Protilátky a antigény interagujú v tele, keď sa prejaví imunitná odpoveď. Tá však môže za určitých podmienok vyvolať stav takzvanej špecifickej nezodpovednosti – tolerancie. Protilátky a antigény prispievajú k tvorbe imunologickej pamäte. Ďalej zvážte druhý typ látok. V článku zistíme, čo je antigén.

Všeobecné informácie

Čo je to antigén? Jednoducho povedané, zvyčajne ide o cudzie zlúčeniny. Patria sem polysacharidy, proteíny a ich komplexy. Po zmene chemickou modifikáciou možno získať „konjugované“ látky. Takéto zlúčeniny môžu byť vytvorené na báze proteínov, ktoré patria priamo samotnému príjemcovi. Autológna látka, ktorá bola chemicky alebo fyzikálne denaturovaná, sa môže tiež premeniť na antigén.

Definícia

Biopolyméry alebo ich syntetické analógy, ktoré môžu spôsobiť imunitnú odpoveď, môžu preniknúť do tela. Tieto zlúčeniny sa nazývajú antigény. Prispievajú k produkcii efektorových buniek týmusu. Protilátky, ktoré sa objavia na pozadí imunitnej reakcie, začnú špecifickým spôsobom interagovať s antigénmi alebo chemickými zlúčeninami, ktoré majú podobnú štruktúru. Ak tieto nevyvolajú obrannú reakciu, potom sa nazývajú haptény. Práve tie vyvolávajú imunologickú toleranciu. Syntetické polypeptidy majú schopnosť vyvolať ochrannú reakciu, pričom pôsobia ako proteínové antigény. Avšak ich primárna a priestorová štruktúra nemusí byť nevyhnutne podobná štruktúre akejkoľvek konkrétnej proteínovej zlúčeniny. Podstatným faktorom pri prejave antigénnych vlastností u týchto látok je vytvorenie stabilnej priestorovej štruktúry. V tomto ohľade polyméry vytvorené z jednej aminokyseliny (homopolyméry) nemajú vlastnosti na vyvolanie imunitnej odpovede. Antigénne schopnosti sa objavujú v polypeptidoch, na tvorbe ktorých sa podieľajú 2 aminokyseliny.

Výskumné otázky

Čo je to antigén? Klasická imunológia nazýva takú látku celá bunka živočíšneho alebo bakteriálneho pôvodu. Z chemického hľadiska to však nie je pravda. Vyššie uvedené bolo povedané, čo je v podstate antigén. Toto nie je bunka, v ktorej je veľké množstvo nukleových kyselín, bielkovín, polysacharidov. Purifikované ľudské antigény sa môžu použiť na vyvolanie imunitnej odpovede. Okrem toho bude špecifický pre konkrétny biopolymér. Berúc do úvahy purifikovanú štruktúru ako individuálny antigén, akákoľvek ich kombinácia musí byť opísaná ako rodina jednotlivých zlúčenín. Tento výraz sa môže použiť, keď sa odkazuje na spontánne agregujúci špecifický biopolymér. Ako príklad môžu slúžiť niektoré antigény vírusov alebo baktérií. Takže bičíky gramnegatívnych mikroorganizmov rodu Salmonella, flagelín možno nájsť v polymerizovanej aj monomérnej forme. V oboch prípadoch môže tento antigén vyvolať tvorbu protilátok, napriek tomu, že podmienky na to sú rôzne. Konkrétne, polymér Felagelínu je závislý od týmusu, zatiaľ čo monomér je závislý od týmusu.

Vzťah k molekulovej hmotnosti

Môže sa stanoviť len pri porovnávaní látok rovnakej triedy. Týka sa to napríklad rôznych proteínov s rovnakým typom terciárnych a sekundárnych štruktúr: fibrilárne a globulárne. V takýchto prípadoch je možné stanoviť priamy vzťah medzi schopnosťou polyméru indukovať tvorbu protilátok a jeho molekulovou hmotnosťou. Tento vzorec však nie je absolútny. Okrem iného závisí od ďalších vlastností zlúčeniny, či už chemických alebo biologických.

Stupeň prejavu vlastností

Závažnosť antigénnych charakteristík proteínov, ktoré sú najrozsiahlejšou a najvýznamnejšou triedou, bude závisieť od stupňa evolučnej odľahlosti darcu, od ktorého bola zlúčenina získaná, a príjemcu, ktorému sa podáva. Bude to správne len vtedy, ak sa pri hodnotení použije rovnaký typ látok. Napríklad, ak sú myši imunizované potkaním a ľudským sérovým albumínom, potom bude prvá odpoveď výraznejšia. Ak je biopolymér vysoko citlivý na degradáciu, jeho vlastnosti budú menej výrazné ako vlastnosti látky, ktorá je odolnejšia voči enzymatickej hydrolýze. Takže v prípade použitia syntetických polypeptidov alebo proteínových konjugátov ako antigénov bude odpoveď na látku obsahujúcu neprirodzené D-aminokyseliny výraznejšia. Rozhodujúca úloha pri prejave imunitnej odpovede je priradená genotypu príjemcu.

Determinantné skupiny

Označujú molekulárne oblasti biopolyméru, jeho syntetického analógu alebo konjugovaného antigénu, ktoré sú rozpoznávané antigén viažucimi receptormi B-lymfocytov a protilátkami. Molekula zvyčajne obsahuje niekoľko determinantných skupín, ktoré sa líšia svojou štruktúrou. Každý z nich sa môže niekoľkokrát opakovať. Ak je v molekule zlúčeniny len jedna skupina s určitou štruktúrou, nedôjde k tvorbe protilátok proti nej. V procese zvyšovania identických komplexov sa zvýši aj imunitná odpoveď na ne. Tento proces však bude pokračovať až do určitého bodu, po ktorom sa zníži a neskôr sa už nemusí vôbec pozorovať. Tento jav bol skúmaný v procese použitia konjugovaných antigénov s rôznym počtom substituentov, ktoré plnili úlohu determinantnej skupiny. Absencia imunitnej odpovede na biopolyméry so zvýšenou hustotou epitopov je spôsobená mechanizmom aktivácie lymfocytov B-skupiny.

Rakovina-embryonálny antigén

Je to jedna z odrôd normálnych tkanivových proteínov, ktoré sú u zdravých ľudí v malom množstve produkované bunkami niektorých orgánov. CEA je vo svojej chemickej štruktúre kombináciou uhľohydrátov a bielkovín. Jeho účel u dospelých nie je známy. Počas obdobia vnútromaternicovej formácie je však pomerne intenzívne syntetizovaný orgánmi tráviaceho systému, pričom vykonáva pomerne dôležité úlohy. Sú spojené so stimuláciou bunkovej reprodukcie. Rakovino-embryonálny antigén sa deteguje v tkanivách tráviacich orgánov, ale v pomerne malom množstve. Názov tohto onkomarkera čiastočne charakterizuje jeho biologickú povahu, ale z väčšej časti má stále vlastnosti, ktoré sú cenné v laboratórnej štúdii. Pojem „embryonálny“ je spojený s fyziologickými úlohami počas vývoja v prenatálnom období, „antigén“ označuje možnosť jeho identifikácie v biologickom médiu pomocou imunochemickej metódy väzby. Priamo v tele zároveň nevykazuje žiadne vlastnosti. Normálne je v zdravom tele koncentrácia CEA dosť nízka. Na pozadí onkologického procesu sa jeho hladina prudko zvyšuje a dosahuje pomerne vysoké miery. V tomto smere je charakterizovaný ako tkanivový marker onkologických patológií, prípadne nádorový marker.

úroveň CEA

Antigénová analýza sa používa pri diagnostike rôznych malígnych novotvarov, najmä rakoviny konečníka a hrubého čreva. Štúdia sa uskutočňuje v počiatočných štádiách patológií, v procese monitorovania priebehu ochorenia a monitorovania účinnosti terapeutických opatrení. Na pozadí rakoviny hrubého čreva a konečníka má test najvyššiu citlivosť. To umožňuje jeho použitie v primárnej diagnostike. Po úspešnom ukončení operácie na odstránenie celého nádorového tkaniva sa koncentrácia CEA vráti do normálu maximálne po dvoch mesiacoch. Pravidelné testy následne umožňujú vyhodnotenie stavu pacienta po liečbe. Detekcia vysokej hladiny CEA umožňuje včasné zistenie recidívy patológie. S poklesom obsahu antigénu na pozadí terapie odborníci dospeli k záveru, že účinnosť terapeutického účinku.

Zvýšené koncentrácie CEA: rad patológií

Test sa však nepovažuje za absolútne špecifický pre nádory. Zvýšenie hladiny CEA možno pozorovať na pozadí rôznych ochorení vnútorných orgánov, ktoré majú zápalovú a inú povahu. U 20-50% pacientov s benígnymi patológiami pankreasu, čriev, pľúc a pečene sa koncentrácia antigénu mierne zvyšuje. To isté sa pozoruje na pozadí cirhózy, chronickej hepatitídy, ulceróznej kolitídy, cystickej fibrózy, emfyzému, bronchitídy, Crohnovej choroby, pankreatitídy, pneumónie, autoimunitných ochorení, tuberkulózy. Navyše, zvýšenie hladiny nemusí byť spôsobené chorobou, ale napríklad pravidelným pitím alebo fajčením.

Vlastnosti transfúzie krvi

Hlavným z nich je špecifickosť a individualita, ktorú majú erytrocytové antigény. Ak sú biopolyméry príjemcu a darcu nezlučiteľné, je to prísne zakázané. V opačnom prípade sú nevyhnutné patologické procesy a dokonca smrť pacienta. V imunogenetike sa využívajú metódy na testovanie a štúdium antigénov erytrocytov, medzi ktoré patria najmä hemolýza, precipitácia a aglutinačné reakcie. Gény erytrocytov sú prezentované ako komplexné biopolymérne makromolekuly. Hromadia sa na stróme (škrupine) a spájajú sa s inými molekulami zlúčenín. Každý jedinec sa vyznačuje individuálnym chemickým zložením a vlastnou štruktúrou.

Antigény- sú to látky alebo také formy látok, ktoré sú po zavedení do vnútorného prostredia organizmu schopné vyvolať imunitnú odpoveď vo forme tvorby špecifických protilátok a/alebo imunitných T-lymfocytov (R. M. Khaitov).

Pojem antigén (anti - proti, gén - diskrétna jednotka dedičnosti) znamená niečo, čo je svojou štruktúrou v rozpore s dedičnou informáciou hostiteľského organizmu. Tento názov nie je úplne správny, keďže vlastné štruktúry makroorganizmu môžu mať aj antigénne vlastnosti. Nazývajú sa autoantigény. Správnejšie je uvažovať, že antigén je látka schopná viazať antigén rozpoznávajúce receptory imunokompetentných buniek, t.j. antigenicita nie je určená ani tak vnútornými vlastnosťami samotného antigénu, ale skôr schopnosťou rozpoznať ho (identifikovať sa ako antigén) bunkami imunitného systému hostiteľského organizmu, preto je správnejšie pojem imunogén, tj. že keď sa dostane do makroorganizmu, je táto látka schopná vyvolať imunitnú odpoveď. Imunitný systém zabezpečuje najmä syntézu špeciálnych glykoproteínov (protilátok), ktoré môžu špecificky viazať určité imunogény.

Podľa chemickej štruktúry môžu byť antigénmi (imunogénmi) proteíny, glykoproteíny, lipoproteíny, polysacharidy, fosfolipidy a glykolipidy. Hlavnou podmienkou je dostatočná molekulová hmotnosť, vďaka ktorej sú antigény makromolekuly. V opačnom prípade imunitný systém ani „nekontroluje“ prítomnosť antigénnych vlastností v cudzej látke. Faktom je, že na aktiváciu lymfocytov je potrebné predbežné rozvinutie takzvaných preimunitných reakcií, t.j. aktivity fagocytujúcich buniek. Tie zachytávajú integrálne objekty alebo makromolekuly a transformujú ich z korpuskulárnej (telieska - častica) do molekulárnej formy dostupnej na rozpoznanie imunokompetentnými bunkami.

Hapten

V zriedkavých prípadoch je možné vyvolať imunitnú odpoveď na zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou. Na dosiahnutie správnej molekulovej hmotnosti musí byť cudzia látka s nízkou molekulovou hmotnosťou konjugovaná s makromolekulou hostiteľského organizmu. V skutočnosti sa takýto imunogén nazýva haptén (neúplný antigén) a makromolekula sa nazýva nosič. V dôsledku interakcie týchto zložiek je možné rozpoznať celý vytvorený komplex, ktorý má dostatočnú molekulovú hmotnosť. V tomto prípade je imunitná odpoveď namierená tak proti hapténu, ako aj proti jeho vlastnej makromolekule, ktorá naviazala neúplný antigén. To môže viesť k sebapoškodzujúcim imunitným reakciám, ktoré sa označujú ako autoimunitné.

Patogény sa zvyčajne nazývajú integrálne objekty (bakteriálna bunka, vírus, prachová častica atď.), Ktoré, keď vstúpia do tela, vedú k patologickým zmenám v ňom. Typicky patogén obsahuje veľa antigénov. materiál zo stránky

Predstavte si, že patogénna baktéria napadla ľudské telo. Bakteriálna bunka má mnoho povrchových molekúl, ktoré vykonávajú širokú škálu funkcií. Všetky sú fenotypovým prejavom bakteriálneho genómu, t.j. vyznačujú sa cudzosťou. Ale zďaleka nie každá z týchto povrchových štruktúr má antigénne vlastnosti, pretože ako antigény sú identifikované iba tie molekuly, ku ktorým v čase invázie patogénu existujú imunokompetentné bunky s komplementárnymi receptormi rozpoznávajúcimi antigén. Preto je antigénne spektrum konkrétneho patogénu dané aktuálnym stavom imunitného systému hostiteľského organizmu a môže sa meniť nielen u predstaviteľov jedného biologického druhu, ale aj u konkrétneho organizmu v rôznych obdobiach ontogenézy. To vysvetľuje vysokú individualitu imunitnej odpovede, pretože imunitné odpovede namierené proti rôznym štruktúram patogénu nie sú pre ňu rovnako škodlivé.

ANTIGÉNY(grécky anti-proti + gennaö vytvárať, produkovať) - akákoľvek látka, ktorá pri vstupe do organizmu parenterálnou cestou spôsobuje špecifickú imunologickú odpoveď, prejavujúcu sa tvorbou špecifických protilátok. Vniknutie antigénov do tela môže byť sprevádzané vznikom stavu tolerancie na túto látku (pozri Imunologická tolerancia) alebo zvýšením citlivosti na tento antigén. (pozri Alergia).

Špecifickým antigénom môže byť určitá molekulárne homogénna látka. Antigénne vlastnosti jednotlivých látok sa však prejavia aj vtedy, ak sú súčasťou zložitých zmesí a systémov. Preto sa na klinike infekčných chorôb, v laboratórnej a epidemiologickej praxi, pojem "antigén" často používa vo vzťahu k takým zložitým systémom, ako sú mikrobiálne, rastlinné a živočíšne bunky, tkanivové extrakty, biologické tekutiny atď., pričom sa odkazuje na tzv. jedinec obsiahnutý v týchto systémoch antigény. Termínom "antigén" sa často označujú látky, ktoré na rozdiel od plnohodnotných antigénov nie sú schopné samostatne stimulovať syntézu protilátok (pozri) v organizme, ale môžu špecificky reagovať s už vytvorenými protilátkami. V imunológii je na definíciu takýchto látok prijatý špeciálny termín - haptény (pozri).

Antigény sú svojou povahou vysokomolekulárne polyméry prírodného pôvodu alebo umelo syntetizované. Vlastnosti plnohodnotných antigénov majú proteíny, polypeptidy, polysacharidy a pravdepodobne aj vysokopolymérne nukleové kyseliny a komplexné zlúčeniny týchto látok.

Antigenicita je určená nielen charakteristikami chemickej štruktúry látok, ale závisí aj od druhu imunizovaného zvieraťa a jeho genetickej konštitúcie (pozri Imunogenetika). Tá istá látka, ktorá nie je antigénna vo vzťahu k zvieratám jedného druhu, spôsobuje špecifickú imunologickú reakciu, keď sa podáva jedincom iného druhu. Polysacharid dextrán teda nie je antigénom pre králiky a pri podaní človeku stimuluje syntézu špecifických protilátok už po jedinej injekcii. Navyše v rámci toho istého druhu existujú jedinci, ktorí sú refraktérni (neprodukujú protilátky) a naopak vysoko citliví na daný antigén.

Antigenicita ako biologický jav je relatívna a na realizáciu tejto vlastnosti je nevyhnutný prienik látky do vnútorného prostredia imunokompetentného organizmu citlivého na túto látku.

Napriek obrovskému množstvu faktov získaných v priebehu chemického štúdia antigénov, imunológia ešte nedosiahla takú úroveň, aby bolo možné zostaviť úplný zoznam tých fyzikálno-chemických vlastností štruktúry látok, ktoré tvoria nevyhnutný základ pre vznik antigénnych vlastností. Napriek tomu sú známe niektoré znaky, ktoré odlišujú antigénne látky od neantigénnych, napríklad látky, ktoré sa vyznačujú spravidla vysokou molekulovou hmotnosťou 10 000 a viac, majú vlastnosti plnohodnotných antigénov.

