Антитела, как специфические белки. Их структура и функции

 
 

Реферат

«Антитела, как специфические белки. Их структура и функции» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание:

1. Антитела………………………………………………………………3
2. Классы иммуноглобулинов и их физико-химические свойства…...4
3. Структура антител и их специфичность………….............................7
4. Виды антител и их синтез……………………………………………9
5. Антигены…………………………………………………………….10
6. Современные теории образования антител………………………..15
7. Выделение антител и их очистка…………………………………..16
8. Применение антител………………………………………………...17
9. Литература…………………………………………………………..18

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Антитела

     Антитела - специфические белки, иммуноглобулины, образующиеся в организме под  воздействием антигена и обладающие свойством специфически с ним связываться и отличающиеся от обычных глобулинов наличием активного центра.

     Защитная  роль антител как факторов гуморального иммунитета обусловлена их антигенраспознающей и антигенсвязывающей активностью и рядом эффекторных функций: способностью активировать систему комплемента, взаимодействовать с различными клетками, усиливать фагоцитоз. Эффекторные функции антител реализуются, как правило, после их соединения с антигеном, вслед за которым происходит удаление чужеродного агента из организма. При инфекциях появление в крови больного антител против возбудителя инфекции свидетельствует о сопротивлении организма данной инфекции, а уровень антител служит мерой напряженности иммунитета.

     Впервые появление в крови у животных веществ, которые специфически взаимодействовали с введенными ранее токсинами бактерий, обнаружили в 1890 г. Беринг и Китасато (Е. Behring, S. Kitasato). Вещество вызывало обезвреживание токсина и было названо антитоксином. Более общий термин «антитела» был предложен, когда выявили возникновение подобных веществ при введении в организм любых чужеродных агентов. Первоначально о появлении и накоплении антител судили по способности исследуемых сывороток давать при соединении с антигенами видимые серологические реакции или по их биологической активности — способности нейтрализовать токсин, вирус, лизировать бактерии и чужеродные клетки. Предполагали, что каждому феномену соответствуют особые антитела. Однако впоследствии оказалось, что тип антиген — антитело реакции определяется физическими свойствами антигена — его растворимостью, а антитела разной специфичности и видового происхождения принадлежат к гамма-глобулиновой фракции крови или, по номенклатуре ВОЗ, к иммуноглобулинам (lg). Иммуноглобулины — это совокупность сывороточных белков, несущих активность антител. Позже была обнаружена гетерогенность по физико-химическим свойствам и сродству к антигену антител одной специфичности, выделенных от одного индивида, и показано, что они синтезируются в организме разными клонами плазматических клеток. Важным шагом в изучении строения антител стало использование с этой целью миеломных белков — гомогенных иммуноглобулинов, синтезируемых одним клоном плазматических клеток, подвергшихся малигнизации. 

     Классы  иммуноглобулинов и  их физико-химические свойства

     Иммуноглобулины составляют около 30% всех белков сыворотки  крови. Их количество значительно возрастает после антигенной стимуляции. Антитела могут принадлежать к любому из пяти классов иммуноглобулинов (lgA, lgG, lgM, lgD, lgE). Молекулы иммуноглобулинов всех классов построены из полипептидных цепей двух видов: легких (L) с молекулярной массой около 22000, одинаковых для всех классов иммуноглобулинов, и тяжелых (Н) с молекулярной массой от 50000 до 70000 в зависимости от класса иммуноглобулина. Структурные и биологические особенности каждого класса иммуноглобулинов обусловлены особенностями строения их тяжелых цепей. Основной структурной единицей иммуноглобулинов всех классов является димер двух идентичных пар легкой и тяжелой цепей (L—Н)₂.

     Иммуноглобулин G (lgG) имеет молекулярную массу около 160000, молекула состоит из одной (L—Н)₂-субъединицы и содержит два антигенсвязывающих центра. Это основной класс антител, составляющий до 70—80% от всех иммуноглобулинов сыворотки крови. Концентрация lgG в сыворотке крови 6—16 г/л. В процессе первичного иммунного ответа (после первичного введения антигена) он появляется позднее lgM-антител, но образуется раньше при вторичном иммунном ответе (после повторного введения антигена). lgG — единственный класс антител, которые проникают через плаценту и обеспечивают иммунологическую защиту плода, активируют систему комплемента, обладают цитофильной активностью. Благодаря высокому содержанию в сыворотке крови lgG имеет наибольшее значение в противоинфекционном иммунитете. Поэтому об эффективности вакцинации судят по наличию его в сыворотке крови.

