Антителата и антигените взаимодействат в тялото, когато се прояви имунен отговор. Последното обаче при определени условия може да предизвика състояние на така наречената специфична безотговорност – толерантност. Антителата и антигените допринасят за формирането на имунологична памет. След това разгледайте втория тип вещества. В статията ще разберем какво е антиген.

Главна информация

Какво е антиген? Просто казано, това обикновено са чужди съединения. Те включват полизахариди, протеини и техните комплекси. Когато се променят чрез химическа модификация, могат да се получат "конюгирани" вещества. Такива съединения могат да се образуват на базата на протеини, които принадлежат директно на самия реципиент. Автоложно вещество, което е било химически или физически денатурирано, също може да бъде превърнато в антиген.

Определение

В тялото могат да проникнат биополимери или техни синтетични аналози, които могат да предизвикат имунен отговор. Тези съединения се наричат ​​антигени. Те допринасят за производството на ефекторни клетки на тимуса. Антителата, които се появяват на фона на имунна реакция, започват да взаимодействат по специфичен начин с антигени или химически съединения, които имат подобна структура. Ако последните не предизвикват защитна реакция, тогава те се наричат ​​хаптени. Именно те провокират имунологичен толеранс. Синтетичните полипептиди имат способността да предизвикват защитна реакция, действайки като протеинови антигени. Въпреки това, тяхната първична и пространствена структура не е задължително да бъде подобна на тази на всяко конкретно протеиново съединение. Съществен фактор за проявата на антигенни свойства в тези вещества е образуването на стабилна пространствена структура. В тази връзка полимерите, образувани от една аминокиселина (хомополимери), нямат свойствата да индуцират имунен отговор. Антигенните способности се проявяват в полипептидите, образуването на които включва 2 аминокиселини.

Изследователски въпроси

Какво е антиген? Класическата имунология нарича такова вещество цяла клетка от животински или бактериален произход. Това обаче не е вярно от химическа гледна точка. Горното каза какво по същество е антиген. Това не е клетка, в която има голямо количество нуклеинови киселини, протеини, полизахариди. Пречистени човешки антигени могат да се използват за индуциране на имунен отговор. Освен това, той ще бъде специфичен за определен биополимер. Като се има предвид пречистена структура като индивидуален антиген, всяка комбинация от тях трябва да бъде описана като семейство от отделни съединения. Този термин може да се използва, когато се отнася до спонтанно агрегиращ специфичен биополимер. Като пример могат да служат някои антигени на вируси или бактерии. И така, флагели на грам-отрицателни микроорганизми от рода Salmonella, флагелин могат да бъдат намерени както в полимеризирана, така и в мономерна форма. И в двата случая този антиген може да предизвика образуването на антитела, въпреки че условията за това са различни. По-специално, фелагелиновият полимер е зависим от тимуса, докато мономерът е зависим от тимуса.

Връзка с молекулното тегло

Може да се установи само при сравняване на вещества от един и същи клас. Например, това се отнася за различни протеини със същия тип третична и вторична структура: фибриларна и глобуларна. В такива случаи е възможно да се установи пряка връзка между способността на полимера да индуцира образуването на антитела и неговото молекулно тегло. Този модел обаче не е абсолютен. Наред с други неща, това зависи от други свойства на съединението, както химични, така и биологични.

Степента на проявление на свойствата

Тежестта на антигенните характеристики на протеините, които са най-обширният и значим клас, ще зависи от степента на еволюционна отдалеченост на донора, от който е получено съединението, и реципиента, на който е приложено. Ще бъде правилно само ако при оценката се използват вещества от един и същ вид. Например, ако мишките са имунизирани с плъх и човешки серумен албумин, тогава първият отговор ще бъде по-изразен. Ако биополимерът се характеризира с повишена чувствителност към разцепване, тогава неговите свойства ще бъдат по-слабо изразени от тези на вещество, което е по-устойчиво на ензимна хидролиза. Така че, в случай на използване на синтетични полипептиди или протеинови конюгати като антигени, отговорът към веществото, съдържащо неестествени D-аминокиселини, ще бъде по-изразен. Решаващата роля в проявата на имунния отговор се отдава на генотипа на реципиента.

Детерминантни групи

Те обозначават молекулярните области на биополимер, негов синтетичен аналог или конюгиран антиген, които се разпознават от антиген-свързващи В-лимфоцитни рецептори и антитела. Една молекула обикновено съдържа няколко детерминантни групи, които се различават по своята структура. Всеки от тях може да се повтори няколко пъти. Ако в молекулата на съединението има само една група с определена структура, няма да настъпи образуването на антитела срещу нея. В процеса на увеличаване на идентичните комплекси, имунният отговор към тях също ще се увеличи. Този процес обаче ще продължи до определен момент, след което ще намалее и по-късно може изобщо да не се наблюдава. Това явление е изследвано в процеса на използване на конюгирани антигени с различен брой заместители, които изпълняват задачата на детерминантната група. Липсата на имунен отговор към биополимери с повишена епитопна плътност се дължи на механизма на активиране на В-групата лимфоцити.

Раково-ембрионален антиген

Това е една от разновидностите на нормалните тъканни протеини, които при здрави хора се произвеждат в малко количество от клетките на някои органи. CEA по своята химическа структура е комбинация от въглехидрати и протеини. Предназначението му при възрастни не е известно. Въпреки това, по време на периода на вътрематочно образуване, той се синтезира доста интензивно от органите на храносмилателната система, като изпълнява доста важни задачи. Те са свързани със стимулирането на клетъчното възпроизводство. Раково-ембрионален антиген се открива в тъканите на храносмилателните органи, но в сравнително малко количество. Името на този онкомаркер отчасти характеризира неговата биологична природа, но в по-голямата си част той все още има свойства, които са ценни при лабораторно изследване. Терминът "ембрионален" се свързва с физиологични задачи по време на развитието в пренаталния период, "антиген" показва възможността за идентифицирането му в биологична среда с помощта на имунохимичния метод на свързване. В същото време той не показва никакви свойства директно в тялото. Обикновено в здраво тяло концентрацията на CEA е доста ниска. На фона на онкологичния процес нивото му се увеличава доста рязко, достигайки доста високи нива. В тази връзка се характеризира като тъканен маркер на онкологични патологии или туморен маркер.

CEA ниво

Антигенният анализ се използва при диагностицирането на различни злокачествени новообразувания, предимно рак на ректума и дебелото черво. Изследването се провежда в ранните стадии на патологии, в процеса на наблюдение на хода на заболяването и наблюдение на ефективността на терапевтичните мерки. На фона на рак на дебелото черво и ректума тестът има най-висока чувствителност. Именно това позволява да се използва при първична диагностика. След успешното приключване на операцията за отстраняване на цялата туморна тъкан, концентрацията на CEA се нормализира след максимум два месеца. Редовните изследвания впоследствие позволяват оценка на състоянието на пациента след лечение. Откриването на високо ниво на CEA позволява своевременно откриване на рецидив на патологията. С намаляване на съдържанието на антигена на фона на терапията, експертите заключават, че ефективността на терапевтичния ефект.

Повишени концентрации на CEA: набор от патологии

Тестът обаче не се счита за абсолютно специфичен за тумори. Повишаване на нивото на CEA може да се наблюдава на фона на различни заболявания на вътрешните органи от възпалително и друго естество. При 20-50% от пациентите с доброкачествени патологии на панкреаса, червата, белите дробове и черния дроб концентрацията на антиген леко се повишава. Същото се наблюдава на фона на цироза, хроничен хепатит, улцерозен колит, кистозна фиброза, емфизем, бронхит, болест на Crohn, панкреатит, пневмония, автоимунни заболявания, туберкулоза. В допълнение, повишаването на нивото може да не е причинено от заболяване, а например от редовно пиене или пушене.

Характеристики на кръвопреливане

Основната е специфичността и индивидуалността, която притежават еритроцитните антигени. Ако биополимерите на реципиента и донора са несъвместими, това е строго забранено. В противен случай патологичните процеси и дори смъртта на пациента са неизбежни. В имуногенетиката се използват методи за изследване и изследване на антигени на еритроцитите, включително реакции на хемолиза, преципитация и аглутинация. Гените на еритроцитите са представени като сложни биополимерни макромолекули. Те се натрупват върху стромата (черупката) и се комбинират с други молекули на съединения. Всеки индивид се характеризира с индивидуален химичен състав и собствена структура.

Антигени- това са вещества или такива форми на вещества, които, когато се въвеждат във вътрешната среда на тялото, са способни да предизвикат имунен отговор под формата на производство на специфични антитела и / или имунни Т-лимфоцити (Р. М. Хайтов).

Терминът антиген (анти - срещу, ген - дискретна единица на наследствеността) означава нещо, чиято структура противоречи на наследствената информация на организма гостоприемник. Това име не е напълно правилно, тъй като собствените структури на макроорганизма също могат да имат антигенни свойства. Те се наричат ​​автоантигени. По-правилно е да се счита, че антигенът е вещество, способно да се свързва с антиген-разпознаващи рецептори на имунокомпетентни клетки, т.е. антигенността се определя не толкова от вътрешните свойства на самия антиген, а по-скоро от способността да го разпознават (идентифицират като антиген) от клетките на имунната система на организма гостоприемник, следователно терминът имуноген е по-правилен, т.е. че когато попадне в макроорганизма, това вещество е способно да предизвика имунен отговор. По-специално, имунната система осигурява синтеза на специални гликопротеини (антитела), които могат специфично да свързват определени имуногени.

Според химическата структура антигените (имуногените) могат да бъдат протеини, гликопротеини, липопротеини, полизахариди, фосфолипиди и гликолипиди. Основното условие е достатъчно молекулно тегло, поради което антигените са макромолекули. В противен случай имунната система дори не "проверява" наличието на антигенни свойства в чуждо вещество. Факт е, че за активирането на лимфоцитите е необходимо предварително разгръщане на така наречените пред-имунни реакции, т.е. активността на фагоцитните клетки. Последните улавят интегрални обекти или макромолекули и ги трансформират от корпускуларна (корпускула - частица) в молекулна форма, достъпна за разпознаване от имунокомпетентните клетки.

Хаптен

В редки случаи е възможно да се предизвика имунен отговор към нискомолекулни съединения. За да се постигне правилното молекулно тегло, чуждо вещество с ниско молекулно тегло трябва да се конюгира с макромолекула на организма гостоприемник. Всъщност такъв имуноген се нарича хаптен (непълен антиген), а макромолекулата се нарича носител. В резултат на взаимодействието на тези компоненти става възможно да се разпознае целия образуван комплекс, който има достатъчно молекулно тегло. В този случай имунният отговор е насочен както срещу хаптена, така и срещу собствената му макромолекула, която е свързала непълния антиген. Това може да доведе до самонараняващи се имунни реакции, които се наричат ​​автоимунни.

Патогените се наричат ​​интегрални обекти (бактериална клетка, вирус, прашинка и др.), Които, когато попаднат в тялото, водят до патологични промени в него. Обикновено патогенът съдържа много антигени. материал от сайта

Представете си, че в човешкото тяло е нахлула патогенна бактерия. Бактериалната клетка има много повърхностни молекули, които изпълняват голямо разнообразие от функции. Всички те са фенотипна проява на бактериалния геном, т.е. характеризират се с чуждост. Но далеч не всяка от тези повърхностни структури има антигенни свойства, тъй като само онези молекули са идентифицирани като антигени, към които по време на инвазията на патогена има имунокомпетентни клетки с комплементарни антиген-разпознаващи рецептори. Следователно антигенният спектър на конкретен патоген се определя от текущото състояние на имунната система на организма гостоприемник и може да варира не само в представители на един биологичен вид, но и в конкретен организъм в различни периоди на онтогенезата. Това обяснява високата индивидуалност на имунния отговор, тъй като имунните отговори, насочени срещу различни структури на патогена, не са еднакво вредни за него.

АНТИГЕНИ(гръцки анти-срещу + gennaö създавам, произвеждам) - всяко вещество, което, влизайки в тялото по парентерален път, предизвиква специфичен имунологичен отговор, изразяващ се в образуването на специфични антитела. Навлизането на антигени в тялото може да бъде придружено от появата на състояние на толерантност към това вещество (вижте Имунологична толерантност) или повишаване на чувствителността към този антиген. (вижте Алергия).

Специфичният антиген може да бъде определено молекулярно хомогенно вещество. Но антигенните свойства на отделните вещества се проявяват и ако те са част от сложни смеси и системи. Следователно в клиниката по инфекциозни болести, в лабораторната и епидемиологичната практика, терминът "антиген" често се използва по отношение на такива сложни системи като микробни, растителни и животински клетки, тъканни екстракти, биологични течности и др., като се отнася до индивидуални съдържащи се в тези системи антигени. Терминът "антиген" често се използва за означаване на вещества, които, за разлика от пълноценните антигени, не са в състояние самостоятелно да стимулират синтеза на антитела (виж) в тялото, но могат специфично да реагират с вече образувани антитела. В имунологията е приет специален термин за дефиницията на такива вещества - хаптени (виж).

По своята същност антигените са високомолекулни полимери от естествен произход или изкуствено синтезирани. Протеините, полипептидите, полизахаридите, както и вероятно високополимерните нуклеинови киселини и сложните съединения на тези вещества имат свойствата на пълноценни антигени.

Антигенността се определя не само от характеристиките на химичната структура на веществата, но също така зависи от вида на имунизираното животно и неговата генетична конституция (виж Имуногенетика). Едно и също вещество, което не е антигенно по отношение на животни от един вид, предизвиква специфична имунологична реакция, когато се прилага на индивиди от друг вид. По този начин полизахаридът декстран не е антиген за зайци и когато се прилага на човек, той стимулира синтеза на специфични антитела дори след еднократно инжектиране. Освен това в рамките на един и същи вид има индивиди, които са рефрактерни (не произвеждат антитела) и, обратно, силно чувствителни към даден антиген.

Антигенността като биологично явление е относителна и за реализирането на това свойство е необходимо проникването на вещество във вътрешната среда на имунокомпетентен организъм, чувствителен към това вещество.

Въпреки огромния брой факти, получени в хода на химичното изследване на антигените, имунологията все още не е достигнала такова ниво, че да е възможно да се направи пълен списък на тези физико-химични характеристики на структурата на веществата, които създават необходимите основа за появата на антигенни свойства. Въпреки това са известни някои признаци, които разграничават антигенните вещества от неантигенните, например вещества, които се характеризират като правило с високо молекулно тегло от 10 000 и повече, имат свойствата на пълноценни антигени.