Funkčne aktívne proteíny pozostávajú z podjednotiek – polypeptidových reťazcov, ktoré sú navzájom spojené do jednej molekuly disulfidovými alebo vodíkovými väzbami. Disociácia týchto väzieb v niektorých prípadoch vedie k porušeniu antigénnej špecifickosti. Enzým laktátdehydrogenáza (molekulová hmotnosť 135 000) sa teda skladá zo štyroch podjednotiek dvoch geneticky odlišných typov. Na rozdiel od prirodzeného enzýmu nie sú disociované polypeptidové podjednotky nielen schopné indukovať syntézu špecifických protilátok, ale tiež nereagujú s antisérom proti prirodzenému enzýmu.

Vzhľad antigénnej schopnosti so zvýšením molekulovej hmotnosti látok je charakteristický nielen pre proteíny, ale aj pre polysacharidy. Štúdia rôznych prípravkov dextránov s molekulovou hmotnosťou 10 000 až 200 000 ukázala, že stimuláciu genézy protilátok u ľudí spôsobujú dextrány s molekulovou hmotnosťou najmenej 50 000. Zároveň by bolo nesprávne predpokladať, že vysoká molekulová hmotnosť je povinná vlastnosť antigénu. Takže sulfónovaný polystyrén - polymér s vysokou molekulovou hmotnosťou - nemá antigenicitu. Nukleové kyseliny, napriek svojej vysokej molekulovej hmotnosti, sú oveľa slabšími antigénmi ako proteíny. Sérový albumín a hemoglobín majú rovnakú molekulovú hmotnosť (asi 70 000), ale schopnosť indukovať tvorbu protilátok v hemoglobíne je oveľa menej výrazná ako v albumíne.

Svetlou výnimkou z vyššie uvedeného sú antigénoaktívne látky, ktoré sa vyznačujú relatívne nízkou molekulovou hmotnosťou: glukagón, hormón pankreasu (molekulová hmotnosť 3800) a iné, ktorých antigénny účinok sa prejavuje pri imunizácii adjuvans (viď). Okrem toho syntetické polypeptidy s molekulovou hmotnosťou 4000 a 1200 môžu mať imunitné vlastnosti.

Okrem veľkosti molekuly je antigenicita látky určená aj radom jej ďalších vlastností. Predpokladá sa, že jednou z nevyhnutných vlastností antigénov je tuhosť štruktúry ich základných determinantných skupín. Želatína, čo je slabo antigénny proteín denaturovaný zahrievaním, teda nemá pevnú vnútornú štruktúru; obsahuje veľa glycínu, ktorý nemá bočné skupiny v polohe α, čo umožňuje pozdĺžnu rotáciu. Ak sa však do želatínovej molekuly zavedú chemické skupiny, ktoré zvyšujú tuhosť jej štruktúry (tyrozín, tryptofán, fenylalanín), premení sa na relatívne silný antigén. Podobné údaje sa získali pri štúdiu antigénnych vlastností syntetických polypeptidov. Pyranózové alebo furanózové kruhy môžu zvýšiť rigiditu molekúl v polysacharidových antigénoch.

Štúdium umelých polypeptidov umožnilo zistiť úlohu určitých aminokyselín pri prejavovaní antigénnych vlastností látok. Pri porovnaní polypeptidov glu58-, tyr4-, glu57-, lys38-, ala5- sa ukázalo, že alanín, podobne ako tyrozín, zvyšuje imunogénne vlastnosti polypeptidu. Zistilo sa zníženie účinku kyseliny glutámovej na antigenicitu polypeptidu po zavedení malého množstva tyrozínu do jeho zloženia.

Menej jasná je otázka významu nabitých skupín pre prejav antigenicity. Podľa niektorých výskumníkov sú NH 3 + -skupiny nevyhnutné na zabezpečenie antigénnej aktivity polypeptidov. Iní výskumníci sa však domnievajú, že v syntetických polypeptidoch, ktoré po deaminácii neobsahujú nabité skupiny, je schopnosť indukovať syntézu protilátok nielen zachovaná, ale dokonca posilnená.

Vlastnosťou antigénov je ich schopnosť podstupovať metabolické procesy v tele. V tomto ohľade sú zaujímavé údaje o úlohe optickej izomérie aminokyselín pri určovaní antigenicity látky. Ako sa ukázalo, polypeptidy zostavené z L-aminokyselín sú aktívnymi stimulátormi vzniku protilátok, zatiaľ čo polypeptidy z D-aminokyselín sú schopné indukovať tvorbu protilátok len vtedy, keď sú podávané v malých dávkach. Pri vysokých dávkach vyvolávajú D-polypeptidy toleranciu.

Antigénna aktivita látok a najmä ich schopnosť indukovať syntézu protilátok je najvýraznejšia, ak imunizované zviera patrí k inému druhu, ako je zdroj látky. Všeobecne sa uznáva, že antigénnosť proteínov je tým vyššia, čím vzdialenejšia taxonomická skupina imunizované zviera patrí.

Bielkoviny a sacharidy krvi a vnútorných orgánov zvyčajne nie sú antigénne pre organizmus, v ktorom sú syntetizované, a zároveň antigénne pre iných jedincov toho istého druhu. Tento vzor sa nevzťahuje na tzv. transbariérové ​​orgány, to znamená orgány oddelené od krvného obehu špeciálnymi bariérami (krvno-mozgová bariéra, krvno-testikulárna bariéra atď.), ktorých proteíny sa za normálnych okolností nedostávajú do krvného obehu a sú antigénmi pre vlastný organizmus. Tieto orgány zahŕňajú mozog, šošovku, prištítne telieska a semenníky.

Tolerancia (imunologická nereaktivita tela na daný antigén) na vlastné proteíny je dobre vysvetlená z hľadiska klonálnej selekčnej teórie imunity. Jedno z hlavných ustanovení tejto teórie hovorí, že „rozpoznanie“ telu vlastných proteínov a tolerancia k nim sú spojené s elimináciou v embryonálnom období vývoja všetkých klonov lymfoidných buniek, ktoré môžu reagovať proti antigénu daného organizmu. . Z hľadiska tejto teórie sú antigény reprezentované látkami, ktoré nesú znaky cudzej genetickej informácie. Preto, aby látka vykazovala svoje antigénne vlastnosti, musí sa líšiť od antigénu tkanív imunizovaného jedinca. To znamená, že antigénnosť látky závisí aj od jej špecifickosti.

Pomocou metódy komplexných antigénov, teda antigénu, do ktorého molekuly je umelo zavedená určitá chemikália. zoskupení sa zistilo, že antigénnu špecifickosť komplexných antigénov neurčuje celá makromolekula ako celok, ale vlastnosti tohto zoskupenia – determinantnej skupiny. Ukázalo sa, že špecifickosť antigénov je určená nielen chemickým zložením determinantnej skupiny, ale aj jej polohou v antigéne, ako aj priestorovým usporiadaním atómov v nej a ich stereoizomériou s tým spojenou.

V prirodzených proteínoch je antigénna špecifickosť určená aj malou časťou ich molekuly. Zistilo sa, že reakciu tvorby protilátok proti hodvábnemu fibroínu možno špecificky potlačiť produktmi hydrolýzy hodvábu s molekulovou hmotnosťou len okolo 600-1000 a najúčinnejšie sú glycylalanínové reťazce s dĺžkou 12 aminokyselín (molekulová hmotnosť 900). v takomto potláčaní. Z oktapeptidov sa ako najúčinnejší ukázal gly-/gly3-ala3-/tyr- s molekulovou hmotnosťou okolo 600, ktorý je hlavnou súčasťou špecifického antigénneho determinantu. Podľa iných výskumníkov antigénová špecifickosť dextránu, syntetických polypeptidov (polyalanín, polylyzín), myoglobínu závisí od malých reaktívnych miest s molekulovou hmotnosťou v rozmedzí 350-990.

Porovnanie antigénnych vlastností proteínov so známou sekvenciou aminokyselinových zvyškov umožnilo zistiť, že minimálne zmeny v primárnej štruktúre proteínov sú dostatočné na vznik novej antigénnej špecificity. Antigénne rozdiely v inzulínoch u niektorých zvierat (ošípané, hovädzí dobytok, ovce, kone) sú teda spôsobené substitúciou aminokyselinových zvyškov len v troch úsekoch polypeptidového reťazca. Genetické varianty molekúl ľudského imunoglobulínu sa od seba líšia len jedným aminokyselinovým zvyškom na 189. pozícii ľahkých reťazcov, ale to stačí na to, aby sa odlišovali ako antigény.

Analýza antigénnej špecifickosti syntetických polypeptidov ďalej ukázala, že ich špecifickosť je do značnej miery určená povahou koncových skupín. V mnohých prípadoch však bolo možné zaznamenať existenciu krížových reakcií medzi polypeptidmi, ktorých koncové skupiny sa navzájom líšili. Ako sa zistilo, takéto krížové reakcie boli spôsobené prítomnosťou bežných aminokyselín v iných polohách. V nasledujúcich experimentoch sa zistilo, že protilátky môžu byť namierené proti celému päťaminokyselinovému polypeptidu ako celku. Podobné výsledky sa získali aj pri experimentoch so sacharidovými haptény. Tu sa tiež odhalil hlavný vplyv na špecifickosť antigénu koncovej skupiny a tiež sa ukázalo, že protilátky môžu byť namierené proti celému hapténu ako celku. Najväčšou skupinou, ktorá môže reagovať s danou protilátkou a teda určiť špecifickosť antigénu, sú samozrejme hexasacharidy.

V prírodných proteínoch a polysacharidoch je teda antigénna špecificita určená zložením a sekvenciou aminokyselín v polypeptidovom reťazci a monosacharidov v polysacharide, najmä ich koncových aminokyselín alebo monosacharidov.

Ako je známe, sekundárna a nakoniec terciárna štruktúra molekuly proteínu je určená sekvenciou aminokyselín. Na druhej strane, antigénna špecifickosť molekuly proteínu je určená najmä skupinami umiestnenými na jej povrchu. Preto možno tvrdiť, že antigénna špecifickosť proteínu závisí aj od jeho sekundárnej a prípadne terciárnej štruktúry. Okrem toho vyššie uvedené výsledky štúdia antigénnych vlastností laktátdehydrogenázy ukazujú, že antigénna špecificita vysokomolekulárnych proteínov pozostávajúcich z podjednotiek môže byť určená aj ich kvartérnou štruktúrou.

Antigénne determinanty vytvorené na povrchu proteínovej molekuly sa môžu líšiť tvarom, veľkosťou, počtom a súborom aminokyselín zahrnutých v týchto determinantoch. Výsledkom je, že počas imunizácie aj čistým kryštalickým proteínovým prípravkom sa v tele tvoria protilátky rôznych typov, ktoré sú svojou špecifickosťou heterogénne. Počet antigénnych determinantov v molekule (valencia antigénu) sa líši pre rôzne proteíny v závislosti od veľkosti molekúl: od 5 v molekule vaječného albumínu (molekulová hmotnosť 40 500) do 40 v molekule tyreoglobulínu (molekulová hmotnosť 650 000). Neexistuje však priamy vzťah medzi valenciou a molekulovou hmotnosťou antigénov.

Povaha interakcie antigénnych determinantov a zvyšku molekuly pri určovaní antigénnych vlastností látky ešte nebola úplne objasnená. Nahromadené fakty však naznačujú, že stimulácia imunologických reakcií tela sa uskutočňuje pomocou reaktívnych skupín molekúl antigénu, ktoré určujú jeho špecifickosť, to znamená determinantné skupiny.

Ak hovoríme o špecifickosti prírodných antigénov, ide predovšetkým o ich druhovú špecifickosť. V skutočnosti je pre jedincov tohto druhu inherentná antigénna špecifickosť, ktorá nie je charakteristická pre jedincov, ktorí patria k akémukoľvek inému druhu živých bytostí. Netreba si však myslieť, že existujú niektoré látky špecificky "zodpovedné" za antigénnu druhovú špecifickosť. Je zrejmé, že mnohé, ak nie väčšina látok obsiahnutých v tele má takúto druhovú špecifickosť.

Hoci sa všetky druhy živých bytostí od seba jasne líšia svojimi druhovo špecifickými antigénmi, miera tohto rozdielu nemusí byť rovnaká. Blízko príbuzné druhy sú charakterizované prítomnosťou dosť podobných druhovo špecifických antigénov. Druhy, ktoré sú od seba ďaleko, majú tiež výrazne odlišné druhovo špecifické antigény. Na základe tohto javu vyrástol samostatný biologický smer - imunosystematika, ktorý pomocou metódy antigénnej analýzy rieši zložité taxonomické problémy a otázky evolučných vzťahov rôznych druhov mikroorganizmov, rastlín a živočíchov.

Už na začiatku nášho storočia sa zistilo, že skupiny rôznych jedincov toho istého druhu sa môžu navzájom líšiť obsahom antigénov, ktoré sa neskôr stali známymi ako izoantigény. Izoantigény boli detegované v bunkách všetkých študovaných živočíšnych druhov. Dostatočne sú však preskúmané len na ľuďoch. Ako sa ukázalo, izoantigénna štruktúra ľudských buniek je mimoriadne zložitá. Len v ľudských erytrocytoch bolo identifikovaných viac ako 15 systémov izoantigénov, vrátane asi 100 antigénov. (pozri Krvné skupiny). Tak ako si prax krvnej transfúzie vyžadovala vývoj štúdií, ktoré viedli k popisu antigénnej štruktúry erytrocytov, dnes pozorovaný rastúci záujem lekárov o transplantáciu tkanív a orgánov viedol k posunu k dôkladnému štúdiu antigénneho zloženia erytrocytov. iné bunky tela. Zistilo sa, že väčšina antigénov, ktoré určujú reakciu príjemcu proti transplantovanému orgánu, je obsiahnutá v leukocytoch. Preto sa osobitná pozornosť venovala štúdiu antigénov obsiahnutých v týchto krvinkách. Rôzni výskumníci opísali širokú škálu leukocytových antigénov. Pri vzájomnom porovnaní všetkých týchto antigénov sa ukázalo, že väčšina z nich patrí do jedného systému, nazývaného HL-A. Okrem tohto systému bol identifikovaný ešte ďalší systém leukocytárnych antigénov, geneticky nezávislý od systému HL-A - systém skupiny 5. Ako sa zistilo, všetky antigény oboch systémov, možno s výnimkou antigénu 9, sú v globálnom meradle. sú reprezentované niekoľkými alelami (pozri). Ukázalo sa tiež, že tieto antigény sú okrem leukocytov prítomné aj v bunkách mnohých ľudských orgánov a tkanív, čo je dôležité najmä pre selekciu darcov a príjemcov na transplantáciu orgánov na klinike (pozri Imunologická inkompatibilita).

Okrem izoantigénov charakteristických pre erytrocyty a leukocyty boli nájdené izoantigény, ktoré sú vlastné krvným doštičkám, lymfocytom, granulocytom, krvnému sére atď. Preto okrem „všeobecných“ izoantigénov samozrejme existujú aj orgánovo špecifické izoantigény. Táto otázka, ktorá má obrovský teoretický a praktický (pri transplantácii orgánov) význam a zároveň je mimoriadne zložitá, sa v súčasnosti takmer nerozvinula.

Dokonca I. I. Mečnikov zistil, že je možné získať imunitné séra namierené proti bunkám určitých orgánov alebo tkanív, takzvané cytotoxíny. Tento objav vytvoril základ doktríny antigénnej orgánovej (tkanivovej) špecifickosti. Existencia orgánovo špecifických antigénov bola preukázaná takmer vo všetkých orgánoch. Boli získané údaje, že v mnohých orgánoch existujú dva typy orgánovo špecifických antigénov, ktoré sa nachádzajú v orgánoch s rovnakým názvom zástupcov rôznych druhov živých bytostí, a antigény, ktoré charakterizujú orgány iba zástupcov tohto druhu.

V súčasnosti sa pre väčšinu orgánov (pečeň, obličky, očná šošovka atď.) študujú najmä vo vode rozpustné orgánovo špecifické antigény, čo sú viac či menej zložité systémy bielkovín. Čo sa týka orgánovo špecifických antigénov, ktoré neprechádzajú do extraktov, existuje o nich len niekoľko fragmentárnych údajov. Nedávno sa našli antigény, ktoré sú spoločné pre obličky, pečeň, slezinu, srdce, ale chýbajú v krvnom sére. Niektorí vedci ich rozlišujú do novej skupiny - medziorgánové antigény.

Na skupinu opísaných antigénov sa pripájajú niektorými výskumníkmi izolované takzvané organoidné antigény, ktoré charakterizujú antigénnu špecifickosť bunkových jadier, mitochondrií, ribozómov atď.

V posledných rokoch bola preukázaná existencia antigénov charakteristických pre organizmy, ich orgány alebo tkanivá, ktoré sú v určitých štádiách individuálneho vývoja. Tieto antigény sa nazývajú antigény špecifické pre štádium.

Pre patológiu bol podstatný objav takzvaných patologických antigénov vznikajúcich v dôsledku patologických procesov. Patria sem „rakovina“, „popálenie“, „žiarenie“ a iné antigény vznikajúce v patologicky zmenených tkanivách. Dokázal sa vznik nových antigénov (transplantačných, komplement-fixujúcich a povrchových) v nádorových bunkách vyvolaných vírusmi.

