Епитопите са най-малките структури в тялото. Концепцията за антигенни детерминанти или епитопи. Домени в молекула на антитяло

СИСТЕМА ЗА ИМУНОБИОЛОГИЧНО ИЗСЛЕДВАНЕ

биологично значениесистеми за имунобиологично наблюдение IBN се състои в контрола (надзора) на индивидуалния и хомогенен клетъчен и молекулен състав на тялото.

Откриването на носител на чужда генетична или антигенна информация (молекули, вируси, клетки или техни фрагменти) се придружава от нейното инактивиране, унищожаване и като правило елиминиране. В същото време клетките на имунната система са в състояние да поддържат "памет" за този агент.

Повтарящият се контакт на такъв агент с клетките на системата IBN предизвиква развитието на ефективен отговор, който се формира с участието както на специфични, имунни защитни механизми, така и на неспецифични резистентни фактори на организма (фиг. 1).

Ориз. 1. Структурата на системата за имунобиологично наблюдение на организма. NK - естествени убийци (естествени убийци). А клетките са антиген-представящи клетки.

Сред основните понятия в системата от идеи за механизмите за наблюдение на индивидуалния и хомогенен антигенен състав на организма включват понятията хипертония, имунитет, имунна система и системата от фактори на неспецифичната защита на организма.

Антигени

Първоначалната връзка в процеса на формиране на имунния отговор е разпознаването на чужд агент - антиген (Ag). Произходът на този термин се свързва с периода на търсене на агенти, вещества или "тела", които неутрализират факторите, причиняващи заболяването, и по-конкретно ставаше дума за токсина на дифтерийния бацил. Първоначално тези вещества бяха наречени „антитоксини“, а скоро беше въведен и по-общият термин „антитело“. Факторът, водещ до образуването на "антитела", е обозначен като "антиген".

антиген- вещество с екзогенен или ендогенен произход, което причинява развитието на имунни реакции (хуморални и клетъчни имунни отговори, реакции на свръхчувствителност от забавен тип и формиране на имунологична памет).

Като се има предвид способността на антигените да предизвикват толерантност, имунен или алергичен отговор, те също се наричат ​​съответно толерогени, имуногени или алергени.

Различният резултат от взаимодействието между Ag и тялото (имунитет, алергия, толерантност) зависи от редица фактори: от свойствата на самия Ag, условията за взаимодействието му с имунната система, състоянието на реактивността на организма и други (фиг. 2).

Ориз. 2. Потенциални ефекти на антигена в организма.

Антигенна детерминанта

Образуването на антитела и сенсибилизирането на лимфоцитите не се причинява от цялата Ag молекула, а само от нейната специална част - антигенната детерминанта, или епитопа. В повечето протеинови Ags такава детерминанта се образува от последователност от 4-8 аминокиселинни остатъка, а в полизахаридните Ags - от 3-6 хексозни остатъка. Броят на детерминантите за един Ag може да бъде различен. И така, яйчният албумин има поне 5 от тях, дифтерийният токсин има най-малко 80, а тиреоглобулинът има повече от 40.

Видове антигени

В съответствие със структурата и произхода Ag се разделя на няколко вида.

В зависимост от структурата се разграничават протеинови и непротеинови Ags.

едно). Протеини или сложни вещества (гликопротеини, нуклеопротеини, LP). Техните молекули могат да имат няколко различни антигенни детерминанти;

2). Веществата, които не съдържат протеин, се наричат ​​хаптени. Те включват много моно-, олиго- и полизахариди, липиди, гликолипиди, изкуствени полимери, неорганични вещества(съединения на йод, бром, бисмут), някои лекарства. Сами по себе си хаптените не са имуногенни. Въпреки това, след прикрепването им (обикновено ковалентно) към носител - протеинова молекула или протеинови лиганди клетъчни мембрани- придобиват способността да предизвикват имунен отговор. Молекулата на хаптен обикновено съдържа само една антигенна детерминанта.

В зависимост от произхода се разграничават екзогенни и ендогенни антигени.

1. Екзогенна Agразделени на инфекциозни и неинфекциозни.

б) Неинфекциозни (чужди протеини; протеин-съдържащи съединения; Ag и хаптени в състава на прах, хранителни продукти, растителен прашец, редица лекарства).

2. Ендогенна Ag(автоантигени) се появяват, когато протеини и протеин-съдържащи молекули на техните собствени клетки, неклетъчни структури и телесни течности са увредени, когато хаптените са конюгирани с тях, в резултат на мутации, водещи до синтеза на анормални протеини, когато имунната система не успява. С други думи, във всички случаи, когато Ag е признат за чужд.

Имунитет

В имунологията терминът "имунитет" се използва в три значения.

2. За обозначаване на реакциите на системата IBN срещу Ag.

3. За обозначаване на физиологичната форма на имуногенната реактивност на организма, наблюдавана, когато клетките на имунната система влязат в контакт с генетично или антигенно чужда структура. В резултат на това тази структура се разрушава и като правило се елиминира от тялото.

Имунната система

Имунната система- комплекс от органи и тъкани, съдържащи имунокомпетентни клетки и осигуряващи антигенна индивидуалност и хомогенност на тялото чрез откриване и като правило унищожаване и елиминиране на чужд Ag от него. Имунната система се състои от централни и периферни органи.

До централните (първични) органи включват костен мозък и тимус. При тях настъпва антиген-независимо делене и узряване на лимфоцити, които впоследствие мигрират към периферните органи на имунната система.

Към периферните (вторични) органи включват далака, лимфните възли, сливиците, лимфоидните елементи на редица лигавици. В тези органи се наблюдава както антиген-независима, така и антиген-зависима пролиферация и диференциация на лимфоцити. По правило зрелите лимфоцити първи контактуват с Ag в периферните лимфоидни органи.

† Популацията на периферните органи на имунната система с Т- и В-лимфоцити, идващи от централните органи на имунната система, не протича хаотично. Всяка популация от лимфоцити мигрира от кръвоносни съдоведо определени лимфоидни органи и дори до различните им региони. И така, В-лимфоцитите преобладават в далака (в червената му пулпа, както и по периферията на бялата) и Пейеровата част на червата (в центровете на фоликулите), а Т-лимфоцитите - в лимфата възли (в дълбоките слоеве на кортикалната им субстанция и в перифоликуларното пространство) .

† В тялото здрав човекв процеса на лимфопоезата се образуват повече от 10 9 разновидности на хомогенни клонове на лимфоцити. В допълнение, всеки клон експресира само един тип специфичен антиген-свързващ рецептор. Повечето от лимфоцитите на периферните органи на имунната система не са трайно фиксирани в тях. Те непрекъснато циркулират с кръв и лимфа както между различните лимфоидни органи, така и във всички други органи и тъкани на тялото. Такива лимфоцити се наричат ​​рециркулиращи.

† Биологично значение на рециклирането на Т- и В-лимфоцитите:

‡ Първо, осъществяването на постоянно наблюдение на антигенните структури на тялото.

‡ На второ място, осъществяването на междуклетъчни взаимодействия (коопериране) на лимфоцити и мононуклеарни фагоцити, което е необходимо за развитието и регулирането на имунните отговори.

Специфичната част от антиген или хаптен, която реагира с имунната система, се нарича антигенна детерминанта или епитоп. Обикновено е малка част от молекула и често се състои само от няколко (четири до осем) аминокиселини или захарни остатъци. Една антигенна молекула може да носи няколко различни епитопа, всеки с характерна, твърдо фиксирана конфигурация, която се определя от първичната, вторичната или третичната структура на молекулата. Тези различни антигенни детерминанти се разпознават отделно от имунната система и синтезираните антитела взаимодействат само с един епитоп (т.е. те са специфични).

Видове антигени

А. Външни антигени:антигените могат да бъдат външни, тоест да влязат в тялото отвън; те включват микроорганизми, трансплантирани клетки и чужди частици, които могат да влязат в тялото по хранителен, инхалационен или парентерален път.

Б. Вътрешни антигени:вътрешните антигени възникват от увредени молекули на тялото (например, когато се комбинират с хаптен, по време на частична денатурация на собствените им молекули или по време на клетъчна трансформация по време на появата на тумор), които се разпознават като „чужди“.

Б. Латентни антигени:някои антигени (например нервна тъкан, протеини на лещите и сперматозоиди) са анатомично отделени от имунната система чрез хисто-хематични бариери дори в ранните етапи на ембриогенезата, поради което не възниква толерантност към тези молекули и навлизането им в кръвния поток в постнаталния период може да доведе до имунен отговор. Имунологична реактивност срещу променени или скрити собствени антигени се проявява при някои автоимунни заболявания.

Разпознаване на антиген

За да се развие имунен отговор, външните антигени трябва първо да бъдат разпознати от имунната система. Механизмите на разпознаване не са добре разбрани, те зависят от естеството (вида) на антигена, от начина, по който влиза в тялото и т.н. Оптимален имунен отговор към най-голямото числоантигените възникват едва след взаимодействието на антигена с макрофагите, Т- и В-лимфоцитите (фиг. 10.1). По този начин макрофагът играе ролята на клетъчния "обработващ" антиген. Дендритните ретикуларни клетки в лимфоидните фоликули и интердигитиращите ретикуларни клетки в паракортекса на лимфните възли също се смятат за специализирани макрофаги, адаптирани да „обработват“ антигени съответно за В и Т клетки (вижте по-долу).

"Обработката" се състои във факта, че антигенът, абсорбиран от макрофага, отново се показва на повърхността му в комбинация с молекулата MHC (Major Histocompatibility Complex - основният комплекс за хистосъвместимост).

Рецепторите за антигени върху Т клетките разпознават комбинацията антиген-МНС молекула върху макрофага, което води до активиране на Т клетките и освобождаване на различни лимфокини (Таблица 10.3). Т-хелперите разпознават антигена в комплекс с молекулата на МНС клас II, а Т-супресорите - с молекулата на МНС клас I. Типична форма на активиране на В-клетките (зависими от Т-клетките) включва взаимодействието им както с макрофагите, така и с Т-клетките. В-клетките разпознават директно някои поливалентни антигени (Т-клетъчно-независими антигени).

КЛЕТЪЧНАТА ОСНОВА НА ИМУННИЯ ОТГОВОР

Лимфоидна система

Имунният отговор се осъществява от лимфоидната система на тялото, която е разделена на централни и периферни органи на имуногенезата.

Централни органи на имуногенезата

Да се централни органиИмуногенезата включва тимуса и костния мозък, в които първоначалните, полустволови лимфоидни клетки възникват в пренаталния период (през този период възникват разнообразие и толерантност). Смята се, че при хората окончателното развитие на разнообразието и толерантността ще бъде завършено в рамките на няколко месеца след раждането).

Периферни органи на имуногенезата

Периферните органи на имуногенезата включват лимфните възли, далака, пръстена на Пирогов-Валдейер (сливиците на фаринкса) и лимфните фоликули в чревните стени, в които се натрупват зрели лимфоцити, които отговарят на антигенна стимулация.

В периферната кръв се съдържат и лимфоцити. Циркулиращите лимфоцити представляват пул от клетки, които непрекъснато се обменят с клетките на периферната лимфоидна тъкан.

ЛИМФОЦИТИ

Лимфоцитите се образуват в ембрионалния период от лимфоидния зародиш в костния мозък. Лимфоцитите могат да бъдат класифицирани въз основа на това къде се развиват: 1) Т-лимфоцити (зависими от тимуса) се развиват в тимуса и 2) В-лимфоцити, които се развиват извън тимуса. В-лимфоцитите се развиват при птици в торбичката на Фабрициус ( бурса- торба, оттук и терминът "В-клетки"); функционалният еквивалент при хората е феталния черен дроб или костен мозък.

Неактивни малки лимфоцити - клетки с диаметър приблизително 8-10 микрона, с малко количество цитоплазма и сферично ядро, което заема почти цялата клетка. Ядрото съдържа кондензиран хроматин, който изглежда силно базофилен при нормални петна от предметно стъкло. Всички неактивни популации от лимфоцити са морфологично сходни една с друга и могат да бъдат диференцирани само чрез имунологични и имуноморфологични методи (Таблица 10.1).

Т-лимфоцити (Т-клетки)

А. Разпределение на Т клетките в тялото:Т-лимфоцитите произхождат от ембрионалния тимус. В постембрионалния период след узряването Т-лимфоцитите се установяват в Т-зоните на периферната лимфоидна тъкан. Тези зони включват:

Паракортикална зона на лимфните възли и пространство между лимфоидните фоликули (70% от лимфоцитите в лимфните възли са Т-лимфоцити);

Периартериални зони на лимфоидни фоликули в бялата пулпа на далака (40% от лимфоцитите на далака са Т-клетки).

Т-лимфоцитите непрекъснато и активно циркулират между периферната кръв и периферната лимфоидна тъкан. 80 до 90 процента от лимфоцитите в периферната кръв са Т клетки.

В. Т клетъчна трансформация:След като бъдат стимулирани (активирани) от определен антиген, Т-лимфоцитите се трансформират в големи, активно делящи се клетки, наречени трансформирани Т-лимфоцити или Т-имунобласти, от които след това възниква изпълнителната връзка на Т-клетките. Т-имунобластите са с диаметър 15-20 микрона, с голям обем цитоплазма и неправилно ядро ​​със светъл хроматин и нуклеол; ядрото се намира в центъра на клетката. Т-имунобластите могат да бъдат разграничени от В-имунобластите само чрез имуноморфологични методи. Ефекторните Т-лимфоцити са морфологично подобни на неактивните малки лимфоцити и често се наричат ​​сенсибилизирани, цитотоксични или Т-клетки убийци.