Функционално активните протеини се състоят от субединици - полипептидни вериги, свързани помежду си в една молекула чрез дисулфидни или водородни връзки. Дисоциацията на тези връзки в някои случаи води до нарушаване на антигенната специфичност. Така ензимът лактат дехидрогеназа (молекулно тегло 135 000) се състои от четири субединици от два генетично различни типа. За разлика от нативния ензим, дисоциираните полипептидни субединици не само не могат да индуцират синтеза на специфични антитела, но също така не реагират с антисерума срещу нативния ензим.

Появата на антигенна способност с увеличаване на молекулното тегло на веществата е характерна не само за протеините, но и за полизахаридите. Проучване на различни препарати от декстрани с молекулно тегло от 10 000 до 200 000 показа, че декстрани с молекулно тегло най-малко 50 000 причиняват стимулиране на генезис на антитела при хора.В същото време би било погрешно да се приеме, че високото молекулно тегло е задължително свойство на антигена. И така, сулфонираният полистирол - полимер с високо молекулно тегло - няма антигенност. Нуклеиновите киселини, въпреки високото си молекулно тегло, са много по-слаби антигени от протеините. Серумният албумин и хемоглобинът имат еднакво молекулно тегло (около 70 000), но способността за индуциране на образуването на антитела в хемоглобина е много по-слабо изразена, отколкото в албумина.

Ясно изключение от горното са антигеноактивните вещества, които се характеризират с относително ниско молекулно тегло: глюкагон, панкреатичен хормон (молекулно тегло 3800) и други, чийто антигенен ефект се проявява по време на имунизация с адюванти (виж). Освен това синтетичните полипептиди с молекулно тегло 4000 и 1200 могат да имат имунни свойства.

Освен от размера на молекулата, антигенността на дадено вещество се определя и от редица други негови свойства. Смята се, че едно от необходимите свойства на антигените е твърдостта на структурата на съставните детерминантни групи. По този начин желатинът, който е слабо антигенен протеин, денатуриран чрез нагряване, няма фиксирана вътрешна структура; съдържа много глицин, който няма странични групи в α-позиция, което позволява да се върти надлъжно. Ако обаче в желатиновата молекула се въведат химични групи, които повишават твърдостта на нейната структура (тирозин, триптофан, фенилаланин), тогава тя ще се превърне в относително силен антиген. Подобни данни са получени при изследването на антигенните свойства на синтетичните полипептиди. Пиранозните или фуранозните пръстени могат да увеличат твърдостта на молекулите в полизахаридните антигени.

Изследването на изкуствени полипептиди позволи да се установи ролята на определени аминокиселини в проявата на антигенните свойства на веществата. При сравняване на полипептидите glu58-, tyr4-, glu57-, lys38-, ala5- беше показано, че аланинът, подобно на тирозина, подобрява имуногенните свойства на полипептида. Установено е намаляване на ефекта на глутаминовата киселина върху антигенността на полипептида след въвеждането на малко количество тирозин в неговия състав.

По-малко ясен е въпросът за значението на заредените групи за проявата на антигенност. Според някои изследователи NH 3 + -групите са необходими за осигуряване на антигенната активност на полипептидите. Въпреки това, други изследователи смятат, че в синтетичните полипептиди, които не съдържат заредени групи след дезаминиране, способността за индуциране на синтез на антитела не само се запазва, но дори се подобрява.

Свойството на антигените е способността им да се подлагат на метаболитни процеси в организма. В тази връзка са интересни данните за ролята на оптичната изомерия на аминокиселините при определяне на антигенността на дадено вещество. Както се оказа, полипептидите, изградени от L-аминокиселини, са активни стимулатори на образуването на антитела, докато полипептидите от D-аминокиселини са способни да индуцират образуването на антитела само когато се прилагат в малки дози. При високи дози D-полипептидите предизвикват толерантност.

Антигенната активност на субстанциите и по-специално способността им да индуцират синтеза на антитела е най-силно изразена, ако животното, което се имунизира, принадлежи към вид, различен от източника на субстанцията. Общоприето е, че антигенността на протеините е толкова по-висока, колкото по-далечна таксономична група принадлежи имунизираното животно.

Протеините и въглехидратите на кръвта и вътрешните органи обикновено не са антигенни за организма, в който се синтезират, и в същото време са антигенни за други индивиди от същия вид. Тази закономерност не важи за т.нар. трансбариерни органи, т.е. органи, отделени от кръвния поток чрез специални бариери (кръвно-мозъчна бариера, кръвно-тестикуларна бариера и др.), чиито протеини обикновено не навлизат в кръвния поток и са антигени за собственото си тяло. Тези органи включват мозъка, лещата, паращитовидните жлези и тестисите.

Толерантността (имунологичната нереактивност на организма към даден антиген) към неговите собствени протеини е добре обяснена от гледна точка на теорията за клоналната селекция на имунитета. Едно от основните положения на тази теория гласи, че "разпознаването" на собствените протеини на тялото и толерантността към тях са свързани с елиминирането в ембрионалния период на развитие на всички клонове на лимфоидни клетки, които могат да реагират срещу антигена на даден организъм. . От гледна точка на тази теория антигените са представени от вещества, които носят признаци на чужда генетична информация. Следователно, за да може едно вещество да прояви своите антигенни свойства, то трябва да се различава от антигена на тъканите на имунизирания индивид. Това означава, че антигенността на дадено вещество също зависи от неговата специфичност.

Използвайки метода на комплексните антигени, т.е. антиген, в чиято молекула изкуствено се въвежда определен химикал. групиране беше установено, че антигенната специфичност на сложните антигени се определя не от цялата макромолекула като цяло, а от свойствата на тази група - детерминантната група. Оказа се, че специфичността на антигените се определя не само от химичния състав на детерминантната група, но и от нейното положение в антигена, както и от пространственото разположение на атомите в него и свързаната с това тяхната стереоизомерия.

В естествените протеини антигенната специфичност също се определя от малка част от неговата молекула. Установено е, че реакцията на образуване на антитела срещу фиброин на коприна може да бъде специфично потисната от продукти на хидролиза на коприна с молекулно тегло само около 600-1000, като най-ефективни при такова потискане са глицилаланиновите вериги с дължина 12 аминокиселини. (молекулно тегло 900). От октапептидите най-ефективен се оказа gly-/gly3-ala3-/tyr- с молекулно тегло около 600, който е основната част от специфичната антигенна детерминанта. Според други изследователи антигенната специфичност на декстран, синтетични полипептиди (полиаланин, полилизин), миоглобин зависи от малки реактивни места с молекулно тегло в диапазона 350-990.

Сравнението на антигенните свойства на протеини с известна последователност от аминокиселинни остатъци позволи да се установи, че минималните промени в първичната структура на протеините са достатъчни за появата на нова антигенна специфичност. По този начин антигенните различия в инсулините при някои животни (прасета, говеда, овце, коне) се дължат на заместването на аминокиселинните остатъци само в три участъка на полипептидната верига. Генетичните варианти на човешките имуноглобулинови молекули се различават помежду си само по един аминокиселинен остатък на 189-та позиция на леките вериги, но това е достатъчно, за да се различават като антигени.

Анализът на антигенната специфичност на синтетичните полипептиди допълнително показа, че тяхната специфичност се определя до голяма степен от природата на крайните групи. Въпреки това, в редица случаи е възможно да се отбележи наличието на кръстосани реакции между полипептиди, чиито крайни групи се различават една от друга. Както беше установено, такива кръстосани реакции се дължат на наличието на общи аминокиселини в други позиции. В следващите експерименти беше установено, че антителата могат да бъдат насочени срещу целия полипептид от пет аминокиселини като цяло. Подобни резултати са получени и при експерименти с въглехидратни хаптени. Тук също беше разкрито водещото влияние върху специфичността на антигена на крайната група и също така беше показано, че антителата могат да бъдат насочени срещу целия хаптен като цяло. Най-голямата група, която може да реагира с дадено антитяло и следователно да определи специфичността на антигена, очевидно са хексазахаридите.

Така в естествените протеини и полизахариди антигенната специфичност се определя от състава и последователността на аминокиселините в полипептидната верига и монозахаридите в полизахарида, особено техните крайни аминокиселини или монозахариди.

Както е известно, вторичната и в крайна сметка третичната структура на протеиновата молекула се определя от последователността на аминокиселините. От друга страна, антигенната специфичност на една белтъчна молекула се определя основно от групи, разположени на нейната повърхност. Следователно може да се твърди, че антигенната специфичност на протеина също зависи от неговата вторична и, вероятно, третична структура. В допълнение, горните резултати от изследване на антигенните свойства на лактат дехидрогеназата показват, че антигенната специфичност на протеини с високо молекулно тегло, състоящи се от субединици, може също да се определи от тяхната кватернерна структура.

Антигенните детерминанти, образувани на повърхността на протеинова молекула, могат да се различават по форма, размер, брой и набор от аминокиселини, включени в тези детерминанти. В резултат на това при имунизация дори с чист кристален протеинов препарат в организма се образуват антитела от различен тип, разнородни по своята специфичност. Броят на антигенните детерминанти в една молекула (антигенна валентност) варира за различните протеини в зависимост от размера на молекулите: от 5 в молекула на яйчен албумин (молекулно тегло 40 500) до 40 в молекула на тиреоглобулин (молекулно тегло 650 000). Въпреки това, няма пряка връзка между валентността и молекулното тегло на антигените.

Естеството на взаимодействието на антигенните детерминанти и останалата част от молекулата при определяне на антигенните свойства на веществото все още не е напълно разкрито. Въпреки това, натрупаните факти показват, че стимулирането на имунологичните реакции на организма се извършва от реактивни групи от антигенни молекули, които определят неговата специфичност, тоест детерминантни групи.

Говорейки за специфичността на естествените антигени, те имат предвид преди всичко тяхната видова специфичност. Всъщност за индивидите от този вид е присъща антигенна специфичност, която не е характерна за индивиди, принадлежащи към други видове живи същества. Не бива обаче да се мисли, че има някакви вещества, специално "отговорни" за специфичността на антигенния вид. Очевидно много, ако не и повечето от веществата, съдържащи се в тялото, имат такава видова специфичност.

Въпреки че всички видове живи същества ясно се различават един от друг по своите видово-специфични антигени, степента на тази разлика може да не е еднаква. Близкородствените видове се характеризират с наличието на доста сходни видово-специфични антигени. Видовете, които са далеч един от друг, също имат рязко различни видове специфични антигени. Въз основа на това явление се разраства независимо биологично направление - имуносистематика, която използва метода на антигенния анализ за решаване на сложни таксономични проблеми и въпроси на еволюционните взаимоотношения на различни видове микроорганизми, растения и животни.

Още в началото на нашия век беше установено, че групи от различни индивиди от един и същи вид могат да се различават една от друга по съдържанието на антигени, които по-късно станаха известни като изоантигени. Изоантигени са открити в клетките на всички изследвани животински видове. Те обаче са достатъчно проучени само при хора. Както се оказа, изоантигенната структура на човешките клетки е изключително сложна. Повече от 15 системи от изо-антигени, включително около 100 антигена, са идентифицирани само в човешки еритроцити. (виж Кръвни групи). Точно както практиката на кръвопреливане изискваше разработването на изследвания, които доведоха до описанието на антигенната структура на еритроцитите, нарастващият интерес на клиницистите към трансплантацията на тъкани и органи, наблюдаван днес, доведе до преминаване към задълбочено изследване на антигенния състав на други телесни клетки. Установено е, че повечето от антигените, които определят реакцията на реципиента срещу трансплантирания орган, се съдържат в левкоцитите. Поради това беше обърнато специално внимание на изследването на антигените, съдържащи се в тези кръвни клетки. Различни изследователи са описали голямо разнообразие от левкоцитни антигени. При сравняване на всички тези антигени един с друг се оказа, че повечето от тях принадлежат към една система, наречена HL-A. В допълнение към тази система е идентифицирана още една система от левкоцитни антигени, генетично независима от системата HL-A - системата от група 5. Както беше установено, всички антигени на двете системи, с възможно изключение на антиген 9, са представени от няколко алела (виж). Също така беше показано, че тези антигени присъстват, в допълнение към левкоцитите, в клетките на много човешки органи и тъкани, което е особено важно за подбора на донори и реципиенти за трансплантация на органи в клиниката (вижте Имунологична несъвместимост).

В допълнение към изоантигените, характерни за еритроцитите и левкоцитите, са открити изоантигени, които са присъщи на тромбоцитите, лимфоцитите, гранулоцитите, кръвния серум и др. Следователно, в допълнение към "общите" изоантигени, очевидно има органоспецифични изоантигени. Този въпрос, който има огромно теоретично и практическо (при органната трансплантация) значение и в същото време е изключително сложен, в момента почти не е разработван.

Дори И. И. Мечников установи, че е възможно да се получат имунни серуми, насочени срещу клетки на определени органи или тъкани, така наречените цитотоксини. Това откритие формира основата на доктрината за антигенната органна (тъканна) специфичност. Съществуването на органоспецифични антигени е доказано в почти всички органи. Получени са данни, че в редица органи има два вида органоспецифични антигени, които се намират в едноименните органи на представители на различни видове живи същества, и антигени, които характеризират органи само на представители на този вид.

Понастоящем за повечето органи (черен дроб, бъбрек, леща на окото и др.) са изследвани главно водоразтворими органоспецифични антигени, които са повече или по-малко сложни системи от протеини. Що се отнася до органоспецифичните антигени, които не преминават в екстракти, има само няколко откъслечни данни за тях. Наскоро бяха открити антигени, които са общи за бъбреците, черния дроб, далака, сърцето, но липсват в кръвния серум. Някои изследователи ги обособяват в нова група - междуорганни антигени.

Към групата на описаните антигени се присъединяват така наречените органоидни антигени, изолирани от някои изследователи, които характеризират антигенната специфичност на клетъчните ядра, митохондриите, рибозомите и др.

През последните години е установено съществуването на антигени, характерни за организми, техните органи или тъкани, които се намират на определени етапи на индивидуално развитие. Тези антигени се наричат ​​стадийно-специфични антигени.

За патологията е от съществено значение откриването на така наречените патологични антигени, възникващи в резултат на патологични процеси. Те включват "рак", "изгаряне", "радиация" и други антигени, образувани в патологично променени тъкани. Доказано е появата на нови антигени (трансплантационни, комплемент-фиксиращи и повърхностни) в туморни клетки, индуцирани от вируси.

Антигенната специфичност на клетъчните и тъканните вещества отразява основните характеристики на тяхната структура, функция и физиологично състояние. Откриването на причините за антигенното действие на веществата, анализът на техните свойства, изясняването на химичните основи на антигенната специфичност на веществата - всички тези въпроси са един от основните въпроси на съвременната имунохимия. В същото време изучаването на свойствата на естествените антигени в днешно време не се ограничава до обхвата на собствената имунохимия и инфекциозната имунология и служи за решаване на много въпроси от общо биологично значение, и по-специално въпросите за еволюцията на животинския и растителния свят.