Antigénna špecifickosť bunkových a tkanivových látok odráža základné znaky ich štruktúry, funkcie a fyziologického stavu. Odhalenie príčin antigénneho pôsobenia látok, rozbor ich vlastností, objasnenie chemických základov antigénnej špecifickosti látok – to všetko je jednou z hlavných otázok modernej imunochémie. Štúdium vlastností prirodzených antigénov sa v súčasnosti neobmedzuje len na oblasť vlastnej imunochémie a infekčnej imunológie a slúži na riešenie mnohých otázok všeobecného biologického významu a najmä otázok evolúcie živočíšny a rastlinný svet.

Analýza antigénnych vlastností vírusov, baktérií, buniek a tkanív mnohobunkových organizmov ukázala výnimočnú komplexnosť ich antigénnej štruktúry. Spolu s antigénmi charakteristickými pre skupiny jedincov alebo všetkých jedincov patriacich k jednému druhu (druh, skupinové antigény baktérií, izoantigény) živočíšne tkanivá obsahujú antigény, ktoré sú viac či menej rozšírené medzi predstaviteľmi iných druhov. Dôležité bolo zistiť, že do určitej miery bežné antigény, s výnimkou heterogénnych antigénov, akými sú Forssmannove antigény, odrážajú genealogické vzťahy medzi druhmi, v ktorých sa vyskytujú.

Rôzne tkanivá tela sa líšia stupňom medzidruhovej podobnosti svojich antigénov. Krvné sérum, pečeň, slezina a niektoré ďalšie vnútorné orgány obsahujú prevažne antigény s výrazne výraznou druhovou špecifickosťou. Naopak, antigény svalov, semenníkov, mozgu, šošovky sa svojou špecifickosťou len málo líšia od antigénov homologických orgánov a tkanív u predstaviteľov rôznych druhov cicavcov a dokonca aj u stavovcov všeobecne. Je to spôsobené podobnosťou chemickej štruktúry a vlastností zodpovedajúcich proteínov, ktoré nesú rovnakú funkciu. Je zrejmé, že v procese evolúcie sa v určitom štádiu dosiahla výnimočne úplná adaptácia štruktúry takýchto proteínov na vykonávanie životne dôležitých funkcií, v dôsledku čoho boli všetky nasledujúce mutácie, ktoré porušovali túto korešpondenciu, eliminované prirodzeným výberom. Takýmito bežnými antigénmi sú spravidla bielkoviny vyznačujúce sa extrémne slabou antigenicitou (hemoglobíny, inzulíny, karbomilsyntetáza) alebo bielkoviny tkanív anatomicky izolované z lymfoidného systému tela (bielkoviny kryštalických šošoviek).

Niektoré antigény vysoko organizovaných zvierat a najmä ľudí majú ochrannú funkciu pri udržiavaní genetickej stálosti vnútorného prostredia tela. Zistilo sa, že antigény systému AB0 (pozri Krvné skupiny) sú prítomné nielen v tkanivách, ale aj vo forme vo vode rozpustných antigénov v biologických tekutinách a sekrétoch. Pri vysvetľovaní možného významu fenoménu sekrécie antigénu P. N. Kosyakov naznačil, že antigény AB0 v slinách a v hornom gastrointestinálnom trakte zohrávajú ochrannú úlohu, neutralizujúc hemaglutiníny živočíšneho alebo rastlinného (lektíny) pôvodu obsiahnuté v potravinách. Skupinové antigény semennej tekutiny chránia mužské zárodočné bunky pred vystavením izoprotilátkam lokalizovaným v ženskom pohlavnom trakte v čase oplodnenia.

Pri javoch skupinovej inkompatibility materského organizmu a plodu hrajú izoantigény (systémy AB0 atď.) plodu, ktoré sa nachádzajú v plodovej vode, amniónu a chorióne, ochrannú úlohu a viažu protilátky matky, ktoré prenikajú do placenty. , a nie ich „pripustiť“ do tkanív plodu.

V posledných rokoch niektorí výskumníci predložili stanovisko k možnej morfogenetickej úlohe antigénov v embryogenéze (pozri Imunológia embryogenézy).

Biologický význam antigénov určite nie je obmedzený na ich účasť na vyššie diskutovaných javoch. V poslednom období sa napríklad intenzívne skúma otázka súvislosti medzi krvnými izoantigénmi a predispozíciou osôb diferencovaných podľa týchto antigénov na určité typy ochorení.

Bibliografia: Aktuálne otázky imunológie, vyd. L. A. Zilber a P. A. Vershilová, s. 312, M.. 1964, bibliogr.; Boyd W. Základy imunológie, prekl. z angličtiny, M., 1969, bibliografia; G a γ-ρο in a c F. Imunochémia a biosyntéza protilátok, pruh s angl. z angličtiny, M., 1969, bibliografia; Zilber JI. A. a Abelev G. I. Virológia a imunológia rakoviny, M., 1962, bibliografia; Kosyakov P. N. Immunology of isoantigens and izoprotilátky, M., 1965, bibliogr.; Petrov R. V. Imunológia akútneho radiačného poškodenia, M., 1962, bibliogr.; Tumanov A. K. Serum blood systems, M., 1968, bibliogr.; Efroimson V. P. Úvod do lekárskej genetiky, M., 1968, bibliogr.; Andersson B. Interakcia medzi imunokompetentnými bunkami a antigénom, Štokholm, 1972, bibliografia; Imunologická tolerancia k mikrobiálnym antigénom, vyd. od H. Friedmana, N. Y., 1971. bibliogr.; Kissme-y e r-N ielsen F. a. Thorsby E. Human transplantation antigens, Copenhagen, 1970; Silné a slabé histokompatibilné antigény, Kodaň, 1970, bibliografia; Povrchové antigény na jadrových bunkách, Copenhagen, 1971, bibliogr.

O. E. Vjazov, V. M. Barabanov.

Plán prednášok:

1. Antigény: definícia, štruktúra, základné vlastnosti.

2. Antigény mikroorganizmov.

3. Ľudské a zvieracie antigény.

4. Protilátky: definícia, hlavné funkcie, štruktúra.

5. Triedy imunoglobulínov, ich charakteristika.

6. Dynamika tvorby protilátok.

Antigény (z gréčtiny. anti- proti, genos- vytvárať; termín navrhnutý v 1899 nem) - látky rôzneho pôvodu, ktoré nesú znaky genetickej cudzosti a po zavedení do tela spôsobujú vývoj špecifických imunologických reakcií.

Hlavné funkcie antigénov:

Vyvolávajú imunologickú odpoveď (syntézu protilátok a spúšťanie reakcií bunkovej imunity).

Špecificky interagujú s vytvorenými protilátkami (in vivo a in vitro).

Poskytovať imunologickej pamäte- schopnosť organizmu reagovať na opakované zavedenie antigénu imunologickou reakciou vyznačujúcou sa väčšou silou a rýchlejším vývojom.

Vývoj príčiny imunologickej tolerancie- absencia imunitnej odpovede na špecifický antigén pri zachovaní schopnosti imunitnej odpovede na iné antigény.

Štruktúra antigénov:

Antigény sa skladajú z 2 častí:

1. Vysokomolekulárny nosič (Schlepper)- vysokopolymérny proteín, ktorý určuje antigenicitu a imunogenicitu antigénu.

2. Determinantné skupiny (epitopy)- povrchové štruktúry antigénu, ktoré sú komplementárne k aktívnemu miestu protilátok alebo receptoru T-lymfocytov a určujú špecifickosť antigénu. Na jednom nosiči môže byť niekoľko rôznych epitopov pozostávajúcich z peptidov alebo lipopolysacharidov a umiestnených v rôznych častiach molekuly antigénu. Ich rozmanitosť je dosiahnutá prostredníctvom mozaiky aminokyselinových alebo lipopolysacharidových zvyškov umiestnených na povrchu proteínu.

Určuje počet determinantných skupín alebo epitopov antigénová valencia.

Valencia antigénu- počet identických epitopov na molekule antigénu, ktorý sa rovná počtu molekúl protilátky, ktoré sa na ňu môžu pripojiť.

Hlavné vlastnosti antigénov:

1. Imunogenicita- schopnosť vyvolať imunitu, odolnosť voči infekcii (používa sa na charakterizáciu pôvodcov infekcií).

2. antigenicita- schopnosť vyvolať tvorbu špecifických protilátok (súkromný variant imunogenicity).

3. Špecifickosť- vlastnosť, ktorou sa antigény navzájom líšia a určuje schopnosť selektívne reagovať so špecifickými protilátkami alebo senzibilizovanými lymfocytmi.

Imunogenicita, antigenicita a špecifickosť závisia od mnohých faktorov.

Faktory, ktoré určujú antigenicitu:

- Cudzosť (heterogenita)- geneticky podmienená vlastnosť antigénov niektorých živočíšnych druhov líšiť sa od antigénov iných živočíšnych druhov (čím sú zvieratá vo fenotypovom vzťahu od seba ďalej, tým majú vo vzájomnom vzťahu väčšiu antigenicitu).

- Molekulová hmotnosť musí byť aspoň 10 000 daltonov, so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou sa zvyšuje antigenicita.

- Chemická povaha a chemická jednotnosť: proteíny, ich komplexy s lipidmi (lipoproteíny), so sacharidmi (glykoproteíny), s nukleovými kyselinami (nukleoproteíny), ako aj komplexné polysacharidy (s hmotnosťou nad 100 000 D), lipopolysacharidy majú najväčšiu antigenicitu; sami o sebe sú nukleové kyseliny, lipidy v dôsledku nedostatočnej tuhosti štruktúry neimunogénne.

- Tuhosť konštrukcie(antigény musia mať okrem určitej chemickej povahy aj určitú štrukturálnu rigiditu, napr. denaturované proteíny nemajú antigenicitu).

- Rozpustnosť(nerozpustné bielkoviny nemôžu byť v koloidnej fáze a nespôsobujú rozvoj imunitných reakcií).

Faktory určujúce imunogenicitu:

vlastnosti antigénov.

Spôsob podania antigénu (orálne, intradermálne, intramuskulárne).

dávka antigénu.

Interval medzi injekciami.

Stav imunizovaného makroorganizmu.

Rýchlosť deštrukcie antigénu v tele a jeho odstránenie z tela.

Imunogenicita a antigenicita nemusia byť rovnaké! Napríklad bacil dyzentérie je vysoko antigénny, ale nevyvinie sa žiadna výrazná imunita proti dyzentérii.

Faktory, ktoré určujú špecifickosť:

Chemická povaha antigénneho determinantu.

Štruktúra antigénneho determinantu (typ a sekvencia aminokyselín v primárnom polypeptidovom reťazci).

Priestorová konfigurácia antigénnych determinantov.

Typy antigénov podľa štruktúry:

1. Haptény (nekompletné antigény)- ide o čistú determinantnú skupinu (majú malú molekulovú hmotnosť, nie sú rozpoznávané imunokompetentnými bunkami, majú iba špecifickosť, t.j. nie sú schopné vyvolať tvorbu protilátok, ale vstupujú s nimi do špecifickej reakcie):

- jednoduchý- interagujú s protilátkami v tele, ale nie sú schopné s nimi reagovať in vitro;

- komplexný- interagujú s protilátkami in vivo a in vitro.

2. Kompletné (konjugované) antigény- vznikajú, keď sa haptén naviaže na nosič s vysokou molekulovou hmotnosťou s imunogenitou.

3. Polohaptény sú anorganické radikály (J -, Cr -, Br -, N +) viazané molekulami bielkovín.

4. Proantigény- haptény schopné viazať sa na bielkoviny tela a senzibilizovať ich ako autoantigény.

5. Tolerogény- antigény schopné potláčať imunologické reakcie s rozvojom špecifickej neschopnosti na ne reagovať.

Typy antigénov podľa stupňa cudzosti:

1. Druhové antigény- antigény určitého druhu organizmov.

2. Skupinové antigény (aloantigény)- antigény, ktoré spôsobujú vnútrodruhové rozdiely u jedincov toho istého druhu, rozdeľujúc ich do skupín (séroskupiny u mikroorganizmov, krvné skupiny u ľudí).

3. Jednotlivé antigény (izoantigény)- antigény konkrétneho jedinca.

4. Heterogénne (skrížene reaktívne, xenoantigény) antigény- antigény spoločné pre organizmy rôznych druhov, ktoré sú od seba vzdialené:

- antigénne mimikry- dlhodobá absencia imunologickej reakcie na antigény v dôsledku podobnosti s antigénmi hostiteľa (mikroorganizmy nie sú rozpoznané ako cudzie);

- krížové reakcie- protilátky tvorené proti antigénom mikroorganizmov prichádzajú do kontaktu s antigénmi hostiteľa a môžu spôsobiť imunologický proces (napríklad: hemolytický streptokok má skrížene reaktívne antigény s antigénmi myokardu a obličkových glomerulov, vírus osýpok má skrížene reaktívne antigény s myelínovým proteínom , takže imunitná odpoveď podporuje demyelinizáciu nervových vlákien a rozvoj roztrúsenej sklerózy).

Antigény mikroorganizmov v závislosti od systematického postavenia:

1. druhovo špecifické- antigény jedného druhu mikroorganizmov.

2. špecifické pre skupinu- antigény jednej skupiny v rámci druhu (mikroorganizmy sa delia na séroskupiny).

3. Typ špecifické- antigény rovnakého typu (variant) v rámci druhu (mikroorganizmy sa delia na sérovary/sérotypy).

Čo sú antigény

Sú to akékoľvek látky obsiahnuté v mikroorganizmoch a iných bunkách (alebo nimi vylučované), ktoré nesú znaky geneticky cudzej informácie a ktoré môžu byť potenciálne rozpoznané imunitným systémom tela. Po zavedení do vnútorného prostredia tela sú tieto geneticky cudzie látky schopné vyvolať rôzne typy imunitnej odpovede.

Každý mikroorganizmus, bez ohľadu na to, aký môže byť primitívny, obsahuje niekoľko antigénov. Čím je jeho štruktúra zložitejšia, tým viac antigénov možno nájsť v jeho zložení.

Antigénne vlastnosti majú rôzne prvky mikroorganizmu – bičík, kapsula, bunková stena, cytoplazmatická membrána, ribozómy a ďalšie zložky cytoplazmy, ako aj rôzne bielkovinové produkty uvoľňované baktériami do vonkajšieho prostredia vrátane toxínov a enzýmov.

Existujú exogénne antigény (vstupujú do tela zvonka) a endogénne antigény (vlastné antigény – produkty telu vlastných buniek), ako aj antigény spôsobujúce alergické reakcie – alergény.

Čo sú protilátky

Telo sa neustále stretáva s rôznymi antigénmi. Je napadnutý zvonku - vírusmi a baktériami a zvnútra - z buniek tela, ktoré získavajú antigénne vlastnosti.

- proteíny v krvnom sére, ktoré sú produkované plazmatickými bunkami ako odpoveď na prenikanie antigénu do tela. Protilátky sú produkované bunkami lymfoidných orgánov a cirkulujú v krvnej plazme, lymfe a iných telesných tekutinách.

Hlavnou dôležitou úlohou protilátok je rozpoznanie a naviazanie cudzieho materiálu (antigénu), ako aj spustenie mechanizmu na deštrukciu tohto cudzieho materiálu. Podstatnou a jedinečnou vlastnosťou protilátok je ich schopnosť viazať antigén priamo vo forme, v akej sa dostáva do organizmu.

Protilátky majú schopnosť rozlíšiť jeden antigén od druhého. Sú schopné špecifickej interakcie s antigénom, ale interagujú iba s tým antigénom (až na vzácne výnimky), ktorý vyvolal ich vznik a približuje sa im z hľadiska priestorovej štruktúry. Táto schopnosť protilátky sa nazýva komplementárnosť.

Úplné pochopenie molekulárneho mechanizmu tvorby protilátok zatiaľ neexistuje. Molekulárne a genetické mechanizmy, ktoré sú základom rozpoznávania miliónov rôznych antigénov nachádzajúcich sa v prostredí, neboli študované.

Protilátky a imunoglobulíny

Koncom tridsiatych rokov sa začalo so štúdiom molekulárnej podstaty protilátok. Jedným zo spôsobov štúdia molekúl bola elektroforéza, ktorá bola v tých istých rokoch uvedená do praxe. Elektroforéza umožňuje separáciu proteínov podľa ich elektrického náboja a molekulovej hmotnosti. Elektroforéza sérových proteínov zvyčajne produkuje 5 hlavných pásov, ktoré zodpovedajú (od + do -) frakciám albumínu, alfa1-, alfa2-, beta- a gama-globulínov.

V roku 1939 švédsky chemik Arne Tiselius a americký imunochemik Alvin Kabet (Tiselius, Kabat) použili elektroforézu na frakcionáciu krvného séra imunizovaných zvierat. Vedci dokázali, že protilátky sú obsiahnuté v určitej frakcii sérových bielkovín. Konkrétne sa protilátky týkajú hlavne gama globulínov. Keďže niektorí spadali aj do oblasti beta globulínov, bol navrhnutý lepší termín pre protilátky - imunoglobulíny.

V súlade s medzinárodnou klasifikáciou sa nazýva súhrn sérových bielkovín s vlastnosťami protilátok imunoglobulíny a označené symbolom Ig (zo slova "Imunoglobulín").

Termín "imunoglobulíny" odráža chemickú štruktúru molekúl týchto proteínov. Termín "protilátka" určuje funkčné vlastnosti molekuly a berie do úvahy schopnosť protilátky reagovať len so špecifickým antigénom.

Predtým sa predpokladalo, že imunoglobulíny a protilátky sú synonymá. V súčasnosti existuje názor, že všetky protilátky sú imunoglobulíny, ale nie všetky molekuly imunoglobulínov majú funkciu protilátok.