Този процес на Т-клетъчна трансформация представлява етапа на развитие (усилване) на имунния отговор (фиг. 10.1), по време на който няколко Т клетки, носещи рецептори, които разпознават даден специфичен антиген, образуват множество клонинги на изпълнителни Т клетки, активни срещу същите самия антиген, тъй като те имат съответния рецептор. Пълният процес на активиране на Т клетките започва, когато макрофагите прихващат антигена и чрез механизъм, който все още не е добре разбран, „обработват“ антигена и го експортират обратно към клетъчната повърхност във връзка с молекулите на МНС, преди да взаимодействат с Т клетката . Разпознаването се случва само когато Т-клетката носи специфичен рецептор, способен да разпознае комплекса антиген-МНС молекула.

Б. Функции на ефекторните Т клетки:ефекторните Т клетки играят важна роля в три функции на имунната система:

Клетъчен имунитет;

Регулиране на активността на В-клетките;

Свръхчувствителност от забавен (IV) тип.

1. Клетъчен имунитет:включва два основни аспекта:

- цитотоксични клетки, носещи повърхностни антигени, причиняват директно увреждане на клетките (цитотоксични или клетки убийци). Директна цитотоксичност се наблюдава при имунологичния отговор към антигени на повърхността на неопластични клетки, трансплантирани тъкани и инфектирани с вирус клетки. Цитотоксичните Т-клетки вероятно причиняват лизис чрез образуване на пори в цитоплазмените мембрани на антиген-позитивните клетки.

- Производство на лимфокини: Изпълнителните Т клетки играят критична роля при оформянето на имунния отговор чрез производство на разтворими протеини (лимфокини), които регулират функцията на определени клетки, като макрофаги и други лимфоцити (Таблица 10.3).

2. Регулиране на активността на В-лимфоцитите:два важни подтипа Т-лимфоцити участват в регулирането на функцията на В-лимфоцитите.

Помощните Т-клетки (CD4 антиген-позитивни) помагат при активирането и трансформацията на В-лимфоцитите и в синтеза на имуноглобулини. Супресорните Т клетки (CD8 антиген позитивни) инхибират активирането на В клетките и регулират синтеза на имуноглобулин. Хелперните и супресорните Т-клетки също упражняват подобни регулаторни влияния върху клетъчния имунитет. Въпреки това, подтип CD4-позитивни "помощни" клетки може да упражнява чисто супресивен ефект чрез стимулиране на CD8-позитивни супресорни клетки. Нормалното съотношение на хелперните Т-лимфоцити към супресорните Т-лимфоцити (съотношение CD4/CD8) в периферната кръв е 0,9-2,7, с леки вариации в много млада и много напреднала възраст. Това съотношение може да бъде значително намалено при определени заболявания, включително имунокомпрометирани състояния, IV свръхчувствителност (забавен тип) и HIV инфекция.

D. Морфологична идентификация на Т-лимфоцитни субпопулации:Т-лимфоцитите и техните подтипове са морфологично неразличими един от друг или от В-лимфоцитите и се характеризират с наличието на антигени, които действат като имунологични маркери. Тези антигени могат да бъдат открити чрез специфични моноклонални антитела (Таблица 10.1). Използването на тези антитела в имунофлуоресцентния или имунопероксидазния метод също така дава възможност да се определи локализацията на различни Т-субпопулации от лимфоцити в лимфоидната тъкан. Генетичните методи, които откриват пренареждането на Т клетъчните рецепторни гени, също помагат при идентифицирането на Т клетките. Други методи, като теста за електронна розетка, стават остарели.

В-лимфоцити

А. Разпределение на В клетките в тялото:В-лимфоцитите се развиват във функционалния еквивалент на птичата бурса на Фабрициус (вероятно в ембрионалния костен мозък на бозайници) чрез сложен процес, който включва възпроизвеждане и разделяне на класове. След това В-лимфоцитите се разпределят от кръвния поток към B-региона на периферната лимфоидна тъкан. Тези области включват: 1) реактивни (вторични или зародишни) центрове на фоликулите и синусите на медулата на лимфните възли (30% от лимфоцитите в лимфните възли са В-клетки); 2) реактивни центрове във фоликулите на бялата пулпа на далака (40% от лимфоцитите на далака са В-клетки). Терминът "първичен фоликул" се използва за обозначаване на натрупването на В клетки в лимфните възли или далака, които не показват пролиферативна активност. Подобно на Т-клетките, В-клетките също постоянно циркулират между лимфоидната тъкан и периферната кръв, но по-малко активно. В-клетките съставляват 10-20% от общия брой на лимфоцитите в периферната кръв.

Б. Трансформация на В клетки:след стимулация със специфичен антиген, В-лимфоцитите се трансформират в плазмени клетки. Този процес протича на етапи, с образуването на редица междинни форми, които образуват реактивния (герминативния) център на фоликула. Плазмените клетки синтезират имуноглобулини (антитела), които са специфични за антигена. Образуването на циркулиращи антитела, специфични за антигените, е в основата на придобития имунитет, наречен хуморален имунитет.

Б. Морфологична идентификация на В клетки:Плазмените клетки са ефекторни (изпълнителни) В-клетки. Плазмените клетки имат характерна морфологична структура (Таблица 10.2). Плазмените клетки са с диаметър 12-15 микрона, базофилна цитоплазма (базофилия поради наличието на голямо количество РНК, необходима за синтеза на имуноглобулини), в която се намира зоната на Голджи, видима като бледа зона, разположена до ядрото , разположени ексцентрично; хроматинът в ядрото е разположен под формата на големи бучки по периферията (под формата на "колело на количката" или "циферблат"). Имуноглобулините могат да бъдат открити в цитоплазмата чрез имунологични методи.

Други В-лимфоцити могат да бъдат идентифицирани само чрез имунологични, имуноморфологични и генетични методи. Имунофлуоресцентни или имунопероксидазни методи, използващи антитела срещу човешки имуноглобулин, откриват наличието на повърхностен имуноглобулин (при зреещи В клетки) и цитоплазмен имуноглобулин (в плазмените клетки). Използват се и специфични моноклонални антитела, които реагират с В клетките (Таблица 10.1). Генетичните методи, които откриват наличието на пренаредени имуноглобулинови гени, също могат да помогнат за идентифицирането на В-лимфоцитите.

Нулеви клетки (NK клетки и К клетки)

"Нулеви" клетки са хетерогенна група от лимфоцити, които нямат способността да образуват Е-розетки (имунологичен тест, който преди е бил използван за идентифициране на Т-лимфоцити) и не носят повърхностен имуноглобулин (следователно немаркирани или "нулеви" клетки) . Тази група включва някои клетки, които очевидно са Т- или В-клетки, както наскоро беше доказано чрез генетични методи и чрез метода на моноклоналните антитела, но обозначението на тези клетки е запазено. Нулевата клетъчна популация се състои от Т- и В-клетки, които са в ранните етапи на диференциация, преди появата на голям брой маркери на повърхността им. "Нулевите" клетки съставляват 5-10% от всички лимфоцити в периферната кръв.

Някои "нулеви" клетки имат цитотоксична активност и се наричат ​​естествени клетки убийци (NK); те могат да унищожат някои чужди клетки, дори ако тялото никога не е срещало този антиген. Други (наречени К-клетки) участват в разрушаването на клетките с помощта на антитела (антитяло-зависима клетъчно-медиирана цитотоксичност (ADCC)).

Има доказателства, че активността, проявена от NK клетките и К клетките, е 2 различни функцииедин тип клетка. NK клетките могат да играят защитна роля в туморния процес чрез елиминиране на потенциално неопластични клетки.

МАКРОФАГИ (кръвни моноцити и тъканни хистиоцити)

А. Разпределение в тялото:Макрофагите се различават от лимфоцитите, но също така играят важна роля в имунния отговор, както като клетки, обработващи антигена, когато се появи отговор, така и като фагоцити като изпълнителна връзка. В кръвта те се наричат ​​моноцити; в тъканите - от хистиоцити или тъканни макрофаги. Изследване на хематопоезата в костния мозък на животни и хора установи, че всички макрофаги произлизат от моноцитни предшественици в костния мозък. Макрофагите се намират във всички тъкани на тялото (хистиоцити), както и в лимфните възли, където са разположени както дифузно, така и фиксирани в субкапсуларното пространство и в синусите на медулата. Тъканни макрофаги се намират и в синусите на червената пулпа на далака. В черния дроб макрофагите са известни като Купферови клетки, в белите дробове като алвеоларни макрофаги, а в мозъчната тъкан като микроглия. В периферната кръв и костния мозък те се откриват като моноцити и техните предшественици. Дендритните ретикуларни клетки във фоликулите на лимфните възли и интердигитиращи ретикуларни клетки в паракортекса са специализирани клетки за обработка на антиген за В- и Т-лимфоцитите, съответно. Въпреки че произходът им не е установен, се предполага, че принадлежат към макрофагите. По-старата литература използва термина "ретикулоендотелна система" за обозначаване на тези типове клетки.

Б. Идентификация на макрофагите: Макрофагите съдържат множество цитоплазмени ензими и могат да бъдат идентифицирани в тъканите чрез хистохимични методи, които откриват тези ензими. Някои ензими, като мурамидаза (лизозим) и химотрипсин, могат да бъдат открити чрез тестване на белязани антитела (имунохистохимия), което използва антитела срещу ензимни протеини. Такива моноклонални антитела срещу различни CD антигени се използват широко за идентифициране на макрофаги (Таблица 10.1; CD11, CD68).

Б. Функции на макрофагите: Функциите на макрофагите включват фагоцитоза, обработка на антигена и взаимодействие с цитокини.

1. Фагоцитоза:

Неимунна фагоцитоза:макрофагите са в състояние директно да фагоцитират чужди частици, микроорганизми и остатъци от увредени клетки, без да предизвикват имунен отговор. Въпреки това, фагоцитозата на микроорганизмите и тяхното унищожаване се улесняват значително в присъствието на специфични имуноглобулини, комплемент и лимфокини, които се произвеждат от имунологично активирани Т-лимфоцити (Таблица 10.3).

имунна фагоцитоза:макрофагите имат повърхностни рецептори за C3b и Fc фрагмента на имуноглобулините. Всички частици, които са покрити с имуноглобулин или комплемент (опсонизирани), се фагоцитират много по-лесно от "голите" частици.

2. "Обработка" на антигени:макрофагите "преработват" антигени и ги представят на В- и Т-лимфоцитите в необходимата форма (фиг. 10.1); това клетъчно взаимодействие включва едновременното разпознаване от МНС лимфоцитите на молекули и "обработени антигени", открити на повърхността на макрофагите.

3. Взаимодействие с цитокини:макрофагите взаимодействат с цитокини, произведени от Т-лимфоцити (Таблица 10.3), за да защитят тялото срещу определени увреждащи агенти. Типичен резултат от това взаимодействие е образуването на грануломи. Макрофагите също произвеждат цитокини, включително интерлевкин-1, интерферон-бета и Т- и В-клетъчни растежни фактори (Таблица 10.3). Различни взаимодействия на лимфоцити и макрофаги в тъканите се проявяват морфологично при хронично възпаление.

ИМУНОГЛОБУЛИНИ (антитела)

Синтез на имуноглобулини:имуноглобулините се синтезират от плазмените клетки, които се образуват от трансформирани, антиген-стимулирани В-лимфоцити (В-имунобласти). Всички имуноглобулинови молекули, синтезирани от една плазмена клетка, са идентични и имат специфична реактивност срещу единична антигенна детерминанта. По същия начин всички плазмени клетки, получени от трансформацията и пролиферацията на единичен прогениторен В-лимфоцит, са идентични; тоест те представляват клонинг. Имуноглобулиновите молекули, синтезирани от клетки на различни клонове на плазмени клетки, имат различни аминокиселинни последователности, което води до различна третична структура на молекулите и придава различна специфичност на антитялото (тоест те реагират с различни антигени). Тези разлики в аминокиселинната последователност възникват в така наречената V (вариабилна, променлива) област на имуноглобулиновата молекула (фиг. 10.3).

Структура на имуноглобулините(Фигура 10.3): Повечето имуноглобулинови молекули са съставени от две тежки (Н) вериги и две леки (L) вериги, свързани с дисулфидни връзки. Леките вериги се състоят или от две k вериги, или от две l вериги. Тежките вериги могат да бъдат един от петте класа (IgA, IgG, IgM, IgD и IgE) (Таблица 10.4). Има няколко подкласа тежки вериги (изотипове). Тези различни имуноглобулинови вериги са животински антигени и имат различни антигенни детерминанти, така че когато се прилагат на животни, произведените срещу тях антитела могат да се използват за разпознаване и дефиниране на различни видове леки вериги и класове тежки вериги при хора.

Всяка верига има постоянна и променлива област. Постояннамястото остава постоянно в аминокиселинната последователност и антигенността в рамките на даден имуноглобулинов клас; променливамястото, напротив, се характеризира с голяма вариабилност в последователността на аминокиселините. Именно в променливата част на веригата се осъществява реакцията на съединението с антигена. Всяка IgG молекула се състои от две свързани вериги, които образуват две антиген-свързващи места (фиг. 10.3). Променливият регион на всяка верига има хиперпроменливи области - три в леките вериги и четири в тежките вериги. Вариациите на аминокиселинната последователност в тези хиперпроменливи региони определят специфичността на антитялото. При определени условия тези хиперпроменливи региони могат да действат и като антигени (идиотипи). Антитяло срещу идиотипи, т.е. продуциран срещу хиперпроменливия регион на антитела, има ограничен диапазон на реактивност и се свързва само с имуноглобулинови молекули, които имат тази хиперпроменлива област. По същество реактивността на антителата срещу идиотипи е ограничена изключително до специфични антитела, получени от единичен клон. Въпреки че горното се отнася стриктно за IgG, други класове имуноглобулини имат същата основна структура, с изключение на това, че IgM е пентамер (тоест се състои от 5 основни единици (молекули), свързани в Fc-терминалната област), а IgA обикновено съществува като димер.

