В каких форменных элементах крови синтезируются антитела. Тема: общая характеристика антител

Антителообразование,

Иммунологическую память,

Иммунологическую толерантность,

Гиперчувствительность немедленного типа,

Гиперчувствительность замедленного типа,

Иммунный фагоцитоз и киллерная функция иммунных макрофагов и лимфоцитов.

Различают клеточный и гуморальный иммунный ответ.

Клеточный иммунный ответ происходит с участием Т-лимфоцитов. Эффекторные Т-лимфоциты – Т-киллеры способны уничтожить клетки путем прямой цитотоксичности и путем синтеза лимфокинов, которые участвуют в процессах взаимодействия иммунокомпетентных клеток. В регуляции иммунного ответа участвуют два подтипа Т клеток – Т-хелперы усиливают иммунный ответ, Т-супрессоры, наобарот, угнетают.

Общая схема гуморального иммунного ответа выглядит таким образом:

Антиген (инфекционный агент) фагоцитируется макрофагом. Макрофаг перерабатывает антиген таким образом, что он приобретает способность распознаваться Т-хелперами. При контакте с чужеродным веществом, антигеном макрофаг (фагоцит) активируется и начинает вырабатывать иммуноцитокины, в т. ч. ИЛ-1. Т-хелперы при помощи особого рецептора распознает антиген и выделяет в окружающую среду ИЛ-2. С антигеном связывается соответствующей его рецептору В-клетки.

Для активации В лимфоцитов необходим тройной сигнал: от антигенспецифичного рецептора, фагоцита (ИЛ-1) и Т- хелпера (ИЛ-2). В результате чего образуются клетки, которые синтезируют антитела. Образовавшиеся антитела вступают во взаимодействие с антигеном с образованием комплекса антиген-антитело, которые запускают в действие неспецифические механизмы защитной реакции. Эти комплексы активизируют систему комплемента.

Антитела . Свойства антител .

Антителами называются сывороточные белки (обладающие защитными свойствами) образующиеся в ответ на действие антигена. Они относятся к сывороточным глобулинам и поэтому называются иммуноглобулинами (Ig). Через них реализуется гуморальный тип иммунного ответа.

Важным свойством антител является их специфичность, т.е. способность вступать во взаимодействие с антигеном, аналогичным тому, который индуцировал (вызвал) их образование.

В зависимости от видимых проявлений взаимодействия антитела и антигена различают:

Агглютинины – антитела, вызывающие склеивание микроорганизмов;

Преципитины – антитела, вызывающие осаждение антигена;

Антитоксины – антитела, нейтрализирующие экзотоксины;

Лизины – вызывающие лизис бактерий, спирохет и т.д.;

Опсонины – антитела, усиливающие фагоцитоз и др.

По происхождению антитела делятся на:

нормальные (анамнестические) антитела, которые обнаруживаются в любом организме как результат бытовой иммунизации, это антитела, появление которых не связанно с инфекцией или искусственной иммунизацией;

инфекционные антитела, которые накапливаются в организме в период инфекционного заболевания;

постинфекционные антитела, которые обнаруживаются в организме после перенесенного инфекционного заболевания;

поствакцинальные антитела, которые возникают после искусственной иммунизации.

Антитела (иммуноглобулины) всегда специфичны антигену, индуцировавшему их образование. Тем не менее противомикробные иммуноглобулины по специфичности делятся на те же группы, что и соответствующие микробные антигены.

группоспецифические;

видоспецифические;

вариантспецифические;

перекрестнореагирующие.

В настоящее время довольно часто методами биотехнологии и/или генной инженерии получают иммуноглобулины, продуцируемые одним клоном клеток. Они называются моноклональными антителами. Их продуценты - клетки-гибридомы, являющиеся потомками, полученными при скрещивании В-лимфоцита (плазматической клетки) с опухолевой клеткой. От плазматической клетки гибридома наследует способность к синтезу антител, а от опухолевой клетки - способность длительно культивироваться вне организма.

Помимо специфичности одним из основных свойств иммуноглобулинов является их гетерогенность, т. е. неоднородность популяции иммуноглобулинов по генетической детерминированности их образования и по физико-химическому строению.

Строение иммуноглобулинов

По своему химическому строению иммуноглобулины – это гликопротеиды. Иммуноглобулины различаются по структуре, антигенному составу и выполняемым функциям. Структуру и строение молекул иммуноглобулинов установили ученые Эдельман и Портер (1959 г.)

По физико-химическим и антигенным свойствам иммуноглобулины делятся на 5 классов, обозначаемых буквами G, M, А, Е, D.