Анализът на антигенните свойства на вируси, бактерии, клетки и тъкани на многоклетъчни организми показа изключителната сложност на тяхната антигенна структура. Наред с антигени, характерни за групи индивиди или всички индивиди, принадлежащи към един и същи вид (видове, групови антигени на бактерии, изоантигени), животинските тъкани съдържат антигени, които са повече или по-малко широко разпространени сред представители на други видове. Важно е да се установи фактът, че до известна степен общите антигени, с изключение на хетерогенните антигени като антигените на Forssmann, отразяват генеалогичните връзки между видовете, в които се срещат.

Различните тъкани на тялото се различават по степента на междувидово сходство на техните антигени. Кръвният серум, черният дроб, далакът и някои други вътрешни органи съдържат предимно антигени със силно изразена видова специфичност. Напротив, антигените на мускулите, тестисите, мозъка, лещата се различават малко по своята специфичност от антигените на хомоложни органи и тъкани при представители на различни видове бозайници и дори при гръбначни животни като цяло. Това се дължи на сходството на химичната структура и свойствата на съответните протеини, които изпълняват същата функция. Очевидно в процеса на еволюцията на някакъв етап е постигната изключително пълна адаптация на структурата на такива протеини за изпълнение на жизненоважни функции, в резултат на което всички последващи мутации, които нарушават това съответствие, са елиминирани чрез естествен подбор. По правило такива общи антигени са протеини, характеризиращи се с изключително слаба антигенност (хемоглобини, инсулини, карбомил синтетаза) или протеини на тъкани, анатомично изолирани от лимфоидната система на тялото (протеини на кристални лещи).

Някои антигени на високоорганизирани животни и по-специално на човека имат защитна функция за поддържане на генетичното постоянство на вътрешната среда на тялото. Установено е, че антигените на системата AB0 (виж Кръвни групи) присъстват не само в тъканите, но и под формата на водоразтворими антигени в биологични течности и секрети. Обяснявайки възможното значение на феномена на секрецията на антигени, П. Н. Косяков предполага, че антигените АВ0 в слюнката и в горния стомашно-чревен тракт играят защитна роля, неутрализирайки животинските или растителните хемаглутинини (лектини), съдържащи се в храната. Груповите антигени на семенната течност защитават мъжките зародишни клетки от излагане на изоантитела, разположени в женския генитален тракт по време на оплождането.

При явленията на групова несъвместимост на майчиния организъм и плода, изоантигените (AB0 системи и др.) На последния, намиращи се в околоплодната течност, амниона и хориона, играят защитна роля, свързвайки антителата на майката, които проникват в плацентата , а не "допускането" им до тъканите на плода.

През последните години някои изследователи изложиха позиция относно възможната морфогенетична роля на антигените в ембриогенезата (вижте Имунология на ембриогенезата).

Биологичното значение на антигените със сигурност не се ограничава до тяхното участие във феномените, обсъдени по-горе. Например, въпросът за връзката между кръвните изоантигени и предразположението на лица, диференцирани според тези антигени към определени видове заболявания, напоследък е интензивно проучен.

Библиография:Актуални въпроси на имунологията, изд. Л. А. Зилбер и П. А. Вершилова, с. 312, М.. 1964, библиогр.; Бойд У. Основи на имунологията, прев. от англ., М., 1969, библиография; G и γ-ρο в и c F. Имунохимия и биосинтеза на антитела, лентата с английски. от англ., М., 1969, библиография; Зилбер JI. A. и Abelev G. I. Вирусология и имунология на рака, М., 1962, библиогр.; Косяков П. Н. Имунология на изоантигени и изоантитела, М., 1965, библиогр.; Петров Р. В. Имунология на остро радиационно увреждане, М., 1962, библиогр.; Туманов А. К. Серумни кръвни системи, М., 1968, библиогр.; Efroimson V. P. Въведение в медицинската генетика, М., 1968, библиогр.; Andersson B. Взаимодействие между имунокомпетентни клетки и антиген, Стокхолм, 1972, библиогр.; Имунологична толерантност към микробни антигени, изд. от H. Friedman, N. Y., 1971. библиогр.; Kissme-y e r-N ielsen F. a. Thorsby E. Човешки трансплантационни антигени, Копенхаген, 1970 г.; Силни и слаби антигени на хистосъвместимост, Копенхаген, 1970, библиогр.; Повърхностни антигени върху ядрени клетки, Копенхаген, 1971, библиогр.

О. Е. Вязов, В. М. Барабанов.

План на лекцията:

1. Антигени: определение, структура, основни свойства.

2. Антигени на микроорганизми.

3. Човешки и животински антигени.

4. Антитела: определение, основни функции, структура.

5. Класове имуноглобулини, техните характеристики.

6. Динамика на образуване на антитела.

Антигени (от гръцки. анти- против, генос- създавам; срок, предложен в 1899 Deutsch) - вещества от различен произход, носещи признаци на генетична чуждост и при въвеждане в организма предизвикващи развитие на специфични имунологични реакции.

Основните функции на антигените:

Те предизвикват имунологичен отговор (синтез на антитела и задействане на реакции на клетъчния имунитет).

Специфично взаимодействат с образуваните антитела (in vivo и in vitro).

Осигурете имунологична памет- способността на организма да реагира на многократното въвеждане на антигена с имунологична реакция, характеризираща се с по-голяма сила и по-бързо развитие.

Причина за развитие имунологична толерантност- липсата на имунен отговор към специфичен антиген при запазване на способността за имунен отговор към други антигени.

Структурата на антигените:

Антигените се състоят от 2 части:

1. Носител с високо молекулно тегло (schlepper)- високополимерен протеин, който определя антигенността и имуногенността на антигена.

2. Детерминантни групи (епитопи)- повърхностни структури на антиген, които са комплементарни на активното място на антителата или Т-лимфоцитния рецептор и определят специфичността на антигена. На един носител може да има няколко различни епитопа, състоящи се от пептиди или липополизахариди и разположени в различни части на молекулата на антигена. Тяхното разнообразие се постига чрез мозайка от аминокиселинни или липополизахаридни остатъци, разположени на повърхността на протеина.

Броят на детерминантните групи или епитопите определя антигенна валентност.

Антигенна валентност- броят на идентичните епитопи върху една антигенна молекула, равен на броя на молекулите на антитялото, които могат да се прикрепят към нея.

Основните свойства на антигените:

1. Имуногенност- способността за предизвикване на имунитет, резистентност към инфекция (използва се за характеризиране на инфекциозни агенти).

2. антигенност- способността да предизвиква образуването на специфични антитела (частен вариант на имуногенност).

3. Специфичност- свойство, по което антигените се различават един от друг и което определя способността за селективна реакция със специфични антитела или сенсибилизирани лимфоцити.

Имуногенността, антигенността и специфичността зависят от много фактори.

Фактори, които определят антигенността:

- Чуждост (хетерогенност)- генетично обусловено свойство на антигените на някои животински видове да се различават от антигените на други животински видове (колкото по-далече животните са едно от друго във фенотипно отношение, толкова по-голяма антигенност по отношение един на друг имат).

- Молекулно теглотрябва да бъде най-малко 10 000 далтона, с увеличаване на молекулното тегло антигенността се увеличава.

- Химическа природа и химична еднородност:протеини, техните комплекси с липиди (липопротеини), с въглехидрати (гликопротеини), с нуклеинови киселини (нуклеопротеини), както и сложни полизахариди (с маса над 100 000 D), липополизахаридите имат най-голяма антигенност; сами по себе си нуклеиновите киселини, липидите поради недостатъчна твърдост на структурата са неимуногенни.

- Здравина на конструкцията(в допълнение към определена химическа природа, антигените трябва да имат определена структурна твърдост, например денатурираните протеини нямат антигенност).

- Разтворимост(неразтворимите протеини не могат да бъдат в колоидна фаза и не предизвикват развитие на имунни реакции).

Фактори, определящи имуногенността:

свойства на антигените.

Начин на приложение на антигена (перорално, интрадермално, интрамускулно).

доза антиген.

Интервал между инжекциите.

Състояние на имунизирания макроорганизъм.

Скоростта на разрушаване на антигена в тялото и отстраняването му от тялото.

Имуногенността и антигенността може да не са еднакви!Например, дизентерийният бацил е силно антигенен, но не се развива изразен имунитет срещу дизентерия.

Фактори, които определят специфичността:

Химическата природа на антигенната детерминанта.

Структурата на антигенната детерминанта (вид и последователност на аминокиселините в първичната полипептидна верига).

Пространствена конфигурация на антигенни детерминанти.

Видове антигени по структура:

1. Хаптени (непълни антигени)- това е чиста детерминантна група (имат малко молекулно тегло, не се разпознават от имунокомпетентни клетки, имат само специфичност, т.е. не могат да предизвикат образуването на антитела, но влизат в специфична реакция с тях):

- просто- взаимодействат с антителата в организма, но не могат да реагират с тях in vitro;

- комплекс- взаимодействат с антитела in vivo и in vitro.

2. Пълни (конюгирани) антигени- се образуват, когато хаптенът е свързан с високомолекулен носител с имуногенност.

3. Полухаптениса неорганични радикали (J - , Cr - , Br - , N +), свързани с протеинови молекули.

4. Проантигени- хаптени, способни да се прикрепят към телесни протеини и да ги сенсибилизират като автоантигени.

5. Толерогени- антигени, способни да потискат имунологичните реакции с развитието на специфична неспособност да реагират на тях.

Видове антигени според степента на чуждост:

1. Видови антигени- антигени на определен вид организми.

2. Групови антигени (алоантигени)- антигени, които причиняват вътрешноспецифични различия в индивиди от един и същи вид, разделяйки ги на групи (серогрупи при микроорганизми, кръвни групи при хора).

3. Индивидуални антигени (изоантигени)- антигени на конкретен индивид.

4. Хетерогенни (кръстосано реактивни, ксеноантигени) антигени- антигени, общи за организми от различни видове, далеч един от друг:

- антигенна мимикрия- дългосрочно отсъствие на имунологична реакция към антигени поради сходство с антигените на гостоприемника (микроорганизмите не се разпознават като чужди);

- кръстосани реакции- антитела, образувани срещу микробни антигени, влизат в контакт с антигени на гостоприемника и могат да причинят имунологичен процес (например: хемолитичният стрептокок има кръстосано реактивни антигени с миокардни и бъбречни гломерулни антигени; вирусът на морбили има кръстосано реактивни антигени към миелиновия протеин, така че имунната реакцията насърчава демиелинизацията на нервните влакна и развитието на множествена склероза).

Антигени на микроорганизми в зависимост от системната позиция:

1. видово специфични- антигени на един вид микроорганизъм.

2. специфични за групата- антигени от една група в рамките на един вид (микроорганизмите се делят на серогрупи).

3. Специфичен тип- антигени от един и същи тип (вариант) в рамките на вида (микроорганизмите се делят на серовари/серотипове).

Какво представляват антигените

Това са всякакви вещества, съдържащи се в микроорганизми и други клетки (или секретирани от тях), които носят признаци на генетично чужда информация и които потенциално могат да бъдат разпознати от имунната система на организма. Когато бъдат въведени във вътрешната среда на тялото, тези генетично чужди вещества са способни да предизвикат различни видове имунен отговор.

Всеки микроорганизъм, колкото и примитивен да е, съдържа няколко антигена. Колкото по-сложна е структурата му, толкова повече антигени могат да бъдат намерени в състава му.

Различни елементи на микроорганизма имат антигенни свойства - флагела, капсула, клетъчна стена, цитоплазмена мембрана, рибозоми и други компоненти на цитоплазмата, както и различни протеинови продукти, отделяни от бактерии във външната среда, включително токсини и ензими.

Различават се екзогенни антигени (попадащи в организма отвън) и ендогенни антигени (автоантигени – продукти на собствените клетки на организма), както и антигени, предизвикващи алергични реакции – алергени.

Какво представляват антителата

Тялото непрекъснато се сблъсква с различни антигени. Атакува се както отвън – от вируси и бактерии, така и отвътре – от клетките на тялото, които придобиват антигенни свойства.

- протеини в кръвния серум, които се произвеждат от плазмените клетки в отговор на проникването на антигена в тялото. Антителата се произвеждат от клетките на лимфоидните органи и циркулират в кръвната плазма, лимфата и други телесни течности.

Основната важна роля на антителата е разпознаването и свързването на чужд материал (антиген), както и стартирането на механизма за унищожаване на този чужд материал. Основно и уникално свойство на антителата е тяхната способност да свързват антигена директно във формата, в която влиза в тялото.

Антителата имат способността да разграничават един антиген от друг. Те са способни на специфично взаимодействие с антиген, но взаимодействат само с този антиген (с редки изключения), който е предизвикал тяхното образуване и се доближава до тях по отношение на пространствената структура. Тази способност на антитялото се нарича взаимно допълване.

Все още не съществува пълно разбиране на молекулярния механизъм на образуване на антитела. Молекулярните и генетичните механизми, лежащи в основата на разпознаването на милиони различни антигени, открити в околната среда, не са проучени.

Антитела и имуноглобулини

В края на 30-те години на миналия век започва изследването на молекулярната природа на антителата. Един от начините за изследване на молекулите беше електрофорезата, която беше въведена на практика през същите години. Електрофорезата позволява протеините да бъдат разделени по техния електрически заряд и молекулно тегло. Електрофорезата на серумния протеин обикновено произвежда 5 основни ленти, които съответстват (от + до -) на фракции от албумин, алфа1-, алфа2-, бета- и гама-глобулини.

През 1939 г. шведският химик Арне Тиселиус и американският имунохимик Алвин Кабет (Тиселиус, Кабат) използват електрофореза за фракциониране на кръвния серум на имунизирани животни. Учените са показали, че антителата се съдържат в определена част от серумните протеини. А именно, антителата се отнасят главно за гама глобулини. Тъй като някои също попадат в областта на бета-глобулините, беше предложен по-добър термин за антитела - имуноглобулини.

В съответствие с международната класификация се нарича съвкупността от серумни протеини със свойствата на антитела имуноглобулинии се обозначава със символа Ig (от думата "Имуноглобулин").

Срок "имуноглобулини"отразява химическата структура на молекулите на тези протеини. Срок "антитела"определя функционалните свойства на молекулата и отчита способността на антитялото да реагира само със специфичен антиген.

По-рано се приемаше, че имуноглобулините и антителата са синоними. Понастоящем има мнение, че всички антитела са имуноглобулини, но не всички имуноглобулинови молекули имат функцията на антитела.

