигемоглобина обусловлено тем, что окись углерода обладает в 300 раз более сильным сродством к гемоглобину, чем кислород. В результате возникающего кислородного голодания тканей нарушается нормальная деятельность организма, в первую очередь центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Количество и скорость образования карбоксигемоглобина определяют тяжесть интоксикации. В легких случаях наблюдаются головная боль, головокружение, шум в ушах, тошнота и позывы на рвоту, общая нарастающая слабость. В некоторых случаях наступает скованность движений, вследствие чего пострадавший не в состоянии сам выйти из отравленной зоны. Особенно выражен этот симптом при отравлениях средней тяжести и тяжелых. В этих случаях к указанным явлениям присоединяются покраснение лица, нарастающая сонливость, рвота, затемнение и потеря сознания. В особо тяжелых случаях наступает психическое возбуждение, возникают судороги, наблюдаются серьезные изменения сердечно-сосудистой системы (малый аритмичный пульс, глухие тоны сердца и др.). Возможен смертельный исход от паралича дыхательного центра. Если вынести пострадавшего на свежий воздух, довольно быстро (через 1-2 часа при легких отравлениях и 1-2 дня при тяжелых) происходит полная диссоциация карбоксигемоглобина. Острые симптомы отравления проходят, но длительно сохраняются остаточные явления - головные боли, головокружения, общая слабость и др.
Для профилактики отравлений окисью углерода необходим тщательный контроль ее содержания в воздухе (лучше автоматический, при помощи сигнализаторов, показывающих превышение концентрации СО сверх допустимой нормы). Должны быть применены все технологические мероприятия, устраняющие возможность выделения ее в воздух, а также установлена эффективно действующая вентиляция.
Индивидуальным средством защиты органов дыхания от поступления окиси углерода является специальный фильтрующий противогаз марки СО.
Иммунология рассматривает антиген в качестве биологического маркера клеток, тканей, органов и жидкостей организма в процессах онто- и филогенеза. Эти структуры называют антигенами главного комплекса гистосовместимости (МНС), так как они контролируются группами генов главной системы гистосовместимости, расположенными у человека на шестой хромосоме.
МНС выполняют в организме разнообразные функции. Так, антигены МНС класса 1 и 2 определяют способность иммунной системы организма распознавать чужеродные антигены. Суть этого явления состоит в том, что микроорганизмы, продукты их распада или жизнедеятельности, другие неизмененные антигены Т-лимфоцитами не распознаются, поэтому вначале они подвергаются переработке в клетках-макрофагах, где происходит их частичная денатурация и протеолиз, как правило, до пептидов. Такой низкомолекулярный переработанный антиген перемещается на поверхность клетки, связывается с находящимися здесь молекулами МНС и становится доступным для восприятия Т-лимфоцитами. При этом комплексы антигенов с молекулами МНС класса 1 распознаются цитотоксическими Т-лимфоцитами, которые осуществляют разрушение злокачественно перерожденных или инфицированных вирусом клеток, а комплексы антигенов с молекулами МНС класса 2, образующимися в основном на В-лимфоцитах и макрофагах, распознаются Т-хелперами, которые как посредники передают сигнал и включают В- и Т-клетки в антителообразование или другие эффекторные процессы.
Антитела – это особый вид белков, называемых иммуноглобулинами, вырабатываемых под влиянием антигенов и обладающих способностью специфически реагировать с ними. Антитела могут нейтрализовать токсины бактерий и вирусы (антитоксины и вируснейтрализующие антитела), осаждать растворимые антигены (преципитины), склеивать корпускулярные антигены (агглютинины), повышать фагоцитарную активность лейкоцитов (опсонины), связывать антигены, не вызывая каких-либо видимых реакций (блокирующие антитела), совместно с комплементом лизировать бактерии и другие клетки, например, эритроциты (лизины).
Антитела представляют собой гликопротеины с молекулярной массой от 150 000 до 1 000 000. В простейшем случае молекула AT имеет форму буквы «игрек» или «рака» с меняющимся углом между двумя верхними отрезками («клешнями»), что говорит о гибкости ее структуры. Состоят антитела из четырех полипептидных цепей, связанных друг с другом дисульфидными мостиками. Две цепи – длинные и посередине изогнутые (как хоккейные клюшки), а две – короткие и прямые – прилегают к верхним отрезкам длинных цепей. Молекулярная масса длинных цепей 50 000, их называют тяжелыми, или Н-цепями; коротких – 25 000, их называют легкими, или Z-цепями. Тяжелые и легкие цепи отличаются по аминокислотному составу и антигенным свойствам.