Электронно - микроскопическое исследование показывает что молекула иммуноглобулина имеет форму Y " игрек" с меняющимся углом между верхними отрезками (рис.4)

Молекула состоит из 4-х полипептидных цепей 2-х типов: тяжелых (Неаvy) или Н-цепей с молекулярной массой 50-55000 и легких (Light) - L-цепей с молекулярной массой 20-25000.

Тяжелые цепи в 2 раза длиннее легких и посередине изогнуты как клюшки. Легкие цепи располагаются кнаружи от верхних отрезков тяжелых цепей, составляющих разворот ""игрек"- молекулы. В единую структуру молекула иммуноглобулина соединена дисульфидными связями вместе перегиба тяжелых цепей и между Н и L-цепями. Обе пары полипептидных цепей иммуноглобулина по порядку расположения в них аминокйслот делятся на 2 части: одна из них - СООН концевая у всех молекул иммуноглобулина имеют одинаковую последовательность аминокислот (константная часть) и другая NH 2 - концевая представляет собой вариабельную часть, в которой расположение аминокислот меняется в зависимости от антигена, вызвавшего образование антител. В вариабельных участках находятся активные центры антител по размерам и конфигурации повторяющие пространственную рельефность детерминантных групп. Каждый активный центр любого иммуноглобулина соответствует детерминантной группе соответствующего антигена как «ключ замку».

Антитела двухвалентны (бивалентны). Это было доказано с помощью фермента папаина. Под влиянием этого фермента игрек-молекулу иммуноглобулина удалось расщепить на - 3 фрагмента. Два верхних Fab-фрагмента, содержащих по одному центру, связывающих антиген и нижний константный Fc-фрагмент (Fragment crystalline), не способный к взаимодействию с антигеном и представляющая постоянную СООН-концевую.

Молекула иммуноглобулина G имеет 2 активных центра. Поскольку строение активных центров иммуноглобулинов одного класса, но разной специфичности неодинаково, то эти молекулы (антитела одного класса, но разной специфичности) являются разными антителами. Эти различия обозначаются как идиотипические различия иммуноглобулинов, или идиотипы.

Молекулы иммуноглобулинов других классов построены по тому же принципу, что и Ig G, т. е. из мономеров, имеющих две тяжелых и две легких цепи, например иммуноглобулины класса М являются пентамерами (построены из 5 таких мономеров), а иммуноглобулины класса А - димерами или тетрамерами.

Количество мономеров, входящих в состав молекулы того или иного класса иммуноглобулина, определяет ее молекулярную массу. Самые тяжелые - это Ig М, самые легкие - Ig G, вследствие чего они и проходят через плаценту. Очевидно, также то, что иммуноглобулины разных классов имеют разное число активных центров: у Ig G их 2, а у Ig М – 10. В связи с этим они способны связать разное число молекул антигена и скорость этого связывания будет различной. Количество активных центров определяет валентность антител. Следовательно Ig G, Ig E, Ig D – двухвалентны, Ig M – 10 валентны, gv Ig A – 2 или 4.

Скорость связывания иммуноглобулинов с антигеном это их авидность. Прочность этой связи определяют как аффинитет.

Аффинность - сила специфического взаимодействия антитела с антигеном. Эта характеристика зависит от пространственного соответствия (комплементарность), структуры антигенсвязывающего центра и антигенной детерминанты. Чем выше их комплементарность, т. е. чем больше подходят друг другу, тем больше образуются межмолекулярных связей, тем выше устойчивость образования иммунного комплекса. Наибольшим аффинитетом обладают моноклональные антитела, наименьшим нормальные антитела.

Авидность - под этим термином понимают прочность связывания антигена с антителом. Эта характеристика определяется аффинностью и числом антигенсвязывающих центров. При равной аффинности наибольшей авидностью обладают Ig М, так как они имеют 10 антигенсвязывающих центров.

Если в молекуле антитела функционирует лишь один активный центр, она может связаться лишь с одной антигенной детерминантой без последующего образования сетевой структуры комплексов антиген-антитело. Такие антитела называются неполными. Они не дают видимых на глаз.реакций, но тормозят реакцию антигена с полными антителами. Неполные антитела играют важную роль в развитии резусконфликта, аутоиммунных заболеваний (коллагенозы) и другие и выявляются с помощью реакции Кумбса (антиглобулиновый тест).