Говорим за антитела само по отношение на антигена, т.е. ако антигенът е известен. Ако не знаем антигена, комплементарен към някакъв имуноглобулин, който имаме "в ръцете си", тогава имаме само имуноглобулин. Във всеки антисерум, в допълнение към антителата срещу този антиген, има голям брой имуноглобулини, чиято антитяло активност не може да бъде открита, но това не означава, че тези имуноглобулини не са антитела към други антигени. Въпросът за съществуването на имуноглобулинови молекули, които първоначално нямат свойствата на антитела, все още е открит.

Антителата (AT, имуноглобулини, IG, Ig) са централната фигура на хуморалния имунитет. Основна роля в имунната защита на организма играят лимфоцитите, които се делят на две основни категории – Т-лимфоцити и В-лимфоцити.

Антителата или имуноглобулините (Ig) се синтезират от В-лимфоцити и по-специално от антитялообразуващи клетки (AFC). Синтезът на антитела започва в отговор на навлизането на антигени във вътрешната среда на тялото. За да синтезират антитела, В-клетките изискват контакт с антиген и произтичащото от това съзряване на В-клетките в клетки, произвеждащи антитела. Значителен брой антитела се произвеждат от така наречените плазмени клетки, образувани от В-лимфоцити - AFC, открити в кръвта и тъканите. Имуноглобулините се намират в големи количества в серума, интерстициалната течност и други секрети, осигурявайки хуморален отговор.

Класове имуноглобулини

Имуноглобулините (Ig) се различават по структура и функция. Има 5 различни класа имуноглобулини, открити при хората: IgG,IgA,IgM,IgE,IgD, някои от които са допълнително подразделени на подкласове. Има подкласове в имуноглобулините от класове G (Gl, G2, G3, G4), A (A1, A2) и M (M1, M2).

Класовете и подкласовете, взети заедно, се извикват изотиповеимуноглобулини.

Антителата от различни класове се различават по размера на молекулите, заряда на протеиновата молекула, аминокиселинния състав и съдържанието на въглехидратния компонент. Най-изследваният клас антитела е IgG.

Обикновено имуноглобулините от клас IgG преобладават в човешкия кръвен серум. Те съставляват приблизително 70-80% от общите серумни антитела. Съдържанието на IgA - 10-15%, IgM - 5-10%. Съдържанието на имуноглобулини от класове IgE и IgD е много малко - около 0,1% за всеки от тези класове.

Не трябва да се мисли, че антителата срещу определен антиген принадлежат само към един от петте класа имуноглобулини. Обратно, антитела срещу един и същ антиген могат да бъдат представени от различни Ig класове.

Най-важната диагностична роля играе определянето на антитела от класове M и G, тъй като след заразяване на човек първо се появяват антитела от клас M, след това клас G и последните имуноглобулини A и E.

Имуногенност и антигенност на антигените

В отговор на навлизането на антигени в тялото започва цял комплекс от реакции, насочени към освобождаване на вътрешната среда на тялото от продуктите на чужда генетична информация. Този набор от защитни реакции на имунната система се нарича имунен отговор.

Имуногенностнаречена способност на антигена да индуцира имунен отговор, тоест да индуцира специфична защитна реакция на имунната система. Имуногенността може да се опише и като способност за създаване на имунитет.

Имуногенността до голяма степен зависи от естеството на антигена, неговите свойства (молекулно тегло, подвижност на антигенните молекули, форма, структура, способност за промяна), от пътя и начина на навлизане на антигена в тялото, както и допълнителни ефекти и генотипа на реципиента.

Както бе споменато по-горе, една от формите на реакция на имунната система към въвеждането на антиген в тялото е биосинтезата на антитела. Антителата са в състояние да свържат антигена, който е причинил тяхното образуване, и по този начин да предпазят тялото от възможните вредни ефекти на чужди антигени. В тази връзка се въвежда понятието антигенност.

антигенност- това е способността на антигена да взаимодейства специфично с факторите на имунитета, а именно да взаимодейства с продуктите на имунния отговор, причинен от това конкретно вещество (антитела и Т- и В-антиген-разпознаващи рецептори).

Някои термини от молекулярната биология

Липиди(от др. гръцки λίπος - мазнина) - обширна група от доста разнообразни естествени органични съединения, включително мазнини и мастноподобни вещества. Липидите се намират във всички живи клетки и са един от основните компоненти на биологичните мембрани. Те са неразтворими във вода и силно разтворими в органични разтворители. Фосфолипиди- сложни липиди, съдържащи висши мастни киселини и остатък от фосфорна киселина.

Потвърждениемолекули (от латински conformatio - форма, структура, подреждане) - геометрични форми, които молекулите на органичните съединения могат да приемат, когато атоми или групи от атоми (заместители) се въртят около прости връзки, като същевременно запазват реда на химичната връзка на атомите (химическа структура), дължини на връзките и валентни ъгли.

Органични съединения (киселини) със специална структура. Техните молекули съдържат едновременно аминогрупи (NH 2) и карбоксилни групи (COOH). Всички аминокиселини се състоят само от 5 химични елемента: C, H, O, N, S.

Пептиди(гръцки πεπτος - хранителен) - семейство вещества, чиито молекули са изградени от два или повече аминокиселинни остатъка, свързани във верига с пептидни (амидни) връзки. Наричат ​​се пептиди, чиято последователност е по-дълга от около 10-20 аминокиселинни остатъка полипептиди.

В полипептидната верига има N-край, образуван от свободна а-амино група и С-крайсъс свободна а-карбоксилна група. Пептидите се записват и четат от N-края до С-края - от N-крайната аминокиселина до С-крайната аминокиселина.

Аминокиселинни остатъциса мономери на аминокиселини, които изграждат пептиди. Аминокиселинен остатък, който има свободна аминогрупа, се нарича N-краен и се изписва отляво, а имащ свободна α-карбоксилна група се нарича С-краен и се изписва отдясно.

протеиниобикновено наричани полипептиди, съдържащи около 50 аминокиселинни остатъка. Като синоним на термина „протеини“ се използва и терминът „протеини“ (от гръцки protos – първи, най-важен). Молекулата на всеки протеин има добре дефинирана, доста сложна, триизмерна структура.

Аминокиселинните остатъци в протеините обикновено се обозначават с помощта на трибуквен или еднобуквен код. Трибуквеният код е съкращение от английските имена на аминокиселини и често се използва в научната литература. Еднобуквеният код в повечето случаи няма интуитивна връзка с имената на аминокиселините и се използва в биоинформатиката за представяне на последователност от аминокиселини като текст, който е лесен за компютърен анализ.

пептиден скелет.В полипептидната верига последователността от атоми -NH-CH-CO- се повтаря многократно.Тази последователност образува пептидния гръбнак. Полипептидната верига се състои от полипептиден скелет (скелет), който има правилна, повтаряща се структура и отделни странични групи (R-групи).

Пептидни връзкикомбинират аминокиселини в пептиди. Пептидните връзки се образуват от взаимодействието на α-карбоксилната група на една аминокиселина и α-аминогрупата от следващата аминокиселина. Пептидните връзки са много силни и не се разкъсват спонтанно при нормални условия, които съществуват в клетките.

Наричат ​​се групи от атоми -CO-NH-, повтарящи се многократно в пептидните молекули пептидни групи. Пептидната група има твърда планарна (плоска) структура.

Протеинова конформация- разположение на полипептидната верига в пространството. Пространствената структура, характерна за протеиновата молекула, се формира поради вътремолекулни взаимодействия. Линейните полипептидни вериги на отделни протеини, поради взаимодействието на функционални групи от аминокиселини, придобиват определена триизмерна структура, която се нарича "протеинова конформация".

Процесът на образуване на функционално активна протеинова конформация се нарича сгъване. Твърдостта на пептидната връзка намалява броя на степените на свобода на полипептидната верига, която играе важна роля в процеса на сгъване.

Глобуларни и фибриларни протеини.Изследваните досега протеини могат да бъдат разделени на два големи класа според способността да приемат определена геометрична форма в разтвор: фибриларен(опъната на нишка) и кълбовиден(навити на топка). Полипептидните вериги на фибриларните протеини са удължени, разположени успоредно една на друга и образуват дълги нишки или слоеве. В глобуларните протеини полипептидните вериги са плътно нагънати в глобули - компактни сферични структури.

Трябва да се отбележи, че протеините условно се разделят на фибриларни и глобуларни, тъй като има голям брой протеини с междинна структура.

Първична структура на протеин(първична структура на протеина) е линейна последователност от аминокиселини, които изграждат протеин в полипептидна верига. Аминокиселините са свързани помежду си чрез пептидни връзки. Аминокиселинната последователност се записва, започвайки от С-края на молекулата към N-края на полипептидната верига.

PSb е най-простото ниво на структурна организация на протеинова молекула. Първо P.S.B. е създадена от Ф. Сангер за инсулин (Нобелова награда за 1958 г.).

(вторична структура на протеин) - полагането на протеинова полипептидна верига в резултат на взаимодействието между близко разположени аминокиселини в една и съща пептидна верига - между аминокиселини, разположени на няколко остатъка един от друг.

Вторичната структура на протеините е пространствена структура, която се формира в резултат на взаимодействията между функционалните групи, които изграждат пептидния скелет.

Вторичната структура на протеините се дължи на способността на групите на пептидната връзка да взаимодействат с водород между функционалните групи -C=O и -NH- на пептидния скелет. В този случай пептидът има тенденция да приеме конформация с образуването на максимален брой водородни връзки. Въпреки това, възможността за тяхното образуване е ограничена от природата на пептидната връзка. Следователно пептидната верига придобива не произволна, а строго определена конформация.

Вторичната структура се формира от сегменти на полипептидната верига, които участват в образуването на правилна мрежа от водородни връзки.

С други думи, вторичната структура на полипептида е конформацията на неговата основна верига (гръбнак), без да се взема предвид конформацията на страничните групи.

Полипептидната верига на протеина, сгъваща се под действието на водородни връзки в компактна форма, може да образува определен брой правилни структури. Известни са няколко такива структури: α (алфа)-спирала, β (бета)-структура (друго име е β-нагънат слой или β-нагънат лист), произволна намотка и завой. Рядък тип вторична структура на протеини са π-спиралите. Първоначално изследователите вярваха, че този тип спирала не се среща в природата, но по-късно тези спирали бяха открити в протеини.

α-спиралата и β-структурата са енергийно най-благоприятните конформации, тъй като и двете са стабилизирани от водородни връзки. В допълнение, както α-спиралата, така и β-структурата са допълнително стабилизирани чрез плътното опаковане на атомите на гръбнака, които пасват заедно като парчета от един и същ пъзел.

Тези фрагменти и тяхната комбинация в някои протеини, ако има такива, също се наричат ​​вторична структура на този протеин.

В структурата на глобуларните протеини може да има фрагменти от правилна структура от всички видове във всяка комбинация, но може да няма нито един. Във фибриларните протеини всички остатъци принадлежат към един тип: например вълната съдържа α-спирали, а коприната съдържа β-структури.

Така най-често вторичната структура на протеина е сгъването на протеиновата полипептидна верига в α-спирални участъци и β-структурни образувания (слоеве) с участието на водородни връзки. Ако между местата на огъване на една верига се образуват водородни връзки, тогава те се наричат ​​вътрешноверижни, ако между вериги - междуверижни. Водородните връзки са разположени перпендикулярно на полипептидната верига.

α-спирала- се образува от вътреверижни водородни връзки между NH групата на един аминокиселинен остатък и СО групата на четвъртия остатък от него. Средната дължина на α-спиралите в протеините е 10 аминокиселинни остатъка

В α-спиралата се образуват водородни връзки между кислородния атом на карбонилната група и водорода на амидния азот на 4-та аминокиселина от него. Всички C=O и N-H групи на основната полипептидна верига участват в образуването на тези водородни връзки. Страничните вериги на аминокиселинните остатъци са разположени по периферията на спиралата и не участват в образуването на вторичната структура.

β структурисе образуват между линейните участъци на пептидния скелет на една полипептидна верига, като по този начин образуват нагънати структури (няколко зигзагообразни полипептидни вериги).

β-структурата се образува поради образуването на много водородни връзки между атомите на пептидните групи на линейните вериги. В β-структурите се образуват водородни връзки между аминокиселини или различни протеинови вериги, които са относително отдалечени една от друга в първичната структура, а не са разположени на близко разстояние, както е в случая с α-спиралата.

В някои протеини могат да се образуват β-структури поради образуването на водородни връзки между атомите на пептидния скелет на различни полипептидни вериги.

Полипептидните вериги или части от тях могат да образуват паралелни или антипаралелни β структури. Ако свързаните няколко вериги на полипептида са насочени противоположно и N- и С-терминалите не съвпадат, тогава антипаралеленβ-структура, ако съвпадат - паралеленβ-структура.

Друго име за β-структурите е β-листове(β-плисирани слоеве, β-листове). β-листът се образува от две или повече β-структурни области на полипептидната верига, наречени β-вериги (β-вериги). Обикновено β-листовете се намират в глобуларни протеини и съдържат не повече от 6 β-нишки.

β-вериги(β-вериги) са участъци от протеинова молекула, в които връзките на пептидния скелет на няколко последователни полипептиди са организирани в плоска конформация. В илюстрациите протеиновите β-вериги понякога се изобразяват като плоски "ленти със стрелки", за да се подчертае посоката на полипептидната верига.

Основната част от β-веригите е разположена до други вериги и образува с тях обширна система от водородни връзки между C=O и N-H групите на основната протеинова верига (пептиден скелет). β-нишките могат да бъдат пакетирани , като са напречно стабилизирани от две или три водородни връзки между последователни нишки. Този начин на подреждане се нарича β-лист.

Объркана плетеница- това е част от пептидната верига, която няма регулярна, периодична пространствена организация. Такива места във всеки протеин имат своя собствена фиксирана конформация, която се определя от аминокиселинния състав на това място, както и от вторичните и третичните структури на съседните области, заобикалящи "случайната плетеница". В областите на неподредена намотка пептидната верига може относително лесно да се огъне и промени конформацията, докато α-спиралите и β-нагънатият слой са доста твърди структури.

Друга форма на вторична структура се обозначава като β-завой. Тази структура се образува от 4 или повече аминокиселинни остатъка с водородна връзка между първия и последния и по такъв начин, че пептидната верига променя посоката си на 180 °. Примковата структура на такова завъртане се стабилизира от водородна връзка между карбонилния кислород на аминокиселинния остатък в началото на завоя и N-H групата на третия остатък надолу по веригата в края на завоя.