O protilátkach hovoríme len vo vzťahu k antigénu, t.j. ak je známy antigén. Ak nepoznáme antigén komplementárny k nejakému imunoglobulínu, ktorý máme „v rukách“, tak máme len imunoglobulín. V každom antisére sa okrem protilátok proti tomuto antigénu nachádza veľké množstvo imunoglobulínov, ktorých protilátkovú aktivitu nebolo možné zistiť, to však neznamená, že tieto imunoglobulíny nie sú protilátkami proti iným antigénom. Otázka existencie molekúl imunoglobulínu, ktoré spočiatku nemajú vlastnosti protilátok, je stále otvorená.

Protilátky (AT, imunoglobulíny, IG, Ig) sú ústrednou postavou humorálnej imunity. Hlavnú úlohu v imunitnej obrane organizmu zohrávajú lymfocyty, ktoré sa delia na dve hlavné kategórie – T-lymfocyty a B-lymfocyty.

Protilátky alebo imunoglobulíny (Ig) sú syntetizované B-lymfocytmi, konkrétnejšie bunkami tvoriacimi protilátky (AFC). Syntéza protilátok začína ako odpoveď na antigény vstupujúce do vnútorného prostredia tela. Na syntézu protilátok vyžadujú B bunky kontakt s antigénom a výsledné dozrievanie B buniek na bunky produkujúce protilátky. Značný počet protilátok produkujú takzvané plazmatické bunky tvorené z B-lymfocytov – AFC, detekované v krvi a tkanivách. Imunoglobulíny sa nachádzajú vo veľkých množstvách v sére, intersticiálnej tekutine a iných tajomstvách, čo poskytuje humorálnu odpoveď.

Imunoglobulínové triedy

Imunoglobulíny (Ig) sa líšia štruktúrou a funkciou. U ľudí existuje 5 rôznych tried imunoglobulínov: IgG,IgA,IgM,IgE,IgD, z ktorých niektoré sú ďalej rozdelené do podtried. V imunoglobulínoch existujú podtriedy tried G (Gl, G2, G3, G4), A (A1, A2) a M (M1, M2).

Triedy a podtriedy sa nazývajú spolu izotypy imunoglobulíny.

Protilátky rôznych tried sa líšia veľkosťou molekúl, nábojom molekuly proteínu, zložením aminokyselín a obsahom sacharidovej zložky. Najviac študovanou triedou protilátok je IgG.

Normálne v ľudskom krvnom sére prevládajú imunoglobulíny triedy IgG. Tvoria približne 70 – 80 % celkových sérových protilátok. Obsah IgA - 10-15%, IgM - 5-10%. Obsah imunoglobulínov tried IgE a IgD je veľmi malý – asi 0,1 % pre každú z týchto tried.

Nemali by sme si myslieť, že protilátky proti konkrétnemu antigénu patria len do jednej z piatich tried imunoglobulínov. Naopak, protilátky proti rovnakému antigénu môžu byť reprezentované rôznymi triedami Ig.

Najdôležitejšiu diagnostickú úlohu zohráva stanovenie protilátok tried M a G, keďže po infekcii človeka sa najprv objavia protilátky triedy M, potom triedy G a ako posledné imunoglobulíny A a E.

Imunogenicita a antigenicita antigénov

V reakcii na vstup antigénov do organizmu nastupuje celý komplex reakcií zameraných na oslobodenie vnútorného prostredia organizmu od produktov cudzej genetickej informácie. Tento súbor ochranných reakcií imunitného systému sa nazýva imunitná odpoveď.

Imunogenicita nazývaná schopnosť antigénu vyvolať imunitnú odpoveď, to znamená vyvolať špecifickú ochrannú reakciu imunitného systému. Imunogenicitu možno opísať aj ako schopnosť vytvárať imunitu.

Imunogenicita do značnej miery závisí od povahy antigénu, jeho vlastností (molekulová hmotnosť, pohyblivosť molekúl antigénu, tvar, štruktúra, schopnosť meniť sa), od cesty a spôsobu vstupu antigénu do organizmu, ako aj od ďalších účinkov a genotyp príjemcu.

Ako bolo uvedené vyššie, jednou z foriem odpovede imunitného systému na zavedenie antigénu do tela je biosyntéza protilátok. Protilátky sú schopné viazať antigén, ktorý spôsobil ich tvorbu, a tým chrániť telo pred možnými škodlivými účinkami cudzích antigénov. V tejto súvislosti sa zavádza pojem antigenicity.

antigenicita- je to schopnosť antigénu špecificky interagovať s imunitnými faktormi, konkrétne interagovať s produktmi imunitnej odpovede spôsobenej touto konkrétnou látkou (protilátky a receptory rozpoznávajúce T- a B-antigén).

Niektoré pojmy z molekulárnej biológie

Lipidy(z iného gréckeho λίπος - tuk) - rozsiahla skupina celkom rozmanitých prírodných organických zlúčenín, vrátane tukov a tukom podobných látok. Lipidy sa nachádzajú vo všetkých živých bunkách a sú jednou z hlavných zložiek biologických membrán. Sú nerozpustné vo vode a vysoko rozpustné v organických rozpúšťadlách. Fosfolipidy- komplexné lipidy obsahujúce vyššie mastné kyseliny a zvyšok kyseliny fosforečnej.

Konformácia molekuly (z lat. conformatio - tvar, konštrukcia, usporiadanie) - geometrické tvary, ktoré môžu molekuly organických zlúčenín nadobudnúť, keď sa atómy alebo skupiny atómov (substituentov) otáčajú okolo jednoduchých väzieb pri zachovaní poradia chemickej väzby atómov (chemická štruktúra) , dĺžky väzieb a valenčné uhly.

Organické zlúčeniny (kyseliny) špeciálnej štruktúry. Ich molekuly súčasne obsahujú aminoskupiny (NH 2) a karboxylové skupiny (COOH). Všetky aminokyseliny pozostávajú iba z 5 chemických prvkov: C, H, O, N, S.

Peptidy(grécky πεπτος - výživný) - rodina látok, ktorých molekuly sú postavené z dvoch alebo viacerých aminokyselinových zvyškov spojených do reťazca peptidovými (amidovými) väzbami. Peptidy, ktorých sekvencia je dlhšia ako približne 10-20 aminokyselinových zvyškov, sa nazývajú polypeptidy.

V polypeptidovom reťazci sú N-koniec, tvorený voľnou α-aminoskupinou a C-koniec majúce voľnú a-karboxylovú skupinu. Peptidy sa zapisujú a čítajú od N-konca po C-koniec - od N-koncovej aminokyseliny po C-koncovú aminokyselinu.

Zvyšky aminokyselín sú monoméry aminokyselín, ktoré tvoria peptidy. Aminokyselinový zvyšok, ktorý má voľnú aminoskupinu, sa nazýva N-koncový a je napísaný vľavo, a ktorý má voľnú a-karboxylovú skupinu, sa nazýva C-koncový a je napísaný vpravo.

bielkoviny bežne označované ako polypeptidy obsahujúce približne 50 aminokyselinových zvyškov. Ako synonymum pre výraz „bielkoviny“ sa používa aj výraz „proteíny“ (z gréckeho protos – prvý, najdôležitejší). Molekula akéhokoľvek proteínu má dobre definovanú, pomerne zložitú, trojrozmernú štruktúru.

Aminokyselinové zvyšky v proteínoch sa zvyčajne označujú pomocou trojpísmenového alebo jednopísmenového kódu. Trojpísmenový kód je skratkou anglických názvov aminokyselín a často sa používa vo vedeckej literatúre. Jednopísmenový kód väčšinou nemá intuitívne spojenie s názvami aminokyselín a používa sa v bioinformatike na reprezentáciu sekvencie aminokyselín ako text, ktorý je jednoduchý na počítačovú analýzu.

peptidová kostra. V polypeptidovom reťazci sa mnohokrát opakuje sekvencia atómov -NH-CH-CO- Táto sekvencia tvorí základ peptidu. Polypeptidový reťazec pozostáva z polypeptidovej kostry (kostra), ktorá má pravidelnú, opakujúcu sa štruktúru, a z jednotlivých bočných skupín (R-skupiny).

Peptidové väzby kombinovať aminokyseliny do peptidov. Peptidové väzby vznikajú interakciou α-karboxylovej skupiny jednej aminokyseliny a α-aminoskupiny z ďalšej aminokyseliny. Peptidové väzby sú veľmi silné a za normálnych podmienok, ktoré existujú v bunkách, sa spontánne nerozbijú.

Skupiny atómov -CO-NH- mnohokrát opakované v molekulách peptidov sa nazývajú peptidové skupiny. Peptidová skupina má tuhú planárnu (plochú) štruktúru.

Proteínová konformácia- umiestnenie polypeptidového reťazca v priestore. Priestorová štruktúra charakteristická pre molekulu proteínu sa vytvára v dôsledku intramolekulárnych interakcií. Lineárne polypeptidové reťazce jednotlivých proteínov v dôsledku interakcie funkčných skupín aminokyselín získavajú určitú trojrozmernú štruktúru, ktorá sa nazýva „proteínová konformácia“.

Proces tvorby funkčne aktívnej proteínovej konformácie sa nazýva skladanie. Tuhosť peptidovej väzby znižuje počet stupňov voľnosti polypeptidového reťazca, ktorý hrá dôležitú úlohu v procese skladania.

Globulárne a fibrilárne proteíny. Doteraz študované proteíny možno rozdeliť do dvoch veľkých tried podľa schopnosti zaujať v roztoku určitý geometrický tvar: fibrilárne(natiahnutý do vlákna) a guľovitý(zvinuté do gule). Polypeptidové reťazce fibrilárnych proteínov sú predĺžené, usporiadané navzájom paralelne a tvoria dlhé vlákna alebo vrstvy. V globulárnych proteínoch sú polypeptidové reťazce pevne zložené do guľôčok - kompaktných sférických štruktúr.

Treba poznamenať, že proteíny sa bežne delia na fibrilárne a globulárne, pretože existuje veľké množstvo proteínov so strednou štruktúrou.

Primárna štruktúra proteínu(primárna štruktúra proteínu) je lineárna sekvencia aminokyselín, ktoré tvoria proteín v polypeptidovom reťazci. Aminokyseliny sú navzájom spojené peptidovými väzbami. Aminokyselinová sekvencia je zapísaná od C-konca molekuly smerom k N-koncu polypeptidového reťazca.

PSb je najjednoduchšia úroveň štruktúrnej organizácie proteínovej molekuly. Prvý P.S.B. bola založená F. Sangerom pre inzulín (Nobelova cena za rok 1958).

(sekundárna štruktúra proteínu) - položenie proteínového polypeptidového reťazca ako výsledok interakcie medzi tesne umiestnenými aminokyselinami v rovnakom peptidovom reťazci - medzi aminokyselinami umiestnenými niekoľko zvyškov od seba.

Sekundárna štruktúra proteínov je priestorová štruktúra, ktorá sa vytvára ako výsledok interakcií medzi funkčnými skupinami, ktoré tvoria peptidovú kostru.

Sekundárna štruktúra proteínov je spôsobená schopnosťou skupín peptidových väzieb vodíkových interakcií medzi funkčnými skupinami -C=O a -NH- peptidového hlavného reťazca. V tomto prípade má peptid tendenciu prijať konformáciu s tvorbou maximálneho počtu vodíkových väzieb. Možnosť ich vzniku je však obmedzená povahou peptidovej väzby. Preto peptidový reťazec nezískava ľubovoľnú, ale presne definovanú konformáciu.

Sekundárna štruktúra je tvorená segmentmi polypeptidového reťazca, ktoré sa podieľajú na tvorbe pravidelnej siete vodíkových väzieb.

Inými slovami, sekundárna štruktúra polypeptidu je konformácia jeho hlavného reťazca (chrbtica) bez zohľadnenia konformácie vedľajších skupín.

Polypeptidový reťazec proteínu, ktorý sa pôsobením vodíkových väzieb skladá do kompaktnej formy, môže tvoriť určitý počet pravidelných štruktúr. Je známych niekoľko takýchto štruktúr: α (alfa)-helix, β (beta)-štruktúra (iný názov je β-skladaná vrstva alebo β-skladaný list), náhodný zvitok a závit. Vzácnym typom sekundárnej štruktúry proteínov sú π-helixy. Spočiatku vedci verili, že tento typ špirály sa v prírode nevyskytuje, ale neskôr boli tieto špirály objavené v proteínoch.

α-helix a β-štruktúra sú energeticky najvýhodnejšie konformácie, pretože obe sú stabilizované vodíkovými väzbami. Navyše, α-helix aj β-štruktúra sú ďalej stabilizované tesným zabalením atómov hlavného reťazca, ktoré do seba zapadajú ako kúsky tej istej skladačky.

Tieto fragmenty a ich kombinácia v niektorom proteíne, ak existuje, sa tiež nazýva sekundárna štruktúra tohto proteínu.

V štruktúre globulárnych proteínov môžu byť fragmenty pravidelnej štruktúry všetkých typov v akejkoľvek kombinácii, ale nemusí existovať jediný. Vo fibrilárnych proteínoch patria všetky zvyšky do jedného typu: napríklad vlna obsahuje α-helixy a hodváb obsahuje β-štruktúry.

Sekundárnou štruktúrou proteínu je teda najčastejšie poskladanie proteínového polypeptidového reťazca do α-helikálnych sekcií a β-štrukturálnych útvarov (vrstiev) za účasti vodíkových väzieb. Ak sú vodíkové väzby vytvorené medzi miestami ohybu jedného reťazca, potom sa nazývajú intrareťazcové, ak medzi reťazcami - medzireťazcové. Vodíkové väzby sú umiestnené kolmo na polypeptidový reťazec.

a-helix- je tvorený vnútroreťazcovými vodíkovými väzbami medzi NH skupinou jedného aminokyselinového zvyšku a CO skupinou štvrtého zvyšku z neho. Priemerná dĺžka a-helixov v proteínoch je 10 aminokyselinových zvyškov

V α-helixe vznikajú vodíkové väzby medzi atómom kyslíka karbonylovej skupiny a vodíkom amidového dusíka 4. aminokyseliny z nej. Na tvorbe týchto vodíkových väzieb sa podieľajú všetky C=O a N-H skupiny hlavného polypeptidového reťazca. Bočné reťazce aminokyselinových zvyškov sú umiestnené pozdĺž periférie špirály a nezúčastňujú sa na tvorbe sekundárnej štruktúry.

β štruktúry sa tvoria medzi lineárnymi oblasťami peptidového hlavného reťazca jedného polypeptidového reťazca, čím sa vytvárajú zložené štruktúry (niekoľko kľukatých polypeptidových reťazcov).

β-štruktúra vzniká v dôsledku tvorby mnohých vodíkových väzieb medzi atómami peptidových skupín lineárnych reťazcov. V β-štruktúrach sa vodíkové väzby tvoria medzi aminokyselinami alebo rôznymi proteínovými reťazcami relatívne vzdialenými od seba v primárnej štruktúre a nie tesne rozmiestnené, ako je to v prípade α-helixu.

V niektorých proteínoch sa môžu vytvárať β-štruktúry v dôsledku tvorby vodíkových väzieb medzi atómami peptidového hlavného reťazca rôznych polypeptidových reťazcov.

Polypeptidové reťazce alebo ich časti môžu tvoriť paralelné alebo antiparalelné p štruktúry. Ak niekoľko spojených reťazcov polypeptidu smeruje opačne a N- a C-konce sa nezhodujú, potom antiparalelnéβ-štruktúra, ak sa zhodujú - paralelnýβ-štruktúra.

Iný názov pre β-štruktúry je β-listy(β-skladané vrstvy, β-listy). P-list je vytvorený z dvoch alebo viacerých P-štrukturálnych oblastí polypeptidového reťazca, nazývaných β-vlákna (β-vlákna). Typicky sa β-listy nachádzajú v globulárnych proteínoch a neobsahujú viac ako 6 β-reťazcov.

β-reťazce(β-reťazce) sú úseky molekuly proteínu, v ktorých sú väzby peptidového hlavného reťazca niekoľkých po sebe idúcich polypeptidov organizované v plochej konformácii. Na ilustráciách sú proteínové β-reťazce niekedy znázornené ako ploché "stuhy so šípkami", aby sa zdôraznil smer polypeptidového reťazca.

Hlavná časť β-reťazcov sa nachádza vedľa iných vlákien a tvorí s nimi rozsiahly systém vodíkových väzieb medzi C=O a N-H skupinami hlavného proteínového reťazca (peptidovej kostry). β-reťazce môžu byť zabalené sú priečne stabilizované dvoma alebo tromi vodíkovými väzbami medzi po sebe nasledujúcimi vláknami. Tento spôsob stohovania sa nazýva β-list.

Chaotická spleť- je to úsek peptidového reťazca, ktorý nemá žiadnu pravidelnú, periodickú priestorovú organizáciu. Takéto miesta v každom proteíne majú svoju vlastnú fixnú konformáciu, ktorá je určená zložením aminokyselín tohto miesta, ako aj sekundárnymi a terciárnymi štruktúrami priľahlých oblastí obklopujúcich „náhodnú spleť“. V oblastiach neusporiadanej cievky sa môže peptidový reťazec relatívne ľahko ohýbať a meniť konformáciu, zatiaľ čo a-helixy a β-zložená vrstva sú dosť tuhé štruktúry.