постоянен сайтвсяка имуноглобулинова молекула има рецептори за комплемент, а също така има място на Fc фрагмента, който се свързва с клетки, които имат Fc рецептори (което е необходимо за осъществяването на клетъчния имунитет). Наследените антигенни разлики между тежките вериги представляват алотипове. Имуноглобулиновите молекули могат да бъдат разбити от различни протеолитични ензими. Когато е изложена на папаин, молекулата се разделя в зоната на дивергенция на тежките вериги („вилки“) (фиг. 10.3) на два Fab-фрагмента и един Fc-фрагмент (кристализиращ). Пепсинът разгражда молекулата на F(ab)'2 фрагмент и Fc фрагмент. Fc фрагментът е постоянна област; липсата на променливост в аминокиселинната последователност е основната причина за възможността за кристализация на този фрагмент. Fab и F(ab)'2 фрагментите носят съответно едно и две антиген-свързващи места. Fc фрагментът носи специфични антигени, включително тези, които разграничават петте основни класа антитела имунологично. Мястото за фиксиране на комплемента също е разположено върху Fc фрагмента. Ензимният метод на храносмилане има исторически смисълв процеса на изясняване на структурата на имуноглобулините.

Регулиране на производството на антитела:Производството на антитела започва, след като В клетките се активират от антиген. Максималната концентрация на антитела в серума се наблюдава от 1 до 2 седмици и след това започва да намалява. Продължителното присъствие на свободен антиген поддържа отговора, докато повишаването на нивата на антителата води до повишен клирънс на антигена и по този начин прекратяване на В-клетъчната стимулация. Съществуват и по-фини механизми за регулиране на синтеза на имуноглобулини. Помощните Т-клетки (CD4-позитивни) играят важна роля в регулирането на отговора на В-клетките към голям брой антигени и тяхното продължително присъствие увеличава производството на антитела. Този ефект се дължи, поне отчасти, на освобождаването на лимфокини (Таблица 10.3). Т-супресорите (CD8-позитивни) имат обратен ефект, причинявайки намаляване на имунния отговор; силното потискане на реакцията може да бъде един от механизмите, лежащи в основата на толерантността. Един от допълнителните регулаторни механизми е производството на антиидиотипи (т.е. антитела срещу собствени антитела (автоантитела)). Предполага се, че при имунен отговор производството на специфично антитяло непременно е придружено от производството на второ антитяло (антиидиотипно) със специфичност срещу променливите (V) последователности (идиотипи или антиген-свързващи региони) на първото антитяло. Антиидиотипното антитяло е способно да разпознава идиотип върху В-клетъчния антигенен рецептор (който е изграден от имуноглобулин, идентичен по структура с идиотипа на първото антитяло), така че то се конкурира с антигена и служи за инхибиране на В-клетъчното активиране.

РАЗПОЗНАВАНЕ НА АНТИГЕН И ОСНОВАТА НА РАЗНООБРАЗИЕТО НА АНТИГЕННИ РЕЦЕПТОРИ

Има голям брой различни антитела. Всички те реагират с огромно разнообразие от антигени. По същия начин огромен брой Т-клетки разпознават огромно разнообразие от антигени. Специфичното разпознаване на антигена се осъществява от лимфоцити, които имат рецептори за антигена на повърхността си. Има огромен брой рецептори с различни специфики, които реагират с цялата гама от известни антигени, но всеки лимфоцит има рецептори само за един антиген. От това следва, че има огромен брой лимфоцити (приблизително 106-109), всеки от които има един единствен тип рецептор. Антигенните рецептори на В-лимфоцитите са имуноглобулини. Действието на механизма за пренареждане на гена (виж по-долу) води до различни имуноглобулинови молекули, които служат като рецептори за антигени на клетъчната повърхност и в крайна сметка са специфичен имуноглобулин (антитяло), който ще се секретира от плазмените клетки след имунен отговор възниква. Опростено казано, антигенът избира лимфоцити, които имат рецептори (т.е. В-клетъчен повърхностен имуноглобулин), които отговарят на него (прилягат заедно като ключ към ключалка). Това взаимодействие води до разделяне и трансформация на В клетката и в крайна сметка до образуването на клон от плазмени клетки, които секретират молекули на антитела със специални места на свързване, които по същество са същите като тези, разположени на клетъчната повърхност на оригиналния лимфоцит, който разпознава антигена (фиг. 10.1). Т-лимфоцитите също имат рецептори за антигени, а Т-клетъчните популации имат подобна степен на разнообразие. Т клетъчният рецептор се състои от двойка полипептидни вериги (а и b вериги), като всяка верига има променлив и постоянен регион, така че рецепторът е подобен на В клетъчния рецептор (който е повърхностен имуноглобулин). Следователно Т клетъчният рецептор може да се разглежда като член на "супер имуноглобулиновото семейство", което включва не само имуноглобулини, но и други молекули, участващи в клетъчната комуникация и разпознаване, всички от които имат общ еволюционен произход. Разнообразието от антиген-разпознаващи Т-клетъчни рецептори се формира в ранния ембрионален период чрез механизъм за пренареждане на гени, който е подобен на този на разнообразието на имуноглобулините. Също така, успоредно с активирането на В клетките, антигенът също така избира Т клетки, носещи рецептори с подходяща специфичност и по този начин стимулира пролиферацията на специфичен клон на Т клетки, което води до образуването на поколение от множество ефекторни Т клетки с идентична специфичност. Имайте предвид, че разпознаването на антиген от Т клетките е сложен процес, включващ пространственото взаимодействие на антигена с молекулата на МНС върху макрофагите и Т клетъчния антигенен рецептор, включващ CD3 и CD4 или CD8 молекули върху Т клетките. Помощните Т клетки разпознават антигени, свързани с МНС клас II молекули, а супресорните Т клетки и цитотоксичните Т клетки разпознават антигени, свързани с МНС клас I молекули. Описани са Т клетки, които носят рецептор, съставен от гама и делта вериги, но тяхната функция е неизвестна.

ЕМИСИЯТА НА РАЗНООБРАЗИЕТО: МЕХАНИЗЪМЪТ НА ГЕНИТЕ

Разнообразието от антигенни рецептори върху В и Т клетките се появява на ниво ДНК по време на диференциацията на лимфоидните прогенитори в ембрионалния период. Гените, участващи в този процес, са разположени на хромозоми 2 (k верига), 22 (l верига), 14 (тежки вериги, a и g вериги на Т-клетъчни рецептори) и 7 (b и d вериги на Т-клетъчни рецептори) . Въпреки че всеки от тези гени функционира като "генна единица" за производството на верига от полипептиди, всеки ген съществува във веригата на ДНК като комплекс "мултиген", състоящ се от голям брой различни ДНК сегменти, които могат да бъдат сгънати или сглобени заедно в различни модификации, което води до множество различни ДНК шаблони. Например, мултигенът на тежката верига съдържа до 200 различни V (променливи) сегменти (VH); всяко кодиране съответства на специфична аминокиселинна последователност в антиген-свързващия регион (променлива област) на тежката верига на имуноглобулин. Генът на тежката верига също съдържа множество сегменти D (разнообразие), J (съединяване) и C (постоянно), по един за всеки подклас и клас тежки вериги (m, d, g1, g2, g3, g4, a1, a2, e ). Специален механизъм свързва по един ДНК сегмент от всяка категория, образувайки VDJC последователността, която служи като функционален ген, върху който се образува иРНК, който кодира цялата тежка верига. Леките вериги са конструирани по подобен начин, с изключение на това, че не съдържат сегменти D. Генът на бета веригата на Т рецептора също съдържа множество V, D, J и C гени, кодиращи тежката верига, докато T-рецепторът съдържа само множество V и J сегменти с един сегмент C.

РЕЗУЛТАТИ ОТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕТО НА АНТИТЕЛА С АНТИГЕНИТЕ

Антителата могат да участват в следните реакции:

валежи;

Аглутинации;

Опсонизация;

Неутрализиране;

Клетъчна цитотоксичност;

Разрушаване на клетките с участието на комплемента.

Повечето имуноглобулини (антитела) имат пряк ефект върху антигените, с които специфично реагират; например образуването на големи агрегати може да доведе до утаяване или аглутинация. Когато антигенът е токсин, взаимодействието антиген-антитяло може да причини неутрализиране на токсичния ефект.

В някои случаи натрупването на антитела върху повърхността на антигенната частица (опсонизация) причинява повишаване на фагоцитната активност на макрофагите и неутрофилите, които имат Fc рецептори на повърхността си. Този процес се нарича имунна фагоцитоза.

Взаимодействието между антиген и антитяло може да причини структурно увреждане на Fc фрагмента на имуноглобулиновата молекула, което води до активиране на комплемента.

ДОПЪЛНЕНИЕ

активиране на комплемента.Комплементът е система от плазмени протеини (C1-C9), които съществуват в неактивна форма и съставляват приблизително 10% от кръвните глобулини. Активирането на комплемента може да се случи по един от 2 начина (фиг. 10.5):

A. Класически начин:Класическият път на активиране на комплемента започва, когато IgM или IgG взаимодействат с антиген. Взаимодействието на антитялото с антигена води до фиксиране на C1 към Fc частта на молекулата на антитялото. В този случай се образува C1q и настъпва каскадна реакция (фиг. 10.5). Ранните компоненти (С1, 4, 2) образуват С3 конвертазата, която разцепва С3. Терминалният комплекс C56789 проявява фосфолипазна активност и води до лизис на клетъчната мембрана (обърнете внимание, че пълната последователност е както следва 1, 4, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9).

Б. Алтернативен маршрут (правилен маршрут):алтернативният път се различава от класическия само по механизма на активиране и ранните отговори. разцепване на C3 алтернативен начинне изисква взаимодействие на антигена с антитела или наличието на ранни (С1, С4, С2) фактори на комплемента. Каскадата се задейства от агрегирани IgG комплекси, сложни въглехидрати и бактериални ендотоксини. C3 конвертазата се образува от взаимодействието на пропердин (серумен глобулин), два други серумни фактора (B и D) и магнезиеви йони. Последователността на активиране след разцепване на С3 е същата като при класическия път.

Резултати от активиране на комплемента:активирането на комплемента е свързано с остър възпалителен отговор, характеризиращ се с вазодилатация, повишена съдова пропускливост и ексудация на течности, медиирана от анафилотоксичните ефекти на C3a и C5a. И С3а, и С5а имат изразен хемотактичен ефект върху неутрофилите, които мигрират към зоната на възпаление. Антигенът се отстранява чрез 1) имунна фагоцитоза, която се причинява от опсонизиращото влияние на C3b, неутрофили и макрофаги, или 2) мембранен лизис, който причинява крайния продукт на каскадата на комплемента.

Рецептори на комплемента:Рецепторите на комплемента са открити на повърхността на повечето клетки. CD11 е неутрофилен и макрофагов рецептор за C3b. CD21 е В-лимфоцитният рецептор за C3b. CD35 е най-широко разпространеният рецептор за C3b, открит върху еритроцитите и левкоцитите; той свързва имунните комплекси в плазмата.

ВИДОВЕ ИМУНЕН ОТГОВОР

Въз основа на това дали имунната система преди това е била запозната с антигена или не, се разграничават два вида имунен отговор: първичен и вторичен.

Първичен имунен отговор

Първичният имунен отговор възниква при първа среща със специфичен антиген. Въпреки че антигенът се разпознава почти веднага след навлизането му в тялото, са необходими няколко дни, преди да се произведе достатъчно имуноглобулин, за да се открие повишаване на нивата на серумния имуноглобулин. По време на този латентен период онези В-клетки, чиито рецептори са реагирали със специфичен антиген, преминават през шест до осем последователни цикъла на делене, преди да се образува достатъчно голям клонинг на плазмени клетки, секретиращи антитяло. IgM е първият имуноглобулин, произведен по време на първичния отговор; след това се произвежда IgG. Преминаването от синтеза на IgM към IgG или други имуноглобулини се случва като нормално събитие по време на активиране на В-клетките и се случва в резултат на превключване на гените на тежката верига.

имунологична памет

Паметта е съществен компонент на имунния отговор, тъй като осигурява засилен, по-ефективен отговор при второ и последващо излагане на антиген.

Механизмът, който стои в основата на имунологичната памет, не е окончателно установен. След антигенна стимулация, лимфоцитите се размножават (разширяване на клонове), което води до образуването на голям брой изпълнителни клетки (плазматични клетки в В клетъчната система; цитотоксични Т клетки в Т клетъчната система), както и други малки лимфоцити, които се -влизат в митотичен цикъл и служат за попълване на групата клетки, които носят съответния рецептор. Предполага се, че тъй като тези клетки са резултат от антиген-индуцирана пролиферация, те са способни на засилен отговор при повторна среща с антигена (т.е. действат като клетки на паметта). В семейството на В клетките тези клетки могат също да претърпят превключване на синтеза от IgM към IgG, което обяснява незабавното производство на IgG от тези клетки по време на вторичния имунен отговор.

вторичен имунен отговор

Вторичният имунен отговор възниква, когато антигенът се срещне отново. Повторното разпознаване е незабавно и производството на серумния имуноглобулин, както е открито при лабораторни изследвания, е по-бързо (2-3 дни), отколкото при първоначалния отговор. IgG е основният имуноглобулин, секретиран по време на вторичния отговор. В допълнение, пиковото ниво е по-високо и спадът е по-бавен, отколкото при първоначалния отговор.

