prosdo.ru 1
Лекция 4

Антитела.
Антитела – это иммунные белки, образующиеся в организме в ответ на поступление антигена и обладающие способностью специфически взаимодейст­вовать с ним. В физико-химическом отношении антитела представляют собой гаммаглобулины (гликопротеиновые молекулы.

Суммарное содержание иммуноглобулинов в сыворотке крови составляет около 2,5% сухого остатка, т.е. более 1/3 всех белков крови.

Антитела (иммуноглобулины) вырабатываются В-лимфо-цитами (плазмо­цитами) в лимфоидных органах и местах скопления лимфоидной ткани, циркулируют в крови и жидкостях организма (лимфе, тканевой жидкости), а также содержатся в различных секретах организма (материнском молоке, сле­зе, слюне и др.).
Строение иммуноглобулинов.

Все иммуноглобулины человека построены однотипно и состоят из двух идентичных тяжелых полипептидных цепей (Н-цепей, Heavy chains) и двух идентичных легких полипептидных цепей (L-цепей, Light chains), которые свя­заны между собой посредством ковалентных дисульфидных мостиков (-S-S-) (Рис. 5-1.).





Р и с. 5-1. Структура IgG.
Молекулярная масса Н-цепи – 50 000 - 70 000, L-цепи – 20000-25000.

Существует 5 типов Н-цепей, которые получили название  (гамма),  (альфа),  (мю),  (эпсилон),  (дельта) и два типа L-цепей  (каппа) и  (лямбда).

Н-цепи, независимо от класса иммуноглобулинов, могут быть связаны ли­бо с каппа-, либо с лямбда-типом L-цепи. В соответствии с типом Н-цепи (, , , , ), существует пять классов иммуноглобулинов: Ig G, Ig M, Ig A, Ig D, Ig E. Каждый класс иммуноглобулинов обладает особыми свойствами и биологиче­ской активностью.

Каждая полипептидная L- и Н-цепь состоит из вариабельной области (V-области, VL и VH) и константной области (С-области, CL и СH) (Рис. 5-1).У каждой легкой цепи имеется одна V-область и одна С-область. У каждой тяжелой цепи имеется одна V-область и 3 или 4 гомологичные константные области. IgG, IgD, IgA имеют три константные области, Ig М, Ig E – 4 константные об­ласти.


Легкая цепь иммуноглобулинов образована 214 аминокислотными остат­ками. Первые 107 аминокислотных остатков формируют V-область, вторые 107 аминокислотных остатков (108-214) формируют С-область легкой цепи.

Тяжелая цепь IgG, IgD, IgA состоит из 450 аминокислотных остатков. V-область этих иммуноглобулинов образована 116 аминокислотными остатками, С-область включает около 334 аминокислотных остатков, ее гомологич­ные участки СН1, СН2, СНЗ состоят примерно из 100-110 аминокислотных остатков.

Работы Портера, Ниссонова (1959-1963) выявили в молекуле иммуноглобулина несколько функционально активных сегментов (Рис. 5-3.). Так, обработ­ка IgG папаином выявила, что антитело состоит из трех функциональных фраг­ментов: двух Fab-фрагментов (Fragment antigen binding) и одного Fc-фрагмента (Fragment crystalline). Fab-фрагмент имеет молекулярную массу 50 000, струк­турно и функционально моновалентен, способен связывать антиген. Fc-фрагмент имеет мол. массу 60 000, состоит из двух Н-цепей (С2, СЗ доменов), связанных между собой дисульфидными связями. Fc-фрагмент обладает спо­собностью связывать комплемент, а также взаимодействовать с иммунокомпетентными клетками, связывая с ними антитела. При расщеплении молекулы иммуноглобулина пепсином образуется 2 функциональных фрагмента: F(ab)2-фрагмент и pFc1-фрагмент. F(аb)2-фрагмент состоит из двух Fab-фрагментов связанных между собой дисульфидными мостиками. F(аb)2-фрагмент имеет мо­лекулярную массу 100 000, двухвалентен, обладает во многом свойствами антитела (способен взаимодействовать с антигеном и преципитировать его); pFc1-фрагмент представляет собой С-концевую область Fc-фрагмента, состоит из С-концевых областей двух Н-цепей, которые соединены между собой нековалентными связями.

Р и с. 5-3. Расщепление молекулы иммуноглобулина на отдельные пептидные цепи и протеолитические фрагменты.



Р и с. 5-4. Трехмерная структура IgG человека.



Р и с. 5-5. Упрощенное двухмерное изображение антигенсвязывающего центра.
Активный центр антитела. Важным свойством антитела является спо­собность распознавать и специфически взаимодействовать с антигеном. Активный центр антитела образован V-доменами Н- и L-цепей. (Рис. 5-3; 5-5). Изучение активного центра антитела показало, что он может быть образован 4-8 аминокислотными остатками гипервариабельных областей V-доменов Н- и L-цепей (Рис. 5-5.).

Большинство антител имеет два и более активных центра. Такие антитела называются полными.