Iná forma sekundárnej štruktúry je označená ako β-zákruta. Táto štruktúra je tvorená 4 alebo viacerými aminokyselinovými zvyškami s vodíkovou väzbou medzi prvým a posledným, a to tak, že peptidový reťazec mení smer o 180°. Slučková štruktúra takéhoto obratu je stabilizovaná vodíkovou väzbou medzi karbonylovým kyslíkom aminokyselinového zvyšku na začiatku obratu a NH skupinou tretieho downstream zvyšku na konci obratu.

Ak sa antiparalelné β-vlákna priblížia k β-zákrute z oboch koncov, potom sa vytvorí sekundárna štruktúra, tzv. β-vlásenka(β-vlásenka)

Terciárna štruktúra proteínu(terciárna štruktúra proteínu) - V roztoku za fyziologických podmienok sa polypeptidový reťazec skladá do kompaktného útvaru, ktorý má určitú priestorovú štruktúru, ktorá sa nazýva terciárna štruktúra proteínu. Vzniká ako výsledok samoskladania v dôsledku interakcie medzi radikálmi (kovalentné a vodíkové väzby, iónové a hydrofóbne interakcie). Prvýkrát T.s.b. bola založená pre proteín myoglobín J. Kendrewom a M. Perutzom v roku 1959 (Nobelova cena za rok 1962). T.s.b. takmer úplne určené primárnou štruktúrou proteínu. V súčasnosti boli pomocou metód röntgenovej difrakčnej analýzy a nukleárnej magnetickej spektroskopie (NMR spektroskopia) stanovené priestorové (terciárne) štruktúry veľkého počtu proteínov.

Kvartérna štruktúra proteínu. Proteíny pozostávajúce z jedného polypeptidového reťazca majú iba terciárnu štruktúru. Niektoré proteíny sú však postavené z niekoľkých polypeptidových reťazcov, z ktorých každý má terciárnu štruktúru. Pre takéto proteíny bol zavedený koncept kvartérnej štruktúry, čo je organizácia niekoľkých polypeptidových reťazcov s terciárnou štruktúrou do jednej funkčnej proteínovej molekuly. Takýto proteín s kvartérnou štruktúrou sa nazýva oligomér a jeho polypeptidové reťazce s terciárnou štruktúrou sa nazývajú protoméry alebo podjednotky.

konjugovať(konjugát, lat. conjugatio - spojenie) - umelo syntetizovaná (chemicky alebo rekombináciou in vitro) hybridná molekula, v ktorej sú spojené (spojené) dve molekuly s rôznymi vlastnosťami; široko používaný v medicíne a experimentálnej biológii.

Haptens

Haptens- ide o "nižšie antigény" (termín navrhol imunológ K. Landsteiner). Keď sa haptény dostanú do tela za normálnych podmienok, nie sú schopné vyvolať imunitnú odpoveď v tele, pretože majú extrémne nízku imunogenicitu.

Najčastejšie sú haptény zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou (molekulová hmotnosť menšia ako 10 kDa). Telo príjemcu ich rozpoznáva ako geneticky cudzie (t. j. majú špecifickosť), ale vďaka nízkej molekulovej hmotnosti samy o sebe nevyvolávajú imunitné reakcie. Nestratili však svoju antigénnu vlastnosť, ktorá im umožňuje špecificky interagovať s hotovými imunitnými faktormi (protilátky, lymfocyty).

Za určitých podmienok je možné prinútiť imunitný systém makroorganizmu, aby špecificky reagoval na haptén ako na plnohodnotný antigén. K tomu je potrebné umelo zväčšiť molekulu hapténu – spojiť ju silnou väzbou s dostatočne veľkou molekulou proteínu alebo iným nosným polymérom. Takto syntetizovaný konjugát bude mať všetky vlastnosti plnohodnotného antigénu a po zavedení do tela spôsobí imunitnú odpoveď.

Epitopy (antigénne determinanty)

Telo je schopné tvoriť protilátky takmer proti akejkoľvek časti molekuly antigénu, ale pri normálnej imunitnej odpovedi k tomu zvyčajne nedochádza. Komplexné antigény (proteíny, polysacharidy) majú špeciálne miesta, na ktorých sa vlastne tvorí špecifická imunitná odpoveď. Takéto oblasti sú tzv epitopy(epitop), z gréc. epi - on, over, over a topos - miesto, oblasť. Synonymum - antigénny determinant.

Tieto miesta pozostávajú z niekoľkých aminokyselín alebo sacharidov, pričom každé miesto je skupinou aminokyselinových zvyškov proteínového antigénu alebo úsekom polysacharidového reťazca. Epitopy sú schopné interagovať tak so špecifickými receptormi lymfocytov, čím vyvolávajú imunitnú odpoveď, ako aj s centrami špecifických protilátok viažucich antigén.

Epitopy sú rôznorodé vo svojej štruktúre. Antigénnym determinantom (epitopom) môže byť povrch proteínu tvorený radikálmi aminokyselín, hapténom alebo prostetickou skupinou proteínu (neproteínová zložka spojená s proteínom), najmä polysacharidové skupiny glykoproteínov.

Antigénne determinanty alebo epitopy sú špecifické oblasti trojrozmernej štruktúry antigénov. Existujú rôzne typy epitopov - lineárne a konformačné.

Lineárne epitopy sú tvorené lineárnou sekvenciou aminokyselinových zvyškov.

V dôsledku štúdia štruktúry proteínov sa zistilo, že molekuly proteínov majú zložitú priestorovú štruktúru. Pri skladaní (do gule) sa proteínové makromolekuly môžu približovať k zvyškom, ktoré sú od seba vzdialené v lineárnej sekvencii, čím vytvárajú konformačný antigénny determinant.

Okrem toho existujú koncové epitopy (umiestnené na koncových úsekoch molekuly antigénu) a centrálne epitopy. Tiež určujú "hlboké" alebo skryté antigénne determinanty, ktoré sa objavia, keď je antigén zničený.

Molekuly väčšiny antigénov sú pomerne veľké. Jedna makromolekula proteínu (antigén), pozostávajúca z niekoľkých stoviek aminokyselín, môže obsahovať mnoho rôznych epitopov. Niektoré proteíny môžu mať rovnaký antigénny determinant v niekoľkých kópiách (opakované antigénne determinanty).

Proti jednému epitopu sa tvorí široká škála rôznych protilátok. Každý z epitopov je schopný stimulovať produkciu rôznych špecifických protilátok. Pre každý z epitopov môžu byť produkované špecifické protilátky.

Existuje fenomén imunodominancia, čo sa prejavuje tým, že epitopy sa líšia schopnosťou vyvolať imunitnú odpoveď.

Nie všetky epitopy v proteíne sú rovnako antigénne. Niektoré epitopy antigénu majú spravidla špeciálnu antigenicitu, ktorá sa prejavuje prevládajúcou tvorbou protilátok proti týmto epitopom. V spektre epitopov molekuly proteínu je vytvorená hierarchia – niektoré epitopy sú dominantné a väčšina protilátok sa tvorí špecificky voči nim. Tieto epitopy sa nazývajú imunodominantné epitopy. Takmer vždy sa nachádzajú na prominentných častiach molekuly antigénu.

Štruktúra protilátok (imunoglobulínov)

Imunoglobulíny IgG na základe experimentálnych údajov. Každý aminokyselinový zvyšok molekuly proteínu je znázornený ako malá gulička. Vizualizácia bola vytvorená pomocou programu RasMol.

V priebehu 20. storočia sa biochemici snažili zistiť, aké varianty imunoglobulínov existujú a aká je štruktúra molekúl týchto proteínov. Štruktúra protilátok bola stanovená v priebehu rôznych experimentov. V podstate spočívali v tom, že protilátky boli ošetrené proteolytickými enzýmami (papaín, pepsín) a podrobené alkylácii a redukcii merkaptoetanolom.

Potom sa študovali vlastnosti získaných fragmentov: ich molekulová hmotnosť (chromatografia), kvartérna štruktúra (röntgenová difrakčná analýza), schopnosť viazať sa na antigén atď. Použili sa aj protilátky proti týmto fragmentom: zisťovalo sa, či sa protilátky proti jednému typu fragmentov môžu viazať na fragmenty iného typu. Na základe získaných údajov bol zostavený model molekuly protilátky.

Viac ako 100 rokov výskumu štruktúry a funkcie imunoglobulínov len zdôraznilo komplexnú povahu týchto proteínov. V súčasnosti nie je štruktúra molekúl ľudského imunoglobulínu úplne opísaná. Väčšina výskumníkov sústredila svoje úsilie nie na opis štruktúry týchto proteínov, ale na objasnenie mechanizmov, ktorými protilátky interagujú s antigénmi. Okrem toho molekuly protilátok Štúdium protilátok, zachovaných nezmenených, sa preto stáva ťažkou úlohou. Oveľa častejšie je možné zistiť presnú štruktúru jednotlivých fragmentov protilátok.

Napriek predpokladanej rozmanitosti imunoglobulínov boli ich molekuly klasifikované podľa štruktúr obsiahnutých v týchto molekulách. Táto klasifikácia je založená na skutočnosti, že imunoglobulíny všetkých tried sú postavené podľa všeobecného plánu, majú určitú univerzálnu štruktúru.

Molekuly imunoglobulínov sú komplexné priestorové útvary. Všetky protilátky bez výnimky patria k rovnakému typu proteínových molekúl, ktoré majú globulárnu sekundárnu štruktúru, čo zodpovedá ich názvu - "imunoglobulíny" (sekundárna štruktúra proteínu je spôsob uloženia jeho polypeptidového reťazca v priestore). Môžu to byť monoméry alebo polyméry zostavené z niekoľkých podjednotiek.

Ťažké a ľahké polypeptidové reťazce v štruktúre imunoglobulínov

Peptidové reťazce imunoglobulínov. Schematický obrázok. Variabilné oblasti sú označené bodkovanými čiarami.

Štrukturálna jednotka imunoglobulínu je monomér, molekula pozostávajúca z polypeptidových reťazcov navzájom spojených disulfidovými väzbami (S-S mostíky).

Ak je molekula Ig ošetrená 2-merkaptoetanolom (činidlom, ktoré ničí disulfidové väzby), potom sa rozloží na páry polypeptidových reťazcov. Výsledné polypeptidové reťazce sú klasifikované podľa molekulovej hmotnosti: ľahké a ťažké. Ľahké reťazce majú nízku molekulovú hmotnosť (asi 23 kD) a označujú sa písmenom L z angličtiny. Svetlo - ľahké. Ťažké reťazce H (z angl. Heavy – ťažký) majú vysokú molekulovú hmotnosť (pohybuje sa medzi 50 – 73 kD).

Takzvaný monomérny imunoglobulín obsahuje dva L-reťazce a dva H-reťazce. Ľahké a ťažké reťazce sú držané pohromade disulfidovými mostíkmi. Disulfidové väzby spájajú ľahké reťazce s ťažkými reťazcami, ako aj ťažké reťazce navzájom.

Hlavnou štruktúrnou podjednotkou všetkých tried imunoglobulínov je pár ľahký reťazec-ťažký reťazec (L-H). Štruktúra imunoglobulínov rôznych tried a podtried sa líši v počte a umiestnení disulfidových väzieb medzi ťažkými reťazcami, ako aj v počte (L-H) podjednotiek v molekule. H-reťazce sú držané pohromade rôznym počtom disulfidových väzieb. Líšia sa aj typy ťažkých a ľahkých reťazcov, ktoré tvoria rôzne triedy imunoglobulínov.

Obrázok ukazuje organizačnú schému IgG ako typického imunoglobulínu. Ako všetky imunoglobulíny, IgG obsahuje dva identické ťažké (H) reťazce a dva identické ľahké (L) reťazce, ktoré sú spojené do štvorreťazcovej molekuly prostredníctvom medzireťazcových disulfidových väzieb (-S-S-). Jediná disulfidová väzba spájajúca H a L reťazce sa nachádza blízko C-konca ľahkého reťazca. Medzi dvoma ťažkými reťazcami je tiež disulfidová väzba.

Domény v molekule protilátky

Ľahké a ťažké polypeptidové reťazce v zložení molekuly Ig majú špecifickú štruktúru. Každý reťazec je podmienene rozdelený do špecifických sekcií nazývaných domény.

Ľahké aj ťažké reťazce nie sú rovné vlákna. Vo vnútri každého reťazca sú v pravidelných a približne rovnakých intervaloch 100-110 aminokyselín disulfidové mostíky, ktoré tvoria slučky v štruktúre každého reťazca. Prítomnosť disulfidových mostíkov znamená, že každá slučka v peptidových reťazcoch musí tvoriť kompaktne zloženú globulárnu doménu. Každý polypeptidový reťazec v kompozícii imunoglobulínu teda tvorí niekoľko globulárnych domén vo forme slučiek, vrátane približne 110 aminokyselinových zvyškov.

Môžeme povedať, že molekuly imunoglobulínu sú zostavené zo samostatných domén, z ktorých každá je umiestnená okolo disulfidového mostíka a je homológna s ostatnými.

V každom z ľahkých reťazcov molekúl protilátky sú dve vnútroreťazcové disulfidové väzby, každý ľahký reťazec má dve domény. Počet takýchto väzieb v ťažkých reťazcoch sa mení; ťažké reťazce obsahujú štyri alebo päť domén. Domény sú oddelené ľahko usporiadanými segmentmi. Prítomnosť takýchto konfigurácií bola potvrdená priamymi pozorovaniami a genetickou analýzou.

Primárna, sekundárna, terciárna a kvartérna štruktúra imunoglobulínov

Štruktúra molekuly imunoglobulínu (ako aj iných proteínov) je určená primárnou, sekundárnou, terciárnou a kvartérnou štruktúrou. Primárna štruktúra je sekvencia aminokyselín, ktoré tvoria ľahké a ťažké reťazce imunoglobulínov. Rôntgenová difrakčná analýza ukázala, že ľahké a ťažké reťazce imunoglobulínov pozostávajú z kompaktných globulárnych domén (takzvané imunoglobulínové domény). Domény sú usporiadané v charakteristickej terciárnej štruktúre nazývanej imunoglobulínový záhyb.

Imunoglobulínové domény sú oblasti v terciárnej štruktúre Ig molekuly, ktoré sa vyznačujú určitou autonómiou štruktúrnej organizácie. Domény sú tvorené rôznymi segmentmi toho istého polypeptidového reťazca, poskladanými do "zvitkov" (globuliek). Globula obsahuje približne 110 aminokyselinových zvyškov.

Domény majú podobnú všeobecnú štruktúru a určité funkcie. Vo vnútri domén tvoria peptidové fragmenty, ktoré tvoria doménu, kompaktne zbalenú antiparalelnú štruktúru β-listu stabilizovanú vodíkovými väzbami (sekundárna štruktúra proteínu). V doménovej štruktúre nie sú takmer žiadne oblasti s a-helikálnou konformáciou.

Sekundárna štruktúra každej z domén je vytvorená naskladaním predĺženého polypeptidového reťazca tam a späť na seba do dvoch antiparalelných β-vrstiev (β-list) obsahujúcich niekoľko β-záhybov. Každý β-list má plochý tvar – polypeptidové reťazce v β-záhyboch sú takmer úplne predĺžené.

Dva β-listy, ktoré tvoria imunoglobulínovú doménu, sú naskladané do štruktúry nazývanej β-sendvič („ako dva kúsky chleba na sebe“). Štruktúra každej imunoglobulínovej domény je stabilizovaná vnútrodoménou disulfidovou väzbou – β-listy sú kovalentne spojené disulfidovou väzbou medzi cysteínovými zvyškami každého β-listu. Každý β-list pozostáva z antiparalelných β-prameňov spojených slučkami rôznych dĺžok.

Domény sú zase vzájomne prepojené pokračovaním polypeptidového reťazca, ktorý presahuje β-skladané listy. Otvorené úseky polypeptidového reťazca medzi globulami sú obzvlášť citlivé na proteolytické enzýmy.

Guľové domény páru ľahkých a ťažkých reťazcov navzájom interagujú a vytvárajú kvartérnu štruktúru. Vďaka tomu sa vytvárajú funkčné fragmenty, ktoré umožňujú molekule protilátky špecificky viazať antigén a súčasne vykonávať množstvo biologických efektorových funkcií.

Variabilné a konštantné domény

Domény v peptidových reťazcoch sa líšia stálosťou zloženia aminokyselín. Existujú variabilné a konštantné domény (regióny). Variabilné domény sa označujú písmenom V, z angl. premenné – „meniteľné“ a nazývajú sa V-domény. Permanentné (konštantné) domény sa označujú písmenom C, z anglickej konštanty - „permanent“ a nazývajú sa C-domény.

Imunoglobulíny produkované rôznymi klonmi plazmatických buniek majú variabilné domény rôznych aminokyselinových sekvencií. Konštantné domény sú podobné alebo veľmi blízke pre každý izotyp imunoglobulínu.

Každá doména je označená písmenom označujúcim, či patrí do ľahkého alebo ťažkého reťazca a číslom označujúcim jej polohu.

Prvá doména na ľahkých a ťažkých reťazcoch všetkých protilátok je vysoko variabilná v aminokyselinovej sekvencii; označuje sa ako VL a VH.

Druhá a nasledujúce domény na oboch ťažkých reťazcoch sú oveľa konzistentnejšie v sekvencii aminokyselín. Označujú sa ako CH alebo CH1, CH2 a CH3. Imunoglobulíny IgM a IgE majú ďalšiu doménu CH4 na ťažkom reťazci umiestnenú za doménou CH3.