Способността да се предизвиква специфичен вторичен отговор е функция на имунологичната памет. Този специфичен отговор трябва да се разграничи от неспецифичното повишаване на нивата на имуноглобулин (срещу антигени, различни от оригиналния антиген), което може да възникне след предизвикване с антиген - това е така нареченият анамнестичен отговор, който вероятно представлява случайна стимулация на някои B- клетки от лимфокини, произтичащи от специфичен отговор.

Специфичност - това е способността на антигена да взаимодейства със строго определени антитела или антигенни рецептори на лимфоцити.

В този случай взаимодействието не се осъществява с цялата повърхност на антигена, а само с неговата малка площ, която се нарича "антигенна детерминанта" или "епитоп". Една антигенна молекула може да има от няколко единици до няколко стотици епитопи с различна специфичност. Броят на епитопите определя валентността на антигена. Например: яйчен албумин (M 42 000) има 5 епитопа, т.е. 5-валентен, тиреоглобулинният протеин (M 680,000) е 40-валентен.

В протеиновите молекули епитоп (антигенна детерминанта) се образува чрез комбинация от аминокиселинни остатъци. Размерът на антигенните детерминанти на протеините може да включва от 5 - 7 до 20 аминокиселинни остатъка. Епитопите, които се разпознават от антигенните рецептори на В- и Т-лимфоцитите, имат свои собствени характеристики.

В-клетъчни епитопи от конформационен тип (образувани от аминокиселинни остатъци от различни частипротеинова молекула, но приблизителна в пространствената конфигурация на протеиновата глобула) са разположени на външната повърхност на антигена, образувайки бримки и издатини. Обикновено броят на аминокиселините или захарите в епитопа е между 6 и 8. Рецепторите за разпознаване на антиген върху В клетките разпознават естествената конформация на епитопа, а не линейната последователност на аминокиселинните остатъци.

Т-клетъчните епитопи са линейна последователност от аминокиселинни остатъци, които съставляват част от антигена, и включват по-голям брой аминокиселинни остатъци, отколкото В-клетъчните епитопи. Разпознаването им не изисква запазване на пространствената конфигурация.

Имуногенност - способността на антигена да предизвиква имунна защита на макроорганизма. Степента на имуногенност се определя от следните фактори:

• чуждост . За да може дадено вещество да действа като имуноген, то трябва да бъде разпознато като "не само". Колкото по-чужд е антигенът, т.е. колкото по-малко е подобен на собствените структури на тялото, толкова по-силен е имунният отговор, който причинява. Например, синтеза на антитела срещу говежди серумен албумин е по-лесно да се предизвика при заек, отколкото при коза. Зайците принадлежат към разреда на зайцеобразните и са по-отдалечени във филогенетично развитие от козата и бика, които принадлежат към артиодактилите.
• Природа на антигена . Най-мощните имуногени са протеините. чисти полизахариди, нуклеинова киселинаа липидите имат слаби имуногенни свойства. В същото време липополизахаридите, гликопротеините, липопротеините са в състояние да активират достатъчно имунната система.
• Молекулна маса . При Ceteris paribus голямото молекулно тегло на антигена осигурява по-голяма имуногенност. Антигените се считат за добри имуногени, ако тяхното молекулно тегло е по-голямо от 10 kD. Колкото по-голямо е молекулното тегло, толкова повече места на свързване (епитопи), което води до повишаване на интензивността на имунния отговор.

• Разтворимост. Корпускулните антигени, свързани с клетките (еритроцити, бактерии), обикновено са по-имуногенни. Разтворимите антигени (серумен албумин) също могат да бъдат силно имуногенни, но се изчистват по-бързо. За да се увеличи времето на престоя им в тялото, необходимо за развитието на ефективен имунен отговор, се използват адюванти (депозиращи вещества). Адювантите са вещества, които се използват за засилване на имунния отговор, например течен парафин, ланолин, алуминиев хидроксид и фосфат, калиева стипца, калциев хлорид и др.
• Химическата структура на антигена . Увеличаването на броя на ароматните аминокиселини в синтетичните полипептиди повишава тяхната имуногенност. С еднакво молекулно тегло (около 70 000), албуминът е по-силен антиген от хемоглобина. В същото време колагеновият протеин, чието молекулно тегло е 5 пъти по-голямо от това на албумина и е 330 000, има значително по-ниска имуногенност в сравнение с албумина, което несъмнено е свързано със структурните особености на тези протеини.

Какво представляват антигените

Това са всякакви вещества, съдържащи се в микроорганизми и други клетки (или секретирани от тях), които носят признаци на генетично извънземна информация и които потенциално могат да бъдат разпознати от имунната система на тялото. Когато се въвеждат във вътрешната среда на тялото, тези генетично чужди вещества са способни да предизвикат различни видове имунен отговор.

Всеки микроорганизъм, колкото и примитивен да е, съдържа няколко антигена. Колкото по-сложна е неговата структура, толкова повече антигени могат да бъдат намерени в състава му.

Различни елементи на микроорганизма имат антигенни свойства - жгутици, капсули, клетъчна стена, цитоплазмена мембрана, рибозоми и други компоненти на цитоплазмата, както и различни протеинови продукти, освободени от бактериите във външната среда, включително токсини и ензими.

Има екзогенни антигени (влизащи в тялото отвън) и ендогенни антигени (самоантигени - продукти на собствените клетки на организма), както и антигени, които предизвикват алергични реакции - алергени.

Какво представляват антителата

Тялото непрекъснато се сблъсква с различни антигени. Атакува се както отвън – от вируси и бактерии, така и отвътре – от клетките на тялото, които придобиват антигенни свойства.

- протеини в кръвния серум, които се произвеждат от плазмените клетки в отговор на проникването на антигена в тялото. Антителата се произвеждат от клетките на лимфоидните органи и циркулират в кръвната плазма, лимфата и други телесни течности.

Основната важна роля на антителата е разпознаването и свързването на чужд материал (антиген), както и стартирането на механизма за унищожаване на този чужд материал. съществено и уникален имотантителата са способността им да свързват антигена директно във формата, в която той влиза в тялото.

Антителата имат способността да различават един антиген от друг. Те са способни на специфично взаимодействие с антиген, но взаимодействат само с този антиген (с редки изключения), който е предизвикал тяхното образуване и се доближава до тях по отношение на пространствената структура. Тази способност на антитялото се нарича допълване.

Все още не съществува пълно разбиране на молекулярния механизъм на образуване на антитела. Молекулните и генетични механизми, лежащи в основата на разпознаването на милиони различни антигени, открити в околната среда, не са проучени.

Антитела и имуноглобулини

В края на 30-те години на миналия век започва изследването на молекулярната природа на антителата. Един от начините за изследване на молекулите е електрофорезата, която се прилага на практика през същите години. Електрофорезата позволява протеините да се разделят според техния електрически заряди молекулно тегло. Електрофорезата на серумния протеин обикновено произвежда 5 основни ленти, които съответстват (от + до -) на фракции от албумин, алфа1-, алфа2-, бета- и гама-глобулини.

През 1939 г. шведският химик Арне Тиселиус и американският имунохимик Алвин Кабет (Tiselius, Kabat) използват електрофореза за фракциониране на кръвния серум на имунизирани животни. Учените са показали, че антителата се съдържат в определена фракция от серумните протеини. А именно, антителата се отнасят главно до гама глобулини. Тъй като някои попадат и в областта на бета-глобулините, беше предложен по-добър термин за антитела - имуноглобулини.

В съответствие със международна класификация, съвкупността от серумни протеини със свойствата на антитела се нарича имуноглобулинии се обозначава със символа Ig (от думата "имуноглобулин").

Срок "имуноглобулини"отразява химическата структура на молекулите на тези протеини. Срок "антитело"определя функционалните свойства на молекулата и взема предвид способността на антитялото да реагира само със специфичен антиген.

По-рано се приемаше, че имуноглобулините и антителата са синоними. В момента има мнение, че всички антитела са имуноглобулини, но не всички имуноглобулинови молекули имат функцията на антитела.

Говорим за антитела само по отношение на антигена, т.е. ако антигенът е известен. Ако не познаваме антигена, комплементарен на някакъв имуноглобулин, който имаме „в ръцете си“, тогава имаме само имуноглобулин. Във всеки антисерум, в допълнение към антителата срещу този антиген, има голям брой имуноглобулини, чиято антитяла активност не може да бъде открита, но това не означава, че тези имуноглобулини не са антитела срещу други антигени. Все още е отворен въпросът за съществуването на имуноглобулинови молекули, които първоначално нямат свойствата на антитела.

Антителата (AT, имуноглобулини, IG, Ig) са централната фигура на хуморалния имунитет. Основна роля в имунната защита на организма играят лимфоцитите, които се разделят на две основни категории – Т-лимфоцити и В-лимфоцити.

Антителата или имуноглобулините (Ig) се синтезират от В-лимфоцити и по-точно от клетки, образуващи антитяло (AFCs). Синтезът на антитела започва в отговор на навлизането на антигени във вътрешната среда на тялото. За да синтезират антитела, В клетките изискват контакт с антиген и полученото съзряване на В клетките в клетки, произвеждащи антитела. Значителен брой антитела се произвеждат от така наречените плазмени клетки, образувани от В-лимфоцити - AFC, открити в кръвта и тъканите. Имуноглобулините се намират в големи количества в серума, интерстициалната течност и други секрети, осигурявайки хуморален отговор.

Имуноглобулинови класове

Имуноглобулините (Ig) се различават по структура и функция. Има 5 различни класа имуноглобулини, открити при хората: IgG,IgA,IgM,IgE,IgD, някои от които допълнително се подразделят на подкласове. Има подкласове в имуноглобулините от класове G (Gl, G2, G3, G4), A (A1, A2) и M (M1, M2).

Класовете и подкласовете, взети заедно, се наричат изотиповеимуноглобулини.

Антителата от различни класове се различават по размера на молекулите, заряда на протеиновата молекула, аминокиселинния състав и съдържанието на въглехидратния компонент. Най-проучваният клас антитела е IgG.

Обикновено имуноглобулините от клас IgG преобладават в човешкия кръвен серум. Те съставляват приблизително 70-80% от общите серумни антитела. Съдържанието на IgA - 10-15%, IgM - 5-10%. Съдържанието на имуноглобулини от IgE и IgD класовете е много малко - около 0,1% за всеки от тези класове.

Не трябва да се мисли, че антителата срещу определен антиген принадлежат само към един от петте класа имуноглобулини. Обратно, антителата срещу един и същ антиген могат да бъдат представени от различни Ig класове.

Най-важната диагностична роля играе определянето на антитела от класове M и G, тъй като след заразяване на човек първо се появяват антитела от клас M, след това клас G и последните имуноглобулини A и E.

Имуногенност и антигенност на антигените

В отговор на навлизането на антигени в тялото започва цял комплекс от реакции, насочени към освобождаване на вътрешната среда на тялото от продуктите на извънземна генетична информация. Този набор от защитни реакции на имунната система се нарича имунен отговор.

Имуногенностнаречена способност на антигена да индуцира имунен отговор, тоест да индуцира специфична защитна реакция на имунната система. Имуногенността може да се опише и като способност за създаване на имунитет.

Имуногенността до голяма степен зависи от естеството на антигена, неговите свойства (молекулно тегло, подвижност на антигенните молекули, форма, структура, способност за промяна), от пътя и начина на навлизане на антигена в тялото, както и от допълнителните ефекти и генотип на реципиента.

Както бе споменато по-горе, една от формите на отговора на имунната система към въвеждането на антиген в тялото е биосинтезата на антитела. Антителата са в състояние да свързват антигена, който е причинил тяхното образуване, и по този начин предпазват тялото от възможните вредни ефекти на чужди антигени. В тази връзка се въвежда понятието антигенност.

антигенност- това е способността на антигена да взаимодейства специфично с имунните фактори, а именно да взаимодейства с продуктите на имунния отговор, причинен от това конкретно вещество (антитела и Т- и В-антиген-разпознаващи рецептори).

Някои термини от молекулярната биология

Липиди(от други гръцки λίπος - мазнини) - обширна група от доста разнообразни естествени органични съединения, включително мазнини и подобни на мазнини вещества. Липидите се намират във всички живи клетки и са един от основните компоненти на биологичните мембрани. Те са неразтворими във вода и силно разтворими в органични разтворители. Фосфолипиди- сложни липиди, съдържащи висши мастни киселини и остатък от фосфорна киселина.

Потвърждениемолекули (от латински conformatio - форма, конструкция, подреждане) - геометрични форми, които молекулите на органичните съединения могат да приемат, когато атоми или групи от атоми (заместители) се въртят около прости връзки, като същевременно поддържат реда на химическата връзка на атомите ( химическа структура), дължини на връзката и ъгли на свързване.

органични съединения(киселини) със специална структура. Техните молекули едновременно съдържат аминогрупи (NH 2) и карбоксилни групи (COOH). Всички аминокиселини се състоят само от 5 химични елементи: C, H, O, N, S.

Пептиди(на гръцки πεπτος – хранителен) – семейство вещества, чиито молекули са изградени от два или повече аминокиселинни остатъка, свързани във верига чрез пептидни (амидни) връзки. Наричат ​​се пептиди, чиято последователност е по-дълга от около 10-20 аминокиселинни остатъка полипептиди.

В полипептидната верига има N-края, образувана от свободна α-амино група и C-крайимаща свободна α-карбоксилова група. Пептидите се записват и четат от N-края до С-края – от N-крайната аминокиселина до С-крайната аминокиселина.

Аминокиселинни остатъциса мономери на аминокиселини, които изграждат пептидите. Аминокиселинен остатък, който има свободна аминогрупа, се нарича N-терминал и се изписва отляво, а имащ свободна α-карбоксилова група се нарича C-терминал и се изписва отдясно.

