Антитела (иммуноглобулины) – это белки, которые синтезируются под влиянием антигена и специфически с ним реагируют.
Они состоят из полипептидных цепей. В молекуле иммуноглобулина различают четыре структуры:
- первичную – это последовательность определенных аминокислот. Она строится из нуклеотидных триплетов, генетически детерминируется и определяет основные последующие структурные особенности;
- вторичную (определяется конформацией полипептидных цепей);
- третичную (определяет характер расположения отдельных участков цепи, создающих пространственную картину);
- четвертичную. Из четырех полипептидных цепей возникает биологически активный комплекс. Цепи попарно имеют одинаковую структуру.
Большинство молекул иммуноглобулинов составлено из двух тяжелых (H) цепей и двух легких (L) цепей, соединенных дисульфидными связями. Легкие цепи состоят или из двух k-цепей, или из двух l-цепей. Тяжелые цепи могут быть одного из пяти классов (IgA, IgG, IgM, IgD и IgE). Каждая цепь имеет два участка:
- постоянный. Остается постоянным в последовательности аминокислот и антигенности в пределах данного класса иммуноглобулинов;
- вариабельный. Характеризуется большой непостоянностью последовательности аминокислот; в этой части цепи происходит реакция соединения с антигеном.
Каждая молекула IgG состоит из двух соединенных цепей, концы которых формируют два антигенсвязывающих участка. На вариабельном участке каждой цепи имеются гипервариабельные участки: три в легких цепях и четыре в тяжелых. Разновидности последовательности аминокислот в этих гипервариабельных участках определяют специфичность антитела. При определенных условиях эти гипервариабельные области могут также выступать в роли антигенов (идиотипов). Существует пять классов иммуноглобулинов у человека.
Иммуноглобулины G – это мономеры, включающие в себя четыре субкласса (IgG1; IgG2; IgG3; IgG4), которые отличаются друг от друга по аминокислотному составу и антигенным свойствам. Антитела субклассов IgG1 и IgG4 специфически связываются через Fc-фрагменты с возбудителем (иммунное опсонирование), а благодаря Fc-фрагментам взаимодействуют с Fc-рецепторами фагоцитов, способствуя фагоцитозу возбудителя. IgG4 участвует в аллергических реакциях и неспособен фиксировать комплемент.
Свойства иммуноглобулинов G:
- играют основополагающую роль в гуморальном иммунитете при инфекционных заболеваниях;
- проникают через плаценту и формируют антиинфекционный иммунитет у новорожденных;
- способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент, участвовать в реакции преципитации.
Иммуноглобулины М включают в себя два субкласса: IgM1 и IgM2.
Свойства иммуноглобулинов М:
- не проникают через плаценту;
- появляются у плода и участвуют в антиинфекционной защите;
- способны агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент;
- играют важную роль в элиминации возбудителя из кровеносного русла, активации фагоцитоза;
- образуются на ранних сроках инфекционного процесса;
- отличаются высокой активностью в реакциях агглютинации, лизиса и связывания эндотоксинов грамотрицательных бактерий.
Иммуноглобулины А – это секреторные иммуноглобулины, включающие в себя два субкласса: IgA1 и IgA2. В состав IgA входит секреторный компонент, состоящий из нескольких полипептидов, который повышает устойчивость IgA к действию ферментов.
Свойства иммуноглобулинов А:
- содержатся в молоке, молозиве, слюне, слезном, бронхиальном и желудочно-кишечном секрете, желчи, моче;
- участвуют в местном иммунитете;
- препятствуют прикреплению бактерий к слизистой;
- нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и комплемент.
Иммуноглобулины Е – это мономеры, содержание которых в сыворотке крови ничтожно мало. К этому классу относится основная масса аллергических антител – реагинов. Уровень IgE значительно повышается у людей, страдающих аллергией и зараженных гельминтами. IgE связывается с Fc-рецепторами тучных клеток и базофилов.
Свойства иммуноглобулинов Е:
при контакте с аллергеном образуются мостики, что сопровождается выделением БАВ, вызывающих аллергические реакции немедленного типа.
Иммуноглобулины D – это мономеры. Функционируют в основном в качестве мембранных рецепторов для антигена. Плазматические клетки, секретирующие IgD, локализуются преимущественно в миндалинах и аденоидной ткани.
Свойства иммуноглобулинов D:
- участвуют в развитии местного иммунитета;
- обладают антивирусной активностью;
- активируют комплемент (в редких случаях);
- участвуют в дифференцировке В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа;
- участвуют в аутоиммунных процессах.
Гетерогенность — обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант:
- изотипические — принадлежность антител к определенному классу иммуноглобулинов;
- аллотипические- обусловлены аллельными различиями иммуноглобулинов, кодируемых соответствующими аллелями Ig гена;
- идиотипические- отражают индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками активных центров молекул антител.
Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом). Это зависит от особенностей строения V- участков H- и L- цепей, множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.
Динамика выработки антител. Первичный и вторичный иммунный ответ.
Первичный иммунный ответ- при первичном контакте с возбудителем (антигеном), вторичный- при повторном контакте. Основные отличия:
- продолжительность скрытого периода (больше- при первичном);
- скорость нарастания антител (быстрее- при вторичном);
- количество синтезируемых антител (больше- при повторном контакте);
- последовательность синтеза антител различных классов (при первичном более длительно преобладают IgM, при вторичном - быстро синтезируются и преобладают IgG- антитела).
Вторичный иммунный ответ обусловлен формированием клеток иммунной памяти. Пример вторичного иммунного ответа - встреча с возбудителем после вакцинации. Антитела широко используются как в научных исследованиях, так и в практической медицине благодаря их способности с высокой аффинностью и специфичностью узнавать практически любой антиген. Самый простой способ получения антител, специфичных к какому-либо антигену, это иммунизация – введение антигена в смеси с определенными добавками – адьювантами, усиливающими иммунный ответ, в организм животного (мышь, кролик, коза, овца, и др.). Из крови иммунизированного животного можно выделить поликлональные антитела – гетерогенную по строению, эпитопной специфичности и аффинности популяцию антител, специфичных к введенному антигену. Чтобы получить идентичные по своей структуре и специфичности антитела, необходимо выделить из организма животного продуцирующие антитела лимфоциты, и иммортализовать их, т.е. сделать способными к бесконечному количеству делений. Иммортализация осуществляется путем слияния лимфоцитов с опухолевыми клетками. Линия клеток, представляющих собой продукт слияния лимфоцита и опухолевой клетки, называется гибридомой. Гибридома способна секретировать антитела, абсолютно одинаковые по своим свойствам (строение, аффинитет, специфичность). Антитела, продуцируемые линией гибридомных клеток, называются моноклональными.
С помощью методов генной инженерии было доказано, что число генов, контролирующих образование иммуноглобулинов, на самом деле ограничено. Однако в отличие от генов других белков они имеют фрагментарную организацию, фрагменты этих генов разбросаны по хромосоме во многих экземплярах. Они собираются вместе в функционирующий ген случайным образом в ходе развития плазматической клетки перед началом транскрипции. При этом число возможных комбинаций выражается в миллионах вариантов функционирующего гена.