       
 
 
 
 
 
 

     Иммуноглобулин  М (lgM) имеет молекулярную массу 900000. молекула состоит из 5 (L—Н)₂-субъединиц, скрепленных дисульфидными связями и дополнительной пептидной цепью (J-цепь). lgM составляет 5—10% от всех иммуноглобулинов сыворотки крови; концентрация его в сыворотке крови 0,5—1,8 г/л. Антитела этого класса образуются при первичном иммунном ответе. Молекула lgM содержит 10 активных центров, поэтому lgM особенно эффективен против микроорганизмов, содержащих в мембране повторяющиеся антигенные детерминанты. lgM обладает высокой агглютинирующей активностью, сильным опсонизирующим эффектом, активирует систему комплемента. В виде мономера является антигенсвязывающим рецептором В-лимфоцитов. 
 

       
 
 
 
 

     Иммуноглобулин A (lgA) составляет 10—15% от сывороточных иммуноглобулинов; концентрация его в сыворотке 1—5 г/л крови. lgA существует в виде мономера, димера, тримера (L—Н)₂-субъединицы. В виде секреторного lgA (slgA), устойчивого к протеазам, является основным глобулином экстраваскулярных секретов (слюны, слезной жидкости, носового и бронхиального секретов, поверхности слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта). lgA-антитела обладают цитофильной активностью, агглютинируют бактерии, активируют систему комплемента, нейтрализуют токсины, создают защитный барьер в местах наиболее вероятного проникновения инфекционных агентов. Уровень lgA в сыворотке крови возрастает при перинатальных инфекциях, заболеваниях дыхательных путей.

       
 
 
 
 
 
 
 
 

     Иммуноглобулин  Е (lgE) имеет вид мономера (L—Н)₂-субъединицы и молекулярную массу около 190000. В сыворотке крови содержится в следовых количествах. Обладает высокой гомоцитотропной активностью, т.е. прочно связывается с тучными клетками соединительной ткани и базофилами крови. Взаимодействие связанных с клетками lgE с родственным антигеном вызывает дегрануляцию тучных клеток, высвобождение гистамина и других вазоактивных субстанций, что приводит к развитию гиперчувствительности немедленного типа. Ранее антитела lgE-класса назывались реагинами.

       
 
 
 
 
 
 
 

     Иммуноглобулин D (lgD) существует в виде мономерного антитела с молекулярной массой около 180000. Концентрация его в сыворотке крови 0,03—0,04 г/л. lgD в качестве рецептора присутствует на поверхности В-лимфоцитов.  

     Структура антител и их специфичность

       Общий план строения макромолекулы  обычно рассматривают в отношении lgG-антател. включающих одну (L—Н)₂-субъединицу. При ограниченном протеолизе папаином молекулы А этого класса распадаются на два идентичных Fab-фрагмента и Fc-фрагмент. Каждый Fab-фрагмент содержит по одному активному центру, или антидетерминанте, т.к. соединяется с антигеном, но не может его преципитировать. В организации активного центра принимают участие вариабельные участки легкой и тяжелой цепей.

     Fc-фрагмент  не связывает антиген. В его  состав входят константные участки  тяжелых цепей. В Fc-фрагменте  расположены центры, ответственные за эффекислоторные функции, общие для всех антител одного класса. Схематически молекулу lgG-антител можно представить в виде буквы Y, верхние плечи которой составляют идентичные Fab-фрагменты, а нижний отросток является Fc-фрагментом.

     

 

     Иммунная  система позвоночных способна синтезировать 10⁵—10⁸ молекул антител разной специфичности. Специфичность — важнейшее свойство антител позволяющее им избирательно реагировать с тем антигеном, которым был стимулирован организм. Специфичность антител определяется уникальностью строения антидетерминанты и является результатом пространственного соответствия (комплементарности) между детерминантой антигена и аминокислотными остатками, выстилающими полость анти-детерминанты. Чем выше комплементарность, тем большее число нековалентных связей возникает между детерминантой антигена и аминокислотными остатками антидетерминанты и тем прочнее, стабильнее образующийся иммунный комплекс. Различают аффинность антител, которая является мерой прочности связывания одной антидетерминанты с детерминантой, и авидность антител — суммарную силу взаимодействия поливалентного антитела с полидетерминантным антигеном. Хотя антитела способны различать незначительные изменения в структуре антигена, известно, что они могут реагировать и с детерминантами сходной структуры. Антитела одной специфичности представлены пулом молекул с разной молекулярной массой, электрофоретической подвижностью и разным сродством к антигену.

