Иммуноглобулины (антитела) и сыворотки

Иммуноглобулины (антитела) и сыворотки.

Иммуноглобулины и сыворотки.  К сывороточным иммунным препаратам относят иммунные сыворотки и иммуноглобулины. Иммунные сыворотки получают из крови гипериммунизированных животных (лошади, ослы) соответствующей вакциной или крови иммунизированных людей. Очищенные и концентрированные  иммунные сыворотки называют иммуноглобулинами.

Иммунные сывороточные препараты, полученные из крови животных-гетерологичные, а из крови людей-гомологичные. Активность сывороточных препаратов выражают в титрах антител-антитоксинов, гамагглютининов и т.п. Основной механизм сывороточных препаратов сводится к связыванию и нейтрализации антителами бактерий, вирусов и их антигенов, в том числе токсинов в организме.

В связи с этим различают иммунные сывороточные препараты:

• противовирусные
• антибактериальные
• антитоксические

Сывороточные препараты вводятся внутримышечно, подкожно, и иногда внутривенно. Эффект  от введения препарата наступает сразу после введения и продолжается от 2-3 нед (гетерологичные антитела)  до 4-5 (гомологичные антитела). Для исключения возникновения анафилактической реакции и сывороточной болезни сывороточные препараты вводят по методу Безредко.

Гомологичные сывороточные препараты широко применяют для профилактики и лечения вирусного гепатита, кори, для лечения ботулизма, столбняка, стафилококковых  и др. инфекций. Гетерологичные сывороточные препараты имеет строго ограниченное применение из-за опасности аллергических осложнений при их введении.

Антитела — иммуноглобулины, вырабатываемые в ответ на введение антигена и способные специфически взаимодействовать с этим же антигеном. Антитела относятся к гамма-глобулинам, т.е наименее подвижной в электрическом поле фракции белков сыворотки крови. В организме гамма-глобулины вырабатываются особыми клетками — плазмоцитами.(30% в сыворотки крове от всех белков крови).

Строение молекул антител было определено в конце 50-х годов 20 в. в работах Р.Портера и Эдельмана.

Функции антител:

1. Первичная-взаимодействие их активных центров с комплементарными им детерминантами антигенов.
2. Вторичная состоит в способности антител – связывать антиген с целью его нейтрализации и элиминации из организма, т.е. принимать участие в формировании защиты от антигена; участвовать в распознании «чужого» антигена; обеспечивать кооперацию иммунокомпетентных клеток (макрофагов,Т- и В-лимфоцитов); участвовать в различных формах иммунного ответа(фагоцитоз, киллерная функция, ГНТ, ГЗТ, иммунологическая толерантность, иммунологическая память).

Структура антител:

Молекулярная масса иммуноглобулинов находится в пределах 150-900кД. Их молекулы имеют цилиндрическую форму, они видны в электронном микроскопе. До 80% иммуноглобулинов имеют константу седиментации 7S; устойчивы к слабым кислотам, щелочам, нагреванию до 60С.

Иммуноглобулины. Классы (по структуре):
У млекопитающих существует 5 классов иммуноглобулинов, различающихся по своему строению и некоторым свойствам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD.

Иммуноглобулины М,G,A имеют подклассы. Все классы и подклассы различаются по аминокислотной последовательности.

Иммуноглобулины человека и животных сходны по строению. Молекулы иммуноглобулинов всех 5-ти классов состоят из полипептидных цепей: двух одинаковых тяжёлых цепей Н и двух одинаковых лёгких цепей-L, соединённых между собой дисульфидными мостиками. Каждому классу иммуноглобулинов(M,G,A,E,D), различают 5 типов тяжёлых цепей: мю, гамма, альфа, эпсилон, дельта, имеющих молекулярную массу в пределах 50-70кД(содержат 420-700 аминокислотных остатков) и различающихся по антигенности.

