3 Антитела. Определение. Структура молекулы иммуноглобулина. Молекула антитела


3 Антитела. Определение. Структура молекулы иммуноглобулина.

Антитела – это иммуноглобулины сыворотки крови, специфично взаимодействующие с определенным антигеном.

Антитела составляют основу гуморального иммунитета.

Свойства антител: аффинность, авидность.

Аффинность – это сила (активность) связывания (сродство) активного центра антитела с эпитопом антигена (антигенной детерминантой. Степень аффинности определяется степенью (уровнем) совпадения конфигураций, комплементарностью активного центра антитела с эпитопом антигена, подобно ключу в замочной скважине.

Авидность – это прочность (жадность) связывания всей иммуноглобулиновой молекулы с антигеном. Авидность зависит как от аффинности, так и от валентности (количества активных центров) антител. При равной аффинности у Ig M авидность больше, чем у Ig G.

Моноклональные антитела – это высокоспецифические антитела с большой степенью авидности к определенной детерминантой группе антигена, продуцируемые одним клоном В-клеток. Обычно при иммунизации антигеном в сыворотке крови появляется широкий спектр Ат с различной аффинностью, то есть различной конфигурацией активного центра антител (паратопа). Это обусловлено тем, что антиген стимулирует большое количество клонов В-лимфоцитов. Получаемые таким образом поликлональные иммунные антитела и сыворотки представляют смесь иммуноглобулиновых молекул различных классов. Впервые методику получения моноклональных антител гибридомную технологию предложили Д.Келлер и Ц. Мильштейн в 1975 г. Технология получения гибридом состоит из нескольких этапов. Вначале проводят иммунизацию мышей антигеном. Из селезенки животных получают В-лимфоциты, продуцирующие специфичные антитела. Затем проводят слияние этих В-лимфоцитов с В-клетками мышиной опухоли - плазмоцитомы с помощью полиэтиленгликоля, разрушающего клеточные мембраны. Клетки плазмоцитомы не способны к синтезу Ат, но делятся непрерывно, являются «бессмертными», т.к. опухолевые. Слияние геномов этих клеток под одной клеточной мембраной приводит к появлению гибридных клеток. Получившаяся гибридома приобретает способность к синтезу специфических антител (от иммунных В-лимфоцитов) и становится долгоживущей, непрерывно делящейся (как плазмоцитома). Гибридомы отделяют от исходных клеток культивироанием на элективной ГАТ-среде (содержит гипоксантин, аминоптерин, тимидин). Выращенную смесь гибридных клеток разводят до 1 клетки в 1 объеме жидкой питательной среды в лунке микропанели и размножают (клонируют). Имея одинаковые структуру, идиотип и специфичность, моноклональные антитела нашли широкое применение в идентификации различных видов микробов, гормонов, медиаторов, маркеров лимфоцитов (CD), при определении совместимости тканей, групп крови.

Структура молекулы иммуноглобулина.

Структура молекулы иммуноглобулина была расшифрована Р. Портером и Д. Эдельманом с помощью протеолитических ферментов. Исследования Д. Эдельмана, выполненные с использованием меркаптоэтанола, который разрушает межцепьевые дисульфидные связи (-S-S-), показали наличие в молекуле иммуноглобулина двух тяжелых Н-цепей (heavy, по 50 кД) и двух легких L-цепей (light, по 25 кД). Р. Портер (1959) показал, что обработка кроличьих Ig G ферментами папаином (выше дисульфидных связей), а пепсином (ниже дисульфидных связей –тогда Fc-фрагмент разрушается) расщепляет молекулу на три фрагмента. Два из них Fab-фрагмент (fragment antigen binding) не кристаллизующиеся, способны связывать антигены и один Fc-фрагмент (fragment crystallizable) легко кристаллизующийся, но не связывающий антиген.

Как в Н-, так и в L-цепях имеется вариабельная (V) область, в которой последовательность аминокислот непостоянна, и константная (С) область с постоянным набором аминокислот. Вариабельные области Н- и L-цепей формируют Fab-фрагменты антитела.

L-цепи у иммуноглобулинов всех классов являются общими и бывают двух типов:  (лямбда) и  (каппа). Н-цепи иммуноглобулинов различаются по антигенности и соответственно классам Ig G, Ig М, Ig А, Ig Е и Ig D различают полипептидные -, -, -, -, -цепи (420-700 аминокислотных остатков).

4

Свойства антител всех классов.