Краткая характеристика иммуноглобулинов

Иммуноглобулины G - это наиболее распространенные антитела, составляют 70-80% всех антител человека. Молекулярная масса 160.000. Константа седиментации 7s. Среднее содержание в сыворотке крови человека 12 г\л. Ig G - мономер, имеет 2 антигенсвязывающих центра - следовательно двухвалентен. Эти антитела активно связывают растворимые антигены бактерий, вирусы, экзотоксины. Имея небольшую молекулярную массу через плаценту, проходят, играют важную роль в защите новорожденного от инфекций первые 3-4 мес. Ig G обладает высокой аффинностью, может быть неполным антителом. (рис.5)

Ig М - это первые антитела, которые появляются при антигенной стимуляции. По количеству составляют 5-15 % всех сывороточных иммуноглобулинов. Обладают крупной молекулой (мол.масса 960.000). Константа седиментации 19s. Среднее содержание в сыворотке 1 г\л. Пентамер, состоит из 5 субъединиц, каждая из которых имеет молекулярную массу близкую к Ig G. Через плаценту от матери к плоду не переходит. Плод синтезирует при внутриутробном инфицировании после 20 недель беременности.

Оказывает действие на Грам - бактерий, активирует фагоцитоз. Ig М обладает высокой авидностью, связывает комплемент, участвует в формировании сывороточного и секреторного гуморального иммунитета. Lg М во много раз активнее Ig G, т. к. имеют 10 активных центров. Большая часть изоагглютининов и нормальных антител относится к Ig М.

Ig А - различают сывороточный и секреторный Ig А.

Сывороточный Ig А составляет около 10-15 % сывороточных иммуноглобулинов. Сывороточный Ig А - мономер, имеет 2 антигенсвязывающих центра т. е. 2-х валентен. молекулярная масса 170.000.

Константа седиментации – 7s. В сыворотке 2.5 г\л. Сывороточный Ig А обезвреживает микробы и их токсины, проникшие в кровь. Ig A обладает высокой аффинностью, может быть неполным антителом, не связывает комплимент, не проходит через плацентарный барьер.

Секреторный Ig А - вырабатывается лимфоидными клетками слизистых оболочек дыхательных путей, полости рта, кишечника, мочевыводящих путей. Чаще существует в форме ди - тримера (т.е. 4 или 6 валентен). Мол. масса 350.000 и более. Константа седиментации 13 s и выше. Содержится в молозиве, слюне, слезной жидкости, слизи кишечника, поте. Играет существенную роль в местном иммунитете. Секреторный Ig А активирует комплемент и стимулирует фагоцитарную реакцию в слизистых оболочках.

Ig Е - представляет важный класс антител, названных реагинами. Молекулярная масса около 190.000, константа седиментации 8s Ig Е - мономер. Составляет около 0,002% всех циркулирующих антител. Ig Е синтезируется зрелыми В-лимфоцитами и плазматическими клетками преимущественно в лимфоидной ткани бронхиального дерева и ЖКТ. Ig Е не связывает комплемент, не проходит через плаценту. Обладает выраженной цитофильностью - тропностью к тучным клеткам и базофилам, участвует в развитии аллергических реакций 1 типа.

Ig D - сведений об этом иммуноглобулине немного. Составляет около 0,2% общего количества циркулирующих в сыворотке иммуноглобулинов. Мономер, молекулярная масса 160.000, константа седиментации-7s. Функция недостаточно изучена. Считают, что обуславливает ряд аутоаллергических реакций при заболеваниях щитовидной железы.

Динамика антителообразования

Динамика образования антител имеет различный характер в зависимости от силы и частоты антигенного воздействия, состояния иммунной системы организма(рис.6)

При первичном и повторном введении антигена динамика антителообразования имеет различный характер и протекает в несколько стадий. Различают индуктивную (латентную) и продуктивную стадии антителообразования. Индуктивная стадия длится от момента антиген попадания антигена в организм до появления антител в крови. Продолжительность индуктивной стадии при первичном иммунном ответе составляет 3-5 суток. Затем наступает продуктивная стадия, в которой различают:

Логарифмическая фаза – когда наблюдается интенсивное поступление синтезированных антител из плазмоцидов в крови и лимфу;

В стационарной фазе количество специфических антител достигает максимума, продолжительность этой фазы 15-30 суток;

Фаза снижения, когда отмечается постепенное снижение титров антител. Продолжительность этой фазы 1-6 месяцев и более.

Такая динамика антителообразования наблюдается при первичном контакте с антигеном и называется первичным иммунным ответом. Повторный контакт с тем же антигеном формирует вторичный иммунный ответ.