Polovica ľahkého reťazca vrátane karboxylového konca sa nazýva CL konštantná oblasť a N-koncová polovica ľahkého reťazca sa nazýva VL variabilná oblasť.

Sacharidové reťazce sú tiež spojené s doménou CH2. Imunoglobulíny rôznych tried sa značne líšia v počte a usporiadaní sacharidových skupín. Sacharidové zložky imunoglobulínov majú podobnú štruktúru. Pozostávajú z konštantného jadra a variabilnej vonkajšej časti. Sacharidové zložky ovplyvňujú biologické vlastnosti protilátok.

Fab a Fc fragmenty molekuly imunoglobulínu

Variabilné domény ľahkého a ťažkého reťazca (VH a VL) spolu s konštantnými doménami, ktoré sú im najbližšie (CH 1 a CL 1) tvoria protilátkové Fab fragmenty (fragment, väzba antigénu). Imunoglobulínové miesto, ktoré sa viaže na špecifický antigén, je tvorené N-terminálnymi variabilnými oblasťami ľahkého a ťažkého reťazca, t.j. VH- a VL-domény.

Zvyšok, reprezentovaný C-koncovými konštantnými doménami ťažkého reťazca, sa označuje ako Fc fragment (fragment, kryštalizovateľný). Fc fragment obsahuje zostávajúce CH domény držané pohromade disulfidovými väzbami. Pántová oblasť je umiestnená na spojení Fab a Fc fragmentov, čo umožňuje, aby sa fragmenty viažuce antigén rozvinuli pre užší kontakt s antigénom.

Oblasť pántu

Na hranici Fab- a Fc-fragmentov je tzv. "pántová oblasť", ktorá má flexibilnú štruktúru. Poskytuje mobilitu medzi dvoma Fab fragmentmi molekuly protilátky v tvare Y. Vzájomná pohyblivosť fragmentov molekuly protilátky je dôležitou štruktúrnou charakteristikou imunoglobulínov. Tento typ interpeptidovej zlúčeniny dáva štruktúre molekuly dynamiku - umožňuje ľahko meniť konformáciu v závislosti od okolitých podmienok a stavu.

Pántová oblasť je časťou ťažkého reťazca. Pántová oblasť obsahuje disulfidové väzby spájajúce ťažké reťazce navzájom. Každá trieda imunoglobulínov má svoju vlastnú pántovú oblasť.

V imunoglobulínoch (s možnou výnimkou IgM a IgE) sa pántová oblasť skladá z krátkeho segmentu aminokyselín a nachádza sa medzi oblasťami CH1 a CH2 ťažkých reťazcov. Tento segment pozostáva prevažne z cysteínových a prolínových zvyškov. Cysteíny sa podieľajú na tvorbe disulfidových mostíkov medzi reťazcami a prolínové zvyšky bránia skladaniu do globulárnej štruktúry.

Typická štruktúra molekuly imunoglobulínu s použitím IgG ako príkladu

Schematický výkres na plochom výkrese presne neodráža štruktúru Ig; v skutočnosti variabilné domény ľahkého a ťažkého reťazca nie sú usporiadané paralelne, ale sú navzájom tesne, krížovo prepletené.

Je vhodné zvážiť typickú štruktúru imunoglobulínu pomocou príkladu molekuly protilátky triedy IgG. Celkovo je v molekule IgG 12 domén – 4 na ťažkých reťazcoch a 2 na ľahkých reťazcoch.

Každý ľahký reťazec obsahuje dve domény - jednu variabilnú (VL, variabilná doména ľahkého reťazca) a jednu konštantnú (CL, konštantnú doménu ľahkého reťazca). Každý ťažký reťazec obsahuje jednu variabilnú doménu (VH, variabilná doména ťažkého reťazca) a tri konštantné domény (CH1-3, konštantné domény ťažkého reťazca). Približne štvrtina ťažkého reťazca vrátane N-konca je priradená variabilnej oblasti H-reťazca (VH), zvyšok tvoria konštantné oblasti (CH 1, CH 2, CH 3).

Každý pár variabilných domén VH a VL umiestnených v susedných ťažkých a ľahkých reťazcoch tvorí variabilný fragment (Fv, variabilný fragment).

Typy ťažkých a ľahkých reťazcov v zložení molekúl protilátok

Podľa rozdielov v primárnej štruktúre trvalých oblastí sa reťazce delia na typy. Typy sú určené primárnou sekvenciou aminokyselín reťazcov a stupňom ich glykozylácie. Ľahké reťazce sa delia na dva typy: κ a λ (kappa a lambda), ťažké reťazce sa delia na päť typov: α, γ, μ, ε a δ (alfa, gama, mu, epsilon a delta). Medzi rôznymi ťažkými reťazcami typu alfa, mu a gama sa rozlišujú podtypy.

Klasifikácia imunoglobulínov

Imunoglobulíny sú klasifikované podľa typu H-reťazcov (ťažké reťazce). Konštantné oblasti ťažkých reťazcov v imunoglobulínoch rôznych tried nie sú rovnaké. Ľudské imunoglobulíny sú rozdelené do 5 tried a niekoľkých podtried, podľa typov ťažkých reťazcov, ktoré sú ich súčasťou. Tieto triedy sa nazývajú IgA, IgG, IgM, IgD a IgE.

Samotné H-reťazce sú označené gréckym písmenom zodpovedajúcim veľkému latinskému písmenu názvu jedného z imunoglobulínov. IgA má ťažké reťazce α (alfa), IgM - μ (mu), IgG - γ (gama), IgE - ε (epsilon), IgD - δ (delta).

Imunoglobulíny IgG, IgM a IgA majú množstvo podtried. Rozdelenie do podtried (subtypov) sa vyskytuje aj v závislosti od charakteristík H-reťazcov. U ľudí existujú 4 podtriedy IgG: IgG1, IgG2, IgG3 a IgG4, ktoré obsahujú ťažké reťazce y1, y2, y3 a y4. Tieto H reťazce sa líšia v malých detailoch Fc fragmentu. Pre μ-reťazec sú známe 2 podtypy - μ1- a μ2-. IgA má 2 podtriedy: IgA1 a IgA2 s podtypmi α1 a α2 reťazcov α.

V každej molekule imunoglobulínu patria všetky ťažké reťazce k rovnakému typu podľa triedy alebo podtriedy.

Všetkých 5 tried imunoglobulínov pozostáva z ťažkých a ľahkých reťazcov.

Ľahké reťazce (L-reťazce) v imunoglobulínoch rôznych tried sú rovnaké. Všetky imunoglobulíny môžu mať buď oba κ (kapa) alebo oba λ (lambda) ľahké reťazce. Imunoglobulíny všetkých tried sa delia na typy K a L v závislosti od prítomnosti ľahkých reťazcov typu κ alebo λ v ich molekulách. U ľudí je pomer K- a L-typov 3:2.

Triedy a podtriedy brané spolu sa nazývajú imunoglobulínové izotypy. Izotyp protilátok (trieda, podtrieda imunoglobulínov - IgM1, IgM2, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2, IgD, IgE) je určený C-doménami ťažkých reťazcov.

Každá trieda zahŕňa obrovské množstvo jednotlivých imunoglobulínov, ktoré sa líšia primárnou štruktúrou variabilných oblastí; celkový počet imunoglobulínov všetkých tried je ≈ 10^7.

Štruktúra molekúl protilátok rôznych tried

Schémy štruktúry imunoglobulínov. (A) - monomérny IgG, IgE, IgD, IgA; (B) - polymérny sekrečný Ig A (slgA) a IgM (C); (1) - sekrečná zložka; (2) - spojovací J-reťazec.

1. Triedy protilátok IgG, IgD a IgE

Molekuly protilátok tried IgG, IgD a IgE sú monomérne; majú tvar Y.

Imunoglobulíny IgG tvoria 75 % celkových ľudských imunoglobulínov. Nachádzajú sa v krvi aj mimo krvných ciev. Dôležitou vlastnosťou IgG je ich schopnosť prechádzať placentou. Materské protilátky sa tak dostávajú do tela novorodenca a chránia ho pred infekciou v prvých mesiacoch života (prirodzená pasívna imunita).

IgD sa nachádzajú najmä na membráne B-lymfocytov. Majú štruktúru podobnú IgG, 2 aktívne centrá. Ťažký reťazec (5-reťazec) pozostáva z variabilných a 3 konštantných domén. Pántová oblasť δ reťazca je najdlhšia a lokalizácia uhľohydrátov v tomto reťazci je tiež neobvyklá.

IgE - koncentrácia tejto triedy imunoglobulínov v krvnom sére je extrémne nízka. Molekuly IgE sú fixované hlavne na povrchu žírnych buniek a bazofilov. Vo svojej štruktúre je IgE podobný IgG, má 2 aktívne centrá. Ťažký reťazec (ε-reťazec) má jednu variabilnú a 4 konštantné domény. Predpokladá sa, že IgE je nevyhnutný pri rozvoji antihelmintickej imunity. IgE hrá hlavnú úlohu v patogenéze niektorých alergických ochorení (bronchiálna astma, senná nádcha) a anafylaktického šoku.

2. Triedy protilátok IgM a IgA

Imunoglobulíny IgM a IgA tvoria polymérne štruktúry. Na polymerizáciu IgM a IgA zahŕňajú ďalší polypeptidový reťazec s molekulovou hmotnosťou 15 kDa, nazývaný J-chain (spoločná väzba, z anglického joining - spojenie). Tento J-reťazec viaže terminálne cysteíny na C-konci ťažkých u- a a-reťazcov IgM a IgA, v danom poradí.

Na povrchu zrelých B-lymfocytov sa molekuly IgM nachádzajú vo forme monomérov. V sére však existujú ako pentaméry: molekula IgM pozostáva z piatich štrukturálnych molekúl usporiadaných radiálne. Pentamér IgM je tvorený piatimi „prakovými“ monomérmi podobnými IgG, ktoré sú navzájom spojené disulfidovými väzbami a J-reťazcom. Ich Fc fragmenty sú nasmerované do stredu (kde sú spojené J-vláknom) a Fab fragmenty smerujú von.

V IgM sa ťažké (H) reťazce skladajú z 5 domén, pretože obsahujú 4 konštantné domény. IgM ťažké reťazce nemajú pántovú oblasť; jeho úlohu zohráva doména CH2, ktorá má určitú konformačnú labilitu.

IgM sa syntetizuje hlavne počas primárnej imunitnej odpovede a je obsiahnutý prevažne v intravaskulárnom riečisku. Množstvo Ig M v krvnom sére zdravých ľudí je asi 10 % z celkového množstva Ig.

IgA protilátky sú vytvorené z rôznych množstiev monomérov. Imunoglobulíny triedy A sa delia na dva typy: sérové ​​a sekrečné. Väčšina (80 %) IgA prítomného v krvnom sére má monomérnu štruktúru. Menej ako 20 % IgA v sére predstavujú dimérne molekuly.

Sekrečné IgA sa nenachádzajú v krvi, ale ako súčasť exsekrécií na slizniciach a označujú sa ako sIgA. V slizničných sekrétoch sú IgA prítomné ako diméry. Sekrečné IgA tvorí dimér dvoch „prakov“ (Ig monomérov). C-konce ťažkých reťazcov v molekule sIgA sú prepojené J-reťazcom a proteínovou molekulou nazývanou "sekrečná zložka".

Sekrečnú zložku produkujú epiteliálne bunky slizníc. Pri prechode cez epitelové bunky sa viaže na molekulu IgA. Sekrečná zložka chráni sIgA pred štiepením a inaktiváciou proteolytickými enzýmami, ktoré sa vo veľkom množstve nachádzajú v tajomstve slizníc.

Hlavnou funkciou sIgA je chrániť sliznice pred infekciou. Úloha sIgA pri zabezpečovaní lokálnej imunity je veľmi významná, pretože. celková plocha slizníc v tele dospelého človeka je niekoľko stoviek metrov štvorcových a ďaleko presahuje povrch kože.

Vysoká koncentrácia sIgA sa nachádza v materskom mlieku žien, najmä v prvých dňoch laktácie. Chránia gastrointestinálny trakt novorodenca pred infekciou.

Deti sa rodia bez IgA a dostávajú ho z materského mlieka. Je spoľahlivo dokázané, že deti, ktoré sú dojčené, oveľa menej trpia črevnými infekciami a ochoreniami dýchacích ciest v porovnaní s deťmi, ktoré dostávajú umelú výživu.

Protilátky triedy IgA tvoria 15 – 20 % z celkového obsahu imunoglobulínov. IgA neprechádza placentárnou bariérou. Ig A je syntetizovaný plazmatickými bunkami umiestnenými najmä v submukóznych tkanivách, na slizničnom epiteliálnom povrchu dýchacieho traktu, urogenitálneho a črevného traktu, takmer vo všetkých vylučovacích žľazách. Časť Ig A vstupuje do celkového obehu, ale väčšina sa vylučuje lokálne na slizniciach vo forme sIgA a slúži ako lokálna ochranná imunologická bariéra slizníc. Sérové ​​IgA a sIgA sú rôzne imunoglobulíny, sIgA nie je prítomný v krvnom sére.

Jedinci s imunodeficienciou IgA majú sklon k autoimunitným ochoreniam, infekciám dýchacích ciest, čeľustných a čelných dutín a črevným poruchám.

Štiepenie molekuly imunoglobulínu enzýmami

Proteolytické enzýmy (ako papaín alebo pepsín) rozkladajú molekuly imunoglobulínu na fragmenty. Zároveň je možné pod vplyvom rôznych proteáz získať rôzne produkty. Takto získané imunoglobulínové fragmenty môžu byť použité na výskumné alebo medicínske účely.

Globulárna štruktúra imunoglobulínov a schopnosť enzýmov rozdeliť tieto molekuly na veľké zložky na presne definovaných miestach a nerozložiť ich na oligopeptidy a aminokyseliny, naznačuje mimoriadne kompaktnú štruktúru.

1. Štiepenie molekuly imunoglobulínu papaínom. Fab a Fc fragmenty protilátok.

Koncom 50. - začiatkom 60. rokov anglický vedec R.R. Porter analyzoval štrukturálne charakteristiky protilátok IgG oddelením ich molekuly od papaínu (prečistený enzým šťavy z papáje). Papaín ničí imunoglobulín v pántovej oblasti nad medzireťazcovými disulfidovými väzbami. Tento enzým rozdeľuje molekulu imunoglobulínu na tri fragmenty približne rovnakej veľkosti.

Dvaja z nich sú menovaní fab fragmenty(z anglického fragment antigen-binding - fragment viažuci antigén). Fab fragmenty sú úplne identické a ako ukázali štúdie, sú navrhnuté tak, aby sa viazali na antigén. Oblasť ťažkého reťazca Fab fragmentu sa nazýva Fd; pozostáva z VH a CH1 domén.

Tretí fragment môže kryštalizovať z roztoku a nemôže viazať antigén. Tento kúsok sa volá Fc fragment(z anglického fragment crystallizable – fragment kryštalizácie). Je zodpovedný za biologické funkcie molekuly protilátky po naviazaní antigénu a časti Fab intaktnej molekuly protilátky.

Fc fragment má rovnakú štruktúru pre protilátky každej triedy a podtriedy a odlišnú pre protilátky patriace do rôznych podtried a tried.

Fc fragment molekuly interaguje s bunkami imunitného systému: neutrofilmi, makrofágmi a inými mononukleárnymi fagocytmi, ktoré nesú na svojom povrchu receptory pre Fc fragment. Ak sa protilátky naviazali na patogénne mikroorganizmy, môžu tiež interagovať s fagocytmi s ich Fc fragmentom. V dôsledku toho budú bunky patogénu týmito fagocytmi zničené. V skutočnosti protilátky v tomto prípade pôsobia ako sprostredkujúce molekuly.

Následne sa zistilo, že Fc fragmenty imunoglobulínov v rámci rovnakého izotypu v danom organizme sú striktne identické, bez ohľadu na špecifickosť protilátky pre antigén. Pre túto invarianciu sa začali nazývať konštantné oblasti (fragmentová konštanta - Fc, skratka sa zhodovala).

2. Štiepenie molekuly imunoglobulínu pepsínom.

Ďalší proteolytický enzým – pepsín – štiepi molekulu na inom mieste, bližšie k C-koncu H-reťazcov ako papaín. K štiepeniu dochádza „pod“ disulfidovými väzbami, ktoré držia H-reťazce pohromade. Výsledkom je, že pôsobením pepsínu sa vytvorí bivalentný antigén viažuci fragment F(ab")2 a skrátený fragment pFc". Fragment pFc" je C-koncová časť Fc oblasti.

Pepsín štiepi pFc" fragment z veľkého fragmentu so sedimentačnou konštantou 5S. Tento veľký fragment sa nazýva F(ab")2, pretože podobne ako rodičovská protilátka je bivalentný pre väzbu antigénu. Pozostáva zo spojených Fab fragmentov spojených disulfidovým mostíkom v pántovej oblasti. Tieto Fab fragmenty sú monovalentné a homológne s papaínovými Fab fragmentmi I a II, ale ich Fd fragment je asi o desať aminokyselinových zvyškov väčší.

Antigén viažuce miesta protilátok (paratopy)

Fab fragment imunoglobulínu zahŕňa V-domény oboch reťazcov, CL a CH1 domény. Antigén viažuce miesto Fab fragmentu dostalo niekoľko mien: aktívne alebo antigén viažuce miesto protilátok, antideterminant alebo paratop.