В зависимости от структуры тяжелых цепей выделяют 5 классов (изотипов) антител: Ig G, Ig М, Ig А, Ig Е и Ig D.

Ig класса G – составляют основную массу иммуноглобулинов сыворотки крови (75-85%), концентрация в крови – 8-12 г/л. Двухвалентный. IgG неоднородны по строению Fc-фрагмента и различают их четыре субкласса G1, G2, G3, G4, процентное соотношение которых 65:20:10:5. IgG является единственным иммуноглобулином, проникающим через плаценту в организм плода, формируя пассивный иммунитет у новорожденных и детей раннего возраста. При первичном иммунном ответе максимальные титры IgG наблюдаются на 6-8 сутки. G составляют основную массу антител при вторичном иммунном ответе. При образовании комплекса IgG с антигеном комплемент активируется по классическому пути. IgG участвуют в реакциях лизиса, нейтрализации, опсонизации (усиливают фагоцитоз за счет специфического связывания с рецептором к Fc-фрагменту на мембране фагоцитов).

Ig класса М – пентамер из 5 субъединиц, соединенных дисульфидными связями, имеет 10 Аг-связывающих участков. Концентрация Ig М в крови – 1 г/л. Ig М образуются первыми при первичном иммунном ответе, т.е. обнаружение Ig М к конкретному возбудителю указывает на наличие острого инфекционного процесса. Мономеры Ig М являются рецепторами В-лимфоцитов. Ig М агглютинируют, преципитируют, опсонизируют, антигены, активируют комплемент по классическому пути.

Ig класса А – подразделяются на сывороточный и секреторный (sIgA). Концентрация IgА в крови – 2 г/л. В крови IgА присутствует в виде мономеров, а в секретах (слюне, слезной жидкости, кишечной слизи и т.д.) в форме димеров или тримеров. Димеры характеризуются наличием дополнительной J-цепи, сшивающей два мономера в области Fc-фрагмента, и секреторного компонента, который присоединяется к IgА при прохождении через эпителиальные клетки. Секреторный компонент обеспечивает защиту IgА от расщепления протеолитическими ферментами секретов. Секреторные IgА осуществляют местный иммунитет, препятствуют адгезии микроорганизмов (бактерий и вирусов) к эпителию слизистых оболочек. Новорожденные получают секреторный иммуноглобулин А с молоком матери.

Ig класса Е - Концентрация в крови – в норме 0,25 мг/л, при аллергических заболеваниях до 1,6 мг/л. Иммунный комплекс антигена и IgЕ специфически взаимодействует с рецепторами к Fc-фрагменту IgЕ тучных клеток и базофилов, вызывая их дегрануляцию – выброс гистамина, серотонина и т.д., т.е. развитие гиперчувствительности немедленного типа. Считают, что IgЕ играет защитную роль при гельминтозах и протозойных заболеваниях, в частности способствует усилению фагоцитарной активности макрофагов и эозинофилов.

Ig класса D – биологическая роль этого Ig не установлена. Ig D служат рецепторами созревающих В-лимфоцитов. Увеличение титра IgD отмечается при беременности, системной красной волчанке, бронхиальной астме и у лиц с иммунодефицитами.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ АНТИТЕЛ:

  1. Нейтрализация активных центров токсинов,

  2. Образование комплекса антиген-антитело, который активирует комплемент с последующим лизисом клетки,

  3. Опсонизация объекта фагоцитоза,

Связывание с Fc-рецепторами лейкоцитов, которые приобретают способность специфично взаимодействовать с антигенами.

studfiles.net

Молекулярное строение антител

Биотехнологии Молекулярное строение антител

просмотров - 161

Природа антител

Антитела и антителообразование

Одной из форм реагирования иммунной системы в ответ на внедрение в организм антигена является биосинтез антител— белков, специфически реагирующих с антигенами, антитела, также как и фагоцитоз, — это одна наиболее филогенетически древних форм иммунной защиты. Антительный ответ обна­шивается уже у некоторых видов рыб.

Антитела относятся к γ-глобулиновой фракции белков сыворотки крови. На долю γ-глобулинов приходится 15-25 % белково­го содержания сыворотки крови, что состав­ляет примерно 10-20 г/л. По этой причине антитела получили название иммуноглобулинов (Ig). Следовательно, антитела — это γ-глобулины, вырабатыва­емые в ответ на введение антигена, способ­ные специфически связываться с антигеном и участвовать во многих иммунологических реакциях. Антитела синтезируются В-лимфоцитами и их потомками — плазматичес­кими клетками.