протеиниобикновено наричани полипептиди, съдържащи около 50 аминокиселинни остатъка. Като синоним на термина "протеини" се използва и терминът "протеини" (от гръцки protos - първият, най-важният). Молекулата на всеки протеин има добре дефинирана, доста сложна, триизмерна структура.

Аминокиселинните остатъци в протеините обикновено се обозначават с трибуквен или еднобуквен код. Трибуквения код е съкращение за Английски заглавияаминокиселини и често се използва в научната литература. Еднобуквеният код обикновено няма интуитивна връзка с имената на аминокиселини и се използва в биоинформатиката за представяне на последователност от аминокиселини като текст, който е лесен за компютърен анализ.

пептиден гръбнак.В полипептидната верига последователността от атоми -NH-CH-CO- се повтаря многократно.Тази последователност образува пептидния гръбнак. Полипептидната верига се състои от полипептиден гръбнак (скелет), който има правилна, повтаряща се структура и отделни странични групи (R-групи).

Пептидни връзкикомбинират аминокиселини в пептиди. Пептидните връзки се образуват от взаимодействието на α-карбоксиловата група на една аминокиселина и α-амино групата от следващата аминокиселина. Пептидните връзки са много силни и не се разрушават спонтанно при нормални условия, които съществуват в клетките.

Наричат ​​се групи от атоми -CO-NH-, повтарящи се многократно в пептидни молекули пептидни групи. Пептидната група има твърда планарна (плоска) структура.

Протеинова конформация- местоположение на полипептидната верига в пространството. Пространствената структура, характерна за протеиновата молекула, се формира поради вътрешномолекулни взаимодействия. Линейните полипептидни вериги на отделни протеини, поради взаимодействието на функционални групи от аминокиселини, придобиват определена триизмерна структура, която се нарича "протеинова конформация".

Процесът на образуване на функционално активна протеинова конформация се нарича сгъване. твърдост пептидна връзканамалява броя на степените на свобода на полипептидната верига, която играе важна роля в процеса на сгъване.

Глобуларни и фибриларни протеини.Изследваните до момента протеини могат да бъдат разделени на два големи класа според способността да приемат определена геометрична форма в разтвор: фибриларна(разпънати в нишка) и кълбовидна(наточени на топка). Полипептидните вериги от фибриларни протеини са удължени, разположени успоредно една на друга и образуват дълги нишки или слоеве. В глобуларните протеини полипептидните вериги са плътно сгънати в глобули - компактни сферични структури.

Трябва да се отбележи, че протеините условно се разделят на фибриларни и глобуларни, тъй като има голям брой протеини с междинна структура.

Първична структура на протеин(първична структура на протеина) е линейна последователност от аминокиселини, които изграждат протеин в полипептидна верига. Аминокиселините са свързани помежду си чрез пептидни връзки. Аминокиселинната последователност се записва, започвайки от С-края на молекулата към N-края на полипептидната верига.

P.s.b - това е най-простото ниво структурна организацияпротеинова молекула. Първият P.S.B. е създаден от F. Sanger за инсулин ( Нобелова наградаза 1958 г.).

(вторична структура на протеина) - полагането на протеинова полипептидна верига в резултат на взаимодействието между близко разположени аминокиселини в една и съща пептидна верига - между аминокиселини, разположени на няколко остатъка един от друг.

вторична структурапротеини е пространствена структура, която се образува в резултат на взаимодействия между функционалните групи, които изграждат пептидния гръбнак.

Вторичната структура на протеините се дължи на способността на групите с пептидни връзки за водородни взаимодействия между функционалните групи -C=O и -NH- на пептидния гръбнак. В този случай пептидът има тенденция да приеме конформация с образуването на максимален брой водородни връзки. Възможността за тяхното образуване обаче е ограничена от естеството на пептидната връзка. Следователно пептидната верига придобива не произволна, а строго определена конформация.

Вторичната структура се образува от сегменти на полипептидната верига, които участват в образуването на редовна мрежа от водородни връзки.

С други думи, вторичната структура на полипептида е конформацията на неговата главна верига (гръбнака), без да се отчита конформацията на страничните групи.

Полипептидната верига на протеин, сгъваща се под действието на водородни връзки в компактна форма, може да образува определен брой правилни структури. Известни са няколко такива структури: α (алфа)-спирала, β (бета)-структура (друго име е β-сгънат слой или β-сгънат лист), произволна намотка и завъртане. Рядък тип вторична структура на протеини са π-спирали. Първоначално изследователите смятаха, че този тип спирала не се среща в природата, но по-късно тези спирали са открити в протеините.

α-спирала и β-структура са енергийно най-благоприятните конформации, тъй като и двете са стабилизирани от водородни връзки. В допълнение, както α-спирала, така и β-структурата са допълнително стабилизирани от плътното опаковане на атомите на гръбнака, които се вписват заедно като парчета от един и същ пъзел.

Тези фрагменти и тяхната комбинация в някакъв протеин, ако има такъв, се наричат ​​също вторична структура на този протеин.

В структурата на глобуларните протеини може да има фрагменти от правилна структура от всички видове във всяка комбинация, но може да няма нито една. Във фибриларните протеини всички остатъци принадлежат към един тип: например вълната съдържа α-спирали, а коприната съдържа β-структури.

По този начин, най-често вторичната структура на протеина е сгъването на протеиновата полипептидна верига в α-спирални участъци и β-структурни образувания (слоеве) с участието на водородни връзки. Ако се образуват водородни връзки между местата на огъване на една верига, тогава те се наричат ​​вътрешноверижни, ако между вериги - междуверижни. Водородните връзки са разположени перпендикулярно на полипептидната верига.

α-спирала- образува се чрез вътрешноверижни водородни връзки между NH групата на единия аминокиселинен остатък и CO групата на четвъртия остатък от него. Средната дължина на α-спиралите в протеините е 10 аминокиселинни остатъка

В α-спирала се образуват водородни връзки между кислородния атом на карбонилната група и водорода на амидния азот на 4-тата аминокиселина от нея. Всички C=O и N-H групи от основната полипептидна верига участват в образуването на тези водородни връзки. Страничните вериги на аминокиселинните остатъци са разположени по периферията на спиралата и не участват в образуването на вторичната структура.

β структурисе образуват между линейните области на пептидния гръбнак на една полипептидна верига, като по този начин образуват нагънати структури (няколко зигзагообразни полипептидни вериги).

β-структурата се образува поради образуването на много водородни връзки между атомите на пептидните групи на линейните вериги. В β-структурите се образуват водородни връзки между относително отдалечени една от друга в първична структурааминокиселини или различни протеинови вериги, и не са близко разположени, както е в случая в α-спирала.

В някои протеини могат да се образуват β-структури поради образуването на водородни връзки между атомите на пептидния гръбнак на различни полипептидни вериги.

Полипептидните вериги или части от тях могат да образуват паралелни или антипаралелни β структури. Ако свързаните няколко вериги на полипептида са насочени противоположно и N- и C-терминалите не съвпадат, тогава антипаралеленβ-структура, ако съвпадат - успоредноβ-структура.

Друго име на β-структурите е β-листове(β-нагънати слоеве, β-листове). β-листът се образува от две или повече β-структурни области на полипептидната верига, наречени β-вериги (β-вериги). Обикновено β-листовете се намират в глобуларни протеини и съдържат не повече от 6 β-вериги.

β-нишки(β-вериги) са участъци от протеинова молекула, в които връзките на пептидния гръбнак на няколко последователни полипептида са организирани в плоска конформация. В илюстрациите протеиновите β-вериги понякога се изобразяват като плоски "ленти със стрелки", за да се подчертае посоката на полипептидната верига.

Основната част от β-вериги е разположена до други вериги и образува с тях обширна система от водородни връзки между C=O и N-H групите на основната протеинова верига (пептиден гръбнак). β-нишките могат да бъдат пакетирани , като се стабилизира напречно от две или три водородни връзки между последователни нишки. Този начин на подреждане се нарича β-лист.

Разхвърляна плетеница- това е участък от пептидната верига, който няма никаква регулярна, периодична пространствена организация. Такива места във всеки протеин имат своя собствена фиксирана конформация, която се определя от аминокиселинния състав на това място, както и от вторичните и третичните структури на съседните региони, заобикалящи „случайната плетеница“. В области на неуредена намотка, пептидната верига може относително лесно да се огъне и да промени конформацията, докато α-спиралите и β-сгънатият слой са доста твърди структури.

Друга форма на вторична структура се обозначава като β-завой. Тази структура се образува от 4 или повече аминокиселинни остатъка с водородна връзка между първата и последната и по такъв начин, че пептидната верига променя посоката на 180 °. Примковата структура на такъв завой се стабилизира чрез водородна връзка между карбонилния кислород на аминокиселинния остатък в началото на завоя и N-H групатрети по веригата на остатъка в края на завоя.

Ако антипаралелните β-нишки се приближат до β-завоя от двата края, тогава се образува вторична структура, наречена β-шпилька(β-шпилька)

Третична структура на протеина(третична структура на протеина) – В разтвор при физиологични условия, полипептидната верига се нагъва в компактна формация, която има определена пространствена структура, която се нарича третична структура на протеина. Образува се в резултат на самосгъване поради взаимодействието между радикалите (ковалентни и водородни връзки, йонни и хидрофобни взаимодействия). За първи път T.s.b. е създаден за протеина миоглобин от J. Kendrew и M. Perutz през 1959 г. (Нобелова награда за 1962 г.). T.s.b. почти напълно се определя от първичната структура на протеина. Понастоящем с помощта на методите на рентгенов дифракционен анализ и ядрено-магнитна спектроскопия (ЯМР спектроскопия) са определени пространствените (третични) структури на голям брой протеини.

Кватернерна структура на протеина.Протеините, състоящи се от единична полипептидна верига, имат само третична структура. Въпреки това, някои протеини са изградени от няколко полипептидни вериги, всяка от които има третична структура. За такива протеини е въведена концепцията за кватернерна структура, която представлява организацията на няколко полипептидни вериги с третична структура в една функционална протеинова молекула. Такъв протеин с кватернерна структура се нарича олигомер, а неговите полипептидни вериги с третична структура се наричат ​​протомери или субединици.

конюгирани(конюгат, лат. conjugatio - връзка) - изкуствено синтезирана (химично или чрез рекомбинация in vitro) хибридна молекула, в която са свързани (комбинирани) две молекули с различни свойства; широко използван в медицината и експерименталната биология.

Хаптенс

Хаптенс- това са "низши антигени" (терминът е предложен от имунолога К. Ландщайнер). Когато се въвеждат в тялото при нормални условия, хаптените не са в състояние да предизвикат имунен отговор в организма, тъй като имат изключително ниска имуногенност.

Най-често хаптените са съединения с ниско молекулно тегло (молекулно тегло по-малко от 10 kDa). Те са разпознати от тялото на реципиента като генетично чужди (т.е. имат специфичност), но поради ниското си молекулно тегло те сами по себе си не предизвикват имунни реакции. Въпреки това, те не са загубили своето свойство за антигенност, което им позволява да взаимодействат специфично с готови имунни фактори (антитела, лимфоцити).

При определени условия е възможно да се принуди имунната система на макроорганизма да реагира специфично на хаптена като пълноправен антиген. За да направите това, е необходимо изкуствено да се увеличи молекулата на хаптен - да се свърже със силна връзка с достатъчно голяма протеинова молекула или друг полимер-носител. Синтезираният по този начин конюгат ще има всички свойства на пълноценен антиген и ще предизвика имунен отговор при въвеждане в тялото.

Епитопи (антигенни детерминанти)

Тялото е в състояние да образува антитела към почти всяка част от антигенната молекула, но това обикновено не се случва при нормален имунен отговор. Комплексните антигени (протеини, полизахариди) имат специални места, върху които всъщност се формира специфичен имунен отговор. Такива зони се наричат епитопи(епитоп), от гръцки. epi - върху, над, над и topos - място, площ. синоним - антигенна детерминанта.

Тези места се състоят от няколко аминокиселини или въглехидрати, като всяко място е група от аминокиселинни остатъци от протеинов антиген или участък от полизахаридна верига. Епитопите са в състояние да взаимодействат както със специфични рецептори на лимфоцити, като по този начин предизвикват имунен отговор, така и с антиген-свързващи центрове на специфични антитела.

Епитопите са разнообразни по своята структура. Антигенна детерминанта (епитоп) може да бъде протеинова повърхностна площ, образувана от аминокиселинни радикали, хаптен или простетична група на протеин (непротеинов компонент, свързан с протеин), особено полизахаридни групи от гликопротеини.

Антигенните детерминанти или епитопи са специфични области от триизмерната структура на антигените. Има различни видове епитопи - линеени конформационен.

Линейните епитопи се образуват от линейна последователност от аминокиселинни остатъци.

В резултат на изследване на структурата на протеините беше установено, че протеиновите молекули имат сложна пространствена структура. Когато се сгъват (в топка), протеиновите макромолекули могат да се доближат до остатъци, които са отдалечени един от друг в линейна последователност, образувайки конформационна антигенна детерминанта.

Освен това има терминални епитопи (разположени върху крайните участъци на антигенната молекула) и централни. Те също така определят „дълбоките“ или скрити антигенни детерминанти, които се появяват, когато антигенът е унищожен.

Молекулите на повечето антигени са доста големи. Една протеинова макромолекула (антиген), състояща се от няколкостотин аминокиселини, може да съдържа много различни епитопи. Някои протеини могат да имат една и съща антигенна детерминанта в няколко копия (повтарящи се антигенни детерминанти).

Срещу един епитоп се образува широк спектър от различни антитела. Всеки от епитопите е в състояние да стимулира производството на различни специфични антитела. Могат да се произвеждат специфични антитела за всеки от епитопите.