Р и с. 5-6. Пространственное объединение гипервариабелъных участков V-доменов тяжелой цепи IgG человека
Способность антитела связывать определенное количество антигенных детерминант определяется понятием валентность. Валентность антитела, как правило соответствует числу активных центров AT. Молекула иммуноглобулина, связывающая две антигенные детерминанты – двухвалентна, молекула иммуноглобулина, связывающая 5 антигенных детерминант – пятивалентна. Часть иммуноглобулинов имеют один ак­тивный центр и способны связывать одну антигенную детерминанту. Такие моновалентные антитела называются неполными антителами
Р
и с. 5-7. Структура глобулярных доменов легкой цепи по данным рентген-структурного анализа.
Разнообразие иммуноглобулинов.

Иммуноглобулины в любом организме представлены чрезвычайно разно­образными по структуре, специфичности и функциям макромолекулами. Физические, антигенные и функциональные различия между константными областями тяжелых цепей определяют у всех млекопитающих и человека наличие 5 классов иммуноглобулинов: IgG, IgM, IgA, IgD, IgE (Рис. 5-9; 5-10). Небольшие вариации в С-областях молекул одного класса определяют подклассы антител. У человека известно 4 подкласса IgG: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 и 2 подкласса IgA: IgA1 и IgA2. Подклассы IgG различаются ме­жду собой числом дисульфидных мостиков, соединяющих Н- и L-цепи и амино­кислотной последовательностью в шарнирных участках иммуноглобулинов. Различия между подклассами IgA сводятся к числу и расположению дисульфидных мостиков и к взаимному расположению Н- и L-цепей. Изучение иммуноглобулинов показало, что отдельные классы и подклассы антител несут характерные только для данного класса или подкласса антигенные детерминанты, получившие название изоти-пических детерминант (Рис.5-11). Наличие изотипических детерминант позволяет иммунологически отличать классы и подклассы иммуноглобулинов друг от друга.




Р и с. 5-9. Классы и подклассы иммуноглобулилов человека.
Кроме изотипических детерминант иммуноглобулиновые молекулы несут аллотипические детерминанты (Рис.5-11). Аллотипические маркеры (ангигенные детерминанты) позволяют иммуноглобулины одного человека (например IgG) отличить от иммуноглобулинов другого человека (IgG).

Иммуноглобулиновые молекулы также чрезвычайно разнообразны по строению их антигенсвязывающей области (V-региону), которая определяет специфичность антитела. Разнообразие антител по специфичности превышает 108. В антигенсвязывающей области антитела располагаются как паратопы, так и идиотопы (Рис. 5-11а).


Р и с. 5-10. Структура иммуноглобулинов.


Р и с. 5-11. Антигенные детерминанты иммуноглобулинов.


Р и с. 5-11а. Идиотипы антиген-распознающих молекул.

Функциональная н физико-химическая характеристика отдельных классов иммуноглобулинов
Основные физико-химические и биологические свойства иммуноглобулинов человека представлены в табл. 5-1.
Т а б л и ц а 5-1. Основные характеристики иммуноглобулинов человека.


Свойство

IgM

IgG

IgA

IgD

IgE

Молекулярная форма


пентамер

мономер

мономер, димер, и т.д.

мономер

мономер

Обозначения:
















Н-цепи











L-цепи

 или 

 или 

 или 

 или 

 или 

Молекулярная

формула

(22)5

(22)5

22

22

(22)n

(22)n

22

22

22

22

Дополнительные цепи

J-цепь



J-цепь, секреторный компонент





Подклассы




IgGl,IgG2, IgG3, IgG4

IgAl, IgA2








Подклассы Н-цепей



l, 2,3,4

1, 2





Аллотипы Н-цепей

Мm(2)

Gm (ок. 20)

Аm(2)





Количество доменов Н-цепи

5

4

4

4

5

Молекулярная массса

950 000

150 000

160 000

175 000

190 000

Валентность антител

5 или 10

2

2

?

?

Коэффициент седиментации (S)

19S

6,6S

7S, 9S, 11S, 14S

7S

8S

Содержание углеводов (%)

10

3

7

9

13

Концентрация в сыворотке, г/л

0,5 – 2,0

12,0 – 14,0


1,8 – 2,1

0,4

0,0025

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

Парапротеинемия

макрогло- булинемия

миелома

миелома

миелома

миелома


Продолжение таблицы 5-1.


Свойство

IgM

IgG

IgA

IgD

IgE

Агглютинирующая актив­ность

100

1








Фиксация комплемента

+

+(IgGl, 2,3)








Активация комплемента(альтернативный путь)



+(IgG4)

+(IgAl,2)

+



Цитофильность к:
















макрофагам,



+







лимфоцитам,



+





+

К-клеткам,

+

+







нейтрофилам,



+

+





Моноцитам



+







Тучным клеткам



+



+

Другие биологические свой­ства

первичный иммунный ответ

вторичный иммунный ответ; перенос через плаценту

характерные антитела в секретах

основная молекула поверхности лимфоцитов

гомоцито-тропные антитела; анафи­лаксия; ал­лергия



IgG представляют собой мономер, имеет у-образную форму, мол. массу 150 000, двухвалентен. Концентрация его в сыворотке здоровых людей составляет в среднем 12,0 г/л.

