Антитела, как специфические белки. Их структура и функции

     Антигенами  могут быть разнообразные чужеродные вещества белковой природы, а также белки в соединении с липидами, полисахаридами; микробные клетки, их токсины, ферменты агрессии микробной клетки; различные клетки животного и растительного происхождения; сложные комплексы, состоящие из полисахаридов, липидов и белков — эндотоксины микробной клетки.

     Существуют  полноценные антигены, которые способны вызвать в организме синтез иммуноглобулинов и реагировать с ними. Свойствами полноценных антигенов обладают белки, высокополимерные нуклеиновые  кислоты и сложные полисахариды. Для антигенов характерна строгая  специфичность, то есть они способны вызывать в организме образование только специфических антител, которые вступают в реакцию только с антигеном, вызвавшим их образование.

     Кроме полноценных антигенов, существуют неполноценные, которые называют гаптенами. Термин «гаптен» (от haptein — прикреплять) введен в 1936 г. К. Ландштейнером. Отличие неполноценного антигена от полноценного заключается в том, что гаптены лишены иммуногенности, т. е. не способны вызывать образование иммуноглобулинов, но могут соединяться с готовыми, специфическими для них антителами и участвовать в реакциях иммунитета.

     Важной  способностью является то, что у  естественных полноценных антигенов  носителями специфичности являются гаптены. Свойствами гаптенов обладают углеводы с низкой молекулярной массой. Гаптены вследствие маленькой молекулярной массы не способны фиксироваться клетками организма и не могут индуцировать выработку антител. Если молекулы гаптена  укрупнить путем адсорбции гаптена на любом индифферентном белке, такой комплекс превращается в полноценный антиген, способный индуцировать выработку антител. Белок, который укрупняет молекулу гаптена, получил название «шлеппер», т. е. проводник.

     Гаптенами являются и гетерогенные антигены Форсмана, которые были описаны в 1911 г. шведским ученым и названы его именем. Д. Форсман показал, что в органах животных разных видов (кошки, собаки, морские свинки, куры, рыбы и др.) содержится один общий антиген. Это липоидная фракция, которая и обладает свойствами гаптена.

     Некоторые химические вещества (йод, бром, коллоидное железо), лекарственные препараты или продукты их расщепления, находясь в организме человека, являются полугаптенами. Полугаптены в отличие от гаптенов не дают видимой реакции при соединении с антителами, но в то же время полностью блокируют их, так что последующее добавление антигена не вызывает реакции. В организме человека такие полугаптены, особенно химические компоненты лекарств, способны соединяться с белками, приобретать свойства антигенов и вызывать выработку антител. При последующих введениях такого лекарства могут возникать иммунологические конфликты или непереносимость препарата.

     Свойства  антигенов.

     1. Антигены должны быть чужеродными  для данного организма. Появление антител к собственным белкам в организме возможно только при развитии патологических процессов.

     2. Антигенность связана со способом  введения антигена в организм. Она проявляется при парентераль  ном введении (под кожу, внутрикожно,  внутримышечно, внутривенно и  т. д.), т. е. минуя желудочнокишечный  тракт. Однако антитела могут  образовываться и при энтеральном  введении антигена.

     3. Полноценные антигены — вещества, имеющие в ысокую молекулярную массу (10 000 и выше) и сложное строение.

     4. Некоторые исследователи связывают  антигенность с жесткостью поверхностной  структуры, которую определяют  как детерминанту, представляющую собой химические группы, располагающиеся по периферии молекулы антигена; они и обеспечивают антигенную специфичность. Детерминантой молекулы белка являются аминокислоты, составляющие полипептидные цепи, особенно их концевые части. Количество детерминант может быть различным.

     5. Большое значение имеет физическое  состояние антигена, поэтому вводимый  в организм антиген должен  находиться в растворенном состоянии для лучшей его ассимиляции. 
Существует понятие валентность антигенов, определяющее число детерминант, т. е. реактивных групп в молекуле, с помощью которых антиген соединяется с 144 антителом. Валентность белковой молекулы колеблется от 5 до 15.