Обе цепи иммуноглобулина по порядку расположения в них аминокислот делятся на две части. Одна из них, С-область, у всех цепей иммуноглобулина стабильна; другая, V-область, вариабельна, последовательность аминокислот в ней меняется в зависимости от вида антигена, вызывающего образование антитела. При этом на концах V-областей молекулы Y (на двух «клешнях рака») формируются два антигенсвязывающие центра. Последние у разных иммуноглобулинов имеют разную конфигурацию, комплементарную детерминантной группе того антигена, под воздействием которого выработались.
Таким образом, распознавание антигена соответствующим антителом происходит не по химической структуре, а главным образом по общей конфигурации антигена благодаря взаимной комплементарности с антигенсвязывающим центром. Антитела связываются с антигенами за счет пространственной комплементарности, которая обеспечивается межмолекулярными силами и водородными связями. Прочность взаимодействия между антигеном и одним антигенсвязывающим центром называется аффинностью (сродством). Реакция между антигеном и антителом приводит к образованию комплекса антиген-антитело (АГ-АТ). В некоторых случаях связывания антигена антителом уже достаточно для обезвреживания антигена – нейтрализации (например, обезвреживание столбнячного анатоксина). Сродство антител к соответствующим им антигенам может быть различным. В сыворотке против того или иного антигена всегда содержится смесь многих молекул антител с различным сродством к нему, и их соединение с антигеном обусловливает перекрестные реакции. Если в молекуле антигена имеются несколько детерминант с одинаковой антигенной специфичностью, то молекулярные агрегаты, образующиеся в присутствии специфических антител, могут становиться настолько крупными, что комплексы АГ-АТ уже не могут оставаться в растворе и выпадают в осадок – происходит преципитация. В диагностике преципитацию применяют для определения природы антигенов и специфичности антител. В реакциях антител с антигенами, представляющими собой частицы или клетки (частицы крови, бактерии), также могут образовываться крупные агрегаты, иногда даже видимые невооруженным глазом. Подобные реакции агглютинации («склеивания») используют для определения групп крови, идентификации бактерий, а также антител против бактериальных белков и гормонов в крови и моче. На основании этой реакции различают полные и неполные антитела. Так, соответствующие полные антитела (обычно принадлежащие к классу JgM) непосредственно вызывают агглютинацию эритроцитов, тогда как неполные антитела (преимущественно класса JgG) реагируют с расположенными на их поверхности антигенами, но в силу своих небольших размеров не могут вызывать агглютинацию.
Антигены, соединенные со специфическими участками связывания неполных антител, уже не могут реагировать с полными антителами, поэтому неполные антитела называют также блокирующими. Последние блокируют антиген, а нередко одновременно связывают комплемент, вследствие чего их уже называют и комплементсвязывающими. Если же реакция антиген-антитело не вызывает каких-либо изменений в организме, их называют антителами-свидетелями. Реагирование JgE и JgG с антигенами может приводить к развитию аллергий. При незначительных, бесследно исчезающих проявлениях аллергии на кожных покровах аллергические антитела называют реагинами, а при ярко выраженных повреждениях клеток кожи – агрессинами, или кожно-сенсибилизирующими антителами. Как и все белки, иммуноглобулины являются антигенами, и по отношению к ним вырабатываются антииммуноглобулины, то есть антитела против антител.
В зависимости от строения константных областей тяжелых цепей все иммуноглобулины подразделяют на пять классов: JgG, JgM,JgA,JgE,JgD.
Jg G активируют систему комплемента и связываются с некоторыми антигенами поверхности клеток, делая тем самым эти клетки более доступными для фагоцитоза. Поскольку это сравнительно мелкие мономерные молекулы, они могут проникать через плацентарный барьер из крови матери в кровь плода. Так как до рождения у плода существенной продукции антител не происходит (для этого требуется контакт с чужеродными веществами), JgG матери служат важными механизмами защиты новорожденного от инфекции. В последующем их количество пополняется при кормлении ребенка грудью (особенно в первые шесть часов после родов), что обеспечивает ему иммунитет в первые недели жизни. Содержание этих иммуноглобулинов в крови ребенка обычно даже выше, чем у матери. Они защищают организм новорожденного от вируса полиомиелита, вируса краснухи, от возбудителей менингита, коклюша, столбняка, дифтерии. Через 2–4 месяца содержание JgG заметно снижается, что связано с интенсивным распадом материнских AT и временной недостаточностью собственного синтеза. Со 2-го года жизни ребенка количество JgG в его крови начинает увеличиваться и достигает взрослого уровня к 4–5 годам.