Кривая вторичного иммунного ответа характеризуется укорочением латентной фазы от нескольких часов до 1-2 суток. Логарифмическая фаза отличается более интенсивной динамикой прироста и более высоким титром антител. Стационарная фаза и фаза снижения характерна более затяжная динамика - несколько месяцев и даже лет. Динамику антителообразования при первичном и вторичном иммунном ответе можно изобразить в виде кривой (табл…..).

Явление вторичного иммунного ответа используют при введении вакцин т. к. при повторной встрече с одним, и тем же антигеном организм реагирует более активным более быстрым, формированием иммунного ответа. Это явление называется иммунологической памятью. Иммунологическая память распространяется как на гуморальный, так и на клеточный иммунитет, и сохраняется годами и даже десятилетиями.

Эту форму иммунного ответа осуществляют В-лимфоциты, которые составляют около 1% всех лимфоцитов и называютсяе В-лимфоцитами памяти. Эти клетки не отличаются морфологически от других В-лимфоцитов, но обладают специальным активным геном.

Клетки памяти отличаются более высокой специфичностью к конкретной антигенной детерминанте и большой продолжительностью жизни до 10 лет и более.

Иммунологическая толерантность - явление противоположное иммунному ответу и иммунологической памяти.

Иммунологическая толерантность проявляется тем, что на повторное введение антигенов вместо выработки иммунитета организм отвечает ареактивностью, т. е. не отвечает на антиген, толерантен к нему.

Явление иммунологической толерантности было открыто П. Медаваром и М. Гашеком в 1953 г.

Медавар с сотрудниками показали, что если ввести какой-либо антиген в эмбрион, то родившееся животное будет нечувствительно к этому антигену. Антигены, вызывающие иммунологическую толерантность называются толерогенами. Толерогенами могут быть практически все антигены, наибольшей толерогенностью обладают полисахариды.

Иммунологическая толерантность бывает врожденной и приобретенной.

Врожденная толерантность - отсутствие реакции иммунной системы на свои собственные антигены.

Приобретенную толерантность можно создать вводя в организм вещества, подавляющие иммунитет (иммунодепрессанты) или путем введения антигена в эмбриональном периоде.

Механизм толерантности многообразен и до конца не ясен.

Феномен иммунологической толерантности имеет большое практическое значение. Используется для решения многих важных проблем медицины, таких как пересадка органов и тканей, подавление аутоиммунных реакций, лечение аллергий и т. д.

Антителаминазываются сывороточные белки, образующиеся в ответ на действие антигена. Они относятся к сывороточным глобулинам, поэтому называются иммуноглобулины (Ig). Через них реализуется гуморальный тип иммунного ответа.

Антитела обладают двумя свойствами:

Специфичность, т. е. способность вступать во взаимодействие с антигеном, аналогичным тому, который индуцировал (вызвал) их образование;

Гетерогенностьпо физико-химическому строению, по специфичности, по генетической детерминированности образования (по происхождению).

Все иммуноглобулины являются иммунными, т. е. образуются в результате иммунизации, контакта с антигенами. Тем не менее по происхождению они делятся на:

Нормальные(анамнестические) антитела, которые обнаруживаются в любом организме как результат бытовой иммунизации;

Инфекционные антитела,которые накапливаются в организме в период инфекционной болезни;

Постинфекционные антитела,которые обнаруживаются в организме после перенесенного инфекционного заболевания;

Поствакцинальные антитела,которые возникают после искусственной иммунизации.

Антитела (иммуноглобулины) всегда специфичны антигену, индуцировавшему их образование. Тем не менее противомикробные иммуноглобулины по специфичности делятся на те же группы, что и соответствующие микробные антигены:

Группоспецифические;

Видоспецифические;

Вариантспецифические;

Перекрестнореагирующие.

В настоящее время довольно часто методами биотехнологии и/или генной инженерии получают иммуноглобулины, продуцируемые одним клоном клеток. Они называются моноклональными антителами. Их продуценты – клетки-гибридомы, являющиеся потомками, полученными при скрещивании В-лимфоцита (плазматической клетки) с опухолевой клеткой. От плазматической клетки гибридома наследует способность к синтезу антител, а от опухолевой клетки – способность длительно культивироваться вне организма.

Помимо специфичности одним из основных свойств иммуноглобулинов является их гетерогенность, т. е. неоднородность популяции иммуноглобулинов по генетической детерминированности их образования и по физико-химическому строению.

Тема: Иммуноглобулины

1. Строение иммуноглобулинов (на примере молекулы иммуноглобулина G)

По своему химическому строению иммуноглобулины – это гликопротеиды.