     Аутоантигены  — вещества собственных тканей, лишенных в эмбриональном периоде контакта с иммунокомпетентными клетками (ткани головного мозга, хрусталика глаза, яичек, щитовидной железы, сперма), а также любая ткань организма, изменившая свои физикохимические свойства. Часто аутоантигены возникают под действием лекарственных веществ, токсинов и ферментов бактерий, вирусов, под влиянием физических факторов (холод, ожог, облучение).

     Антигены  эритроцитов. У человека различают  три основные разновидности эритроцитарных антигенов: 1) гетерофильные, например, антигены Форсмана, встречающиеся и у многих других видов животных и бактерий; 2) видовые, не встречающиеся у других видов животных, но имеющиеся в эритроцитах (и тканях, жидкостях) всех людей; 3) специфические, групповые — изоантигены, содержащиеся в эритроцитах отдельных индивидуумов. Из всех систем эритроцитарных антигенов наибольшее значение в практике имеет система АВО, по которой кровь всех людей делится на 4 группы: 0 (I), А (II), В (III), AB (IV). Важно знать принадлежность крови человека к определенной группе при переливании. Кровь I группы можно переливать лицам со всеми прочими группами, так как ни А, ни В антигенов в эритроцитах этой группы крови нет; кровь II группы можно переливать лицам с II и IV группами, кровь III группы — людям с III и IV группами (у них не имеется антител к эритроцитарным антигенам, находящимся в переливаемой крови), а кровь IV группы можно переливать только индивидуумам с той же группой, не имеющим ни а, ни в антител.

     В эритроцитах человека содержится более 100 антигенов 19 систем. 
Большое значение принадлежит резусфактору (Rhантиген). В зависимости от наличия или отсутствия резусантигена все люди делятся на резусположительных (Rh+) и резусотрицательных (Rh—). В случае брака между резусположительным мужчиной и резусотрицательной женщиной у плода в крови может содержаться Rh+ (от отца) и тогда в сыворотке матери появляются антитела, которые к концу беременности проникают в кровь ребенка и вызывают лизис эритроцитов (гемолитическая болезнь). Заболевание это встречается редко — в 1 случае на 200 беременных. Очевидно, существуют какие-то еще неизвестные механизмы, которые предохраняют организм ребенка от повреждающего действия антител и организм матери от сенсибилизации.

     С антигенами лейкоцитов (их известно более 30) и тканей и органов человека связана проблема гистосовместимости при пересадке тканей и органов. Тканям человека присуща почти абсолютная индивидуальность, поэтому очень трудно подобрать донора ткани для пересадки. Как и с системой эритроцитарных антигенов,  донор и реципиент совместимы, если у донора нет антигенов, отсутствующих у реципиента.

     Антигены  микроорганизмов. Все бактерии, вирусы и их отдельные структуры, токсины  являются полноценными антигенами, так  как способны индуцировать синтез иммуноглобулинов и реагировать с ними в иммунологических реакциях. Антигенная структура микробных клеток представляет собой мозаику, состоящую из различных компонентов.

     По  расположению в микробной клетке различают антигены: капсульные (у бактерий, образующих капсулу), поверхностные, оболочечные К-антигены, которые отличаются от антигенов клетки, соматические, или О-антигены, и жгутиковые, или Н-антигены.

     Усовершенствование  методов иммунохимического анализа  показало, что многие микроорганизмы одного и того же вида могут различаться  по антигенной структуре и в зависимости  от этого делятся на серологические варианты (типы). Эти особенности  учитываются при диагностике  и профилактике инфекционных заболеваний и при эпидемиологических исследованиях. 