Бурная выработка JgG происходит уже при повторном попадании антигена в организм, обеспечивая нейтрализацию бактериальных токсинов и вирусов. Период полураспада 24 дня.
JgM – самые крупные антитела, вырабатывающиеся на первичное введение в организм антигена. Они отличаются выраженной авидностью и образуют прочные соединения с антигенами, несущими множественные детерминанты, – эти антитела вызывают агглютинацию и способны нейтрализовывать инородные частицы, обеспечивая устойчивость к бактериальным инфекциям. К JgM принадлежат антитела системы групп крови АВО, холодовые агглютинины и ревматические факторы. Сохраняются JgM , однако, недолго – период их полураспада не превышает 5 дней.
JgA могут представлять собой как мономеры, так и полимеры и вырабатываются как на первичное, так и на вторичное воздействие антигена. При этом сывороточные JgA накапливаются в крови. Биологическая роль их до конца не изучена. Секреторные JgA продуцируются в слизистых оболочках кишечника, в верхних дыхательных путях, в мочеполовой трубке, содержатся в слезной жидкости, слюне, молоке и обеспечивают местный иммунитет тканей против антигенов, контактирующих со слизистыми оболочками. Период полураспада – 6 дней.
Мономерные иммуноглобулины JgD и JgE присутствуют в плазме в очень низких концентрациях. Возможно, они функционируют как связанные с клетками рецепторы антигенов. JgE соединяются со специальными рецепторами на поверхности базофилов и тучных клеток при встрече с соответствующим антигеном, клетка – носитель этого иммуноглобулина – секретирует гистамин и другие вазоактивные вещества, вызывающие аллергическую реакцию.
JgD находится на поверхности В-лимфоцитов и вместе с JgM составляет основную часть их рецепторов. О физиологической роли их известно мало.
В последние годы стали проясняться некоторые механизмы генной регуляции синтеза иммуноглобулинов. Существенный шаг вперед в этом направлении был сделан тогда, когда было обнаружено, что сегменты генов, кодирующих Н- и L-цепи иммуноглобулинов в предшественниках лимфоцитов, вначале «разбросаны» по хромосоме, то есть пространственно разделены. Для каждой вариабельной (V-области) части цепи исходно существует очень много (по меньшей мере 10 3) различных генных сегментов. Поскольку и Н-, и L-цепи антител имеют свои V-области, участвующие в связывании антигена, числом возможных комбинаций обеспечивается синтез по меньшей мере 10 6 специфичностей антител. При таком огромном разнообразии возможностей антиген вызывает пролиферацию именно тех В-лимфоцитов, которые распознают данный антиген.
Спросите у человека, интересующегося медициной и считающего себя грамотным в этих вопросах, что такое иммунитет. Вам ответят, что незачем задавать таких детских вопросов; ведь общеизвестно, что иммунитет - это невосприимчивость к заразным, инфекционным заболеваниям. Полвека назад, и даже четверть века назад, такой ответ был бы правильным. Первым эшелоном чужеродных белков, защиту от которых выявила медицина, были болезнетворные микробы. Однако за последние десятилетия выяснилось, что организм встречает в штыки не только микробные , попадающие во внутреннюю его среду, но и любые другие. Когда занялись пересадкой тканей, убедились, что организм не терпит иных белков, кроме своих собственных. Он яростно отторгает все чужое - полученное не только от животных, но и от других людей.
Здесь вплотную столкнулась с генетикой. Полными генетическими аналогами могут быть только организмы однояйцевых близнецов, получившие от родителей один и тот же, абсолютно идентичный наследственный код. Все остальное организм отвергает. Силы иммунитета, по образному выражению современных специалистов, решают вопрос «я или не я» и стараются уничтожить любой чужеродный белок. Сегодня мы понимаем, что защита от вредных микробов - лишь один и, может быть, не самый главный фронт иммунитета. Прежде всего он направлен против внутренних изменников, является своеобразной службой внутренних дел в нашем теле. В организме не так часто происходят изменения генетического аппарата клеток - мутации; однако они все же происходят постоянно. На миллион нормальных клеток приходится один мутант. Если же учесть, что всего в нашем теле около 10 триллионов клеток, то надо признать, что армия изменников в каждый момент весьма внушительна - порядка 10 млн. Некоторые из этих изменников приобретают способность к злокачественному . Если силы иммунитета действуют исправно, опухоль не развивается, носители ее безжалостно уничтожаются. Там, где возникает , можно думать о том, что охрана внутреннего порядка оказалась не на высоте.