По физико-химическим и антигенным свойствам иммуноглобулины делятся на классы: G, M, A, E, D.

Молекула иммуноглобулина G построена из двух тяжелых (Н-цепей) и двух легких полипептидных цепей (L-цепи). Каждая полипептидная цепь состоит из вариабельной (V), стабильной (константной, С) и так называемой шарнирной частей. Тяжелые цепи иммуноглобулинов разных классов построены из разных полипептидов (гамма, мю, альфа, дельта, эпсилон, соответственно), и потому являются разными антигенами. Это изотипические различия иммуноглобулинов. Легкие цепи иммуноглобулинов разных классов представлены двумя типами полипептидов – каппа и лямбда.

Вариабельные участки значительно короче константных участков. Каждая пара легких и тяжелых полипептидных цепей в их С-частях, а также тяжелые цепи между собой связаны дисульфидными мостиками. Ни тяжелые, ни легкие цепи свойствами антител (взаимодействие с гаптенами) не обладают. При гидролизе папаином молекула иммуноглобулина G распадается на 3 фрагмента – 2 Fab-фрагмента и Fc-фрагмент. Последний представляет собой остатки тяжелых цепей, их константные части. Он не обладает свойством антитела (не взаимодействует с антигеном), но обладает сродством к комплементу, способен фиксировать и активировать его. В связи с этим этот фрагмент и обозначается как Fc-фрагмент (фрагмент комплемента). Этот же Fc-фрагмент обеспечивает прохождение иммуноглобулинов G через гематоэнцефалический или плацентарный барьеры.

Два других фрагмента иммуноглобулина G представляют собой остатки тяжелой и легкой цепи с их вариабельными частями. Они идентичны друг другу и обладают свойством антител (взаимодействуют с антигеном), в связи с этим эти фрагменты и обозначаются как Fab (фрагмент– антитело).

Поскольку ни тяжелые, ни легкие цепи не обладают свойством антитела, но оно выявляется у Fab фрагментов, очевидно, что за взаимодействие с антигеном ответственны именно вариабельные части тяжелых и легких цепей. Они формируют уникальную по строению и пространственной организации структуру – активный центр антитела. Каждый активный центр любого иммуноглобулина соответствует детерминантной группе соответствующего антигена как «ключ замку».

Молекулы иммуноглобулинов других классов построены по тому же принципу, что и Ig G, т. е. из мономеров, имеющих две тяжелых и две легких цепи, но иммуноглобулины класса М являются пентамерами (построен из 5 таких мономеров), а иммуноглобулины класса А – димером или тетрамером.

Количество мономеров, входящих в состав молекулы того или иного класса иммуноглобулина, определяет ее молекулярную массу. Самые тяжелые – это Ig М, самые легкие – Ig G, вследствие чего они и проходят через плаценту. Очевидно также то, что иммуноглобулины разных классов имеют разное число активных центров: у Ig G их 2, а у Ig М – 10. В связи с этим они способны связать разное число молекул антигена и скорость этого связывания будет различной. Скорость связывания иммуноглобулинов с антигеном – это их авидность. Прочность этой связи обозначают как аффинитет. Ig М высокоавидны, но низкоафинны, Ig G – наоборот, низкоавидны, но высокоафинны.

Если в молекуле антитела функционирует лишь один активный центр, она может связаться лишь с одной антигенной детерминантой без последующего образования сетевой структуры комплексов антиген-антитело. Такие антитела называются неполными. Они не дают видимых на глаз реакций, но тормозят реакцию антигена с полными антителами. Неполные антитела играют важную роль в развитии резус-конфликта, аутоиммунных заболеваний (коллагенозы) и другие и выявляются с помощью реакции Кумбса (антиглобулиновый тест).

2. Защитная роль иммуноглобулинов разных классов

Защитная роль иммуноглобулинов разных классов также не одинакова.

Иммуноглобулины класса Е (реагины) реализуют развитие аллергических реакций немедленного типа (гиперчувствительность немедленного типа – ГНТ). К Fab фрагментам фиксированных в тканях реагинов (Fc-фрагмент связан с рецепторами тканевых базофилов) присоединяются поступающие в организм аллергены (антигены), что приводят к освобождению биологически активных веществ, запускающих развитие аллергических реакций. При аллергических реакциях тканевые базофилы повреждаются комплексом антиген-антитело и выделяют гранулы, содержащие гистамин и другие биологически активные вещества.

