Антитела

Введение

На протяжении многих миллионов лет существования жизни на Земле природа создала сложную, но надежную систему, получившую название иммунной. Основной задачей этой системы является создание условий для того, чтобы конкретный организм, конкретный индивидуум не погибал в результате встречи с различными чужеродными агентами. Это значит, что под контролем иммунной системы находится функционирование очень многих органов и систем организма. Антитела являются составляющей частью иммунной системы.
Антитела – белки, синтезируемые плазматическими клетками, в ответ наВведение

антигенов. Образование антител является одним из этапов иммунного ответа организма.
Состояние и нормальное функционирование иммунной системы зависит от различных эндогенных и экзогенных факторов. Учитывая ухудшение условий обитания, мутации и увеличение агрессивности существующих патогенных агентов, а также выявление новых болезнетворных микроорганизмов, изучение функционирования иммунной системы не теряет своей актуальности. Данная работа позволит получить нам базовые знания об антителах, что позволит нам в дальнейшем понимать и решать более сложные вопросы, связанные с профилактикой и лечением различных заболеваний.
Цель нашей работы: выявить особенности строения и функционирования антител человека.
Для достижения поставленной цели нам надо решить ряд задач:
1. Изучить строение и свойства антител как высокоспецифичных белков организма.
2. Ознакомиться с классификацией антител в зависимости от строения и выполняемых ими функций.
3. Выявить механизм взаимодействия антител с антигенами.
4. Рассмотреть процесс антителообразования как составляющую часть иммунного ответа.

1. СВОЙСТВА, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ АНТИТЕЛ

Антитела – особый класс гликопротеинов, присутствующих на поверхности В-лимфоцитов в виде мембраносвязанных рецепторов, а также в сыворотке крови и других биологических жидкостях в виде растворимых молекул. Они относятся к сывороточным глобулинам, поэтому называются иммуноглобулины (Ig). Антитела синтезируются плазматическими клетками (плазмоцитами), которыми становятся некоторые В-лимфоциты, при попадании антигенов в организм. Образование антител является одним из этапов иммунного ответа организма [1].
Антителам присущи два свойства:
1. специфичность, т. е. способность вступать во взаимодействие с антигеном, аналогичным тому, который вызвал их образование;
2. разнородность по физико-химическому строению, по специфичности, по происхождению.
Все антитела бифункциональны, это означает, что иммуноглобулин любого типа
– сначала распознает и связывает антиген, а затем
– взаимодействуя с иными факторами иммунной системы, усиливает уничтожение и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате действия гуморального и клеточного иммунных факторов [2].
Данные функции антитела могут выполнять благодаря своему строению. Их молекулы состоят из двух одинаковых легких (L) цепей и двух идентичных одинаковых тяжелых (H) цепей, связанных дисульфидными мостиками и ковалентными связями, т.е. они имеют четвертичную структуру. Конечная часть молекул тяжелых цепей – это их Fc-участок (фрагмент). Fc-фрагментом иммуноглобулин cвязывается с иммунными эффекторами (например, макрофагами, лейкоцитами, тучными клетками, комплементом), несущими на своей поверхности рецепторы к Fc-фрагменту. Первые 110 аминокислот вблизи амино-терминальной части легких и тяжелых цепей очень сильно различаются в различных молекулах антител. Поэтому этот участок молекулы известен как вариабельная область. В вариабельных областях находятся антиген-связывающие участки – два Fab-фрагмента – места распознавания и связывания антигена, этим участком антитело взаимодействует с эпитотом (участком антигена) (рис. 1) .

Рис. 1. Схематическое строение иммуноглобулинов:
1) Fab-фрагмент; 2) Fc-фрагмент; 3) тяжелая цепь (обозначена синим цветом); 4) легкая цепь (обозначена зеленым цветом); 5) антиген-связывающийся участок; 6) шарнирный участок.

Все три фрагмента (2 Fab-фрагмента и 1 Fc-фрагмент) соединены коротким гибким участком, расположенным в середине тяжёлой цепи. Гибкость позволяет молекулам иммуноглобулинов оптимально присоединяться к антигенам, имеющим разное пространственное строение.
Таким образом, каждая молекула антитела имеет два участка связывания антигенов (оба для одного и того же антигена) и один участок для взаимодействия с клетками иммунной системы, что и обуславливает бифункциональность иммуноглобулинов.
Молекулы некоторых классов иммуноглобулинов могут формировать димеры или пентамеры [1], в них мономеры соединены между собой с помощью дополнительной J-цепи (рис. 2).


Рис. 2. Структура антител в виде мономера, димера, пентамера.