Иммуноглобулины существуют в циркули­рующей форме, в виде рецепторных молекул на иммунокомпетентных клетках и миеломных белков. Циркулирующие антитела под­разделяются на сывороточные и секреторные. К антителам бывают также отнесены белки Бенс-Джонса, которые являются фрагмента­ми молекулы Ig (его легкая цепь) и синтезиру­ются в избытке при миеломной болезни.

Строение и функцию антител изучали мно­гие видные ученые. П. Эрлих (1885) пред­ложил первую теорию гуморального имму­нитета. Э. Беринг и С. Китазато (1887) по­лучили первые антитоксические сыворотки к дифтерийному и столбнячному токсинам. А. Безредка (1923) разработал метод безопас­ного введения пациентам лечебных иммунных сывороток. Уже в наши дни большая заслуга в расшифровке строения молекулы Ig при­надлежит Д. Эдельману и Р. Портеру (1959), а разгадка многообразия антител — трудам Ф. Бернета (1953) и С. Тонегавы (1983).

Вследствие высокой специфичности и зна­чимости в формировании гуморального имму­нитета͵ антитела используют для диагностики, профилактики и лечения соматических и ин­фекционных заболеваний, выделœения и очистки биологически активных веществ. Для этого на основе специфических иммуноглобулинов созданы соответствующие иммунобиологичес­кие препараты (лечебные и диагностические сыворотки, диагностикумы и пр.).

Иммуноглобулины являются гликопротеидами. Их молекула состоит из нескольких полипептидных цепей, стабилизированных сахаридными остатками. При нагревании выше 60 °С молекула Ig дена­турируется. Иммуноглобулины р азличаются по структуре, атигенному составу, по выполняемым функциям.

Молекулы Ig имеют универсальное строение. В случае если молекулу Ig обработать 2-мер-каптоэтанолом, то она распадется на 2 пары полипептидных цепей: две тяжёлых (550-660 аминокислотных остатков, молекулярный вес 50 кДа) и две легких (220 аминокислотных остатков, молекулярный вес — 20—25 кДа). Обозначают их как Н- (от англ. heavy — тя­желый) и L- (от англ. light — легкий) цепи. Тяжелые и легкие цепи связаны между собой попарно дисульфидными связями (-S-S-).

Между тяжелыми цепями также есть дисульфидная связь. Это так называемый «шар­нирный» участок. Такой тип межпептидно­го соединœения позволяет менять конформацию в зависимости от окружающих условий и состояния. Шарнирный участок ответствен за взаимодействие с первым ком­понентом комплемента (С1) и активацию его по классическому пути.

Легкие и тяжелые полипептидные цепи молекулы Ig бывают различных типов, которые определяются последовательностью аминокислот. У легких цепей известно 2 типа: κ и λ, (каппа и лямбда), тяжелых цепей - 5 типов: α, γ, μ, ε и δ (альфа, гамма, мю, эпсилон и дельта), — которые имеют также и внутреннее подразделœение. Среди многообразия цепей α-типа выделяют αl- и α2- подтипы, а μ-цепей— μ1- и μ2-. Для γ-цепи известны 4 подти­па: молекулы Ig γl-, γ2-, γ3- и γ4-.

Отдельные участки цепи молекулы Ig свернуты в глобулы (домены), которые со­единœены линœейными фрагментами. Домены стабилизированы дисульфидной связью. Таких доменов в составе тяжелой цепи Ig бывает 4-5. а в легкой — 2. Каждый домен состоит примерно из 110 аминокислот­ных остатков.

Домены различаются по постоянству ами­нокислотного состава. Выделяют С-домены (от англ. constant — постоянный), с постоянной структурой полипептидной цепи, и V-домены (от англ. variable— измен­чивый), с переменной структурой. В составе легкой цепи есть по одному V- и С-домену, а в тяжелой — один V- и 3—4 С-домена. Изменчивость характерна только для 25 % вариабельного домена (гипервариабеная область)

Вариабельные домены легкой и тяжелойцепи совместно образуют участок, которыйспецифически связывается с антигеном.Это антигенсвязывающий центрмолекулыIg, или паратоп.

Гипервариабельные области тяжелой и лег­кой цепи определяют специфичность антигенсвязываюшего центра.