Молекулы IgG свободно диффундируют из крови в тканевую жидкость; здесь находится почти половина (48,2%) имеющегося в организме IgG. В ткане­вой жидкости IgG наиболее значим среди других классов иммуноглобулинов в нейтрализации бактериальных токсинов и связывании микроорганизмов. IgG, связываясь с бактериями, активирует комплемент по классическому пути, вы­зывает хемотаксис полиморфноядерных лейкоцитов.

Скорость биосинтеза IgG составляет 33 мг/кг массы в день, период полу­распада – 23 дня (IgG3 – 7-9 дней).
IgM представляет собой пентамер, имеет мол. массу 950 000, валентность - 10 (Рис. 5-13). Концентрация IgM в сыворотке крови составляет 0,5-2 г/л. Этот иммуноглобулин обладает выраженной способностью преципитировать, агглютинировать антигены и лизировать микроорганизмы при участии комплемента. Среди всех иммуноглобулинов IgM проявляет наибольшую способность к свя­зыванию комплемента.






Р и с. 5-13. Структура IgM.

Скорость биосинтеза IgM составляет 6,7 мг/кг массы в день, период полу­распада – 5,1 дня. IgM синтезируется на ранних стадиях иммунного ответа, обеспечивая первую линию обороны при бактериемии.


IgA содержится в сыворотке и секретах организма. Сывороточный IgA представлен мономерной формой, двухвалентен, имеет мол. массу 160 000. Концентрация его в сыворотке в среднем составляет 2 г/л. IgA не обладает способностью связывать комплемент, не способен преципитировать растворимые и агглютини-ровать корпускулярные антигены, лизировать микроорганизмы.

Р и с. 5-14. Строение секреторного иммуноглобулина А
Секреторный IgA состоит из двух IgA-молекул, которые ковалентно связаны J-цепью и с секреторным компонентом (SC). Секреторный компонент представляет собой полимерную иммуноглобулиновую молекулу, состоящую из пяти Ig- подобных доменов. С помощью дисульфидных мостиков SC связан с димером IgA

Секреторный IgA содержится в слюне, слезной жидкости, носовых выде­лениях, поте, секретах бронхов, легких, слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта и мочеполовых путей. Секреторный IgA обеспечивает защиту слизистых оболочек от микроорганизмов, является основным фактором местно­го иммунитета. Секреторный IgA существует в основном в форме димера, четырехвалентен (Рис 5-14). Синтезируется иммуноглобулин плазматическими клет­ками лимфоидных скоплений слизистых оболочек в виде мономеров, которые внутри клетки димеризуются при участии J-цепи (Рис. 5-15). В слизистой к димеру IgA присоединяется секреторный компонент (SC - secretory component), продуцируемый эпителиоцитами слизистых оболочек. Секреторный компонент (SC) предохраняет молекулу антитела от действия многочисленных ферментов, находящихся в составе секретов слизистых оболочек.


Р и с. 5-15. Транспорт IgA в секреторную жидкость.

Секреторный IgA формируется как единая молекулярная структура в процессе транспорта димера IgA через слизистую. Продуцируемый в подслизистом слое плазматическими клетками, димер IgA связывается поли-Ig-рецепторами (полимерными иммуноглобулиновыми молекулами) эпителиальных клеток слизистого слоя, расположенных на базолатеральной мембране. Образовавшийся комплекс рецептор-IgA затем транспортируется с помощью механизма эндоцитоза внутрь эпителиальной клетки с образованием в ней везикулы, в составе которой этот комплекс далее транспортируется к ее наружной мембране. После слияния везикулы с плазматической мембраной клетки поли-Ig-рецептор энзиматически отщепляется от стенок везикулы и, став свободным (несвязанным с ней), уже в качестве секреторного компонента окончательно встраивается в структуру димера IgA. Путем экзоцитоза, сформированный таким образом sIgA, высвобождается в слизистый секрет.

IgD представляет собой мономер, имеет мол. массу 175000, двухвалентен. Его концентрация в сыворотке составляет до 0,4 мг/мл. Скорость его биосинтеза составляет 0,4 мг/кг массы в день, период полураспада – 2,8 дня. Биологическая функция сывороточного IgD не выяснена.
IgE, по строению мономер, имеет мол. массу 190000, двухвалентен. Кон­центрация в сыворотке составляет 0,25 мг/л. Скорость биосинтеза IgE составля­ет 0,02 мг/кг массы в день, период полураспада – 2,5 дня. IgE не обладает спо­собностью связывать комплемент, но прочно и быстро связывается с клетками, в частности, с тучными клетками и базофилами. Взаимодействие IgE с антигеном на поверхности тучных клеток приводит к их дегрануляции и высвобождению вазоактивных аминов, обусловливающих симптомы аллергических реакций. Основная физиологическая функция IgE заключается в защите слизистых обо­лочек от инфекций. В общем виде структура и функция антител представлена на рис.5-16.



Р и с. 5-16. Структура и функции антител.