Ако антипаралелните β-нишки се доближат до β-завоя от двата края, тогава се образува вторична структура, т.нар. β-шнола(β-фиби)

Третична структура на протеин(третична структура на протеина) - В разтвор при физиологични условия полипептидната верига се нагъва в компактна формация, която има определена пространствена структура, която се нарича третична структура на протеина. Образува се в резултат на самонагъване поради взаимодействието между радикалите (ковалентни и водородни връзки, йонни и хидрофобни взаимодействия). За първи път Т.с.б. е установен за протеина миоглобин от J. Kendrew и M. Perutz през 1959 г. (Нобелова награда за 1962 г.). T.s.b. почти напълно се определя от първичната структура на протеина. Понастоящем с помощта на методите на рентгенов дифракционен анализ и ядрено-магнитна спектроскопия (ЯМР спектроскопия) са определени пространствените (третични) структури на голям брой протеини.

Кватернерна структура на протеина.Протеините, състоящи се от една полипептидна верига, имат само третична структура. Въпреки това, някои протеини са изградени от няколко полипептидни вериги, всяка от които има третична структура. За такива протеини е въведена концепцията за кватернерна структура, която е организацията на няколко полипептидни вериги с третична структура в една функционална протеинова молекула. Такъв протеин с кватернерна структура се нарича олигомер, а неговите полипептидни вериги с третична структура се наричат ​​протомери или субединици.

конюгат(конюгат, лат. conjugatio - свързване) - изкуствено синтезирана (химически или чрез in vitro рекомбинация) хибридна молекула, в която две молекули с различни свойства са свързани (комбинирани); широко използвани в медицината и експерименталната биология.

Хаптени

Хаптени- това са "низши антигени" (терминът е предложен от имунолога К. Ландщайнер). Когато се въвеждат в тялото при нормални условия, хаптените не са в състояние да предизвикат имунен отговор в тялото, тъй като имат изключително ниска имуногенност.

Най-често хаптените са съединения с ниско молекулно тегло (молекулно тегло под 10 kDa). Те се разпознават от тялото на реципиента като генетично чужди (т.е. имат специфичност), но поради ниското си молекулно тегло сами по себе си не предизвикват имунни реакции. Те обаче не са загубили своята антигенност, което им позволява специфично взаимодействие с готови имунни фактори (антитела, лимфоцити).

При определени условия е възможно да се принуди имунната система на макроорганизма да реагира специфично на хаптена като пълноценен антиген. За да направите това, е необходимо изкуствено да увеличите молекулата на хаптена - да я свържете със силна връзка с достатъчно голяма протеинова молекула или друг полимерен носител. Синтезираният по този начин конюгат ще има всички свойства на пълноценен антиген и ще предизвика имунен отговор, когато бъде въведен в тялото.

Епитопи (антигенни детерминанти)

Тялото е в състояние да образува антитела към почти всяка част от молекулата на антигена, но това обикновено не се случва при нормален имунен отговор. Сложните антигени (протеини, полизахариди) имат специални места, върху които всъщност се формира специфичен имунен отговор. Такива области се наричат епитопи(епитоп), от гръцки. epi – върху, над, над и topos – място, област. Синоним - антигенна детерминанта.

Тези места се състоят от няколко аминокиселини или въглехидрати, всяко място е група от аминокиселинни остатъци на протеинов антиген или част от полизахаридна верига. Епитопите са в състояние да взаимодействат както със специфични рецептори на лимфоцити, като по този начин предизвикват имунен отговор, така и с антиген-свързващи центрове на специфични антитела.

Епитопите са разнообразни по своята структура. Антигенна детерминанта (епитоп) може да бъде протеинова повърхностна площ, образувана от аминокиселинни радикали, хаптен или простетична група на протеин (небелтъчен компонент, свързан с протеин), особено полизахаридни групи от гликопротеини.

Антигенните детерминанти или епитопи са специфични региони от триизмерната структура на антигените. Има различни видове епитопи - линеени конформационен.

Линейните епитопи се образуват от линейна последователност от аминокиселинни остатъци.

В резултат на изследване на структурата на протеините беше установено, че протеиновите молекули имат сложна пространствена структура. Когато се сгъват (на топка), протеиновите макромолекули могат да се доближат до остатъци, които са отдалечени един от друг в линейна последователност, образувайки конформационна антигенна детерминанта.

Освен това има крайни епитопи (разположени на крайните участъци на молекулата на антигена) и централни. Те също така определят "дълбоките" или скрити антигенни детерминанти, които се появяват, когато антигенът бъде унищожен.

Молекулите на повечето антигени са доста големи. Една протеинова макромолекула (антиген), състояща се от няколкостотин аминокиселини, може да съдържа много различни епитопи. Някои протеини могат да имат една и съща антигенна детерминанта в няколко копия (повтарящи се антигенни детерминанти).

Срещу един епитоп се образува широк набор от различни антитела. Всеки от епитопите е способен да стимулира производството на различни специфични антитела. Специфични антитела могат да бъдат произведени за всеки от епитопите.

Има един феномен имунодоминиране, което се проявява във факта, че епитопите се различават по способността си да индуцират имунен отговор.

Не всички епитопи в един протеин са еднакво антигенни. Като правило, някои епитопи на антиген имат специална антигенност, която се проявява в преобладаващото образуване на антитела срещу тези епитопи. Установява се йерархия в спектъра на епитопите на една белтъчна молекула – някои от епитопите са доминиращи и повечето антитела се образуват специално към тях. Тези епитопи се наричат имунодоминантни епитопи. Те почти винаги са разположени на изпъкнали части от молекулата на антигена.

Структурата на антителата (имуноглобулини)

Имуноглобулини IgG въз основа на експериментални данни. Всеки аминокиселинен остатък на протеинова молекула е изобразен като малка топка. Визуализацията е изградена с помощта на програмата RasMol.

През 20 век биохимиците се опитват да открият какви варианти на имуноглобулини съществуват и каква е структурата на молекулите на тези протеини. Структурата на антителата е установена в хода на различни експерименти. Основно те се състоят в това, че антителата се третират с протеолитични ензими (папаин, пепсин) и се подлагат на алкилиране и редукция с меркаптоетанол.

След това се изследват свойствата на получените фрагменти: определя се тяхното молекулно тегло (хроматография), кватернерна структура (рентгенов дифракционен анализ), способност за свързване с антиген и др. Използвани са и антитела към тези фрагменти: установено е дали антителата към един тип фрагменти могат да се свързват с фрагменти от друг тип. Въз основа на получените данни е изграден модел на молекула на антитяло.

Над 100 години изследвания върху структурата и функцията на имуноглобулините само подчертаха сложната природа на тези протеини. Понастоящем структурата на човешките имуноглобулинови молекули не е напълно описана. Повечето изследователи са съсредоточили усилията си не върху описанието на структурата на тези протеини, а върху изясняването на механизмите, чрез които антителата взаимодействат с антигените. В допълнение, молекули на антитела , следователно изследването на антитела, запазени непроменени, се превръща в трудна задача. Много по-често е възможно да се установи точната структура на отделни фрагменти от антитела.

Въпреки предполагаемото разнообразие от имуноглобулини, техните молекули са класифицирани според структурите, включени в тези молекули. Тази класификация се основава на факта, че имуноглобулините от всички класове са изградени по общ план, имат определена универсална структура.

Молекулите на имуноглобулините са сложни пространствени образувания. Без изключение, всички антитела принадлежат към един и същи тип протеинови молекули, които имат глобуларна вторична структура, което съответства на името им - "имуноглобулини" (вторичната структура на протеина е начинът на полагане на неговата полипептидна верига в пространството). Те могат да бъдат мономери или полимери, изградени от няколко субединици.

Тежки и леки полипептидни вериги в структурата на имуноглобулините

Пептидни вериги на имуноглобулини. Схематично изображение. Променливите области са маркирани с пунктирани линии.

Структурната единица на имуноглобулина е мономер, молекула, състояща се от полипептидни вериги, свързани една с друга чрез дисулфидни връзки (S-S мостове).

Ако една Ig молекула се третира с 2-меркаптоетанол (реагент, който разрушава дисулфидните връзки), тогава тя ще се разложи на двойки полипептидни вериги. Получените полипептидни вериги се класифицират по молекулно тегло: леки и тежки. Леките вериги имат ниско молекулно тегло (около 23 kD) и се обозначават с буквата L от англ. Леко - лесно. Тежките вериги H (от англ. Heavy - тежък) имат високо молекулно тегло (варира между 50 - 73 kD).

Така нареченият мономерен имуноглобулин съдържа две L-вериги и две H-вериги. Леките и тежките вериги се държат заедно чрез дисулфидни мостове. Дисулфидните връзки свързват леките вериги с тежките вериги, както и тежките вериги една с друга.

Основната структурна субединица на всички класове имуноглобулини е двойката лека верига-тежка верига (L-H). Структурата на имуноглобулините от различни класове и подкласове се различава по броя и местоположението на дисулфидните връзки между тежките вериги, както и по броя на (L-H) субединиците в молекулата. Н-веригите се държат заедно чрез различен брой дисулфидни връзки. Видовете тежки и леки вериги, които изграждат различни класове имуноглобулини, също се различават.

Фигурата показва организационната схема на IgG като типичен имуноглобулин. Както всички имуноглобулини, IgG съдържа две идентични тежки (H) вериги и две идентични леки (L) вериги, които са комбинирани в четириверижна молекула чрез междуверижни дисулфидни връзки (-S-S-). Единствената дисулфидна връзка, свързваща H и L веригите, е разположена близо до С-края на леката верига. Съществува и дисулфидна връзка между двете тежки вериги.

Домени в молекула на антитяло

Леките и тежките полипептидни вериги в състава на молекулата на Ig имат специфична структура. Всяка верига е условно разделена на специфични секции, наречени домейни.

И леките, и тежките вериги не са прави нишки. Във всяка верига, на редовни и приблизително равни интервали от 100-110 аминокиселини, има дисулфидни мостове, които образуват бримки в структурата на всяка верига. Наличието на дисулфидни мостове означава, че всяка бримка в пептидните вериги трябва да образува компактно нагънат глобуларен домен. Така всяка полипептидна верига в състава на имуноглобулина образува няколко глобуларни домена под формата на бримки, включващи приблизително 110 аминокиселинни остатъка.

Можем да кажем, че имуноглобулиновите молекули са сглобени от отделни домени, всеки от които е разположен около дисулфидния мост и е хомоложен на останалите.

Във всяка от леките вериги на молекулите на антитялото има две вътрешноверижни дисулфидни връзки, съответно всяка лека верига има два домена. Броят на такива връзки в тежките вериги варира; тежките вериги съдържат четири или пет домена. Домейните са разделени от лесно организирани сегменти. Наличието на такива конфигурации е потвърдено чрез преки наблюдения и чрез генетичен анализ.

Първична, вторична, третична и кватернерна структура на имуноглобулините

Структурата на имуноглобулиновата молекула (както и на други протеини) се определя от първичната, вторичната, третичната и кватернерната структура. Първичната структура е последователността от аминокиселини, които изграждат леките и тежките вериги на имуноглобулините. Рентгеновият дифракционен анализ показва, че леките и тежките вериги на имуноглобулините се състоят от компактни глобуларни домени (така наречените имуноглобулинови домени). Домените са подредени в характерна третична структура, наречена имуноглобулинова гънка.

Имуноглобулиновите домени са области в третичната структура на Ig молекулата, които се характеризират с определена автономност на структурна организация. Домейните се образуват от различни сегменти на една и съща полипептидна верига, нагънати в "спирали" (глобули). Глобулата включва приблизително 110 аминокиселинни остатъка.

Домейните имат сходна обща структура и определени функции помежду си. В домейните пептидните фрагменти, които изграждат домейна, образуват компактно опакована антипаралелна β-листова структура, стабилизирана от водородни връзки (вторичната структура на протеина). В доменната структура почти няма области с α-спирална конформация.

Вторичната структура на всеки от домейните се формира чрез наслагване на разширена полипептидна верига напред и назад върху себе си в два антипаралелни β-слоя (β-лист), съдържащи няколко β-пласта. Всеки β-лист има плоска форма – полипептидните вериги в β-гънките са почти напълно удължени.

Двата β-листа, които изграждат имуноглобулиновата област, са подредени в структура, наречена β-сандвич („като две парчета хляб едно върху друго“). Структурата на всеки имуноглобулинов домен се стабилизира чрез вътрешнодомейнова дисулфидна връзка - β-листовете са ковалентно свързани чрез дисулфидна връзка между цистеиновите остатъци на всеки β-лист. Всеки β-лист се състои от антипаралелни β-нишки, свързани с бримки с различна дължина.

Домейните от своя страна са свързани помежду си чрез продължението на полипептидната верига, която се простира отвъд β-нагънатите листове. Отворените участъци на полипептидната верига между глобулите са особено чувствителни към протеолитичните ензими.

Глобуларните домени на двойка леки и тежки вериги взаимодействат помежду си, за да образуват кватернерна структура. Поради това се образуват функционални фрагменти, които позволяват на молекулата на антитялото да се свърже специфично с антигена и в същото време да изпълнява редица биологични ефекторни функции.

Променливи и постоянни области

Домените в пептидните вериги се различават по постоянството на техния аминокиселинен състав. Има променливи и постоянни домейни (региони). Променливите домейни се означават с буквата V от англ. variable – „променливи“ и се наричат ​​V-domains. Постоянните (постоянни) домейни се обозначават с буквата C, от английската константа - „постоянен“ и се наричат ​​​​C-домейни.

Имуноглобулините, произведени от различни клонове на плазмени клетки, имат вариабилни домени на различни аминокиселинни последователности. Константните домени са подобни или много близки за всеки изотип на имуноглобулин.

Всеки домейн е етикетиран с буква, показваща дали принадлежи към леката или тежката верига и число, показващо неговата позиция.

Първият домен на леките и тежките вериги на всички антитела е силно променлив в аминокиселинната последователност; той се обозначава съответно като V L и V H.

Вторият и следващите домени на двете тежки вериги са много по-последователни в аминокиселинната последователност. Те се обозначават като CH или CH1, CH2 и CH3. IgM и IgE имуноглобулините имат допълнителен CH4 домен в тежката верига, разположен зад CH3 домена.

Половината от леката верига, включително карбоксилния край, се нарича C L постоянна област, а N-терминалната половина на леката верига се нарича V L променлива област.

Въглехидратните вериги също са свързани с CH2 домейна. Имуноглобулините от различни класове се различават значително по броя и разположението на въглехидратните групи. Въглехидратните компоненти на имуноглобулините имат подобна структура. Те се състоят от постоянно ядро ​​и променлива външна част. Въглехидратните компоненти влияят върху биологичните свойства на антителата.

Fab и Fc фрагменти на имуноглобулинова молекула

Вариабилните домени на леките и тежките вериги (V H и V L) заедно с константните домени, най-близки до тях (CH 1 и CL 1), образуват Fab фрагменти на антитяло (фрагмент, антигенно свързване). Мястото на имуноглобулина, което се свързва със специфичен антиген, се образува от N-терминалните вариабилни области на леките и тежките вериги, т.е. VH- и VL-домейни.