Има един феномен имунодоминантност, което се проявява във факта, че епитопите се различават по способността си да предизвикват имунен отговор.

Не всички епитопи в протеина са еднакво антигенни. По правило някои епитопи на антиген имат специална антигенност, която се проявява в преобладаващото образуване на антитела срещу тези епитопи. Създава се йерархия в спектъра на епитопите на белтъчната молекула – някои от епитопите са доминиращи и повечето антитела се образуват специално за тях. Тези епитопи се наричат имунодоминантни епитопи. Те почти винаги са разположени на изпъкнали части на антигенната молекула.

Структурата на антителата (имуноглобулини)

Имуноглобулини IgG въз основа на експериментални данни. Всеки аминокиселинен остатък от протеинова молекула е изобразен като малка топка. Визуализацията е изградена с помощта на програмата RasMol.

През 20-ти век биохимиците се стремят да разберат какви варианти на имуноглобулините съществуват и каква е структурата на молекулите на тези протеини. Структурата на антителата е установена в хода на различни експерименти. Основно те се състоят във факта, че антителата се третират с протеолитични ензими (папаин, пепсин) и се подлагат на алкилиране и редукция с меркаптоетанол.

След това се изследват свойствата на получените фрагменти: определя се тяхното молекулно тегло (хроматография), кватернерна структура (рентгенов дифракционен анализ), способност за свързване с антиген и др. Използвани са и антитела към тези фрагменти: беше установено дали антителата към един тип фрагменти могат да се свържат с фрагменти от друг тип. Въз основа на получените данни е изграден модел на молекула на антитяло.

Над 100 години изследвания върху структурата и функцията на имуноглобулините само подчертават сложната природа на тези протеини. Понастоящем структурата на човешките имуноглобулинови молекули не е напълно описана. Повечето изследователи са концентрирали усилията си не върху описването на структурата на тези протеини, а върху изясняване на механизмите, чрез които антителата взаимодействат с антигените. В допълнение, молекули на антитела следователно изследването на антитела, запазени непроменени, се превръща в трудна задача. Много по-често е възможно да се установи точната структура на отделните фрагменти от антитела.

Въпреки предполагаемото разнообразие от имуноглобулини, техните молекули са класифицирани според структурите, включени в тези молекули. Тази класификация се основава на факта, че имуноглобулините от всички класове са изградени по общ план, имат определена универсална структура.

Молекулите на имуноглобулините са сложни пространствени образувания. Без изключение всички антитела принадлежат към един и същи тип протеинови молекули, които имат глобуларна вторична структура, която съответства на името им - „имуноглобулини“ (вторичната структура на протеина е начин за полагане на неговата полипептидна верига в пространството). Те могат да бъдат мономери или полимери, изградени от няколко субединици.

Тежки и леки полипептидни вериги в структурата на имуноглобулините

Пептидни вериги на имуноглобулини. Схематично изображение. Променливите региони са маркирани с пунктирани линии.

Структурната единица на имуноглобулина е мономер, молекула, състояща се от полипептидни вериги, свързани помежду си чрез дисулфидни връзки (S-S мостове).

Ако една Ig молекула се третира с 2-меркаптоетанол (реагент, който разрушава дисулфидните връзки), тогава тя ще се разложи на двойки полипептидни вериги. Получените полипептидни вериги се класифицират по молекулно тегло: леки и тежки. Леките вериги имат ниско молекулно тегло (около 23 kD) и се обозначават с буквата L от английския език. Леко - лесно. Тежките вериги Н (от англ. Heavy - тежък) имат високо молекулно тегло (варира между 50 - 73 kD).

Така нареченият мономерен имуноглобулин съдържа две L-вериги и две H-вериги. Леките и тежките вериги се държат заедно чрез дисулфидни мостове. Дисулфидните връзки свързват леките вериги с тежките вериги, както и тежките вериги една с друга.

Основната структурна субединица на всички имуноглобулинови класове е двойката лека верига-тежка верига (L-H). Структурата на имуноглобулините от различни класове и подкласове се различава по броя и местоположението на дисулфидните връзки между тежките вериги, както и по броя на (L-H) субединиците в молекулата. Н-вериги се държат заедно от различен брой дисулфидни връзки. Видовете тежки и леки вериги, които изграждат различни класове имуноглобулини, също се различават.

Фигурата показва схемата на организация на IgG като типичен имуноглобулин. Както всички имуноглобулини, IgG съдържа две идентични тежки (H) вериги и две идентични леки (L) вериги, които са комбинирани в четириверижна молекула чрез междуверижни дисулфидни връзки (-S-S-). Единствената дисулфидна връзка, свързваща H и L веригите, се намира близо до С-края на леката верига. Между двете тежки вериги има и дисулфидна връзка.

Домени в молекула на антитяло

Леките и тежките полипептидни вериги в състава на Ig молекулата имат специфична структура. Всяка верига е условно разделена на специфични секции, наречени домейни.

И леките, и тежките вериги не са прави нишки. Вътре във всяка верига, на равни и приблизително равни интервали от 100-110 аминокиселини, има дисулфидни мостове, които образуват бримки в структурата на всяка верига. Наличието на дисулфидни мостове означава, че всяка бримка в пептидните вериги трябва да образува компактно нагънат глобуларен домен. Така всяка полипептидна верига в състава на имуноглобулин образува няколко глобуларни домена под формата на бримки, включващи приблизително 110 аминокиселинни остатъка.

Можем да кажем, че имуноглобулиновите молекули са сглобени от отделни домени, всеки от които е разположен около дисулфидния мост и е хомоложен на останалите.

Във всяка от леките вериги на молекулите на антитялото има две вътрешноверижни дисулфидни връзки, съответно всяка лека верига има два домена. Броят на такива връзки в тежките вериги варира; тежките вериги съдържат четири или пет домейна. Домейните са разделени от лесно организирани сегменти. Наличието на такива конфигурации е потвърдено от директни наблюдения и генетичен анализ.

Първична, вторична, третична и четвъртична структура на имуноглобулините

Структурата на имуноглобулиновата молекула (както и на други протеини) се определя от първичната, вторичната, третичната и кватернерната структура. Първичната структура е последователността от аминокиселини, които изграждат леките и тежките вериги на имуноглобулините. Рентгеновият дифракционен анализ показа, че леките и тежките вериги на имуноглобулините се състоят от компактни глобуларни домени (т.нар. имуноглобулинови домени). Домените са подредени в характерна третична структура, наречена имуноглобулинова гънка.

Имуноглобулиновите домейни са области в третичната структура на Ig молекулата, които се характеризират с определена автономия на структурната организация. Домените се образуват от различни сегменти от една и съща полипептидна верига, нагънати в "намотки" (глобули). Глобулата включва приблизително 110 аминокиселинни остатъка.

Домейните имат сходна обща структура и определени функции един към друг. В рамките на домейните пептидните фрагменти, които изграждат домейна, образуват компактно опакована антипаралелна β-листова структура, стабилизирана от водородни връзки (вторичната структура на протеина). В структурата на домейна почти няма области с α-спирална конформация.

Вторичната структура на всеки от домейните се формира чрез подреждане на удължена полипептидна верига напред-назад върху себе си в два антипаралелни β-слоя (β-лист), съдържащи няколко β-листове. Всеки β-лист има плоска форма – полипептидните вериги в β-гънките са почти напълно удължени.

Двата β-листа, които съставляват имуноглобулиновата област, са подредени в структура, наречена β-сандвич („като две парчета хляб едно върху друго“). Структурата на всеки имуноглобулинов домен се стабилизира чрез вътредоменна дисулфидна връзка - β-листовете са ковалентно свързани чрез дисулфидна връзка между цистеиновите остатъци на всеки β-лист. Всеки β-лист се състои от антипаралелни β-нишки, свързани с бримки с различна дължина.

Домените от своя страна са свързани помежду си чрез продължението на полипептидната верига, която се простира отвъд β-нагънатите листове. Отворените участъци на полипептидната верига между глобулите са особено чувствителни към протеолитични ензими.

Глоуларните домейни на двойка леки и тежки вериги взаимодействат помежду си, за да образуват кватернерна структура. Поради това се образуват функционални фрагменти, които позволяват на молекулата на антитялото да свързва специфично антигена и в същото време изпълнява редица биологични ефекторни функции.

Променливи и постоянни домейни

Домените в пептидните вериги се различават по постоянството на техния аминокиселинен състав. Има променливи и постоянни домейни (региони). Променливите домейни се обозначават с буквата V от английския език. променлива - "променлива" и се наричат ​​V-домейни. Постоянните (константни) домейни се обозначават с буквата C, от английската константа - „постоянен“ и се наричат ​​C-домейни.

Имуноглобулините, произведени от различни клонове на плазмени клетки, имат променливи домени на различни аминокиселинни последователности. Постоянните домейни са сходни или много близки за всеки имуноглобулинов изотип.

Всеки домейн е етикетиран с буква, указваща дали принадлежи към леката или тежката верига и число, указващо неговата позиция.

Първият домен на леките и тежките вериги на всички антитела е силно променлив в аминокиселинната последователност; обозначава се съответно като V L и V H.

Вторият и следващите домени на двете тежки вериги са много по-последователни в аминокиселинната последователност. Те са обозначени като CH или CH 1, CH 2 и CH 3. IgM и IgE имуноглобулините имат допълнителен CH 4 домен в тежката верига, разположен зад CH 3 домена.

Половината от леката верига, включително карбоксилния край, се нарича CL константна област, а N-терминалната половина на леката верига се нарича VL променлива област.

Въглехидратните вериги също са свързани с CH2 домейна. Имуноглобулините от различни класове се различават значително по броя и подредбата на въглехидратните групи. Въглехидратните компоненти на имуноглобулините имат подобна структура. Те се състоят от постоянно ядро ​​и променлива външна част. Въглехидратните компоненти влияят върху биологичните свойства на антителата.

Fab и Fc фрагменти на имуноглобулинова молекула

Променливите домени на леките и тежките вериги (V H и V L) заедно с най-близките до тях константни домейни (CH 1 и CL 1) образуват Fab фрагменти на антитяло (фрагмент, антиген свързване). Имуноглобулиновото място, което се свързва със специфичен антиген, се образува от N-терминалните променливи области на леката и тежката вериги, т.е. V H - и V L -домейни.

Останалата част, представена от константните домени на С-крайната тежка верига, се означава като Fc фрагмент (фрагмент, кристализиращ се). Fc фрагментът включва останалите СН домени, държани заедно чрез дисулфидни връзки. Шарнирна област е разположена на кръстовището на Fab и Fc фрагментите, което позволява на антиген-свързващите фрагменти да се разгънат за по-близък контакт с антигена.

Зона на пантите

На границата на Fab- и Fc-фрагментите е т.нар. "пантирен регион" с гъвкава структура. Той осигурява мобилност между два Fab фрагмента на Y-образна молекула на антитяло. Подвижността на фрагментите от молекула на антитялото един спрямо друг е важна структурна характеристика на имуноглобулините. Този тип интерпептидно съединение придава на структурата на молекулата динамизъм - позволява лесно да променяте конформацията в зависимост от околните условия и състояние.

Шарнирната област е част от тежката верига. Шарнирната област съдържа дисулфидни връзки, свързващи тежките вериги една с друга. Всеки клас имуноглобулини има своя собствена шарнирна област.

При имуноглобулините (с възможно изключение на IgM и IgE) шарнирната област се състои от къс сегмент от аминокиселини и се намира между регионите СН1 и СН2 на тежките вериги. Този сегмент се състои предимно от цистеинови и пролинови остатъци. Цистеините участват в образуването на дисулфидни мостове между веригите, а пролиновите остатъци предотвратяват сгъването в кълбовидна структура.

Типична структура на имуноглобулинова молекула, използвайки IgG като пример

Схематичният чертеж в плосък чертеж не отразява точно структурата на Ig; всъщност променливите домейни на леката и тежката вериги не са подредени успоредно, а са плътно, напречно преплетени един с друг.

Удобно е да се разгледа типичната структура на имуноглобулин, като се използва примера на молекула на антитяло от клас IgG. Общо има 12 домена в IgG молекулата - 4 на тежките вериги и 2 на леките вериги.

Всяка лека верига включва два домена - един променлив (V L , променлив домен на леката верига) и един константен (C L , постоянен домен на леката верига). Всяка тежка верига съдържа един променлив домен (V H , променлив домен на тежката верига) и три постоянни домена (C H 1–3, постоянни домейни на тежката верига). Приблизително една четвърт от тежката верига, включително N-края, е причислена към променливия регион на Н-веригата (V H), останалата част са постоянни области (CH 1, CH 2, CH 3).

Всяка двойка вариабилни домени V H и V L, разположени в съседни тежки и леки вериги, образува променлив фрагмент (Fv, променлив фрагмент).

Видове тежки и леки вериги в състава на молекулите на антителата

Според различията в първичната структура на постоянните региони веригите се разделят на типове. Типовете се определят от първичната аминокиселинна последователност на веригите и степента на тяхното гликозилиране. Леките вериги са разделени на два типа: κ и λ (капа и ламбда), тежките вериги са разделени на пет типа: α, γ, μ, ε и δ (алфа, гама, mu, епсилон и делта). Сред разнообразието от тежки вериги от тип алфа, мю и гама се разграничават подтипове.

Класификация на имуноглобулините

Имуноглобулините се класифицират според вида на Н-вериги (тежки вериги). Постоянните области на тежките вериги в имуноглобулините от различни класове не са еднакви. Човешките имуноглобулини са разделени на 5 класа и редица подкласове, според видовете тежки вериги, които са част от тях. Тези класове се наричат ​​IgA, IgG, IgM, IgD и IgE.