Na tvorbe aktívnych miest sa podieľajú variabilné segmenty ľahkých a ťažkých reťazcov. Aktívne miesto je medzera umiestnená medzi variabilnými doménami ľahkého a ťažkého reťazca. Obe tieto domény sa podieľajú na tvorbe aktívneho miesta.

Molekula imunoglobulínu. L - ľahké reťazce; H - ťažké reťazce; V - variabilná oblasť; C - konštantná oblasť; N-koncové oblasti L- a H-reťazcov (V-oblasť) tvoria dve antigén viažuce centrá vo Fab fragmentoch.

Každý Fab fragment IgG imunoglobulínov má jedno antigén viažuce miesto. Aktívne centrá protilátok iných tried, ktoré môžu interagovať s antigénom, sú tiež umiestnené vo fragmentoch Fab. Protilátky IgG, IgA a IgE majú 2 aktívne centrá, IgM - každé 10 centier.

Imunoglobulíny môžu viazať antigény rôznej chemickej povahy: peptidy, sacharidy, cukry, polyfosfáty, molekuly steroidov.

Podstatnou a jedinečnou vlastnosťou protilátok je ich schopnosť viazať sa s celými, natívnymi molekulami antigénov, priamo vo forme, v akej sa antigén dostal do vnútorného prostredia organizmu. Nevyžaduje žiadnu metabolickú predúpravu antigénov.

Štruktúra domén v zložení molekúl imunoglobulínu

Sekundárna štruktúra polypeptidových reťazcov molekuly imunoglobulínu má doménovú štruktúru. Oddelené úseky ťažkých a ľahkých reťazcov sú poskladané do globúl (domén), ktoré sú spojené lineárnymi fragmentmi. Každá doména má zhruba valcový tvar a je to štruktúra β-listu vytvorená z antiparalelných β-listov. V rámci základnej štruktúry existuje jednoznačný rozdiel medzi doménami C a V, čo je možné vidieť na príklade ľahkého reťazca.

Obrázok schematicky znázorňuje skladanie jediného polypeptidového reťazca proteínu Bence-Jones obsahujúceho domény VL a CL. Schéma bola zostavená podľa röntgenovej difrakčnej analýzy - metódy, ktorá vám umožňuje stanoviť trojrozmernú štruktúru proteínov. Diagram ukazuje podobnosti a rozdiely medzi doménami V a C.

Horná časť obrázku schematicky znázorňuje priestorové skladanie konštantných (C) a variabilných (V) domén ľahkého reťazca proteínovej molekuly. Každá doména je cylindrická „súdkovitá“ (súdkovitá) štruktúra, v ktorej sú úseky polypeptidového reťazca (β-reťazce) prebiehajúce v opačných smeroch (t.j. antiparalelné) zbalené tak, že tvoria dva β-listy držané pohromade disulfidové spojenie.

Každá z domén, V- a C-, pozostáva z dvoch β-listov (vrstvy s β-skladanou štruktúrou). Každý β-list obsahuje niekoľko antiparalelných (v opačných smeroch) β-reťazcov: v C-doméne obsahujú β-listy štyri a tri β-vlákna, vo V-doméne sa obe vrstvy skladajú zo štyroch β-reťazcov. Na obrázku sú p-reťazce znázornené žltou a zelenou pre doménu C a červenou a modrou pre doménu V.

V spodnej časti obrázku sú podrobnejšie diskutované imunoglobulínové domény. Táto polovica obrázku ukazuje usporiadanie β-reťazcov pre V- a C-domény ľahkého reťazca. Pri vytváraní β-listov z nich je možné jasnejšie uvažovať o spôsobe, akým sú uložené ich polypeptidové reťazce, ktoré vytvárajú konečnú štruktúru. Na znázornenie záhybu sú β-reťazce označené abecedne podľa poradia, v ktorom sa objavujú v sekvencii aminokyselín, ktoré tvoria doménu. Poradie v každom ß-liste je charakteristické pre imunoglobulínové domény.

β-listy (vrstvy) v doménach sú spojené disulfidovým mostíkom (väzbou) približne v strede každej domény. Tieto väzby sú znázornené na obrázku: medzi vrstvami je znázornená disulfidová väzba, ktorá spája B a F záhyby a stabilizuje štruktúru domény.

Hlavný rozdiel medzi doménami V a C je v tom, že doména V je väčšia a obsahuje ďalšie β-vlákna, označené ako Cʹ a Cʹ. Na obrázku sú Cʹ a Cʹ β-reťazce prítomné vo V doménach, ale neprítomné v C doménach, označené modrým obdĺžnikom. Je možné vidieť, že každý polypeptidový reťazec vytvára flexibilné slučky medzi po sebe nasledujúcimi β-reťazcami pri zmene smeru. Vo V doméne vstupujú flexibilné slučky vytvorené medzi niektorými z p-reťazcov do štruktúry aktívneho miesta molekuly imunoglobulínu.

Hypervariabilné oblasti v rámci V-domény

Úroveň variability v rámci variabilných domén je rozložená nerovnomerne. Nie celá variabilná doména je variabilná vo svojom zložení aminokyselín, ale len jej malá časť - hypervariabilný oblasti. Tvoria asi 20 % aminokyselinovej sekvencie V-domén.

V štruktúre celej molekuly imunoglobulínu sú domény VH a VL kombinované. Ich hypervariabilné oblasti spolu susedia a vytvárajú jedinú hypervariabilnú oblasť vo forme vrecka. Toto je miesto, ktoré sa špecificky viaže na antigén. Hypervariabilné oblasti určujú komplementaritu protilátky k antigénu.

Pretože hypervariabilné oblasti hrajú kľúčovú úlohu pri rozpoznávaní a viazaní antigénu, nazývajú sa tiež oblasti určujúce komplementaritu (CDR). Vo variabilných doménach ťažkého a ľahkého reťazca sú izolované tri CDR (VL CDR1–3, VH CDR1–3).

Medzi hypervariabilnými oblasťami sú relatívne konštantné úseky aminokyselinovej sekvencie, ktoré sa nazývajú rámcové úseky (framework region, FR). Tvoria asi 80 % aminokyselinovej sekvencie V-domén. Úlohou takýchto oblastí je udržiavať relatívne jednotnú trojrozmernú štruktúru V-domén, čo je nevyhnutné na zabezpečenie afinitnej interakcie hypervariabilných oblastí s antigénom.

V sekvencii variabilnej domény oblasti 3 sa hypervariantné oblasti striedajú so 4 relatívne invariantnými "rámcovými" oblasťami FR1-FR4,

H1–3, CDR slučky zahrnuté v reťazcoch.

Zvlášť zaujímavé je priestorové usporiadanie hypervariabilných oblastí v troch samostatných slučkách variabilnej domény. Tieto hypervariabilné oblasti sú síce umiestnené vo veľkej vzdialenosti od seba v primárnej štruktúre ľahkého reťazca, ale pri vytváraní trojrozmernej štruktúry sú umiestnené vo vzájomnej tesnej blízkosti.

V priestorovej štruktúre V-domény sú hypervariabilné sekvencie umiestnené v skladacej zóne polypeptidového reťazca, nasmerované k zodpovedajúcim úsekom V-domény druhého reťazca (tj CDR ľahkého a ťažkého reťazca sú nasmerované k sebe). V dôsledku interakcie variabilnej domény H- a L-reťazca sa vytvorí antigén viažuce miesto (aktívne centrum) imunoglobulínu. Podľa elektrónovej mikroskopie je to dutina dlhá 6 nm a široká 1,2–1,5 nm.

Priestorová štruktúra tejto dutiny v dôsledku štruktúry hypervariabilných oblastí určuje schopnosť protilátok rozpoznávať a viazať špecifické molekuly na základe priestorovej korešpondencie (špecifickosť protilátky). Priestorovo oddelené oblasti H- a L-reťazca tiež prispievajú k vytvoreniu aktívneho centra. Hypervariabilné oblasti V-domén nie sú úplne súčasťou aktívneho centra – povrch miesta viažuceho antigén zachytáva len asi 30 % CDR.

Hypervariabilné oblasti ťažkého a ľahkého reťazca určujú individuálne štrukturálne znaky centra viažuceho antigén pre každý Ig klon a rozmanitosť ich špecifík.

Ultra vysoká variabilita CDR a aktívnych miest zabezpečuje jedinečnosť molekúl imunoglobulínov syntetizovaných B-lymfocytmi jedného klonu nielen štruktúrou, ale aj schopnosťou viazať rôzne antigény. Napriek tomu, že štruktúra imunoglobulínov je pomerne dobre známa a za ich vlastnosti sú zodpovedné práve CDR, stále nie je jasné, ktorá doména je najviac zodpovedná za väzbu antigénu.

Interakcia protilátok a antigénov (interakcia epitopu a paratopu)

Reakcia antigén-protilátka je založená na interakcii medzi epitopom antigénu a aktívnym miestom protilátky na základe ich priestorovej korešpondencie (komplementarity). V dôsledku väzby patogénu na aktívne miesto protilátky je patogén neutralizovaný a je sťažený jeho prienik do buniek tela.

V procese interakcie s antigénom sa nezúčastňuje celá molekula imunoglobulínu, ale iba jej obmedzená oblasť - antigén viažuce centrum, čiže paratop, ktorý je lokalizovaný vo Fab fragmente Ig molekuly. V tomto prípade protilátka neinteraguje s celou molekulou antigénu naraz, ale len s jej antigénnym determinantom (epitopom).

Aktívne miesto protilátky je štruktúra, ktorá je priestorovo komplementárna (špecifická) k determinantu skupiny antigénu. Aktívne centrum protilátok má funkčnú autonómiu, t.j. schopný viazať antigénny determinant v izolovanej forme.

Na strane antigénu sú za interakciu s aktívnymi centrami molekúl rozpoznávajúcich antigén zodpovedné epitopy, ktoré interagujú so špecifickými protilátkami. Epitop priamo vstupuje do iónových, vodíkových, van der Waalsových a hydrofóbnych väzieb s aktívnym miestom protilátky.

Špecifická interakcia protilátok s molekulou antigénu je spojená s relatívne malou oblasťou jej povrchu, čo zodpovedá veľkosti antigén viažuceho miesta receptorov a protilátok.

Väzba antigén-protilátka nastáva prostredníctvom slabých interakcií v mieste väzby antigénu. Všetky tieto interakcie sa prejavujú iba v tesnom kontakte molekúl. Takáto malá vzdialenosť medzi molekulami môže byť dosiahnutá len vďaka komplementarite epitopu a aktívneho miesta protilátky.

Niekedy sa rovnaké antigén viažuce centrum molekuly protilátky môže viazať na niekoľko rôznych antigénnych determinantov (zvyčajne sú tieto antigénne determinanty veľmi podobné). Takéto protilátky sa nazývajú skrížene reagujúce schopné polyšpecifickej väzby.

Napríklad, ak má antigén A spoločné epitopy s antigénom B, potom niektoré z protilátok špecifických pre A budú reagovať aj s B. Tento jav sa nazýva krížová reaktivita.

Úplné a neúplné protilátky. Valence

Valence- je to počet aktívnych miest protilátky, ktoré sú schopné spojiť sa s antigénnymi determinantami. Protilátky majú rôzny počet aktívnych centier v molekule, čo určuje ich valenciu. V tomto smere rozlišujte plný a neúplné protilátky.

Kompletné protilátky majú aspoň dve aktívne miesta. Kompletné (bi- a pentavalentné) protilátky pri interakcii in vitro s antigénom, na ktorý sú produkované, poskytujú vizuálne viditeľné reakcie (aglutinácia, lýza, precipitácia, fixácia komplementu atď.).

Nekompletné alebo monovalentné protilátky sa líšia od bežných (kompletných) protilátok tým, že majú len jedno aktívne centrum, druhé centrum v takýchto protilátkach nefunguje. To neznamená, že druhé aktívne centrum molekuly chýba. Druhé aktívne centrum v takýchto imunoglobulínoch je tienené rôznymi štruktúrami alebo má nízku aviditu. Takéto protilátky môžu interagovať s antigénom, blokovať ho väzbou epitopov antigénu a brániť kontaktu kompletných protilátok s antigénom, ale nespôsobujú agregáciu antigénu. Preto sú aj tzv blokovanie.

Reakcia medzi neúplnými protilátkami a antigénom nie je sprevádzaná makroskopickými javmi. Nekompletné protilátky v špecifickej interakcii s homológnym antigénom nedávajú viditeľný prejav sérologickej reakcie, tk. nemôže agregovať častice do veľkých konglomerátov, ale iba ich blokovať.

Neúplné protilátky sa tvoria nezávisle od úplných a vykonávajú rovnaké funkcie. Sú tiež zastúpené rôznymi triedami imunoglobulínov.

idioti a idioti

Protilátky sú komplexné proteínové molekuly, ktoré samotné môžu mať antigénne vlastnosti a spôsobiť tvorbu protilátok. V ich zložení sa rozlišuje niekoľko typov antigénnych determinantov (epitypov): izotypy, alotypy a idiotypy.

Rôzne protilátky sa navzájom líšia vo svojich variabilných oblastiach. Antigénne determinanty variabilných oblastí (V-oblastí) protilátok sa nazývajú idioti. Idiotopy môžu byť postavené z charakteristických oblastí V-oblastí iba z H-reťazcov alebo L-reťazcov. Vo väčšine prípadov sa na tvorbe idiotopu podieľajú oba reťazce naraz.

Idiotopy môžu alebo nemusia súvisieť s miestom viažucim antigén (miesto asociované idiotopy) alebo nie (neasociované idiotopy).

Idiotopy spojené s miestom závisia od štruktúry antigén viažuceho miesta protilátky (patriace do Fab fragmentu). Ak je toto miesto obsadené antigénom, potom anti-idiotopická protilátka už nemôže reagovať s protilátkou, ktorá má tento idiotop. Zdá sa, že iné idiotopy nemajú takú úzku asociáciu s miestami viažucimi antigén.

Súbor idiotopov na akejkoľvek molekule protilátky je označený ako idiot. Idiotyp teda pozostáva zo súboru idiotopov – antigénnych determinantov V-oblasti protilátky.

Skupinové konštitučné varianty antigénnej štruktúry ťažkých reťazcov sa nazývajú alotypy. Alotypy sú determinanty kódované alelami daného imunoglobulínového génu.

Izotypy sú determinanty, podľa ktorých sa rozlišujú triedy a podtriedy ťažkých reťazcov a varianty κ (kappa) a λ (lambda) ľahkých reťazcov.

Afinita a avidita protilátok

Väzbovú silu protilátok možno charakterizovať imunochemickými charakteristikami: aviditou a afinitou.

Pod afinita pochopiť silu väzby aktívneho centra molekuly protilátky na zodpovedajúci determinant antigénu. Sila chemickej väzby jedného antigénneho epitopu s jedným z aktívnych miest molekuly Ig sa nazýva afinita väzby protilátka-antigén. Afinita sa zvyčajne kvantifikuje pomocou disociačnej konštanty (v mol-1) jedného antigénneho epitopu s jedným aktívnym miestom.

Afinita je presnosť zhody priestorovej konfigurácie aktívneho centra (paratopu) protilátky a antigénneho determinantu (epitopu). Čím viac spojení sa vytvorí medzi epitopom a paratopom, tým vyššia bude stabilita a životnosť výsledného imunitného komplexu. Imunitný komplex tvorený protilátkami s nízkou afinitou je extrémne nestabilný a má krátku životnosť.

Afinita protilátky k antigénu sa nazýva avidita protilátky. Avidita väzby protilátka-antigén je celková sila a intenzita väzby celej molekuly protilátky so všetkými antigénnymi epitopmi, ktoré sa jej podarilo naviazať.

Avidita protilátok je charakterizovaná rýchlosťou tvorby komplexu "antigén-protilátka", úplnosťou interakcie a silou výsledného komplexu. Avidita, ako aj špecifickosť protilátok, sú založené na primárnej štruktúre determinantu (aktívne centrum) protilátky a stupni prispôsobenia povrchovej konfigurácie protilátkových polypeptidov determinantu (epitopu) antigénu, ktorý je s ňou spojený. .

Avidita je určená ako afinitou interakcie medzi epitopmi a paratopmi, tak aj valenciou protilátok a antigénu. Avidita závisí od počtu miest viažucich antigén v molekule protilátky a ich schopnosti viazať sa na viaceré epitopy daného antigénu.

Typická molekula IgG, keď sú do reakcie zapojené obe miesta viažuce antigén, sa bude viazať na multivalentný antigén najmenej 10 000-krát silnejšie, ako keď je zapojené len jedno miesto.

Protilátky triedy M majú najvyššiu aviditu, pretože majú 10 centier viažucich antigén. Ak je afinita jednotlivých väzbových miest pre antigén IgG a IgM rovnaká, molekula IgM (ktorá má 10 takýchto miest) bude vykazovať neporovnateľne väčšiu aviditu pre multivalentný antigén ako molekula IgG (s 2 miestami). Vďaka svojej vysokej celkovej avidite môžu IgM protilátky, hlavná trieda imunoglobulínov produkovaných na začiatku imunitnej odpovede, účinne fungovať aj pri nízkej afinite jednotlivých väzobných miest.

Rozdiel v avidite je dôležitý, pretože protilátky vytvorené na začiatku imunitnej odpovede majú zvyčajne oveľa menšiu afinitu k antigénu ako protilátky produkované neskôr. Zvýšenie priemernej afinity produkovaných protilátok v priebehu času po imunizácii sa nazýva afinitná maturácia.