Остатъкът, представен от постоянните домени на С-крайната тежка верига, се отнася като Fc фрагмент (фрагмент, кристализиращ). Fc фрагментът включва останалите CH домени, държани заедно чрез дисулфидни връзки. Шарнирна област е разположена на кръстовището на Fab и Fc фрагментите, което позволява на антиген-свързващите фрагменти да се разгънат за по-близък контакт с антигена.

Зона на пантите

На границата на Fab- и Fc-фрагментите се намира т.нар. "област на панта", имащ гъвкава структура. Той осигурява мобилност между два Fab фрагмента на Y-образна молекула на антитяло. Подвижността на фрагменти от молекула на антитяло един спрямо друг е важна структурна характеристика на имуноглобулините. Този тип интерпептидно съединение придава динамика на структурата на молекулата - позволява лесно да променяте конформацията в зависимост от околните условия и състояние.

Шарнирната област е част от тежката верига. Шарнирната област съдържа дисулфидни връзки, свързващи тежките вериги една с друга. Всеки клас имуноглобулини има своя собствена шарнирна област.

В имуноглобулините (с възможно изключение на IgM и IgE), шарнирната област се състои от къс сегмент от аминокиселини и се намира между CH1 и CH2 областите на тежките вериги. Този сегмент се състои предимно от цистеинови и пролинови остатъци. Цистеините участват в образуването на дисулфидни мостове между веригите, а пролиновите остатъци предотвратяват сгъването в глобуларна структура.

Типична структура на имуноглобулинова молекула, като се използва IgG като пример

Схематичният чертеж в плосък чертеж не отразява точно структурата на Ig; всъщност вариабилните домени на леките и тежките вериги не са подредени успоредно, а са плътно, напречно преплетени един с друг.

Удобно е да се разгледа типичната структура на имуноглобулин, използвайки примера на молекула на антитяло от клас IgG. Общо в молекулата на IgG има 12 домена - 4 на тежките вериги и 2 на леките вериги.

Всяка лека верига включва два домена - един вариабилен (VL, вариабилен домен на леката верига) и един постоянен (CL, постоянен домен на леката верига). Всяка тежка верига съдържа един вариабилен домен (VH, вариабилен домен на тежката верига) и три постоянни домена (CH 1-3, постоянни домени на тежката верига). Приблизително една четвърт от тежката верига, включително N-края, е определена за променливата област на Н-веригата (V H), останалата част от нея са постоянни области (СН 1, СН 2, СН 3).

Всяка двойка вариабилни домени VH и VL, разположени в съседни тежки и леки вериги, образува вариабилен фрагмент (Fv, вариабилен фрагмент).

Видове тежки и леки вериги в състава на молекулите на антителата

Според различията в първичната структура на постоянните региони веригите се разделят на типове. Типовете се определят от първичната аминокиселинна последователност на веригите и степента на тяхното гликозилиране. Леките вериги са разделени на два типа: κ и λ (капа и ламбда), тежките вериги са разделени на пет типа: α, γ, μ, ε и δ (алфа, гама, мю, епсилон и делта). Сред разнообразието от тежки вериги от алфа, мю и гама типове се разграничават подтипове.

Класификация на имуноглобулините

Имуноглобулините се класифицират според вида на Н-вериги (тежки вериги). Постоянните области на тежките вериги в имуноглобулини от различни класове не са еднакви. Човешките имуноглобулини се разделят на 5 класа и редица подкласове, според видовете тежки вериги, които са част от тях. Тези класове се наричат ​​IgA, IgG, IgM, IgD и IgE.

Самите Н-вериги се обозначават с гръцка буква, съответстваща на главната латинска буква от името на един от имуноглобулините. IgA има тежки вериги α (алфа), IgM - μ (mu), IgG - γ (гама), IgE - ε (епсилон), IgD - δ (делта).

Имуноглобулините IgG, IgM и IgA имат редица подкласове. Разделянето на подкласове (подтипове) също се извършва в зависимост от характеристиките на H-веригите. При хората има 4 подкласа на IgG: IgG1, IgG2, IgG3 и IgG4, съдържащи съответно γ1, γ2, γ3 и γ4 тежки вериги. Тези Н вериги се различават в малки детайли на Fc фрагмента. За μ-веригата са известни 2 подтипа - μ1- и μ2-. IgA има 2 подкласа: IgA1 и IgA2 с α1 и α2 подтипове на α вериги.

Във всяка имуноглобулинова молекула всички тежки вериги принадлежат към един и същи тип, според класа или подкласа.

Всичките 5 класа имуноглобулини се състоят от тежки и леки вериги.

Леките вериги (L-вериги) в имуноглобулините от различни класове са еднакви. Всички имуноглобулини могат да имат както κ (капа), така и двете λ (ламбда) леки вериги. Имуноглобулините от всички класове се разделят на K- и L-типове в зависимост от наличието в техните молекули на леки вериги от κ- или λ-типове, съответно. При хората съотношението на K- и L-типове е 3:2.

Класовете и подкласовете, взети заедно, се наричат ​​имуноглобулинови изотипове. Изотипът на антителата (клас, подклас имуноглобулини - IgM1, IgM2, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2, IgD, IgE) се определя от С-домените на тежките вериги.

Всеки клас включва огромно разнообразие от индивидуални имуноглобулини, различаващи се по първичната структура на променливите области; общият брой на имуноглобулините от всички класове е ≈ 10^7.

Структурата на молекулите на антитела от различни класове

Схеми на структурата на имуноглобулините. (A) - мономерни IgG, IgE, IgD, IgA; (B) - полимерен секреторен Ig A (slgA) и IgM (C); (1) - секреторен компонент; (2) - свързваща J-верига.

1. Класове антитела IgG, IgD и IgE

Молекулите на антитела от класове IgG, IgD и IgE са мономерни; те са Y-образни.

IgG имуноглобулините представляват 75% от общия брой човешки имуноглобулини. Те се намират както в кръвта, така и извън кръвоносните съдове. Важно свойство на IgG е способността им да преминават през плацентата. Така майчините антитела навлизат в тялото на новородено дете и го предпазват от инфекция през първите месеци от живота (естествен пасивен имунитет).

IgD се намират главно върху мембраната на В-лимфоцитите. Те имат структура, подобна на IgG, 2 активни центъра. Тежката верига (δ-верига) се състои от вариабилен и 3 постоянни домена. Шарнирната област на δ веригата е най-дългата и локализацията на въглехидратите в тази верига също е необичайна.

IgE - концентрацията на този клас имуноглобулини в кръвния серум е изключително ниска. Молекулите на IgE се фиксират главно върху повърхността на мастоцитите и базофилите. По своята структура IgE е подобен на IgG, има 2 активни центъра. Тежката верига (ε-верига) има един променлив и 4 постоянни домена. Предполага се, че IgE е от съществено значение за развитието на антихелминтен имунитет. IgE играе основна роля в патогенезата на някои алергични заболявания (бронхиална астма, сенна хрема) и анафилактичен шок.

2. Класове антитела IgM и IgA

Имуноглобулините IgM и IgA образуват полимерни структури. За полимеризация IgM и IgA включват допълнителна полипептидна верига с молекулно тегло 15 kDa, наречена J-верига (съвместна връзка, от английското присъединяване - връзка). Тази J-верига свързва крайните цистеини в С-края на тежките μ- и α-вериги на IgM и IgA, съответно.

На повърхността на зрелите В-лимфоцити IgM молекулите са разположени под формата на мономери. Въпреки това, в серума те съществуват като пентамери: молекулата на IgM се състои от пет структурни молекули, подредени радиално. Пентамерът IgM се образува от пет мономера тип "прашка", подобни на IgG, свързани помежду си чрез дисулфидни връзки и J-верига. Техните Fc фрагменти са насочени към центъра (където са свързани с J-верига), а Fab фрагментите са насочени навън.

В IgM тежките (Н) вериги се състоят от 5 домена, тъй като съдържат 4 постоянни домена. IgM тежките вериги нямат шарнирна област; неговата роля се играе от домейна CH 2, който има известна конформационна лабилност.

IgM се синтезира главно по време на първичния имунен отговор и се съдържа предимно във вътресъдовото легло. Количеството Ig M в кръвния серум на здрави хора е около 10% от общото количество Ig.

IgA антителата са изградени от различни количества мономери. Имуноглобулините от клас А са разделени на два вида: серумни и секреторни. Повечето (80%) от IgA, присъстващи в кръвния серум, имат мономерна структура. По-малко от 20% от IgA в серума е представен от димерни молекули.

Секреторните IgA не се намират в кръвта, а като част от екзосекрецията на лигавиците и се обозначават като sIgA. В мукозните секрети IgA присъстват като димери. Секреторният IgA образува димер от две "прашки" (Ig мономери). С-терминалите на тежките вериги в молекулата sIgA са свързани помежду си с J-верига и протеинова молекула, наречена "секреторен компонент".

Секреторният компонент се произвежда от епителните клетки на лигавиците. Той се свързва с молекулата на IgA, докато преминава през епителните клетки. Секреторният компонент предпазва sIgA от разцепване и инактивиране от протеолитични ензими, които се намират в големи количества в секрета на лигавиците.

Основната функция на sIgA е да предпазва лигавиците от инфекция. Ролята на sIgA в осигуряването на локален имунитет е много важна, т.к. общата площ на лигавиците в тялото на възрастен е няколко стотин квадратни метра и далеч надвишава повърхността на кожата.

Висока концентрация на sIgA се открива в майчиното мляко на жените, особено в първите дни на кърменето. Те предпазват стомашно-чревния тракт на новороденото от инфекции.

Бебетата се раждат без IgA и го получават от майчиното мляко. Надеждно е доказано, че децата, които са кърмени, страдат много по-рядко от чревни инфекции и респираторни заболявания в сравнение с децата, получаващи изкуствено хранене.

Антителата от клас IgA съставляват 15-20% от общото съдържание на имуноглобулини. IgA не преминава плацентарната бариера. Ig A се синтезира от плазмени клетки, разположени главно в субмукозните тъкани, върху мукозната епителна повърхност на дихателните пътища, урогениталния и чревния тракт, в почти всички отделителни жлези. Част от Ig A навлиза в общото кръвообращение, но по-голямата част от него се секретира локално върху лигавиците под формата на sIgA и служи като локална защитна имунологична бариера на лигавиците. Серумният IgA и sIgA са различни имуноглобулини, sIgA не присъства в кръвния серум.

Лица с IgA имунодефицит имат склонност към автоимунни заболявания, инфекции на дихателните пътища, максиларните и фронталните синуси, чревни разстройства.

Разцепване на имуноглобулинова молекула от ензими

Протеолитичните ензими (като папаин или пепсин) разграждат имуноглобулиновите молекули на фрагменти. В същото време под въздействието на различни протеази могат да се получат различни продукти. Получените по този начин имуноглобулинови фрагменти могат да се използват за изследователски или медицински цели.

Глобуларната структура на имуноглобулините и способността на ензимите да разделят тези молекули на големи компоненти на строго определени места, а не да ги разграждат до олигопептиди и аминокиселини, показва изключително компактна структура.

1. Разцепване на имуноглобулиновата молекула от папаин. Fab и Fc фрагменти на антитела.

В края на 50-те - началото на 60-те години английският учен Р.Р. Портър анализира структурните характеристики на IgG антителата чрез разделяне на тяхната молекула с папаин (пречистен ензим от сок от папая). Папаинът разрушава имуноглобулина в шарнирната област, над междуверижните дисулфидни връзки. Този ензим разделя имуноглобулиновата молекула на три фрагмента с приблизително еднакъв размер.

Две от тях са назовани фаб фрагменти(от английския фрагмент антиген-свързващ - антиген-свързващ фрагмент). Fab фрагментите са напълно идентични и, както показват проучванията, са проектирани да се свързват с антиген. Областта на тежката верига в Fab фрагмента се нарича Fd; той се състои от VH и CH1 домени.

Третият фрагмент може да кристализира от разтвор и да не може да свърже антигена. Това парче се нарича Fc фрагмент(от английския фрагмент кристализиращ - фрагмент от кристализация). Той е отговорен за биологичните функции на молекулата на антитялото след свързването на антигена и Fab частта на интактната молекула на антитялото.

Fc фрагментът има една и съща структура за антитела от всеки клас и подклас и различна за антитела, принадлежащи към различни подкласове и класове.

Fc фрагментът на молекулата взаимодейства с клетките на имунната система: неутрофили, макрофаги и други мононуклеарни фагоцити, които носят рецептори за Fc фрагмента на повърхността си. Ако антителата са се свързали с патогенни микроорганизми, те също могат да взаимодействат с фагоцитите с техния Fc фрагмент. Поради това клетките на патогена ще бъдат унищожени от тези фагоцити. Всъщност антителата действат в този случай като междинни молекули.

Впоследствие стана известно, че Fc фрагментите на имуноглобулините в рамките на един и същи изотип в даден организъм са строго идентични, независимо от специфичността на антитялото за антигена. За тази инвариантност те започнаха да се наричат ​​постоянни области (фрагментна константа - Fc, съкращението съвпадна).

2. Разцепване на имуноглобулиновата молекула от пепсин.

Друг протеолитичен ензим - пепсинът - разцепва молекулата на различно място, по-близо до С-края на Н-веригите, отколкото папаинът. Разцепването става "под" дисулфидните връзки, държащи Н-веригите заедно. В резултат на това под действието на пепсин се образува двувалентен антиген-свързващ F(ab")2 фрагмент и съкратен pFc" фрагмент. pFc" фрагментът е С-терминалната част на Fc региона.

Пепсинът разцепва pFc" фрагмента от големия фрагмент със седиментационна константа 5S. Този голям фрагмент се нарича F(ab")2, тъй като, подобно на родителското антитяло, той е двувалентен за свързване с антиген. Състои се от свързани Fab фрагменти, свързани чрез дисулфиден мост в шарнирната област. Тези Fab фрагменти са едновалентни и хомоложни на папаинови Fab фрагменти I и II, но техният Fd фрагмент е с около десет аминокиселинни остатъка по-голям.

Антиген-свързващи места на антитела (паратопи)

Fab фрагментът на имуноглобулин включва V-домени на двете вериги, CL и CH1 домени. Антиген-свързващият сайт на Fab фрагмента е получил няколко имена: активно или антиген-свързващо място на антитела, антидетерминант или паратоп.

Вариабилни сегменти на леки и тежки вериги участват във формирането на активни центрове. Активното място е празнина, разположена между вариабилните домени на леката и тежката вериги. И двата домейна участват във формирането на активния център.

Молекула на имуноглобулина. L - леки вериги; H - тежки вериги; V - променлива област; C - постоянна област; N-терминалните региони на L- и H-веригите (V-регион) образуват два антиген-свързващи центъра във Fab фрагментите.