Иммуноглобулины класса А могут быть:

Сывороточными (синтезируются в плазматических клетках селезенки, лимфатических узлов, имеют мономерную и димерную структуру молекулы и составляют 80 % содержащегося в сыворотке Ig А);

Секреторными (синтезируются в лимфатических элементах слизистых оболочек).

Последние отличаются наличием секреторного компонента (бета-глобулин), присоединяющегося к молекуле иммуноглобулина а при его прохождении через эпителиальные клетки слизистой.

Секреторные иммуноглобулины играют существенную роль в местном иммунитете, препятствуя адгезии микроорганизмов на слизистых оболочках, стимулируют фагоцитоз и активируют комплемент, могут проникать в слюну, молозиво.

Иммуноглобулины класса М первыми синтезируют в ответ на антигенное раздражение. Они способны связывать большое количество антигенов и играют важную роль в формировании антибактериального и антитоксического иммунитета.

Большую часть сывороточных антител составляют иммуноглобулины класса G, на долю которых приходится до 80 % всех иммуноглобулинов. Они образуются на высоте первичного и вторичного иммунного ответа и определяют напряженность иммунитета против бактерий и вирусов. Кроме того, они способны проникать через плацентарный и гематоэнцефалический барьер.

Иммуноглобулины класса Dв отличие от иммуноглобулинов других классов содержат N-ацетилгалактозоамин и не способны фиксировать комплемент. Уровень Ig D повышается при миеломной болезни и хронических воспалительных процессах.

ТЕМА: Иммунный статус

ЛЕКЦИЯ 5

Строение и свойства антител

1 Молекулярная структура антител

2 Физико-химические свойства антител

3Антигенные свойства иммуноглобулинов, понятие об аллотипах, идиотипах и изотипах.

Первое специфическое антитело было обнаружено Берингом и Китазато в 1890 г. При этом о природе обнаруженного столбнячного антитоксина, кроме его специфичности и присутствия в сыворотке иммунного животного, ничего определенного сказать было нельзя. При электрофорезе сыворотки крови (1937 год), полученной от иммунизированных животных наблюдается значительное увеличение гамма-глобулиновой фракции. Адсорбция такой сыворотки антигеном, который был использован для иммунизации, снижает содержание белка в этой фракции до уровня, свойственного интактным животным.

При анализе структуры и функции иммуноглобулинов следует различать два понятия: гетерогенность и вариабельность .

Гетерогенность определяет свойства иммуноглобулинов, обусловленные константной (С) частью молекулы, т.е. теми структурными особенностями, которые позволяют делить всю группу этих белков на классы, подклассы, аллотипы и типы легких цепей. Гетерогенность подразумевает также различия в функциональной активности разных классов иммуноглобулинов за исключением их свойства специфического взаимодействия с антигеном.

Вариабельность - это индивидуальная характеристика иммуноглобулинов, относящихся к одному и тому же классу или подклассу. Она проявляется в специфической антигенсвязующей активности и обусловлена меняющейся от белка к белку последовательностью аминокислотных остатков в N-концевой части молекулы. Два свойства иммуноглобулинов - гетерогенность и вариабельность - определяют функциональный дуализм данной группы белковых молекул

Каждая иммуноглобулиновая молекула имеет активный (антигенсвязывающий) центр (паратоп) и участок, не связанный с основным антигенраспознающим свойством антител, но выполняющий эффекторные физиологические функции. Две молекулы иммуноглобулина, распознающие тот же самый антиген, могут проявлять разную физиологическую активность. В то же время иммуноглобулины, специфичные к разным антигенам, в физиологическом отношении могут быть идентичными.

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).
Молекулярная структура антител

У млекопитающих известно пять классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgE и IgD, которые имеют общий план строения, но отличаются структурными особенностями тяжелых (Н) цепей.

Первый шаг к пониманию строения иммуноглобулинов был сделан английским исследователем Р.Портером в 1959 г. Он продемонстрировал, что обработка кроличьих антител IgG-класса ферментом папаином расщепляет молекулу на два основных фрагмента с мол. массами 45 кД и 50 кД. Один из этих фрагментом сохранял способность связывать антиген и в силу этого получил название Fab-фрагмента (от англ. "antigen binding"). Второй фрагмент не взаимодействовал с антигеном. Его удалось легко кристаллизовать, что и послужило основанием для его обозначения как Fc-фрагмента (от англ. "ciystallizable"). В количественном отношении Fab-фрагментов в два раза больше, чем Fc-фрагментов. Естественно было предположить, что молекула IgG имеет два участка, которые взаимодействуют с антигеном, и один участок - антигенноинертный. Выяснено, что папаин разрушает иммуноглобулин в шарнирной области , выше межцепьевых, дисульфидных связей, что и приводит к образованию двух идентичных и одного отличающегося участков (рис.).