Špecifickosť interakcie antigénov a protilátok

V imunológii sa špecificita chápe ako selektivita interakcie induktorov a produktov imunitných procesov, najmä antigénov a protilátok.

Špecifickosť interakcie pre protilátky je schopnosť imunoglobulínu reagovať iba s určitým antigénom, konkrétne schopnosť viazať sa na presne definovaný antigénny determinant. Fenomén špecifickosti je založený na prítomnosti aktívnych centier v molekule protilátky, ktoré prichádzajú do kontaktu so zodpovedajúcimi determinantami antigénu. Selektivita interakcie je spôsobená komplementaritou medzi štruktúrou aktívneho centra protilátky (paratop) a štruktúrou antigénneho determinantu (epitop).

Špecifickosť antigénu je schopnosť antigénu vyvolať imunitnú odpoveď na dobre definovaný epitop. Špecifickosť antigénu je do značnej miery určená vlastnosťami jeho základných epitopov.

Jednou z najdôležitejších funkcií imunoglobulínov je väzba na antigén a tvorba imunitných komplexov. Protilátkové proteíny špecificky reagujú s antigénmi, pričom vytvárajú imunitné komplexy - komplexy protilátok asociované s antigénmi. Takýto vzťah je nestabilný: výsledný imunitný komplex (IC) sa môže ľahko rozložiť na jednotlivé zložky.

Na každú molekulu antigénu sa môže pripojiť niekoľko molekúl protilátky, pretože na antigéne je niekoľko antigénnych determinantov a proti každej z nich sa môžu vytvárať protilátky. V dôsledku toho vznikajú zložité molekulárne komplexy.

Tvorba imunitných komplexov je základnou zložkou normálnej imunitnej odpovede. Tvorba a biologická aktivita imunitných komplexov závisí predovšetkým od povahy protilátok a antigénu zahrnutých v ich zložení, ako aj od ich pomeru. Vlastnosti imunitných komplexov závisia od vlastností protilátok (valencia, afinita, rýchlosť syntézy, schopnosť viazať komplement) a antigénu (rozpustnosť, veľkosť, náboj, valencia, priestorové rozloženie a hustota epitopov).

Interakcia antigénov a protilátok. Reakcia antigén-protilátka

Reakcia antigén-protilátka je vytvorenie komplexu medzi antigénom a protilátkami namierenými proti nemu. Štúdium takýchto reakcií má veľký význam pre pochopenie mechanizmu špecifickej interakcie biologických makromolekúl a pre objasnenie mechanizmu sérologických reakcií.

Účinnosť interakcie protilátky s antigénom výrazne závisí od podmienok, za ktorých reakcia prebieha, predovšetkým od pH média, osmotickej hustoty, zloženia solí a teploty média. Optimálne podmienky pre reakciu antigén-protilátka sú fyziologické podmienky vnútorného prostredia makroorganizmu: blízka neutrálna reakcia prostredia, prítomnosť fosfátových, uhličitanových, chloridových a acetátových iónov, osmolarita fyziologického roztoku (roztok koncentrácia 0,15 M), ako aj teplota 36-37 °C.

Interakcia molekuly antigénu s protilátkou alebo jej aktívnym fragmentom Fab je sprevádzaná zmenami v priestorovej štruktúre molekuly antigénu.

Keďže pri spojení antigénu s protilátkou nedochádza k chemickým väzbám, sila tohto spojenia je určená priestorovou presnosťou (špecifickosťou) interagujúcich úsekov dvoch molekúl – aktívneho centra imunoglobulínu a antigénneho determinantu. Mieru sily väzby určuje afinita protilátky (hodnota väzby jedného centra viažuceho antigén s individuálnym epitopom antigénu) a jej avidita (celková sila interakcie protilátky s antigénom v prípade interakcie polyvalentnej protilátky s polyvalentným antigénom).

Všetky reakcie antigén-protilátka sú reverzibilné; komplex antigén-protilátka môže disociovať a uvoľniť protilátky. V tomto prípade reverzná reakcia antigén-protilátka prebieha oveľa pomalšie ako priama.

Existujú dva hlavné spôsoby, ktorými možno čiastočne alebo úplne oddeliť už vytvorený komplex antigén-protilátka. Prvý spočíva v premiestnení protilátok prebytkom antigénu a druhý - v vplyve vonkajších faktorov na imunitný komplex, čo vedie k rozbitiu väzieb (zníženie afinity) medzi antigénom a protilátkou. Čiastočnú disociáciu komplexu antigén-protilátka možno vo všeobecnosti dosiahnuť zvýšením teploty.

Pri použití sérologických metód je najuniverzálnejším spôsobom disociácie imunitných komplexov tvorených širokou škálou protilátok ich ošetrenie zriedenými kyselinami a zásadami, ako aj koncentrovanými roztokmi amidov (močovina, guanidín chlorovodíková).

Heterogenita protilátok

Protilátky vznikajúce počas imunitnej odpovede organizmu sú heterogénne a navzájom sa líšia, t.j. oni heterogénne. Protilátky sú heterogénne vo svojich fyzikálno-chemických, biologických vlastnostiach a predovšetkým vo svojej špecifickosti. Hlavným základom pre heterogenitu (rozmanitosť špecifík) protilátok je rôznorodosť ich aktívnych centier. Ten je spojený s variabilitou zloženia aminokyselín vo V oblastiach molekuly protilátky.

Protilátky sú tiež heterogénne v tom, že patria do rôznych tried a podtried.

Heterogenita protilátok je spôsobená aj tým, že imunoglobulíny obsahujú 3 typy antigénnych determinantov: izotyp, charakterizujúci príslušnosť imunoglobulínu k určitej triede; alotypické, zodpovedajúce alelickým variantom imunoglobulínu; idiotypický, odrážajúci individuálne vlastnosti imunoglobulínu. Systém idiottyp-antiidiotyp tvorí základ takzvanej teórie Jerneových sietí.

Izotypy, alotypy, idiotypy protilátok

Imunoglobulíny obsahujú tri typy antigénnych determinantov: izotypové (rovnaké pre každého zástupcu daného druhu), alotypické (determinanty, ktoré sú u predstaviteľov daného druhu odlišné) a idiotypické (determinanty, ktoré určujú individualitu daného imunoglobulínu a sú rozdielne pre protilátky rovnakej triedy, podtriedy).

V každom biologickom druhu majú ťažké a ľahké reťazce imunoglobulínov určité antigénne znaky, podľa ktorých sú ťažké reťazce rozdelené do 5 tried (γ, μ, α, δ, ε) a ľahké reťazce na 2 typy (κ a λ). Tieto antigénne determinanty sa nazývajú izotypové (izotypy), pre každý reťazec sú rovnaké pre každého zástupcu daného biologického druhu.

Súčasne existujú vnútrodruhové rozdiely v pomenovaných reťazcoch imunoglobulínov - alotypov v dôsledku genetických charakteristík organizmu producenta: ich znaky sú geneticky dané. Napríklad pre ťažké reťazce bolo opísaných viac ako 20 alotypov.

Dokonca aj keď protilátky proti konkrétnemu antigénu patria do rovnakej triedy, podtriedy a dokonca aj alotypu, vyznačujú sa špecifickými vzájomnými rozdielmi. Tieto rozdiely sa nazývajú idiotypy. Charakterizujú „individuálnosť“ daného imunoglobulínu v závislosti od špecifickosti induktorového antigénu. Závisí to od štruktúrnych znakov V-domén H- a L-reťazcov, mnohých rôznych variantov ich aminokyselinových sekvencií. Všetky tieto antigénne rozdiely sa stanovujú pomocou špecifických sér.

Klasifikácia protilátok podľa reakcií, na ktorých sa môžu zúčastniť

Spočiatku boli protilátky podmienene klasifikované podľa ich funkčných vlastností na neutralizačné, lýzujúce a koagulačné. Neutralizačné činidlá zahŕňali antitoxíny, antienzýmy a lyzíny neutralizujúce vírusy. Na koaguláciu - aglutiníny a precipitíny; na lýzu - hemolytické a komplement viažuce protilátky. S prihliadnutím na funkčnú schopnosť protilátok boli uvedené názvy sérologických reakcií: aglutinácia, hemolýza, lýza, precipitácia atď.

Výskum protilátok. Fágový displej.

Štúdiu protilátok donedávna bránili technické dôvody. Imunoglobulíny v tele sú komplexnou zmesou bielkovín. Sérová imunoglobulínová frakcia je zmesou obrovského množstva rôznych protilátok. Okrem toho je relatívny obsah každého druhu spravidla veľmi malý. Až donedávna bolo ťažké získať čisté protilátky z imunoglobulínovej frakcie. Ťažkosti s izoláciou jednotlivých imunoglobulínov boli dlho prekážkou tak pre ich biochemické štúdium, ako aj pre stanovenie ich primárnej štruktúry.

V posledných rokoch sa objavila nová oblasť imunológie - protilátkové inžinierstvo, ktoré sa zaoberá získavaním neprirodzených imunoglobulínov s požadovanými vlastnosťami. Na to sa zvyčajne používajú dva hlavné smery: biosyntéza kompletných protilátok a produkcia minimálnych fragmentov molekuly protilátky, ktoré sú nevyhnutné pre účinnú a špecifickú väzbu na antigén.

Moderné technológie získavania protilátok in vitro kopírujú selekčné stratégie imunitného systému. Jednou takouto technológiou je fágový displej, ktorý umožňuje získať fragmenty ľudských protilátok s rôznou špecifickosťou. Gény týchto fragmentov sa môžu použiť na konštrukciu protilátok s plnou dĺžkou.

Okrem toho terapeutiká na báze protilátok veľmi často nevyžadujú, aby ich efektorové funkcie boli zapojené prostredníctvom Fc domény, napríklad pri inaktivácii cytokínov, blokovaní receptorov alebo neutralizácii vírusov. Preto jedným z trendov v dizajne rekombinantných protilátok je zmenšiť ich veľkosť na minimálny fragment, ktorý si zachováva väzbovú aktivitu aj špecifickosť.

Takéto fragmenty môžu byť v niektorých prípadoch výhodnejšie vzhľadom na ich schopnosť lepšie prenikať tkanivami a eliminovať sa z tela rýchlejšie ako molekuly protilátky s plnou dĺžkou. Súčasne môže byť požadovaný fragment produkovaný v E. coli alebo kvasinkách, čo výrazne znižuje jeho cenu v porovnaní s protilátkami získanými pomocou kultúr cicavčích buniek. Okrem toho sa tento spôsob výroby vyhýba biologickému nebezpečenstvu spojenému s použitím protilátok izolovaných z darovanej krvi.

Myelómové imunoglobulíny

Bence-Jonesov proteín. Príklad molekuly takého imunoglobulínu, ktorý je dimérom kappa ľahkých reťazcov

Termín imunoglobulíny sa vzťahuje nielen na normálne triedy protilátok, ale aj na veľký počet abnormálnych proteínov, bežne označovaných ako myelómové proteíny. Tieto proteíny sa syntetizujú vo veľkých množstvách pri mnohopočetnom myelóme, malígnom ochorení, pri ktorom degenerované špecifické bunky systému tvorby protilátok produkujú veľké množstvá určitých proteínov, ako sú Bence-Jonesove proteíny, myelómové globulíny, fragmenty imunoglobulínov rôznych tried.

Bence-Jonesove proteíny sú buď jednoduché κ- alebo λ-reťazce, alebo diméry dvoch identických reťazcov spojených jednou disulfidovou väzbou; vylučujú sa močom.

Myelómové globulíny sa nachádzajú vo vysokých koncentráciách v plazme pacientov s mnohopočetným myelómom; ich H a L reťazce majú jedinečnú sekvenciu. Kedysi sa predpokladalo, že myelómové globulíny sú patologické imunoglobulíny charakteristické pre nádor, v ktorom sa tvoria, ale teraz sa verí, že každý z nich je jedným z individuálnych imunoglobulínov, náhodne „vybraných“ z mnohých tisícok normálnych vytvorených protilátok. v ľudskom tele.

Bola stanovená úplná aminokyselinová sekvencia niekoľkých jednotlivých imunoglobulínov, vrátane myelómových globulínov, Bence-Jonesových proteínov, ako aj ľahkých a ťažkých reťazcov rovnakého myelómového imunoglobulínu. Na rozdiel od protilátok zdravého človeka majú všetky proteínové molekuly každej menovanej skupiny rovnakú sekvenciu aminokyselín a sú jednou z tisícok možných protilátok jednotlivca.

Hybridómy a monoklonálne protilátky

Získavanie protilátok pre ľudské potreby začína imunizáciou zvierat. Po niekoľkých injekciách antigénu (v prítomnosti stimulantov imunitnej odpovede) sa špecifické protilátky akumulujú v krvnom sére zvierat. Takéto séra sa nazývajú imunitné. Protilátky sa z nich izolujú špeciálnymi metódami.

Imunitný systém zvieraťa však produkuje špeciálne protilátky proti obrovskému množstvu antigénov. Táto schopnosť je založená na prítomnosti rôznych klonov lymfocytov, z ktorých každý produkuje protilátky rovnakého typu s úzkou špecifickosťou. Celkový počet klonov u myší napríklad dosahuje 10^7 -10^10 stupňov.

Preto imunitné séra obsahujú mnoho molekúl protilátok s rôznymi špecificitami, t.j. s afinitou k mnohým antigénnym determinantom. Protilátky získané z imunitných sér sú namierené tak proti antigénu, ktorým bola imunizácia uskutočnená, ako aj proti iným antigénom, s ktorými sa darcovské zviera stretlo.

Pre modernú imunochemickú analýzu a klinické aplikácie je veľmi dôležitá špecifickosť a štandardizácia použitých protilátok. Je potrebné získať absolútne identické protilátky, čo nie je možné vykonať pomocou imunitných sér.

V roku 1975 G. Köhler a C. Milstein tento problém vyriešili návrhom metódy na získanie homogénnych protilátok. Vyvinuli takzvanú „hybridómovú technológiu“ – techniku ​​získavania bunkových hybridov (hybridómov). Pomocou tejto metódy sa získajú hybridné bunky, ktoré sa môžu neobmedzene množiť a syntetizovať protilátky s úzkou špecifickosťou - monoklonálne protilátky.

Na získanie monoklonálnych protilátok sa bunky plazmocytárneho nádoru (plazmocytóm alebo mnohopočetný myelóm) fúzujú s bunkami sleziny imunizovaného zvieraťa, najčastejšie myši. Technológia Köhlera a Milsteina zahŕňa niekoľko etáp.

Myšiam sa vstrekne špecifický antigén, ktorý spôsobí produkciu protilátok proti tomuto antigénu. Myšie sleziny sa odstránia a homogenizujú, aby sa získala bunková suspenzia. Táto suspenzia obsahuje B bunky, ktoré produkujú protilátky proti injikovanému antigénu.

Bunky sleziny sa potom zmiešajú s bunkami myelómu. Sú to nádorové bunky, ktoré sú schopné kontinuálne rásť v kultúre, chýba im tiež rezervná dráha pre syntézu nukleotidov. Niektoré slezinné bunky produkujúce protilátky a myelómové bunky sa spájajú za vzniku hybridných buniek. Tieto hybridné bunky sú teraz schopné nepretržite rásť v kultúre a produkovať protilátky.

Zmes buniek sa umiestni do selektívneho média, ktoré umožňuje rast iba hybridným bunkám. Nefúzované myelómové bunky a B-lymfocyty odumierajú.

Hybridné bunky proliferujú a vytvárajú klon hybridómov. Hybridómy sa testujú na produkciu požadovaných protilátok. Vybrané hybridómy sa potom kultivujú, aby sa vytvorili veľké množstvá monoklonálnych protilátok bez cudzích protilátok a také homogénne, že ich možno považovať za čisté chemikálie.

Treba poznamenať, že protilátky produkované jednou hybridómovou kultúrou sa viažu iba na jeden antigénny determinant (epitop). V tomto ohľade možno proti antigénu s niekoľkými epitopmi získať toľko monoklonálnych protilátok, koľko má antigénnych determinantov. Je tiež možné vybrať klony, ktoré produkujú protilátky len s jednou požadovanou špecifickosťou.

Vývoj technológie na získavanie hybridómov mal revolučný význam v imunológii, molekulárnej biológii a medicíne. Umožnil vznik úplne nových vedeckých smerov. Vďaka hybridómom sa otvorili nové cesty pre štúdium a liečbu zhubných nádorov a mnohých ďalších ochorení.

V súčasnosti sa hybridómy stali hlavným zdrojom monoklonálnych protilátok používaných v základnom výskume a v biotechnológiách na vytváranie testovacích systémov. Monoklonálne protilátky sú široko používané v diagnostike infekčných chorôb hospodárskych zvierat a ľudí.

Vďaka monoklonálnym protilátkam sa enzýmová imunoanalýza, imunofluorescencia, prietoková cytometria, imunochromatografia a rádioimunoanalýza stali rutinou.

Bolo vyvinutých mnoho technológií, ktoré zlepšili syntézu protilátok. Ide o technológie rekombinácie DNA, metódy klonovania buniek a iné transgénne technológie. V 90. rokoch sa pomocou metód genetického inžinierstva podarilo minimalizovať percento myších aminokyselinových sekvencií v umelo syntetizovaných protilátkach. Vďaka tomu sa získali okrem myších aj chimérické, humanizované a plne ľudské protilátky.