Обработка ферментами молекулы Ig при­водит к ее гидролизу на фраг­менты. Так. папаин разрывает молекулу вы­ше шарнирного участка и ведет к образо­ванию трех фрагментов. Два из них способны специфически связываться с антигеном. Οʜᴎ состоят из цельной легкой цепи и участка тяжелой (V- и С-домен), и в их структуру входят антигенсвязываюшие участки. Эти фрагменты получили название Fab (от англ. «фрагмент, связывающийся с ан­тигеном»). Третий фрагмент, способный обра­зовывать кристаллы, получил название Fc (от англ. «фрагмент кристаллизующийся»). Он от­ветствен за связывание с рецепторами на мембране клеток макроорганизма (Fc-рецепторы) и некоторыми микробными суперантигенами (к примеру, белком А стафилококка). Пепсин расщепляет молекулу Ig ниже шарнирного участка и ведет к образованию 2 фрагментов: Fc и двух сочлененных Fab. или F(ab)2.

В структуре моле­кул Ig обнаруживают дополнительные поли­пептидные цепи. Так. полимерные молекулы IgMи IgA содержат J-nenmud (от англ. join — соединяю). Он объединяет отдельные мономе­ры в единое макромолекулярное образование и обеспечивает превращение полимерного Ig в секреторную форму.

Молекулы секреторных Ig в отличие от сы­вороточных обладают особым S-пептидом (от англ. secret — секрет). Это секреторный компонент. Его молекулярная масса составляет 71 кДа. и он является Р-глобулином. Секреторный компонент — продукт деградации рецептора эпителиальной клетки к J-пептиду. Он обеспечивает перенос молекулы Ig через эпителиальную клетку в просвет ор­гана (трансцитоз) и предохраняет ее в секрете слизистых от ферментативного расщепления.

Рецепторный Ig. который локализуется на цитоплазматической мембране В-лимфоцитов и плазматических клеток, имеет допол­нительный гидрофобный трансмембранный М-пептид (от англ. membrane — мембрана). Благодаря гидрофобным свойствам он удер­живается в липидном бислое цитоплазмати­ческой мембраны, фикси­рует рецепторный Ig на мембране иммунокомпетентной клетки и проводит рецепторный сигнал через цитоплазматическую мембрану внутрь клетки.

J- и М-пептиды присоединяются к молеку­ле Ig в процессе ее биосинтеза. S-пептид яв­ляется продуктом эпителиальной клетки— он присоединяется к полимерной молекуле Ig при ее транслокации через эпителиальную клетку.

Читайте также

  • - Молекулярное строение антител

    Иммуноглобулины являются гликопротеидами. Их молекула состоит из нескольких полипептидных цепей, стабилизированных сахаридными остатками. При нагревании выше 60 °С молекула Ig дена­турируется. Иммуноглобулины различаются по структуре, атигенному составу, по выполняемым... [читать подробенее]

  • oplib.ru

    В крови плавают десятки тысяч различных антител, но они имеют общий план строения.

    В крови плавают десятки тысяч различных антител, но они имеют общий план строения.

    — Как устроены молекулы антител? Это, наверное, белки, которые циркулируют в крови.

    — Да, это самые крупные белковые молекулы кровяной сыворотки — гамма–глобулины. Поскольку все гамма–глобулины — антитела, их теперь называют иммуноглобулинами.

    — Сколько же разных иммуноглобулинов плавает в крови?

    — Много. По приблизительным подсчетам, около десяти тысяч. Около одного процента массы крови приходится на иммуноглобулины. Иначе говоря, в литре крови 10 граммов антител.

    — Сколько же это молекул?

    — Очень много. Цифра астрономическая. Что–то вроде 5x10 20 (500 000 000 000 000 000 000), и каждая из них может соединиться с каким–то чужеродным веществом и обезвредить его.

    Расшифровать устройство молекулы иммуноглобулина удалось благодаря работам двух исследователей — Роднея Портера в Оксфорде и Джералда Эдельмана в Нью–Йорке. Первые результаты были опубликованы в 1959 году. К 1965 году в общих чертах структура молекулы была расшифрована. К 1970–му иммунологи знали не только план строения, но и последовательность укладки «кирпичей» (аминокислот, из которых построена любая белковая молекула). В 1972 году Портер и Эдельман были удостоены Нобелевской премии.