При работе с пепсином выделен один двухвалентный антигенсвязывающий фрагмент. Часть молекулы IgG, соответствующая Fc-фрагменту, полностью разрушается. Получение двухвалентного фрагмента иммуноглобулина обеспечено действием пепсина на дистальный конец шарнирной области. В результате N-концевая половина молекулы остается нетронутой. Такой двухвалентный фрагмент обозначают как F(ab)2.

меркаптоэтанол

Рис. Определение структуры АТ с помощью протеолитических ферментов

Исследования Эдельмана, выполненные с использованием меркаптоэтанола и ряда других соединений, которые разрушают межцепьевые -S-S- связи, показали наличие в молекуле иммуноглобулина двух тяжелых (Н) цепей с мол. массой каждой из них около 50 кД и двух легких (L) с мол. массой 25 кД.

Для получения информации о строении и молекулярных основах специфичности антител необходимо было иметь значительное количество полностью идентичных иммуноглобулинов. Исследования с сывороточными антителами от нормальных доноров не давали такой возможности, так как подобные антитела, являясь производными нескольких клеточных клонов, могли варьировать по тонкой специфичности антигенсвязывающего центра и, кроме того, относиться к различным классам иммуноглобулинов. Необходима была экспериментальная модель, позволяющая работать с иммуноглобулинами, продуцируемыми одним клоном клеток и в силу этого представляющими собой полностью идентичные молекулы. Такой моделью являются злокачественно трансформированные плазматические клетки больных миеломой.

Изучение полной аминокислотной последовательности различных миеломных белков выявило принципиальные особенности в строении иммуноглобулинов. Иммуноглобулины разных классов характеризуются общим планом строения.

На рисунке представлена схема организации IgG.

Этот иммуноглобулин содержит две тяжелые (Н) цепи и две легкие (L) цепи, которые объединены в четырехцепочечную молекулу посредством ковалентных, межцепьевых, дисульфидных связей (-S-S-).

Каждая цепь включает вариабельную область (соответственно V L и V H для V- и Н- цепей), от которой зависит специфичность иммуноглобулинов как антител, и константную (С), подразделяющуюся на гомологичные участки: С н 1, С н 2, С н 3. L-цепь имеет один константный участок (C 1). Между СН1 и Сн2 расположена так называемая шарнирная область, обогащенная пролиновыми остатками. Повышенноесодержание пролина в данной области обеспечивает конформационную гибкость молекулы, что необходимо для лучшего взаимодействия с антигенными детерминантами, более выраженными на поверхности клеток.

Впервые в 1969 г., еще до получения рентгенострукгурных данных, Дж. Эдельман предположил, что каждый гомологичный участок организован в замкнутую сферу - доме н , за счет внутри цепьевых дисульфидных связей, образующихся полуцистеиновыми остатками. Дисульфидная связь замыкает в петлю около 60 аминокислот. Приблизительно по 20 аминокислот, не входящих в замкнутую часть участка, служат для взаимодействия с соседними доменами.

Рис. Принцип доменной организации иммуноглобулинов.

Цифры обозначают последовательность аминокислотных остатков в полипептидах
Рентгеноструктурный анализ подтвердил общий принцип доменной организации полипептидных цепей иммуноглобулинов и вскрыл ряд тонких деталей строения.

В пространственной организации IgG человека тяжелые и легкие цепи, взаимодействуя друг с другом, образуют плотно упакованную структуру с тремя частями: два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент.

Рис. 2.7. Трехмерная структура IgG человека.

Светлое и темно-серое изображение обозначают тяжелые цепи; светло-серое - легкие цепи; черное - углеводы
ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

Антигенсвязывающий участок, или активный центр антител, формируется при взаимодействии V H - и V L -доменов. Изменения в последовательности аминокислотных остатков этих доменов от белка к белку определяют собственно меняющуюся специфичность антител.

Классификация V-доменов иммуноглобулинов

Все V-домены делятся на три основные группы: для легких цепей κ- и λ-типов соответственно, и V H - для тяжелых цепей. Каждая группа включает в свою очередь несколько подгрупп: Vκ - три, Vλ -пять и V H - четыре. Белки одной подгруппы имеют около 75% идентичных остатков, тогда как белки разных подгрупп идентичны только в 50% положений. Число индивидуальных вариантов для всех четырех подгрупп V H - более 30000, для Vκ- более 1000.