2. КЛАССЫ АНТИТЕЛ

У человека выделяют пять классов иммуноглобулинов – IgG, IgA, IgM, IgD, IgE. Они различаются между собой по строению и аминокислотному составу тяжёлых цепей, по физиологическому значению в организме, по способности образовывать полимерные структуры.
IgG являются основными иммуноглобулинами сыворотки здорового человека (составляют 70-80 % всей фракции иммуноглобулинов); наиболее активны во вторичном иммунном ответе и антитоксическом иммунитете

. Благодаря малым размерам IgG являются единственными иммуноглобулинами, которые способны преодолевать плацентарный барьер и переноситься в сосудистую систему плода, тем самым в течение некоторого периода времени они защищают плод и новорожденных от инфекций.
IgM составляют до 10 % иммуноглобулинов крови, обычно существуют в виде пентамера и являются наиболее крупными иммуноглобулинами. Совместно с IgD они являются главными иммуноглобулинами, находящимися на поверхности В-лимфоцитов (маркеры В-лимфоцитов). Результатом их взаимодействия является деление и последующая дифференцировка В-лимфоцитов в секретирующие антитела плазматические клетки. IgM появляются при первичном иммунном ответе B-лимфоцитами на неизвестный антиген, их синтез не требует помощи со стороны Т-клеток. Эти иммуноглобулины первыми синтезируются у плода и новорожденного. Именно за счет IgM формируется пул естественных антител. IgM оказывает выраженное антибактериальное действие. Секреторные IgM при связывании с антигеном способны вызывать активацию системы комплемента.
IgA составляет около 15 % всей фракции иммуноглобулинов, при этом 80 % молекул IgA представлено в мономерной форме у человека. IgA являются главными иммуноглобулинами, которые обнаруживаются в секретах, таких как носовой, бронхиальный, кишечный и простатический, а также в слезах, молозиве, слюне и в вагинальном секрете. Они присутствуют в секретах в виде димера (секреторный IgA), которые состоят из двух молекул мономерного IgA, объединенных полипептидной цепью (J-белок) и связанных другим белком, известным как транспортный (секреторный) компонент. Поскольку секреторные IgA устойчивы к действию ряда ферментов, они сохраняются в секретах, где они оказывают защитное действие, препятствуя размножению микроорганизмов.
IgD составляет менее одного процента фракции иммуноглобулинов плазмы, содержится в основном на мембране некоторых В-лимфоцитов. Является маркером В-лимфоцитов, вместе с IgM запускает начальную активацию В-лимфоцитов; не фиксирует комплемент, не проходит через плаценту.
IgE обычно присутствуют в виде мономера. Поскольку их Fc-фрагмент обладает большим сродством к рецепторам, имеющимся на поверхности тучных клеток и базофилов, он прикрепляется к этим клеткам после cинтеза плазматическими клетками, и лишь очень малое его количество обнаруживается в крови (следы). Когда молекулы IgE, находящиеся на поверхности тучных клеток или базофилов связываются со специфическим антигеном, комплекс антиген-антитело запускает выделение медиаторов воспаления, таких как гистамин, гепарин и др. Это приводит к развитию аллергической реакции. Также IgE способен осуществлять защитную функцию в организме от действия паразитарных инфекций [2].
Сведения о структуре, свойствах и функциях отдельных классов иммуноглобулинов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Краткая характеристика классов антител


3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АНТИТЕЛ С АНТИГЕНАМИ

Антитела специфически взаимодействуют с соответствующими антигенами, в результате которого образуются иммунные комплексы антиген–антитело. Часто конечным результатом этой реакции является связывание токсинов, обездвиживание вирулентных бактерий, нейтрализация вирусов. Гомогенная популяция молекул антител одного клона плазмоцитов обычно связывает молекулы антигенов с большим структурным сходством. При этом антитела взаимодействуют не со всей молекулой антигена, а только с ее небольшим участком, который получил название антигенной детерминанты, или эпитопа. Эпитоп – наименьшая распознаваемая единица антигена. Молекула антигена может иметь несколько эпитопов, то есть быть поливалентной. Чем сложнее молекула антигена и чем больше у неё эпитопов, тем больше вероятность развития иммунного ответа. Небольшие по размеру антигены (гаптены) имеют один эпитоп [3].
Взаимодействие антител с антигеном включает специфическую и неспецифическую фазы:
1) специфическая фаза протекает быстро и представляет специфическое взаимодействие Fab-фрагмента антитела с антигеном;
2) неспецифическая фаза протекает медленнее, зависит от присутствия электролитов и свойств антигена. При взаимодействии антител с простыми гаптенами вторая фаза, как правило, отсутствует, т.к. единственный эпитоп гаптена может связать только одну иммуноглобулиновую молекулу [6].
При изучении механизма взаимодействия антител с антигеном в течение первой фазы установлено, что в момент связывания антителом эпитопа возникает конформационная перестройка как молекулы антитела, так и антигена. Образно выражаясь, антиген и антитело взаимодействуют не так жестко, как ключ и замок, а «подстраиваясь» друг к другу, как рука и перчатка. Соединение антигена с антителом обратимо. Извлеченные из иммунных комплексов антитела сохраняют антигенсвязывающую активность и не отличаются по химическим и физическим свойствам от нативных антител.
Характер реакций, протекающих во второй фазе реакции антиген-антитело, определяется в значительной мере физическими свойствами антигена и проявляется в виде нескольких основных феноменов (агглютинации, нейтрализации токсинов и преципитации).
Феномен агглютинации заключается в том, что микроорганизмы, животные клетки или другие корпускулярные антигенные частицы, находящиеся во взвеси, под влиянием антител склеиваются между собой