    Работа в поте лица

    Примерный ход событий таков. В 1958 году Портер обработал выделенный из крови чистый иммуноглобулин папаином. Его получают из растений. Папаин относится к ферментам, разрушающим белки. Он способен разрезать белковые молекулы поперек.

    В это же самое время на другом берегу Атлантического океана, как говорят в науке, «одновременно и независимо» Эдельман обработал выделенные из крови молекулы иммуноглобулинов 6–меркаптоэтанолом. Этот химический реагент обладает способностью разрезать молекулы белков вдоль. (Папаин пилит белковые стволы на дрова, а 6–меркаптоэтанол — на доски.)

    Здесь следует немного отвлечься от антител, чтобы вспомнить, как вообще построены белки, что лежит в их основе.

    Основой строения всех белков служат пептидные цепи. Белок может быть составлен из нескольких цепей, расположенных последовательно или параллельно друг другу. Каждая цепь, как из звеньев, образована из аминокислот. Вот, например, кусочек пептидной цепи инсулина — одного из хорошо изученных белков, при недостатке которого развивается тяжелая болезнь диабет: цистеин—аланин—серин—валин—цистеин. Полипептидные цепи, составленные из разных сочетаний 20 аминокислот, образуют все многообразие белков на нашей планете.

    Аминокислоты соединены в цепи пептидов через атомы углерода и азота. Эти связи носят название пептидных. Именно их разрывает папаин. Конечно, не все сразу. В первую очередь в наиболее доступных участках белковой молекулы.

    Если пептидные цепи, составляющие молекулу белка, расположены в виде двух нитей параллельно друг другу, то они соединяются между собой через два атома серы. Эти связи называются дисульфидными. Их разрушает 6–меркаптоэтанол. В результате этого белковая молекула, если она составлена из параллельных пептидных цепей, разрезается вдоль.

    Итак, Портер рассек молекулу антитела поперек, а Эдельман вдоль.

    Молекулярный вес целой молекулы был чуть больше 150 тысяч. После поперечного разрезания возникли три фрагмента с молекулярным весом около 50 тысяч каждый. Портер получил три фрагмента примерно равной величины. Он обозначил их I, II и III. Величина их была почти равна, но свойства…

    Фрагменты I и II оказались тождественными друг другу. Каждый из них обладал главным качеством антитела — мог соединяться с антигеном, с той чужеродной субстанцией, против которой направлено данное антитело. Фрагмент III этим качеством не обладал.

    Эдельман получил четыре фрагмента, вернее, четыре цепи, так как он разделил белковую молекулу на пептидные цепи. Две цепи, тождественные между собой, имели молекулярный вес примерно 25 тысяч. Он их назвал L–цепи (от слова light — легкий). Две другие, тоже тождественные между собой, имели вес 50 тысяч. Он их назвал Н–цепи (от слова heavy — тяжелый). (Следует заметить, если одна пептидная цепь в два раза тяжелее другой, это значит, что она в два раза длиннее.) Ни одна из этих цепей основным качеством антитела — способностью связывать антиген — не обладала. Однако если воссоединить вновь L–цепь и Н–цепь, то у образовавшейся структуры, представляющей половину молекулы, это качество восстанавливалось.

    Вот так перед исследователями возникла задачка на сообразительность.

    Дано: если разрезать молекулу поперек, возникает три части. Обозначим молекулярный вес в тысячах внизу символа, а антительную активность — звездочкой вверху символа. Получим формулу строения антитела: АТ150 = I50* + II50* + III50.

    Если разрезать вдоль, возникает четыре части со своей формулой: АТ150 = 2L25 +2Н50 = (L25 + Н50) * + (L25 + Н50)*.

    Требуется: определить пространственную структуру расположения пептидных цепей в молекуле и локализацию активных центров, то есть участков, определяющих главное качество — способность соединяться с антигеном.

    Еще упрощаем задачу: из двух длинных и двух коротких цепочек сложить фигуру, которая бы при поперечном разрезе давала три равновеликих фрагмента. Два из них несут специфические антигенсвязывающие участки, составленные из длинной и короткой цепей.

    Получится конструкция, похожая на заглавную букву «игрек» латинского шрифта ?, что–то вроде нашей мальчишеской рогатки. Места, к которым привязывается резинка, и есть активные центры. Две стороны «рогатины» — это и есть портеровские фрагменты I и II. «Рукоятка» — фрагмент III. Папаин рассекает конструкцию на три фрагмента как раз в месте разветвления.