В общей линейной последовательности аминокислотных остатков V-доменов имеются положения консервативные, где замены одних аминокислот на другие незначительны или даже отсутствуют, и положения с частыми заменами. Эти последние получили название гипервар иа бельных участков.

Количество гипервариабельных положений по отношению к количеству относительно инвариантных положений незначительно и составляет всего 15-20% от общего числа аминокислотных остатков V-домена.

Пространственная организация антигенсвязывающего участка

С помощью метода рентгеноструктурного анализа кристаллизованных белков выяснена "морфология" V-доменов.

Рис. Пространственное объединение гипервариабельных участков V-домене тяжелой цепи IgG человека (миеломного белка).

Конформационная особенность V-домена состоит в том, что все гипервариабельные участки в результате формирования третичной структуры оказываются в непосредственной близости друг от друга (черные участки рисунка). Каркасные (инвариантные) участки взаимодействуют с соответствующими участками V L - домена при формировании антигенсвязывающего центра (заштрихованные участки рисунка)

ГЕТЕРОГЕННОСТЬ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

Принадлежность иммуноглобулинов к тому или иному классу и подклассу зависит от характерных особенностей строения константной (С) области Н-цепи (количества и последовательности аминокислотных остатков, молекулярной массы, количества доменов и межцепьевых дисульфидных мостиков, связывания олигосахаридов и др. свойств).

Основные физико-химические и биологические свойства иммуноглобулинов человека

Свойство	IgM	IgG	IgA	IgD	IgE
Молекулярная формула	пентамер	мономер	мономер, димер	мономер	мономер
Обозначения:
Н-цепи
L-цепи
Молекулярная формула
Дополнительные цепи	J-цепь		J-цепь, секреторный компонент
Подклассы		IgG 1, IgG2, IgG3, IgG 4	IgA 1, IgA2
Количество доменов	5	4	4	4	5
Молекулярная масса	950 000	150 000	160 000	175 000	190 000
Валентность антител
Концентрация в сыворотке (мг/100 мл)	125±50	1250±300	210±50	4	0,03
Процент от общего количества	5-10	75-85	7-15	0,3	0,003
Период полураспада (дни)	5,1	23	5,8	2,8	2,5
Скорость синтеза (мг/кг в день)	6,7	33	24	0,4	0,016
Агглютинирующая активность	100	1	-	-	-
Фиксация комплемента	+	+	-	-	-
Другие биологические свойства	первичный иммунный ответ, ревматоидный фактор	вторичный иммунный ответ; перенос через плаценту	характерные антитела в секретах	основная молекула поверхности лимфоцитов	анафилаксия; аллергия

Антигенная структура Как все белки, иммуноглобулины являются антигенами и по отношению к ним вырабатываются антииммуноглобулины , т. е. - антитела против антител.

В молекулах иммуноглобулинов различают три вида детерминант:

изотопические,

аллотипические

и идиотипические.

Изотипические и аллотипические детерминанты локализованы в С-областях иммуноглобулинов и специфичны для Н- и L-цепей определенного типа.Дифференциация иммуноглобулинов на классы и подклассы зависит от различия строения тяжелых цепей. Известно 9 изотипов, характеризующихся тяжелыми цепями γl , γ 2, γ З и γ 4 , μ, α1 и α2, σ,ε.

Изотипические детерминанты (изотип) разных классов иммуноглобулинов-идентичны для всех особей определенного вида;

Аллотипические детерминанты (аллотип) - кодируются аллельными генами и у одних особей имеются, а у других отсутствуют.

Идиотипические детерминанты (идиотип)расположены в антигенсвязывающих центрах и часто ассоциированы с гипервариабельными участками иммуноглобулинов. Идиотип – особенности строения антигенсвязывающего центра, определяющие специфичность антитела. Антитела, относящиеся к одному и тому же изотипу, но выработанные на различные АГ, называются идоитипом.

Идиотипические детерминанты Уникальны для структуры антигенсвязывающих центров определенных антител, имеются у отдельных индивидуумов популяции и выявляются с помощью антиидиотипических антител.

Иммунизируя животных антителами с определенным идиотипом, можно получать антитела, специфически реагирующие с этим идиотипом (антиидиотипические АТ), причем антигенсвязывающие области антиидиотипических АТ будут фактически отражать структуру антигенной детерминанты, на которую был вызван синтез антител указанного идиотипа.

ИС функционирует как развитая и устойчивая сеть идиотип-антиидиотип. Антиидиотипические АТ играют существенную роль в регуляции иммунного ответа.

Категории

Популярное