     Для получения однородных по специфичности  и сродству к антигену антител  применяют гибридому — гибрид моноклона антителопродуцирующей клетки с клеткой миеломы. Гибридома приобретает способность продуцировать в неограниченном количестве моноклональные антитела абсолютно идентичные по классу и типу молекул, по специфичности и сродству к антигену. Моноклональные антитела — наиболее перспективное диагностическое и лечебное средство. 

     Виды  антител и их синтез

     Различают полные и неполные антитела. Полные антитела имеют в молекуле не менее двух активных центров и при соединении с антигенами дают видимые серологические реакции. Могут быть тепловые и холодовые полные антитела, которые реагируют с антигеном соответственно при t° 37° или при 4°. Известны двухфазные, биотермические антител. Они соединяются с антигеном при низких температурах, а видимый эффект соединения проявляется при 37°. Полные антитела могут принадлежать ко всем классам иммуноглобулинов. Неполные антитела (моновалентные, непреципитирующие, блокирующие, агглютиноиды) содержат в молекуле одну антидетерминанту, вторая антидетерминанта или замаскирована, или обладает низкой аффинностью. Неполные антитела не дают при соединении с антигеном видимых серологических реакций. Их выявляют по способности блокировать реакцию специфического антигена с полными антителом той же специфичности либо с помощью антиглобулинового теста — так называемые пробы Кумбса. К неполным антителам относятся антитела к резус-фактору.

     Нормальные (естественные) антитела обнаруживают в крови животных и человека при отсутствии явной инфекции или иммунизации. Антибактериальные нормальные возникают, вероятно, в результате постоянного, незаметного контакта с данными бактериями. Предполагают, что они могут определять индивидуальную устойчивость организма к инфекциям. К нормальным антителам относят изоантитела, или алло-антитела. Нормальные, как правило, представлены lgM.

     Синтез  молекул иммуноглобулинов осуществляется в плазматических клетках. Тяжелые и легкие цепи молекулы синтезируются на разных хромосомах и кодируются разными наборами генов.

     Динамика  выработки антител в ответ на антигенный стимул зависит от того, впервые или повторно организм сталкивается с данным антигеном. При первичном иммунном ответе появлению антител в крови предшествует латентный период продолжительностью 3—4 дня. Первые образующиеся антитела принадлежат к lgM. Затем количество их резко возрастает и происходит переключение синтеза с lgM- на lgG-антитела. Максимум содержания антител в крови приходится на 7—11-е сутки, после чего их количество постепенно снижается. Для вторичного иммунного ответа характерны укороченный латентный период, более быстрое нарастание титров антител и большее их максимальное значение. Характерно образование сразу lgG-антител. Способность к иммунному ответу по вторичному типу сохраняется в течение многих лет и представляет собой проявление иммунологической памяти, примерами которой может служить противокоревой и противооспенный иммунитет. 

     Антигены

     Антигенами (от anti — против, genos — род, происхождение) в инфекционной иммунологии было принято называть чужеродные для организма вещества, которые при попадании в его внутреннюю среду способны вызывать образование специфических антител и соединяться с ними. Однако в настоящее время это определение не является полным, так как стали известны такие иммунологические феномены, как реакция повышенной чувствительности замедленного типа, иммунологическая толерантность, трансплантационный иммунитет, причем в этих реакциях в результате действия антигена на организм могут появиться сенсибилизированные к данному антигену клетки (лимфоциты) при трансплантационном иммунитете либо происходит подавление активности лимфоидных клеток при иммунологической толерантности. Поэтому в настоящее время дается более широкое определение и антигенами называют вещества, которые при попадании в организм способны вызвать специфические иммунологические реакции: синтез иммуноглобулинов, появление сенсибилизированных лимфоцитов, иммунологическую толерантность к этому веществу, иммунологическую память.