    Две длинные цепи, располагаясь рядом друг с другом, формируют «рукоятку», а в месте разветвления расходятся, образуя внутренние стороны «рогатины». Короткие цепи примыкают к длинным после развилки, формируя наружные стороны «рогатины». Концы ее, состоящие из окончаний обоих типов цепей, определяют специфичность молекулы. В итоге каждое антитело имеет два активных центра. Как двумя руками связывает оно чужеродные антигенные частицы, делая их неактивными, нерастворимыми, неспособными оказывать вредное организму действие.

    Такая конструкция построена не только на основе логических рассуждений. Она подтверждена специальными физико–химическими методами. Наконец, ее увидели в электронном микроскопе. Молекула антитела действительно выглядит так:

    Молекула антитела

    Некоторые молекулы антител соединяются своими «рукоятками» по две. Тогда они называются димерами. Они имеют, таким образом, сразу четыре активных центра для связывания антигена. Так ведут себя иммуноглобулины класса А. Другие молекулы объединяются по пять (пентамеры), образуя картину звезды с десятью активными центрами, смотрящими наружу. Это иммуноглобулины класса М. Но большинство антител относятся к обычному, мономерному («моно» — значит «один») типу. Их называют иммуноглобулинами класса Г.

    К 1970 году структура антител была понята не только в общих чертах. Было выяснено, сколько аминокислот в каждой из четырех пептидных цепей.

    Легкие цепи человеческих иммуноглобулинов оказались составленными из 214 аминокислот каждая, а тяжелые из 428. Молекула антитела наиболее распространенного класса Г сложена из 1284 аминокислот. Но не все они формируют каждый из двух активных центров молекулы. Специфические участки, которыми молекула распознает чуждый антиген и связывает его, образованы не более чем десятками аминокислот. Однако, чтобы построить их пространственно правильно, работают по 107 первых аминокислот каждой из четырех цепей. Они расположены на концах «рогатины». Участки цепей, составленные из них, называются вариабельными, потому что аминокислотная последовательность в этих участках в разных молекулах варьирует. У каждого антитела своя последовательность.

    Поделитесь на страничке

    Следующая глава >

    bio.wikireading.ru

    Молекулярные механизмы многообразия антител

    ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

    ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ

    Курсовая работа по биологической химии на тему:

    Молекулярные механизмы многообразия антител

    СОДЕРЖАНИЕ:

    Введение

    1. Строение антител

    1.1 Функциональные свойства антител

    1.2 Строение антител и их многообразие

    1.3 Тонкая структура антител

    2. Молекулярные механизмы многообразия антител

    Список литературы

    ВВЕДЕНИЕ

    По имеющимся оценкам, у мыши может вырабатываться от 106 до 1012 различных молекул антител, совокупность которых называют репертуаром. Этот репертуар, видимо, достаточно велик для того, чтобы почти для каждой антигенной детерминанты нашелся подходящий антиген-связывающий участок. Поскольку антитела представляют собой белки, а белки копируются генами, способность животного производить миллионы разных антител представляет собой чрезвычайно сложную генетическую проблему: как синтезировать миллиарды разных белков, не привлекая к этому чрезмерно большого числа генов. В решении этой проблемы участвует ряд уникальных вне генетических механизмов.

    1. СТРОЕНИЕ АНТИТЕЛ

    Иммунная система выработалась в процессе эволюции позвоночных для защиты от инфекций. Она состоит из миллиардов лимфоцитов и включает миллионы различных клонов. Лимфоциты каждого клона несут на своей поверхности рецептор, который позволяет им связывать ту или иную «антигенную детерминанту» - определенную группировку в молекуле антигена. Существуют два класса лимфоцитов: В-клетки, вырабатывающие антитела, и Т-клетки, которые осуществляют иммунные реакции клеточного типа.

    Уже на ранних стадиях своего развития В- и Т-клетки с рецепторами для антигенных детерминант молекул собственного организма элиминируются или супрессируются; в результате иммунная система в норме способна отвечать только на чужеродные антигены. Связывание чужеродного антигена с лимфоцитом вызывает иммунный ответ, направленный против этого антигена. При этом некоторые из лимфоцитов пролиферируют и дифференцируются в клетки памяти, так что при вторичном воздействии того же антигена иммунный ответ развивается быстрее и оказывается гораздо более сильным.