Лёгкие цепи всех 5 классов являются общими и бывают 2-х типов:каппа и лямбда; имеют молекулярную массу 23кД. L-цепи иммуноглобулинов различных классов могут вступать в соединение как с гомологичными, так и с гетерологичными Н-цепями. Как и в Н,так и в L цепях имеется вариабельная V область, в которой последовательность аминокислот непостоянна, и константная –С область с постоянным набором аминокислот.

При воздействии протеолитическим ферментом папином иммуноглобулин расщепляется на три фрагмента: два некристаллизующихся, содержащих детерминантные группы к антигену( Fab-фрагменты I и II и один крист-ся Fc фрагмент.

Антитела являются двухвалентными. IgG-типовая структура молекулы иммуноглобулина. В ответ на введение любого антигена могут выработаться антитела всех 5-ти классов. Содержание иммуноглобулинов меняется с возрастом.

Иммуноглобулины.Строение.
Наиболее «типичное» строение имеют IgG. Молекула состоит из 4 белковых цепей: двух легких (L) и двух тяжелых (H), которые соединены между собой дисульфидными связями. Центр связывания с антигенной детерминантой называется активным центром антитела. Он образован N-концевыми участками тяжелой и легкой цепей. Участок тяжелых цепей, расположенный вблизи  дисульфидных связей, называется шарнирной областью.

Р. Портеру с помощью фермента папаина удалось расщепить молекулу  IgG выше шарнирной области. В результате образовывалось 3 фрагмента: 2 из них содержали легкую цепь и часть тяжелой цепи, а также активный центр антитела (Fab-фрагменты); третий фрагмент состоял только из тяжелой цепи (Fc-фрагмент).

Таким образом было показано, что молекула IgG имеет 2 активных центра, т.е. является двухвалентной (может связывать 2 молекулы антигена). Благодаря подвижной шарнирной области Fab-фрагменты могут изменять взаимное расположение в пространстве.

Аминокислотная последовательность в легкой и тяжелой цепях делятся на константный (постоянный) и вариабельный участки. Вариабельные участки находятся на N-концах легких и тяжелых цепей (VL и VH). Константные участки последовательности находятся на С-концах цепей (СL и СH). В легких и тяжелых цепях аминокислотные последовательности образуют несколько глобулярных структур, которые называются доменами. Конформация домена поддерживается дисульфидной связью.

Активный центр антитела образуется вариабельными доменами легкой и тяжелой цепей и представляет собой полость (паратоп), имеющую определенную конфигурацию и  распределение электрических зарядов на своей поверхности. Размер, форма и распределение зарядов в активном центре определяет его специфичность, т.е. способность связываться с определенной антигенной детерминантой (эпитопом), имеющей комплементарную структуру.

Антигенные детерминанты представляют собой участки, выступающие на поверхности молекул антигенов. Поэтому взаимодействие эпитоп-паратоп происходит по принципу «ключ-замок».

Для связывания эпитопа и паратопа требуется взаимное притяжение атомных групп на участках молекул антигена и антитела, контактирующих друг с другом, благодаря комплементарности. В результате взаимодействия образуются нековалентные связи: водородная связь, электростатическое взаимодействие, Ван-дер-ваальсовы силы, гидрофобное взаимодействие, которые удерживают антигенную детерминанту внутри паратопа.

Прочность связи активного центра антител с антигенной детерминантой характеризуется понятием аффинность.

Аффинность – это мера сродства активного центра и антигенной детерминанты.
Конфигурация активного центра зависит от аминокислотных последовательностей вариабельных доменов как легкой, так и тяжелой цепей, поэтому замена даже одной аминокислоты в этой области  может привести к изменению специфичности активного центра.

На долю иммуноглобулинов класса IgG приходится 75% от общего количества сывороточных имуноглобулинов.

У человека существует 4 разновидности (подкласса) молекул IgG: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, которые отличаются друг от друга по аминокислотным последовательностям тяжелых цепей в шарнирной области, количеству дисульфтдных связей. IgG1 содержатся в сыворотке крови в наибольшей концентрации,  IgG4 – в наименьшей.