Самите Н-вериги са обозначени с гръцка буква, съответстваща на главната латинска буква на името на един от имуноглобулините. IgA има тежки вериги α (алфа), IgM - μ (mu), IgG - γ (гама), IgE - ε (епсилон), IgD - δ (делта).

Имуноглобулините IgG, IgM и IgA имат редица подкласове. Разделянето на подкласове (подтипове) също се случва в зависимост от характеристиките на Н-вериги. При хората има 4 подкласа IgG: IgG1, IgG2, IgG3 и IgG4, съдържащи съответно γ1, γ2, γ3 и γ4 тежки вериги. Тези Н вериги се различават по малки детайли на Fc фрагмента. За μ-веригата са известни 2 подтипа - μ1- и μ2-. IgA има 2 подкласа: IgA1 и IgA2 с α1 и α2 подтипове α вериги.

Във всяка имуноглобулинова молекула всички тежки вериги принадлежат към един и същи тип, според класа или подкласа.

Всички 5 класа имуноглобулини се състоят от тежки и леки вериги.

Леките вериги (L-вериги) в имуноглобулините от различни класове са еднакви. Всички имуноглобулини могат да имат както κ (капа), така и двете λ (ламбда) леки вериги. Имуноглобулините от всички класове се разделят на K- и L-типове, в зависимост от наличието в техните молекули на леки вериги съответно от κ- или λ-тип. При хората съотношението на K- и L-типовете е 3:2.

Класовете и подкласовете, взети заедно, се наричат ​​имуноглобулинови изотипове. Изотипът на антителата (клас, подклас имуноглобулини - IgM1, IgM2, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2, IgD, IgE) се определя от С-домените на тежките вериги.

Всеки клас включва огромно разнообразие от индивидуални имуноглобулини, различаващи се по първичната структура на променливите региони; общият брой на имуноглобулините от всички класове е ≈ 10^7.

Структурата на молекулите на антителата от различни класове

Схеми на структурата на имуноглобулините. (A) - мономерни IgG, IgE, IgD, IgA; (B) - полимерен секреторен Ig A (slgA) и IgM (C); (1) - секреторен компонент; (2) - свързваща J-верига.

1. Класове антитела IgG, IgD и IgE

Молекулите на антителата от класове IgG, IgD и IgE са мономерни; те са Y-образни.

IgG имуноглобулините представляват 75% от общите човешки имуноглобулини. Те се намират както в кръвта, така и извън кръвоносните съдове. Важно свойство на IgG е способността им да преминават през плацентата. Така майчините антитела навлизат в тялото на новородено дете и го предпазват от инфекция през първите месеци от живота (естествен пасивен имунитет).

IgD се намират главно върху мембраната на В-лимфоцитите. Те имат структура, подобна на IgG, 2 активни центъра. Тежката верига (δ-верига) се състои от променлив и 3 постоянни домена. Шарнирната област на δ веригата е най-дългата и локализацията на въглехидратите в тази верига също е необичайна.

IgE - концентрацията на този клас имуноглобулини в кръвния серум е изключително ниска. IgE молекулите се фиксират главно върху повърхността на мастоцитите и базофилите. По своята структура IgE е подобен на IgG, има 2 активни центъра. Тежката верига (ε-верига) има един променлив и 4 постоянни домейна. Предполага се, че IgE е от съществено значение за развитието на антихелминтен имунитет. IgE играе основна роля в патогенезата на някои алергични заболявания (бронхиална астма, сенна хрема) и анафилактичен шок.

2. Класове антитела IgM и IgA

Имуноглобулините IgM и IgA образуват полимерни структури. За полимеризация IgM и IgA включват допълнителна полипептидна верига с молекулно тегло 15 kDa, наречена J-верига (joint-bond, от английското joining - връзка). Тази J-верига свързва крайните цистеини в С-края на тежките μ- и α-вериги на IgM и IgA, съответно.

На повърхността на зрелите В-лимфоцити IgM молекулите са разположени под формата на мономери. Въпреки това, в серума те съществуват като пентамери: IgM молекулата се състои от пет структурни молекули, разположени радиално. IgM пентамерът се образува от пет "прашка" мономера, подобни на IgG, свързани един с друг чрез дисулфидни връзки и J-верига. Техните Fc фрагменти са насочени към центъра (където са свързани с J-верига), а Fab фрагментите са насочени навън.

При IgM тежките (H) вериги се състоят от 5 домена, тъй като съдържат 4 постоянни домена. IgM тежките вериги нямат шарнирна област; ролята му се играе от СН2 домейна, който има известна конформационна лабилност.

IgM се синтезира главно по време на първичния имунен отговор и се съдържа предимно във вътресъдовото легло. Количеството Ig M в кръвния серум на здрави хора е около 10% от общото количество Ig.

IgA антителата са изградени от различни количества мономери. Имуноглобулините от клас А са разделени на два вида: серумни и секреторни. Повечето (80%) от IgA, присъстващи в кръвния серум, имат мономерна структура. По-малко от 20% от IgA в серума е представено от димерни молекули.

Секреторните IgA не се откриват в кръвта, а като част от екзосекреции върху лигавиците и са обозначени като sIgA. В мукозните секрети IgA присъстват като димери. Секреторният IgA образува димер от две "прашки" (Ig мономери). С-терминалите на тежките вериги в sIgA молекулата са свързани помежду си чрез J-верига и протеинова молекула, наречена "секреторен компонент".

Секреторният компонент се произвежда от епителните клетки на лигавиците. Той се прикрепя към IgA молекулата, докато преминава през епителните клетки. Секреторният компонент предпазва sIgA от разцепване и инактивиране от протеолитични ензими, които се намират в големи количества в секрета на лигавиците.

Основната функция на sIgA е да предпазва лигавиците от инфекция. Ролята на sIgA в осигуряването на локален имунитет е много важна, т.к. общата площ на лигавиците в тялото на възрастен е няколкостотин квадратни метра и далеч надвишава повърхността на кожата.

Висока концентрация на sIgA се открива в кърмата на жените, особено в първите дни на кърменето. Те предпазват стомашно-чревния тракт на новороденото от инфекция.

Бебетата се раждат без IgA и го получават от майчиното мляко. Надеждно е доказано, че децата, които са кърмени, са много по-малко склонни да страдат от чревни инфекции и респираторни заболявания в сравнение с децата, получаващи изкуствено хранене.

Антителата от клас IgA съставляват 15-20% от общото съдържание на имуноглобулини. IgA не преминава през плацентарната бариера. Ig A се синтезира от плазмени клетки, разположени главно в субмукозните тъкани, върху лигавицата на епителната повърхност на дихателните пътища, урогениталния и чревния тракт, в почти всички екскреторни жлези. Част от Ig A навлиза в общата циркулация, но по-голямата част се секретира локално върху лигавиците под формата на sIgA и служи като локална защитна имунологична бариера на лигавиците. Серумните IgA и sIgA са различни имуноглобулини, sIgA не присъства в кръвния серум.

Хората с имунодефицит на IgA имат склонност към автоимунни заболявания, инфекции на дихателните пътища, максиларните и фронталните синуси и чревни разстройства.

Разцепване на имуноглобулинова молекула от ензими

Протеолитичните ензими (като папаин или пепсин) разграждат имуноглобулиновите молекули на фрагменти. В същото време под въздействието на различни протеази могат да се получат различни продукти. Получените по този начин имуноглобулинови фрагменти могат да се използват за изследователски или медицински цели.

Глоуларната структура на имуноглобулините и способността на ензимите да разделят тези молекули на големи компоненти на строго определени места, а не да ги разграждат до олигопептиди и аминокиселини, показва изключително компактна структура.

1. Разцепване на имуноглобулиновата молекула от папаин. Fab и Fc фрагменти от антитела.

В края на 50-те - началото на 60-те години английският учен Р.Р. Портър анализира структурните характеристики на IgG антителата чрез разделяне на тяхната молекула с папаин (пречистен ензим от сок от папая). Папаинът разрушава имуноглобулина в шарнирната област, над междуверижните дисулфидни връзки. Този ензим разделя имуноглобулиновата молекула на три фрагмента с приблизително еднакъв размер.

Двама от тях са поименни страхотни фрагменти(от англ. fragment antigen-binding - антиген-свързващ фрагмент). Fab фрагментите са напълно идентични и, както показват проучванията, са предназначени да се свързват с антиген. Областта на тежката верига във Fab фрагмента се нарича Fd; той се състои от домейните V H и CH 1.

Третият фрагмент може да кристализира от разтвор и не може да свърже антигена. Това парче се нарича Fc фрагмент(от англ. fragment crystallizable - фрагмент от кристализация). Той е отговорен за биологичните функции на молекулата на антитялото след свързването на антигена и Fab частта на интактната молекула на антитялото.

Fc фрагментът има същата структура за антитела от всеки клас и подклас и различна за антитела, принадлежащи към различни подкласове и класове.

Fc фрагментът на молекулата взаимодейства с клетките на имунната система: неутрофили, макрофаги и други мононуклеарни фагоцити, които носят рецептори за Fc фрагмента на повърхността си. Ако антителата са се свързали с патогенни микроорганизми, те също могат да взаимодействат с фагоцитите с техния Fc фрагмент. Поради това клетките на патогена ще бъдат унищожени от тези фагоцити. Всъщност антителата действат в този случай като междинни молекули.

Впоследствие стана известно, че Fc фрагментите на имуноглобулините в рамките на един и същ изотип в даден организъм са строго идентични, независимо от специфичността на антитялото за антигена. За тази инвариантност те започнаха да се наричат ​​постоянни региони (константа на фрагмента - Fc, съкращението съвпадна).

2. Разцепване на имуноглобулиновата молекула от пепсин.

Друг протеолитичен ензим - пепсин - разцепва молекулата на различно място, по-близо до С-края на Н-веригите, отколкото папаинът. Разцепването става "под" дисулфидните връзки, държащи Н-вериги заедно. В резултат на това под действието на пепсина се образуват двувалентен антиген-свързващ F(ab")2 фрагмент и пресечен pFc" фрагмент. pFc" фрагментът е С-крайната част на Fc областта.

Пепсин отцепва pFc" фрагмента от големия фрагмент с константа на утаяване 5S. Този голям фрагмент е наречен F(ab")2, тъй като, подобно на изходното антитяло, е двувалентен за свързване с антиген. Състои се от свързани Fab фрагменти, свързани с дисулфиден мост в областта на шарнира. Тези Fab фрагменти са едновалентни и хомоложни на папаинови Fab фрагменти I и II, но техният Fd фрагмент е с около десет аминокиселинни остатъци по-голям.

Антиген-свързващи места на антитела (паратопи)

Fab фрагментът на имуноглобулин включва V-домени на двете вериги, CL и CH1 домени. Антиген-свързващият сайт на Fab фрагмента е получил няколко имена: активното или антиген-свързващо място на антитела, антидетерминанта или паратоп.

Променливи сегменти от леки и тежки вериги участват в образуването на активни места. Активното място е празнина, разположена между променливите домейни на леката и тежката вериги. И двата домена участват във формирането на активния сайт.

Молекула на имуноглобулина. L - леки вериги; H - тежки вериги; V - променлива област; C - постоянна област; N-терминалните области на L- и H-вериги (V-област) образуват два антиген-свързващи центъра в Fab фрагментите.

Всеки Fab фрагмент от IgG имуноглобулини има едно антиген-свързващо място. Активните центрове на антитела от други класове, които могат да взаимодействат с антигена, също се намират във Fab фрагменти. Антителата IgG, IgA и IgE имат 2 активни центъра, IgM - по 10 центъра.

Имуноглобулините могат да свързват антигени от различно химично естество: пептиди, въглехидрати, захари, полифосфати, стероидни молекули.

Съществено и уникално свойство на антителата е способността им да влизат в свързване с цели, естествени молекули на антигените, директно във формата, в която антигенът е влязъл във вътрешната среда на тялото. Не изисква никаква метаболитна предварителна обработка на антигени.

Структура на домейни в състава на имуноглобулиновите молекули

Вторичната структура на полипептидните вериги на имуноглобулиновата молекула има доменна структура. Отделни участъци от тежки и леки вериги са сгънати в глобули (домени), които са свързани с линейни фрагменти. Всеки домен е с приблизително цилиндрична форма и представлява β-листова структура, образувана от антипаралелни β-гънки. В рамките на основната структура има определена разлика между C и V домените, което може да се види на примера на лека верига.

Фигурата схематично показва сгъването на единична полипептидна верига на протеина Bence-Jones, съдържаща V L и CL домейните. Схемата е изградена според рентгенов дифракционен анализ - метод, който ви позволява да установите триизмерната структура на протеините. Диаграмата показва приликите и разликите между домейните V и C.

Горната част на фигурата схематично показва пространственото сгъване на постоянните (C) и променливите (V) домейни на леката верига на протеиновата молекула. Всеки домен е цилиндрична "бъчвовидна" (бъчвовидна) структура, в която участъци от полипептидната верига (β-вериги), движещи се в противоположни посоки (т.е. антипаралелни), са опаковани така, че образуват два β-листчета, държани заедно от дисулфидна връзка.

Всеки от домейните, V- и C-, се състои от два β-листа (слоеве с β-нагъната структура). Всеки β-лист съдържа няколко антипаралелни (вървящи в противоположни посоки) β-вериги: в C-домена β-листовете съдържат четири и три β-вериги, във V-домена и двата слоя се състоят от четири β-вериги. На фигурата β-нишките са показани в жълто и зелено за C домейна и червено и синьо за V домейна.