Всеки Fab фрагмент от IgG имуноглобулини има един антиген-свързващ център. Активните центрове на антитела от други класове, които могат да взаимодействат с антигена, също се намират във Fab фрагменти. Антителата IgG, IgA и IgE имат 2 активни центъра, IgM - по 10 центъра.

Имуноглобулините могат да свързват антигени с различно химично естество: пептиди, въглехидрати, захари, полифосфати, стероидни молекули.

Основно и уникално свойство на антителата е тяхната способност да влизат в свързване с цели, естествени молекули на антигени, директно във формата, в която антигенът е влязъл във вътрешната среда на тялото. Не изисква предварителна метаболитна обработка на антигени.

Структура на домените в състава на имуноглобулиновите молекули

Вторичната структура на полипептидните вериги на имуноглобулиновата молекула има доменна структура. Отделни участъци от тежки и леки вериги са нагънати в глобули (домени), които са свързани с линейни фрагменти. Всеки домен е приблизително с цилиндрична форма и представлява β-листова структура, образувана от антипаралелни β-гънки. В рамките на основната структура има определена разлика между C и V домейните, която може да се види в примера на лека верига.

Фигурата схематично показва нагъването на единична полипептидна верига на протеина на Bence-Jones, съдържаща V L и CL домените. Схемата е изградена според рентгенов дифракционен анализ - метод, който ви позволява да установите триизмерната структура на протеините. Диаграмата показва приликите и разликите между V и C домейните.

Горната част на фигурата схематично показва пространственото нагъване на постоянните (C) и променливите (V) домени на леката верига на протеиновата молекула. Всеки домейн е цилиндрична „бъчвообразна“ (бъчвообразна) структура, в която участъци от полипептидната верига (β-нишки), движещи се в противоположни посоки (т.е. антипаралелни), са опаковани така, че да образуват два β-листа, държани заедно от дисулфидна връзка.

Всеки от домейните, V- и C-, се състои от два β-листа (слоеве с β-надиплена структура). Всеки β-лист съдържа няколко антипаралелни (въртящи се в противоположни посоки) β-вериги: в C-домена β-листовете съдържат четири и три β-нишки, във V-домена и двата слоя се състоят от четири β-нишки. На фигурата β-нишките са показани в жълто и зелено за С домейна и червено и синьо за V домейна.

В долната част на фигурата имуноглобулиновите домейни са разгледани по-подробно. Тази половина на картината показва разположението на β-нишките за V- и C-домейните на леката верига. Възможно е да се разгледа по-ясно начинът, по който са положени техните полипептидни вериги, което създава крайната структура, когато се образуват β-листове от тях. За да се покаже гънката, β-веригите са маркирани по азбучен ред според реда, в който се появяват в последователността от аминокиселини, които изграждат домейна. Редът във всеки β-лист е характеристика на имуноглобулиновите домени.

β-листовете (слоевете) в домейните са свързани с дисулфиден мост (връзка) приблизително в средата на всеки домейн. Тези връзки са показани на фигурата: между слоевете е показана дисулфидна връзка, свързваща B и F гънките и стабилизираща доменната структура.

Основната разлика между V и C домейните е, че V домейнът е по-голям и съдържа допълнителни β-вериги, обозначени като C' и C'. На фигурата С' и С' β-веригите, присъстващи във V домените, но липсващи в С домените, са маркирани със син правоъгълник. Може да се види, че всяка полипептидна верига образува гъвкави бримки между последователни β-вериги при промяна на посоката. Във V домена гъвкавите бримки, образувани между някои от β-веригите, влизат в структурата на активния център на имуноглобулиновата молекула.

Хиперпроменливи области във V-домейни

Нивото на променливост в рамките на променливите области е неравномерно разпределено. Не целият вариабилен домейн е променлив в своя аминокиселинен състав, а само малка част от него - хиперпроменливаобласти. Те представляват около 20% от аминокиселинната последователност на V-домените.

В структурата на цялата имуноглобулинова молекула VH и VL домените са комбинирани. Техните хиперпроменливи области са съседни една на друга и създават единична хиперпроменлива област под формата на джоб. Това е мястото, което специфично се свързва с антигена. Хиперпроменливите региони определят комплементарността на антитяло към антиген.

Тъй като хиперпроменливите региони играят ключова роля в разпознаването и свързването на антигена, те също се наричат ​​региони, определящи комплементарността (CDR). Във вариабилните домени на тежките и леките вериги са изолирани три CDR (V L CDR1–3, V H CDR1–3).

Между хиперпроменливите региони има относително постоянни участъци от аминокиселинната последователност, които се наричат ​​рамкови участъци (framework region, FR). Те представляват около 80% от аминокиселинната последователност на V-домените. Ролята на такива региони е да поддържат относително еднаква триизмерна структура на V-домени, което е необходимо за осигуряване на афинитетно взаимодействие на хиперпроменливи региони с антигена.

В последователността на вариабилния домен на регион 3, хипервариантните региони се редуват с 4 относително инвариантни "рамкови" региони FR1-FR4,

H1–3, CDR вериги, включени във вериги.

От особен интерес е пространственото разположение на хиперпроменливите области в три отделни бримки на променливия домейн. Тези хиперпроменливи региони, въпреки че са разположени на голямо разстояние един от друг в първичната структура на леката верига, но когато образуват триизмерна структура, те са разположени в непосредствена близост един до друг.

В пространствената структура на V-домейните, хиперпроменливите последователности са разположени в зоната на гънка на полипептидната верига, насочени към съответните участъци на V-домейна на другата верига (т.е. CDRs на леките и тежките вериги са насочени един към друг). В резултат на взаимодействието на вариабилния домен на H- и L-веригите се образува антиген-свързващото място (активен център) на имуноглобулина. Според електронната микроскопия това е кухина с дължина 6 nm и ширина 1,2–1,5 nm.

Пространствената структура на тази кухина, дължаща се на структурата на хиперпроменливи региони, определя способността на антителата да разпознават и свързват специфични молекули въз основа на пространствено съответствие (специфичност на антитялото). Пространствено разделени области на H- и L-вериги също допринасят за образуването на активния център. Хипервариабилните региони на V-домените не са изцяло част от активния център - повърхността на антиген-свързващото място улавя само около 30% от CDR.

Хиперпроменливите региони на тежките и леките вериги определят индивидуалните структурни характеристики на антиген-свързващия център за всеки Ig клонинг и разнообразието от техните специфичности.

Свръхвисоката вариабилност на CDRs и активните места осигурява уникалността на имуноглобулиновите молекули, синтезирани от В-лимфоцитите на един клонинг, не само по структура, но и по отношение на способността да свързват различни антигени. Въпреки факта, че структурата на имуноглобулините е доста добре известна и CDRs са отговорни за техните характеристики, все още не е ясно кой домен е най-отговорен за свързването на антигена.

Взаимодействие на антитела и антигени (взаимодействие на епитоп и паратоп)

Реакцията антиген-антитяло се основава на взаимодействието между антигенния епитоп и активния център на антитялото, въз основа на тяхното пространствено съответствие (комплементарност). В резултат на свързването на патогена с активното място на антитялото, патогенът се неутрализира и се затруднява проникването му в клетките на тялото.

В процеса на взаимодействие с антигена не участва цялата имуноглобулинова молекула, а само нейната ограничена област - антиген-свързващият център или паратоп, който е локализиран във Fab фрагмента на Ig молекулата. В този случай антитялото не взаимодейства с цялата антигенна молекула наведнъж, а само с неговата антигенна детерминанта (епитоп).

Активното място на антитялото е структура, която е пространствено комплементарна (специфична) на детерминантата на антигенна група. Активният център на антителата има функционална автономност, т.е. способни да свържат антигенната детерминанта в изолирана форма.

От страна на антигена, епитопите, които взаимодействат със специфични антитела, са отговорни за взаимодействието с активните центрове на антиген-разпознаващите молекули. Епитопът директно влиза в йонни, водородни, ван дер ваалсови и хидрофобни връзки с активния център на антитялото.

Специфичното взаимодействие на антитела с антигенна молекула е свързано с относително малка площ от нейната повърхност, съответстваща по размер на антиген-свързващото място на рецепторите и антителата.

Свързването на антиген-антитяло се осъществява чрез слаби взаимодействия в антиген-свързващия център. Всички тези взаимодействия се проявяват само при близък контакт на молекулите. Такова малко разстояние между молекулите може да бъде постигнато само поради комплементарността на епитопа и активното място на антитялото.

Понякога един и същ антиген-свързващ център на молекула на антитяло може да се свърже с няколко различни антигенни детерминанти (обикновено тези антигенни детерминанти са много сходни). Такива антитела се наричат кръстосано реактивенспособен на полиспецифично свързване.

Например, ако антиген А има общи епитопи с антиген В, тогава някои от антителата, специфични за А, също ще реагират с В. Това явление се нарича кръстосана реактивност.

Пълни и непълни антитела. Валентност

Валентност- това е броят на активните места на антитялото, които могат да се комбинират с антигенни детерминанти. Антителата имат различен брой активни центрове в молекулата, което определя тяхната валентност. В тази връзка разграничете пълени непълнаантитела.

Пълните антитела имат поне две активни места. Пълните (дву- и петвалентни) антитела, когато взаимодействат in vitro с антигена, в отговор на който са произведени, дават визуално видими реакции (аглутинация, лизис, утаяване, фиксиране на комплемента и др.).

Непълните или моновалентните антитела се различават от конвенционалните (пълни) антитела по това, че имат само един активен център, вторият център не работи в такива антитела. Това не означава, че вторият активен център на молекулата отсъства. Вторият активен център в такива имуноглобулини е защитен от различни структури или има нисък авидитет. Такива антитела могат да взаимодействат с антигена, да го блокират чрез свързване на епитопите на антигена и предотвратяване на контакта на пълните антитела с него, но не причиняват агрегация на антигена. Затова те също се наричат блокиране.

Реакцията между непълни антитела и антиген не е придружена от макроскопични явления. Непълните антитела в специфичното взаимодействие с хомоложен антиген не дават видима проява на серологична реакция, т.к. не може да агрегира частици в големи конгломерати, а само да ги блокира.

Непълните антитела се образуват независимо от пълните и изпълняват същите функции. Те също са представени от различни класове имуноглобулини.

идиоти и идиоти

Антителата са сложни протеинови молекули, които сами по себе си могат да имат антигенни свойства и да предизвикат образуването на антитела. В техния състав се разграничават няколко типа антигенни детерминанти (епитипи): изотипове, алотипове и идиотипове.

Различните антитела се различават едно от друго по своите променливи области. Антигенните детерминанти на вариабилните региони (V-региони) на антителата се наричат идиоти. Идиотопи могат да бъдат изградени от характерни региони на V-региони само на H-вериги или L-вериги. В повечето случаи и двете вериги участват в образуването на идиотопа наведнъж.

Идиотопите могат или не могат да бъдат свързани с антиген-свързващото място (идиотопи, свързани с мястото), или не (идиотопи, които не са свързани).

Свързаните с място идиотопи зависят от структурата на антиген-свързващото място на антитялото (принадлежащо към Fab фрагмента). Ако това място е заето от антиген, тогава антиидиотопното антитяло вече не може да реагира с антитяло, което има този идиотоп. Други идиотопи изглежда нямат толкова тясна връзка с антиген-свързващите места.

Наборът от идиотопи на всяка молекула на антитяло се означава като идиот. По този начин идиотипът се състои от набор от идиотопи - антигенни детерминанти на V-областта на антитялото.

Наричат ​​се групови конституционални варианти на антигенната структура на тежките вериги алотипове. Алотиповете са детерминанти, кодирани от алелите на даден имуноглобулинов ген.

Изотиповете са детерминанти, чрез които се разграничават класове и подкласове на тежки вериги и варианти на κ (капа) и λ (ламбда) леки вериги.

Афинитет и авидност на антителата

Силата на свързване на антителата може да се характеризира с имунохимични характеристики: авидност и афинитет.

Под афинитетразбере силата на свързване на активния център на молекулата на антитялото към съответната детерминанта на антигена. Силата на химичната връзка на един антигенен епитоп с един от активните центрове на Ig молекулата се нарича афинитет на връзката антитяло-антиген. Афинитетът обикновено се определя количествено чрез константата на дисоциация (в mol-1) на един антигенен епитоп с едно активно място.

Афинитетът е точността на съвпадението на пространствената конфигурация на активния център (паратоп) на антитялото и антигенната детерминанта (епитоп). Колкото повече връзки се образуват между епитопа и паратопа, толкова по-висока ще бъде стабилността и продължителността на живота на получения имунен комплекс. Имунният комплекс, образуван от антитела с нисък афинитет, е изключително нестабилен и има кратък живот.

Афинитетът на антитяло към антиген се нарича алчностантитела. Авидността на връзката антитяло-антиген е общата сила и интензитет на връзката на цялата молекула на антитялото с всички антигенни епитопи, които е успяла да свърже.

Авидността на антителата се характеризира със скоростта на образуване на комплекса "антиген-антитяло", пълнотата на взаимодействие и силата на получения комплекс. Авидността, както и специфичността на антителата, се основава на първичната структура на детерминантата (активния център) на антитялото и степента на адаптиране на повърхностната конфигурация на полипептидите на антитялото към детерминантата (епитоп) на антигена, свързан с него. .

Авидността се определя както от афинитета на взаимодействието между епитопите и паратопите, така и от валентността на антителата и антигена. Авидността зависи от броя на антиген-свързващите места в молекулата на антитялото и тяхната способност да се свързват с множество епитопи на даден антиген.

Типична IgG молекула, когато и двете антиген-свързващи места участват в реакцията, ще се свърже с многовалентен антиген поне 10 000 пъти по-силно, отколкото когато е включено само едно място.

Антителата от клас М имат най-висока авидност, тъй като имат 10 антиген-свързващи центъра. Ако афинитетът на отделните антиген-свързващи места на IgG и IgM е еднакъв, една IgM молекула (имаща 10 такива места) ще покаже несравнимо по-голям авидитет за многовалентен антиген, отколкото IgG молекула (имаща 2 места). Поради високия си общ авидитет, IgM антителата, основният клас имуноглобулини, произведени в началото на имунния отговор, могат да функционират ефективно дори при нисък афинитет на отделните места на свързване.

Разликата в авидитета е важна, тъй като антителата, образувани в началото на имунния отговор, обикновено имат много по-малък афинитет към антигена от тези, произведени по-късно. Увеличаването на средния афинитет на произведените антитела с течение на времето след имунизацията се нарича узряване на афинитета.

Специфика на взаимодействието на антигени и антитела

В имунологията специфичността се разбира като селективност на взаимодействието на индуктори и продукти на имунните процеси, по-специално антигени и антитела.