Важным свойством IgG является их способность проходить через плаценту. Таким образом материнские антитела попадают в организм ребенка и защищают его в первые месяцы жизни от инфекции (естественный пассивный иммунитет).

К классу IgM относится около 10% общего пула иммуноглобулинов. Молекула IgM представляет собой пентамер, т.е. состоит из 5 одинаковых молекул, сходных по своему строению с молекулой IgG, имеет 10 активных центров. Субъединицы соединены между собой дисульфидными связями.  В молекуле IgM имеется дополнительная J-цепь, которая связывает субъединицы.  Антитела класса IgM не проходят через плацентарный барьер.

Антитела класса IgА составляют 15-20% от общего содержания иммуноглобулинов. Молекула IgА состоит из 2-х легких и 2-х тяжелых цепей, имеет 2 активных центра. В сыворотке крови IgА присутствуют в мономерной форме, тогда как в секретах слизистых оболочек  IgА представлены в виде димеров и называются секреторными  или sIgА, имеют 4 активных центра.

С-концы тяжелых цепей  в молекуле sIgА соединены между собой  J-цепью и белковой молекулой, которая называется секреторный компонент. Секреторный компонент защищает sIgА от расщепления и инактивации протеолитическими ферментами, которые содержатся в большом количестве в секрете слизистых оболочек. Основная функция sIgА – защита слизистых оболочек от инфекции. IgА не проникают через плацентарный барьер.

Высокая концентрация sIgА обнаруживается в женском грудном молоке, особенно в первые дни лактации. Они защищают желудочно-кишечный тракт новорожденного от инфекции.

IgD – в основном находятся на мембране В-лимфоцитов. Имеют строение, подобное IgG, 2 активных центра. Биологическая роль до конца не известна.

IgЕ – концентрация этого класса иммуноглобулинов в сыворотке крови чрезвычайно низкая. Молекулы IgЕ в основном фиксированы на поверхности тучных клеток и базофилов. По своему строению IgЕ сходен с IgG, имеет 2 активных центра. Предполагается, что IgЕ имеет существенное значение в развитии антигельминтозного иммунитета. IgЕ играет главную роль в патогенезе некоторых аллергических заболеваний (бронхиальная астма, сенная лихорадка) и анафилактического шока.

Изотипы легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов
Существует 2 типа легких цепей, имеющие некоторое различие в строении – лямбда и каппа.

Типы тяжелых цепей иммуноглобулинов G,M,A,D,E, обозначаются буквами греческого алфавита – γ, μ, α, δ, ε — соответственно.  В молекуле иммуноглобулина могут объединяться пары легких и тяжелых цепей любого типа, но обе цепи в паре всегда относятся к одному типу.

Эффекторные функции антител
Кроме специфического связывания антигена антитела выполняют другие – эффекторные функции – связывание с клеточной мембраной и активацию комплемента.

На мембране клеток, участвующих в иммунном ответе присутствуют рецепторы, способные связывать С-концевые участки антител различных классов. Молекулы IgG и IgА способны фиксироваться на моноцитах, макрофагах и нейтрофилах.

Иммуноглобулины класса IgE связываются с рецепторами мембран тучных клеток и базофилов. Реакция АГ с антителом, фиксированным на поверхности клеток называется клеточно-опосредованной.

Активация комплемента. На тяжелых цепях молекул IgG и IgМ имеются рецепторы для фракции С1 комплемента. Однако они становятся доступными только после взаимодействия антитела с антигеном (после образования иммунного комплекса). Комплекс АГ+АТ называется малым иммунным комплексом, который активирует систему комплемента по классическому пути (С1-С4-С2-С3-С5—С9), в результате чего образуется большой иммунный комплекс – АГ+АТ+К.

Таким образом, связывать и активировать комплемент способны иммунные комплексы с участием только  IgG и IgМ. Большие иммунные комплексы, в отличие от малых, распознаются и поглощаются макрофагами. Таким образом происходит удаление антигенов из кровеносного русла.