    1.1 Функциональные свойства антител

    Единственная известная функция В-лимфоцитов – выработка антител. Уникальная особенность антител, отличающая их от всех других известных белков, состоит в том, что они могут существовать в миллионах разновидностей – каждая со своим уникальным участком для связывания антигена. В совокупности называемые иммуноглобулинами(сокращенно Ig) антитела образуют один из основных классов белков крови, составляя по весу примерно 20% суммарного белка плазмы.

    Как и предсказывала гипотеза клональной селекции, все молекулы антител, производимые какой-то одной В-клеткой, имеют одинаковый антиген-связывающий участок. Первые антитела, синтезированные вновь образовавшейся В-клеткой, не секретируются; вместо этого они встраиваются в плазматическую мембрану, где служат рецепторами для антигена. Каждая В-клетка имеет на своей плазматической мембране приблизительно 105 таких молекул. Когда антиген присоединяется к молекулам антител на поверхности покоящейся В-клетки, это обычно инициирует сложную и малоизученную цепь событий, приводящую к клеточной пролиферации и дифференцировке с образованием клеток, секретирующих антитела. Такие клетки, вырабатывают большие количества растворимых (не связанных с мембраной) антител с таким же антиген-связывающим участком, что и у антител на поверхности клеток, и выделяют эти антитела в кровь. Активированные В-клетки могут начать секретировать антитела, будучи еще малыми лимфоцитами; конечная стадия этого пути дифференцировки - большая плазматическая клетка, которая выделяет антитела со скоростью около 2000 молекул в секунду. По-видимому, плазматические клетки используют для производства антител столь значительную часть мощности своего белоксинтезирующего аппарата, что не способны к дальнейшему росту и делению и погибают после нескольких дней секреции антител.

    Простейшие молекулы антител имеют форму буквы Y с двумя идентичными антиген-связывающими участками – по одному на конце каждой из двух «ветвей» (рис. 1). Поскольку таких участков два, эти антитела называют валентными. Такие антитела могут сшивать молекулы антигена в обширную сеть, если каждая молекула антигена имеет три или большее число антигенных детерминант. Достигнув определенных размеров, такая сеть выпадает из раствора. Как мы увидим позже, тенденция больших иммунных комплексов к осаждению (преципитации)удобна для выявления антител и антигенов. Эффективность реакций связывания и сшивания антигена антителами значительно возрастает благодаря гибкому шарнирному участкув месте соединения обеих «ветвей» с «хвостом»: этот участок позволяет изменять расстояние между двумя антиген-связывающими участками (рис. 2). Защитное действие антител объясняется не просто их способностью связывать антиген. Они выполняют и целый ряд других функций, в которых участвует «хвост». Эта область молекулы определяет, что произойдет с антигеном, если он оказался связанным. Антитела с одинаковыми антиген-связывающими участками могут иметь весьма разные «хвостовые» области, а потому и разные функциональные свойства.

    Рисунок 1. Сильно упрощенная схема молекулы антитела с двумя идентичными антиген-связывающими участками.

    Рисунок 2. Шарнирный участок молекулы антитела повышает эффективность связывания молекул антигена и сшивания их друг с другом.

    1.2 Строение антител и их многообразие

    Основную структурную единицу молекулы антитела образуют четыре полипептидные цепи – две идентичные легкие (L-цепи, каждая примерно из 220 аминокислот) и две идентичные тяжелые (Н-цепи, каждая примерно из 440 аминокислот). Все четыре цепи соединены между собой с помощью нековалентных взаимодействий и ковалентных связей (дисульфидных мостиков). Молекула состоит из двух одинаковых половинок, в которых L- и Н-цепи вносят почти равный вклад в построение двух идентичных антиген-связывающих участков (рис. 3).

    Рисунок 3. Схематическое изображение типичной молекулы антителу состоящей из двух идентичных тяжелых (Н) и двух идентичных лёгких ( L ) цепей. Антиген-связывающие участки формируются за счет комплекса N -концевых областей L - и Н-цепей, а область «хвоста» образуют только Н-цепи. Каждая цепь содержит одну или несколько олигосахаридных цепочек, функция которых не известна.