Специфичността на взаимодействието за антитела е способността на имуноглобулина да реагира само с определен антиген, а именно способността да се свързва със строго определена антигенна детерминанта. Феноменът на специфичност се основава на наличието на активни центрове в молекулата на антитялото, които влизат в контакт със съответните детерминанти на антигена. Селективността на взаимодействието се дължи на комплементарността между структурата на активния център на антитялото (паратоп) и структурата на антигенната детерминанта (епитоп).

Специфичността на антигена е способността на антигена да индуцира имунен отговор към добре дефиниран епитоп. Специфичността на антигена до голяма степен се определя от свойствата на съставните му епитопи.

Една от най-важните функции на имуноглобулините е свързването на антигена и образуването на имунни комплекси. Протеините на антителата специфично реагират с антигени, образувайки имунни комплекси - комплекси от антитела, свързани с антигени. Такава връзка е нестабилна: полученият имунен комплекс (IC) може лесно да се разпадне на съставните си компоненти.

Няколко молекули антитяло могат да се прикрепят към всяка молекула антиген, тъй като има няколко антигенни детерминанти на антигена и антитела могат да се образуват срещу всяка от тях. В резултат на това възникват сложни молекулни комплекси.

Образуването на имунни комплекси е основен компонент на нормалния имунен отговор. Образуването и биологичната активност на имунните комплекси зависят преди всичко от природата на антителата и антигена, включени в техния състав, както и от тяхното съотношение. Характеристиките на имунните комплекси зависят от свойствата на антителата (валентност, афинитет, скорост на синтез, способност за свързване на комплемента) и антиген (разтворимост, размер, заряд, валентност, пространствено разпределение и плътност на епитопите).

Взаимодействие на антигени и антитела. Реакция антиген-антитяло

Реакцията антиген-антитяло е образуването на комплекс между антиген и антитела, насочени към него. Изследването на такива реакции е от голямо значение за разбирането на механизма на специфичното взаимодействие на биологичните макромолекули и за изясняване на механизма на серологичните реакции.

Ефективността на взаимодействието на антитяло с антиген значително зависи от условията, при които протича реакцията, главно от рН на средата, осмотичната плътност, състава на солта и температурата на средата. Оптималните условия за реакцията антиген-антитяло са физиологичните условия на вътрешната среда на макроорганизма: близка до неутрална реакция на околната среда, наличие на фосфатни, карбонатни, хлоридни и ацетатни йони, осмоларитет на физиологичен разтвор (концентрация на разтвора 0,15 М), както и температура 36-37 °C.

Взаимодействието на антигенна молекула с антитяло или неговия активен Fab фрагмент е придружено от промени в пространствената структура на антигенната молекула.

Тъй като при свързване на антиген с антитяло не възникват химични връзки, силата на тази връзка се определя от пространствената точност (специфичност) на взаимодействащите участъци на две молекули - активния център на имуноглобулина и антигенната детерминанта. Мярката за сила на връзката се определя от афинитета на антитялото (степента на свързване на един антиген-свързващ център към отделен антигенен епитоп) и неговата авидност (общата сила на взаимодействието на антитяло с антиген в случай на взаимодействие на поливалентно антитяло с поливалентен антиген).

Всички реакции антиген-антитяло са обратими; комплексът антиген-антитяло може да се дисоциира, за да освободи антитела. В този случай обратната реакция антиген-антитяло протича много по-бавно от директната.

Има два основни начина, по които вече образуван комплекс антиген-антитяло може да бъде частично или напълно отделен. Първият се състои в изместването на антителата от излишък от антиген, а вторият - в въздействието върху имунния комплекс на външни фактори, водещи до разрушаване на връзките (намаляване на афинитета) между антигена и антитялото. Частична дисоциация на комплекса антиген-антитяло обикновено може да се постигне чрез повишаване на температурата.

Когато се използват серологични методи, най-универсалният начин за дисоцииране на имунни комплекси, образувани от голямо разнообразие от антитела, е тяхното третиране с разредени киселини и основи, както и концентрирани разтвори на амиди (урея, хлороводороден гуанидин).

Хетерогенност на антитела

Антителата, образувани по време на имунния отговор на организма, са разнородни и се различават едно от друго, т.е. те разнородни. Антителата са хетерогенни по своите физикохимични, биологични свойства и преди всичко по своята специфичност. Основната основа за хетерогенността (разнообразието от специфичности) на антителата е разнообразието на техните активни центрове. Последното е свързано с променливостта на аминокиселинния състав в V областите на молекулата на антитялото.

Освен това антителата са хетерогенни в принадлежността си към различни класове и подкласове.

Хетерогенността на антителата се дължи и на факта, че имуноглобулините съдържат 3 вида антигенни детерминанти: изотип, характеризиращ принадлежността на имуноглобулина към определен клас; алотипни, съответстващи на алелни варианти на имуноглобулин; идиотипни, отразяващи индивидуалните характеристики на имуноглобулина. Системата idiottype-anti-idiotype формира основата на така наречената теория на мрежата Jerne.

Изотипове, алотипове, идиотипове на антитела

Имуноглобулините съдържат три вида антигенни детерминанти: изотипни (едни и същи за всеки представител на даден вид), алотипични (детерминанти, които са различни при представителите на даден вид) и идиотипни (детерминанти, които определят индивидуалността на даден имуноглобулин и са различни за антитела от същия клас, подклас).

Във всеки биологичен вид тежките и леките вериги на имуноглобулините имат определени антигенни характеристики, според които тежките вериги се разделят на 5 класа (γ, μ, α, δ, ε), а леките вериги на 2 вида (κ и λ). Тези антигенни детерминанти се наричат ​​изотипични (изотипове), за всяка верига те са еднакви за всеки представител на даден биологичен вид.

В същото време има вътреспецифични различия в посочените вериги на имуноглобулини - алотипове, дължащи се на генетичните характеристики на организма производител: техните признаци са генетично определени. Например, повече от 20 алотипа са описани за тежки вериги.

Дори когато антителата към определен антиген принадлежат към един и същи клас, подклас и дори алотип, те се характеризират със специфични разлики едно от друго. Тези различия се наричат ​​идиотипи. Те характеризират "индивидуалността" на даден имуноглобулин в зависимост от специфичността на индукторния антиген. Зависи от структурните характеристики на V-домените на H- и L-веригите, много различни варианти на техните аминокиселинни последователности. Всички тези антигенни разлики се определят с помощта на специфични серуми.

Класификация на антителата според реакциите, в които могат да участват

Първоначално антителата условно се класифицират според техните функционални свойства на неутрализиращи, лизиращи и коагулиращи. Неутрализиращите агенти включват антитоксини, антиензими и неутрализиращи вируса лизини. Към коагулиращите - аглутинини и преципитини; до лизиране - хемолитични и комплемент-свързващи антитела. Като се има предвид функционалната способност на антителата, са дадени имената на серологичните реакции: аглутинация, хемолиза, лизис, утаяване и др.

Изследване на антитела. Фагов дисплей.

Доскоро изследването на антителата беше възпрепятствано от технически причини. Имуноглобулините в тялото са сложна смес от протеини. Серумната имуноглобулинова фракция е смес от огромен брой различни антитела. Освен това относителното съдържание на всеки вид от тях, като правило, е много малко. Доскоро беше трудно да се получат чисти антитела от имуноглобулиновата фракция. Трудността при изолирането на отделни имуноглобулини отдавна е пречка както за тяхното биохимично изследване, така и за установяване на първичната им структура.

През последните години се появи нова област на имунологията - инженерство на антитела, което се занимава с получаване на неестествени имуноглобулини с желани свойства. За това обикновено се използват две основни направления: биосинтеза на антитела с пълна дължина и производство на минимални фрагменти от молекулата на антитялото, които са необходими за ефективно и специфично свързване с антигена.

Съвременните технологии за получаване на антитела in vitro копират селекционните стратегии на имунната система. Една такава технология е фаговият дисплей, който прави възможно получаването на фрагменти от човешки антитела с различна специфичност. Гените на тези фрагменти могат да се използват за конструиране на антитела с пълна дължина.

В допълнение, много често базираните на антитела терапевтици не изискват техните ефекторни функции да бъдат включени чрез Fc домейна, например, в инактивиране на цитокини, блокиране на рецептори или неутрализиране на вируси. Следователно, една от тенденциите в проектирането на рекомбинантни антитела е да се намали техният размер до минимален фрагмент, който запазва както свързващата активност, така и специфичността.

Такива фрагменти могат в някои случаи да бъдат по-предпочитани поради тяхната способност да проникват по-добре в тъканите и да се елиминират от тялото по-бързо от молекулите на антитялото с пълна дължина. В същото време желаният фрагмент може да бъде произведен в Е. coli или дрожди, което значително намалява цената му в сравнение с антитела, получени с помощта на клетъчни култури от бозайници. В допълнение, този метод на производство избягва биологичната опасност, свързана с използването на антитела, изолирани от дарена кръв.

Миеломни имуноглобулини

Протеин на Бенс-Джоунс. Пример за молекула на такъв имуноглобулин, която е димер на капа леки вериги

Терминът имуноглобулини се отнася не само до нормални класове антитела, но и до голям брой анормални протеини, обикновено наричани миеломни протеини. Тези протеини се синтезират в големи количества при мултиплен миелом, злокачествено заболяване, при което дегенерирали специфични клетки на антитялообразуващата система произвеждат големи количества определени протеини, като протеини на Bence-Jones, миеломни глобулини, фрагменти от имуноглобулини от различни класове.

Протеините на Bence-Jones са или единични κ- или λ-вериги, или димери от две идентични вериги, свързани с единична дисулфидна връзка; те се отделят с урината.

Миеломни глобулини се откриват във високи концентрации в плазмата на пациенти с мултиплен миелом; техните H и L вериги имат уникална последователност. Едно време се приемаше, че миеломните глобулини са патологични имуноглобулини, характерни за тумора, в който се образуват, но сега се смята, че всеки от тях е един от отделните имуноглобулини, произволно "избрани" от хилядите образувани нормални антитела в човешкото тяло.

Установена е пълната аминокиселинна последователност на няколко отделни имуноглобулини, включително миеломни глобулини, протеини на Bence-Jones, както и леки и тежки вериги на същия миеломен имуноглобулин. За разлика от антителата на здрав човек, всички протеинови молекули от всяка посочена група имат една и съща аминокиселинна последователност и са едно от многото хиляди възможни антитела на индивида.

Хибридоми и моноклонални антитела

Получаването на антитела за нуждите на човека започва с имунизацията на животните. След няколко инжекции на антигена (в присъствието на стимуланти на имунния отговор) в кръвния серум на животните се натрупват специфични антитела. Такива серуми се наричат ​​имунни. От тях чрез специални методи се изолират антитела.

Въпреки това, имунната система на животното произвежда специални антитела срещу огромно разнообразие от антигени. Тази способност се основава на наличието на различни клонинги на лимфоцити, всеки от които произвежда антитела от същия тип с тясна специфичност. Общият брой на клонингите при мишките например достига 10^7 -10^10 градуса.

Следователно имунните серуми съдържат много молекули на антитела с различна специфичност, т.е. имащи афинитет към много антигенни детерминанти. Антителата, получени от имунни серуми, са насочени както срещу антигена, с който е извършена имунизацията, така и срещу други антигени, с които се е сблъсквало животното донор.

За съвременния имунохимичен анализ и клинични приложения специфичността и стандартизацията на използваните антитела са много важни. Необходимо е да се получат абсолютно идентични антитела, което не може да се направи с помощта на имунни серуми.

През 1975 г. G. Köhler и C. Milstein решават този проблем, като предлагат метод за получаване на хомогенни антитела. Те разработиха така наречената "хибридомна технология" - техника за получаване на клетъчни хибриди (хибридоми). С помощта на този метод се получават хибридни клетки, които могат да се размножават неограничено и да синтезират антитела с тясна специфичност - моноклонални антитела.

За да се получат моноклонални антитела, клетки от плазмоцитен тумор (плазмоцитом или мултиплен миелом) се сливат с клетки от далака на имунизирано животно, най-често мишка. Технологията на Köhler и Milstein включва няколко етапа.

Мишките се инжектират със специфичен антиген, който предизвиква производството на антитела срещу този антиген. Далаците на мишката се отстраняват и хомогенизират, за да се получи клетъчна суспензия. Тази суспензия съдържа В клетки, които произвеждат антитела срещу инжектирания антиген.

След това клетките от далака се смесват с миеломни клетки. Това са туморни клетки, които са в състояние да растат непрекъснато в култура; те също така нямат резервен път за синтез на нуклеотиди. Някои клетки от далака, произвеждащи антитела, и миеломни клетки се сливат, за да образуват хибридни клетки. Тези хибридни клетки вече могат да растат непрекъснато в култура и да произвеждат антитела.

Сместа от клетки се поставя в селективна среда, която позволява само хибридни клетки да растат. Неслетите миеломни клетки и В-лимфоцитите умират.

Хибридните клетки пролиферират, образувайки клонинг на хибридоми. Хибридомите се тестват за производството на желаните антитела. Избраните хибридоми след това се култивират, за да произведат големи количества моноклонални антитела, свободни от чужди антитела и толкова хомогенни, че могат да се считат за чисти химикали.

Трябва да се отбележи, че антителата, произведени от една хибридомна култура, се свързват само с една антигенна детерминанта (епитоп). В тази връзка могат да се получат толкова моноклонални антитела срещу антиген с няколко епитопа, колкото има антигенни детерминанти. Също така е възможно да се изберат клонове, които произвеждат антитела само с една желана специфичност.

Развитието на технологията за получаване на хибридоми е от революционно значение в имунологията, молекулярната биология и медицината. Това позволи създаването на напълно нови научни направления. Благодарение на хибридомите се откриха нови пътища за изследване и лечение на злокачествени тумори и много други заболявания.

В момента хибридомите са се превърнали в основния източник на моноклонални антитела, използвани във фундаменталните изследвания и в биотехнологиите за създаване на тестови системи. Моноклоналните антитела се използват широко в диагностиката на инфекциозни заболявания на селскостопански животни и хора.

Благодарение на моноклоналните антитела ензимният имуноанализ, имунофлуоресценцията, поточната цитометрия, имунохроматографията и радиоимуноанализът са станали рутинни.

Разработени са много технологии, които са подобрили синтеза на антитела. Това са технологии за рекомбинация на ДНК, методи за клониране на клетки и други трансгенни технологии. През 90-те години с помощта на методите на генното инженерство беше възможно да се сведе до минимум процентът на миши аминокиселинни последователности в изкуствено синтезирани антитела. Благодарение на това, освен миши, са получени химерни, хуманизирани и напълно човешки антитела.