Формирование в ходе эволюции и всемерное совершенствование специальной противобелковой обороны играют огромную? роль в охране благополучия организма. Белок - носитель жизни и поддержание чистоты своей белковой структуры - святой долг живой системы. Чужеродный белок, обладая и рядом родственных свойств, будет неизбежно мешать нормальной жизнедеятельности собственных белков организма - в одних случаях мешать грубо (как это делает раковая опухоль), в других случаях - тонко, предательски. Оберегая внутреннюю чистоту организма, противобелковая оборона попутно защищает нас и от вредных микробов, вторгающихся извне. Оборона эта, поднятая в живом организме на высочайший уровень, включает два вида защитных сил.
С одной стороны, имеется так называемый врожденный иммунитет, носящий неспецифический характер, т. е. направленный вообще против любого чужеродного белка. Известно, что из огромной армии микробов, постоянно попадающих в наш организм, только ничтожной части удается вызвать то или иное заболевание.
К тому же одной и той же болезнью : одни тяжело, другие легко, а третьи вообще не заболевают. Обеспечивается это рядом защитных механизмов.
Во-первых, мы располагаем сторожевой армией фагоцитов - прежде всего сюда относятся отдельные формы белых кровяных телец (так называемые нейтрофилы). Они яростно нападают на микробов и чаще всего побеждают их. Во-вторых, в жидкостях организма есть ряд веществ, убивающих микробов. Например, в крови, слезах, слюне содержится лизоцим - довольно сильное вещество этого рода. Не случайно при каждом засорении глаза появляются слезы, а животные зализывают языком свои раны. В слюне человека лизоцима мало, поэтому вред от попадания в рану многочисленных микробов будет больше, чем польза от лизоцима. В-третьих, важной защитной силой, обезвреживающей ряд микробных ядов, является все та же наша лаборатория - ; первый заслон - антитоксический - помогает следующему - антибелковому. Силы врожденного иммунитета осуществляют всю службу охраны внутреннего порядка, они готовы отразить любого белкового чужака.
С другой стороны, имеется приобретенный иммунитет - поразительный защитный механизм, возникающий при жизни данного организма и носящий специфический характер, т. е. направленный против одного конкретного чужого белка. Для этих сил не существует «не-я», для них существует конкретное «ты».
С глубокой древности люди знали, что перенесший оспу, корь и некоторые другие болезни больше уже не болеет ими. Только 100 лет назад, однако, стало выясняться, на чем это основано. Иммунитет, возникший после перенесения определенной болезни, стали называть приобретенным иммунитетом. Его главная особенность - то, что он, как уже сказано, направлен против одного определенного микроба, а потому называется специфическим. Если силы врожденного иммунитета бьют этого микроба, так сказать, холодным оружием, то приобретенный иммунитет обрушивает на него шквал огня; на других микробов это не распространяется, там борьба продолжается врукопашную. Специфический иммунитет приобретается и после столкновения с другими чужими белками - не только микробными. Какие же новые защитные силы появляются в организме в результате первой схватки с чужеродным белком?
Главным действующим лицом здесь являются лимфоциты - вид белых кровяных телец, функция которых была загадкой до 60-х годов нашего века. Лимфоциты составляют в норме примерно четверть всех лейкоцитов. В организме взрослого человека содержится круглым счетом 1 триллион лимфоцитов с общей массой порядка полутора килограммов. Лимфоциты обеспечивают приобретение специфического иммунитета к новому белку-чужаку по двум линиям.
Во-первых, имеются лимфоциты, которые начинают как бы притягиваться к данному - и только к данному - микробу или вообще чужеродному белку и уничтожают его своими . Такие лимфоциты получили название «киллеров» (от англ. to kill - убивать). Во-вторых, есть лимфоциты, которые превращаются в особые клетки, именуемые плазматическими и вырабатывающие - специальные защитные белки, молекулы которых соединяются с враждебным белком и делают его более доступным для фагоцитов. Возникнув однажды, специфические защитные силы часто сохраняются на всю жизнь.