    Протеолитические ферменты папаин и пепсин расщепляют молекулы антител на различные характерные фрагменты: папаиндает два отдельных идентичных Fab-фрагмента, каждый из которых обладает одним антиген- связывающим участком, и один Fc-фрагмент (Fab - сокращение слов fragmentantigenbinding; Fc означает «кристаллизующийся фрагмент» (от crystallizable).; пепсиндает один Р(аb')2 -фрагмент, состоящий из двух ковалентно связанных Р(аb')-фрагмент (каждый из которых немного больше, чем Fab-фрагмент), и много более лёгких фрагментов (рис. 4). Поскольку Р(аb')2 -фрагменты бивалентны в отличие от моновалентных Fab-фрагментов сохраняют способность связывать антигены и образовывать преципитаты. Ни один из этих фрагмент обладает другими биологическими свойствами нативных молекул антигенов поскольку они не содержат «хвостовой» (Fc) области, определяющей их свойства.

    Рисунок 5 . Различные фрагменты, образующиеся при расщеплении молекул антител двумя различными протеолитическими ферментами (папаином и пепсином), помогли исследователям в выяснении четырехцепочечной структуры антител.

    Существует пять разных классов Н-цепей, каждый

    со своими особыми биологическими свойствами

    У высших позвоночных существуют пять разных классов антител – IgAIgE, IgG и IgM, каждый со своим классом Н-цепей – a, b, е, g, и m соответственно. Молекулы IgA содержат a-цепи, молекулы IgG-g-цепи. Кроме того, имеется ряд подклассов IgG и некоторых других иммуноглобулинов. Разные Н-цепи придают «хвостовым» областям антител различную конформацию и определяют характерные свойства каждого класса.

    IgG-антитела составляют основной класс иммуноглобулинов, находящийся в крови. Они производятся в больших количествах при вторичномиммунном ответе. Fc-область молекул IgG связывается со специфическими рецепторами фагоцитирующих клеток, таких как макрофаги и полиморфноядерные лейкоциты, и в результате эти клетки могут более эффективно поглощать и разрушать внедрившиеся микроорганизмы, покрытые IgG-антителами (рис. 6).

    Молекулы IgG-единственные антитела, которые могут переходить от матери к плоду. Клетки плаценты, соприкасающиеся с материнской кровью, имеют рецепторы, связывающие Fc-области молекул IgG и обеспечивающие тем самым их переход в плод. Антитела сначала поглощаются путем эндоци-тоза при участии рецепторов, а затем транспортируются через клетку и выводятся путем экзоцитоза в кровь плода. Антитела других классов не связываются с этими рецепторами и поэтому не могут проходить через плаценту.

    Рисунок 6. Эта схема показывает, как бактерия, покрытая антителами IgG , эффективно фагоцитируется макрофагами, имеющими на своей поверхности рецепторы, способные связывать Fc -область молекулы IgG . Связывание бактерии с этими рецепторами активирует процесс фагоцитоза.

    Хотя IgG-явно преобладающий класс антител, образуемых при большинстве вторичных иммунных ответов, на ранних стадиях первичного иммунного ответа в кровь поступают главным образом антитела IgM. В секретируемой форме IgM представляет собой пентамер, состоящий из пяти четырехцепочечных единиц, так что в общей сложности IgM имеет 10 антиген-связывающих участков. Такие пентамеры даже более эффективно, чем IgG, активируют систему комплемента, когда они связываются с антигеном. Каждый пентамер содержит полипептидную цепь еще одного типа, называемую J-цепью (joiningchain, ~ 20 000 дальтон). J-цепь синтезируется IgM-секретирующими клетками, ковалентно встраивается между двумя смежными Fc-областями и, по-видимому, инициирует процесс олигомеризации. IgM-это также первый класс антител, продуцируемых развивающимися В-клетками, хотя многие В-клетки со временем переключаются на выработку антител других классов. Непосредственные предшественники В-клеток, так называемые пре-В-клетки, вырабатывают μ-цепи (но не легкие цепи) и накапливают их. Позднее, когда в пре-В-клетках начинают синтезироваться и легкие цепи, они соединяются с j-цепями, образуя с ними четырехцепочечные молекулы IgM (каждая с двумя μ-цепями и двумя легкими цепями), которые встраиваются в плазматическую мембрану, где служат рецепторами для антигена. С этого момента клетки становятся В-лимфоцитами и способны реагировать на антиген. Хотя встраиваться в мембраны (в качестве антиген-специфических рецепторов) и секретироваться в водорастворимой форме могут антитела всех классов, на поверхности большинства покоящихся В-клеток находятся главным образом антитела IgM и IgD. Удивительно, что лишь очень немногие В-клетки активируются для секреции антител IgD, и у этого класса не известно никакой функции, кроме роли рецепторов для антигена.

    mirznanii.com


    Смотрите также