     Современные теории образования  антител

     Образование антитела является результатом межклеточного взаимодействия, возникающего под влиянием иммуногенного стимула. В клеточной кооперации участвуют три типа клеток: макрофаги (А-клетки). лимфоциты тимусного происхождения (Т-лимфоциты) и лимфоциты костномозгового происхождения (В-лимфоциты). Т- и В-лимфоциты имеют на своей поверхности генетически детерминированные рецепторы для антигенов самой разнообразной специфичности. Таким образом, распознавание антигена сводится к отбору (селекции) клонов Т- и В-лимфоцитов, несущих рецепторы данной специфичности. Иммунный ответ осуществляется по следующей схеме. Антиген, попадая в организм, поглощается макрофагами и перерабатывается ими в иммуногенную форму, которая распознается иммуноглобулиноподобными рецепторами Т-лимфоцитов (помощников), специфичными к данному антигену. Молекулы антигена, связанные с иммуноглобулиновыми рецепторами, отрываются от Т-лимфоцитов и присоединяются к макрофагам через Fc-рецепторы иммуноглобулинов. На макрофагах образуется таким способом «обойма» антигенных молекул, которая распознается специфическими рецепторами В-лимфоцитов. Только такой массированный сигнал может вызвать пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцита (предшественника) в плазматическую клетку. Следовательно, Т- и В-лимфоциты распознают различные детерминанты на одной молекуле антигена. Клеточная кооперация возможна лишь при наличии двойного распознавания. Феномен двойного распознавания заключается в том, что Т- и В-лимфоциты распознают чужеродную антигенную детерминанту только в комплексе с продуктами генов основного комплекса гистосовместимости своего организма. Известно, что клеточной кооперации между аллогенными клетками не происходит. Вероятно, ассоциация антигенной детерминанты со своими поверхностными структурами осуществляется на поверхности макрофагов в процессе переработки антигена в иммуногенную форму, а также на поверхности лимфоцитов. 

     Выделение антител и их очистка

     Различают неспецифические и специфические методы выделения антител. К неспецифическим относят методы фракционирования иммунных сывороток, в результате которых получают фракции, обогащенные антителами, чаще всего фракцию lgG-антител. К ним относятся высаливание иммуноглобулинов сернокислым аммонием или сернокислым натрием, осаждение иммуноглобулинов спиртом, методы препаративного электрофореза и ионообменной хроматографии и гель-хроматографии. Специфическая очистка основана на выделении антител из комплекса с антигеном и приводит к получению антител одной специфичности, но гетерогенных по физико-химическим свойствам. Процедура состоит из следующих этапов: получение специфического преципитата (комплекса антиген — антитело) и отмывка его от остальных компонентов сыворотки; диссоциация преципитата; отделение антитела от антигена на основе различий в их молекулярной массе, заряде и других физико-химических свойств. Для специфического выделения антител широко используют иммуносорбенты — нерастворимые носители, на которых фиксирован антиген. В этом случае процедура получения значительно упрощается и включает пропускание иммунной сыворотки через колонку с иммуносорбентом, отмывку иммуносорбента от несвязавшихся белков сыворотки, элюцию фиксированного на иммуносорбенте антитела при низких значениях рН и удаление диссоциирующего агента путем диализа. 

     Применение  антител

     Сыворотки, содержащие антитела, называются иммунными сыворотками, или антисыворотками. Антитела в составе глобулиновых фракций иммунных сывороток широко используют для лечения и профилактики ряда инфекционных болезней. Особенно эффективно применение в этих целях антитоксических антител против бактериальных токсинов — дифтерийного, столбнячного, ботулинического и других. С помощью антител к групповым веществам крови оценивают совместимость крови донора и реципиента при переливании крови. Антитела к трансплантационным антигенам используют для выбора донора при пересадке органов и тканей. Широко применяют антитела для идентификации возбудителей различных заболеваний и для идентификации антигенов в судебно-медицинской практике.  
 

     Литература: 

1. Интернет. Википедия.
2. Василенко Ю.К., Биологическая химия – Пятигорск, 2005
3. Интернет. Медицинская энциклопедия.
4. Биохимия антител – М.,1966
5. Эдельман, Структура и функции антител, 1071.
6. Воробьев А.А., Быков А.С., Пашков Е.П., Рыбакова А.М.,

 Микробиология.- М.: «Медицина», 1998.