В долната част на фигурата имуноглобулиновите домейни са разгледани по-подробно. Тази половина от снимката показва подреждането на β-вериги за V- и C-домени на леката верига. Възможно е да се разгледа по-ясно начина, по който се полагат техните полипептидни вериги, което създава крайната структура, при образуването на β-листове от тях. За да се покаже гънката, β-вериги са обозначени по азбучен ред според реда, в който се появяват в последователността на аминокиселините, които съставляват домейна. Редът във всеки β-лист е характеристика на имуноглобулиновите домени.

β-листовете (слоевете) в домейните са свързани с дисулфиден мост (връзка) приблизително в средата на всеки домен. Тези връзки са показани на фигурата: между слоевете е показана дисулфидна връзка, свързваща B и F гънките и стабилизираща структурата на домейна.

Основната разлика между домейните V и C е, че V домейнът е по-голям и съдържа допълнителни β-вериги, обозначени като Cʹ и Cʹʹ. На фигурата Cʹ и Cʹʹ β-нишките, присъстващи във V домейните, но отсъстващи в C домейните, са маркирани със син правоъгълник. Може да се види, че всяка полипептидна верига образува гъвкави бримки между последователни β-вериги при промяна на посоката. Във V домена, гъвкави бримки, образувани между някои от β-вериги, влизат в структурата на активното място на имуноглобулиновата молекула.

Хиперпроменливи региони в рамките на V-домейни

Нивото на променливост в рамките на променливите домейни е неравномерно разпределено. Не целият променлив домен е променлив в състава си на аминокиселини, а само малка част от него - хиперпроменливаобласти. Те представляват около 20% от аминокиселинната последователност на V-домени.

В структурата на цялата имуноглобулинова молекула V H и V L домейните са комбинирани. Техните хиперпроменливи региони са съседни един на друг и създават единична хиперпроменлива област под формата на джоб. Това е мястото, което специфично се свързва с антигена. Хиперпроменливите региони определят комплементарността на антитяло към антиген.

Тъй като хиперпроменливите региони играят ключова роля в разпознаването и свързването на антигена, те се наричат ​​още региони, определящи комплементарността (CDR). В променливите домейни на тежката и леката вериги са изолирани три CDR (V L CDR1–3, V H CDR1–3).

Между хиперпроменливите региони има относително постоянни участъци от аминокиселинната последователност, които се наричат ​​рамкови секции (рамкова област, FR). Те представляват около 80% от аминокиселинната последователност на V-домени. Ролята на такива региони е да поддържат относително еднаква триизмерна структура на V-домени, която е необходима за осигуряване на афинитетно взаимодействие на хиперпроменливи региони с антигена.

В последователността на променливия домен на регион 3, хипервариантните региони се редуват с 4 относително инвариантни "рамкови" области FR1-FR4,

H1–3, CDR бримки, включени във веригите.

От особен интерес е пространственото подреждане на хиперпроменливите региони в три отделни бримки на променливия домейн. Тези хиперпроменливи области, въпреки че са разположени на голямо разстояние един от друг в първичната структура на леката верига, но, когато образуват триизмерна структура, те са разположени в непосредствена близост един до друг.

В пространствената структура на V-домените, хиперпроменливите последователности са разположени в зоната на сгъване на полипептидната верига, насочена към съответните участъци от V-домена на другата верига (т.е. CDRs на леката и тежката верига са насочени един към друг). В резултат на взаимодействието на променливия домен на H- и L-веригите се образува антиген-свързващото място (активен център) на имуноглобулина. Според електронната микроскопия това е кухина с дължина 6 nm и ширина 1,2–1,5 nm.

Пространствената структура на тази кухина, поради структурата на хиперпроменливи региони, определя способността на антителата да разпознават и свързват специфични молекули въз основа на пространственото съответствие (специфичност на антителата). Пространствено разделени области на H- и L-вериги също допринасят за образуването на активния център. Хиперпроменливите области на V-домените не са изцяло част от активния център - повърхността на антиген-свързващия сайт улавя само около 30% от CDR.

Хиперпроменливите области на тежката и леката вериги определят индивидуалните структурни характеристики на антиген-свързващия център за всеки Ig клон и разнообразието от техните специфики.

Свръхвисоката вариабилност на CDR и активните места осигурява уникалността на имуноглобулиновите молекули, синтезирани от В-лимфоцитите на един клон, не само в структурата, но и в способността да свързват различни антигени. Въпреки факта, че структурата на имуноглобулините е доста добре известна и именно CDRs са отговорни за техните характеристики, все още не е ясно кой домен е най-отговорен за свързването на антигена.

Взаимодействие на антитела и антигени (взаимодействие на епитоп и паратоп)

Реакцията антиген-антитяло се основава на взаимодействието между антигенния епитоп и активното място на антитялото, въз основа на тяхното пространствено съответствие (комплементарност). В резултат на свързването на патогена с активното място на антитялото, патогенът се неутрализира и се възпрепятства проникването му в клетките на тялото.

В процеса на взаимодействие с антигена участва не цялата имуноглобулинова молекула, а само нейната ограничена област - антиген-свързващият център или паратоп, който е локализиран във Fab фрагмента на Ig молекулата. В този случай антитялото не взаимодейства с цялата антигенна молекула наведнъж, а само с неговата антигенна детерминанта (епитоп).

Активното място на антитялото е структура, която е пространствено комплементарна (специфична) за детерминантата на антигенна група. Активният център на антителата има функционална автономия, т.е. способни да свързват антигенната детерминанта в изолирана форма.

От страна на антигена, епитопите, които взаимодействат със специфични антитела, са отговорни за взаимодействието с активните центрове на антиген-разпознаващите молекули. Епитопът директно влиза в йонни, водородни, ван дер Ваалсови и хидрофобни връзки с активното място на антитялото.

Специфичното взаимодействие на антитела с антигенна молекула е свързано с относително малка площ от нейната повърхност, съответстваща по размер на антиген-свързващото място на рецепторите и антителата.

Свързването на антиген-антитяло се осъществява чрез слаби взаимодействия в антиген-свързващото място. Всички тези взаимодействия се проявяват само при тесен контакт на молекули. Такова малко разстояние между молекулите може да се постигне само поради комплементарността на епитопа и активния център на антитялото.

Понякога един и същ антиген-свързващ център на молекула на антитяло може да се свърже с няколко различни антигенни детерминанти (обикновено тези антигенни детерминанти са много сходни). Такива антитела се наричат кръстосано реактивенспособни на полиспецифично свързване.

Например, ако антиген А има общи епитопи с антиген В, тогава някои от антителата, специфични за А, също ще реагират с В. Това явление се нарича кръстосана реактивност.

Пълни и непълни антитела. Валентност

Валентност- това е броят на активните места на антитялото, които могат да се комбинират с антигенни детерминанти. Антителата имат различен брой активни центрове в молекулата, което определя тяхната валентност. В тази връзка разграничете пълени непъленантитела.

Пълните антитела имат поне две активни места. Пълните (дву- и петвалентни) антитела, когато взаимодействат in vitro с антигена, в отговор на който се произвеждат, дават визуално видими реакции (аглутинация, лизис, преципитация, фиксиране на комплемента и др.).

Непълните или моновалентните антитела се различават от конвенционалните (пълни) антитела по това, че имат само един активен център, вторият център не работи в такива антитела. Това не означава, че вторият активен център на молекулата отсъства. Вторият активен център в такива имуноглобулини е защитен от различни структури или има ниска авидност. Такива антитела могат да взаимодействат с антигена, да го блокират чрез свързване на епитопи на антигена и предотвратяване на контакта на пълни антитела с него, но не предизвикват агрегация на антигена. Затова те също се наричат блокиране.

Реакцията между непълни антитела и антиген не е придружена от макроскопски явления. Непълните антитела в специфичното взаимодействие с хомоложен антиген не дават видима проява на серологична реакция, т.к. не може да агрегира частиците в големи конгломерати, а само да ги блокира.

Непълните антитела се образуват независимо от пълните и изпълняват същите функции. Те също са представени от различни класове имуноглобулини.

идиоти и идиоти

Антителата са сложни протеинови молекули, които сами по себе си могат да имат антигенни свойства и да причинят образуването на антитела. В техния състав се разграничават няколко вида антигенни детерминанти (епитипове): изотипове, алотипове и идиотипи.

Различните антитела се различават едно от друго по своите променливи региони. Антигенните детерминанти на променливите региони (V-области) на антителата се наричат идиоти. Идиотопи могат да бъдат изградени от характерни области на V-области само на Н-вериги или L-вериги. В повечето случаи и двете вериги участват в образуването на идиотоп едновременно.

Идиотопите могат или не могат да бъдат свързани с антиген-свързващото място (идиотопи, свързани с мястото) или не (несвързани идиотопи).

Свързаните с мястото идиотопи зависят от структурата на антиген-свързващия сайт на антитялото (принадлежащ на Fab фрагмента). Ако това място е заето от антиген, тогава антиидиотопното антитяло вече не може да реагира с антитяло, което има този идиотоп. Изглежда, че други идиотопи нямат толкова тясна връзка с антиген-свързващите места.

Наборът от идиотопи върху всяка молекула на антитялото се означава като идиот. По този начин идиотипът се състои от набор от идиотопи - антигенни детерминанти на V-областта на антитяло.

Групови конституционни варианти на антигенната структура на тежките вериги се наричат алотипове. Алотипите са детерминанти, кодирани от алелите на даден имуноглобулинов ген.

Изотипите са детерминанти, чрез които се разграничават класове и подкласове тежки вериги и варианти на κ (капа) и λ (ламбда) леки вериги.

Афинитет и авидност на антителата

Силата на свързване на антителата може да се характеризира с имунохимични характеристики: авидност и афинитет.

Под афинитетразбират силата на свързване на активния център на молекулата на антитялото със съответната детерминанта на антигена. Силата на химичната връзка на един антигенен епитоп с едно от активните места на Ig молекулата се нарича афинитет на връзката антитяло-антиген. Афинитетът обикновено се определя количествено чрез константата на дисоциация (в mol-1) на един антигенен епитоп с едно активно място.

Афинитетът е точността на съвпадението на пространствената конфигурация на активния център (паратоп) на антитялото и антигенната детерминанта (епитоп). Колкото повече връзки се образуват между епитопа и паратопа, толкова по-висока ще бъде стабилността и продължителността на живота на получения имунен комплекс. Имунният комплекс, образуван от антитела с нисък афинитет, е изключително нестабилен и има кратък живот.

Афинитетът на антитяло към антиген се нарича алчностантитела. Авидността на връзката антитяло-антиген е общата сила и интензитет на връзката на цяла молекула на антитяло с всички антигенни епитопи, които е успяла да свърже.

Авидността на антителата се характеризира със скоростта на образуване на комплекса "антиген-антитяло", пълнотата на взаимодействието и силата на получения комплекс. Авидността, както и специфичността на антителата, се основава на първичната структура на детерминантата (активния център) на антитялото и степента на адаптация на повърхностната конфигурация на полипептидите на антитялото към детерминанта (епитоп) на антигена, свързан с него .

Авидността се определя както от афинитета на взаимодействието между епитопи и паратопи, така и от валентността на антителата и антигена. Авидността зависи от броя на антиген-свързващите места в молекулата на антитялото и тяхната способност да се свързват с множество епитопи на даден антиген.

Типична IgG молекула, когато и двете антиген-свързващи места участват в реакцията, ще се свърже с многовалентен антиген поне 10 000 пъти по-силно, отколкото когато участва само едно място.

Антителата от клас М имат най-висока авидност, тъй като имат 10 антиген-свързващи центъра. Ако афинитетът на отделните антиген-свързващи места на IgG и IgM е еднакъв, IgM молекула (имаща 10 такива места) ще покаже несравнимо по-голяма авидност за мултивалентен антиген, отколкото IgG молекула (с 2 места). Поради високата обща авидност на IgM антителата - основният клас имуноглобулини, произвеждани в началото на имунния отговор - могат да функционират ефективно дори при нисък афинитет на отделните места на свързване.

Разликата в авидността е важна, тъй като антителата, образувани в началото на имунния отговор, обикновено имат много по-малък афинитет към антигена от тези, произведени по-късно. Увеличаването на средния афинитет на произведените антитела във времето след имунизацията се нарича узряване на афинитета.

Специфика на взаимодействието на антигени и антитела

В имунологията под специфичност се разбира селективността на взаимодействието на индуктори и продукти на имунните процеси, по-специално антигени и антитела.

Специфичността на взаимодействието за антитела е способността на имуноглобулина да реагира само с определен антиген, а именно способността да се свързва със строго определена антигенна детерминанта. Феноменът на специфичност се основава на наличието на активни центрове в молекулата на антитялото, които влизат в контакт със съответните детерминанти на антигена. Селективността на взаимодействието се дължи на комплементарността между структурата на активния център на антитялото (паратоп) и структурата на антигенната детерминанта (епитоп).

Специфичността на антигена е способността на антигена да индуцира имунен отговор към добре дефиниран епитоп. Специфичността на антигена до голяма степен се определя от свойствата на съставните му епитопи.

Една от най-важните функции на имуноглобулините е свързването на антигена и образуването на имунни комплекси. Протеините на антителата специфично реагират с антигени, образувайки имунни комплекси - комплекси от антитела, свързани с антигени. Такава връзка е нестабилна: полученият имунен комплекс (IC) може лесно да се разпадне на съставните си компоненти.

Няколко молекули антитяло могат да се прикрепят към всяка молекула на антигена, тъй като има няколко антигенни детерминанти върху антигена и антитела могат да се образуват срещу всяка от тях. В резултат на това възникват сложни молекулярни комплекси.

Образуването на имунни комплекси е съществен компонент на нормалния имунен отговор. Образуването и биологичната активност на имунните комплекси зависят преди всичко от естеството на антителата и антигена, включени в техния състав, както и от тяхното съотношение. Характеристиките на имунните комплекси зависят от свойствата на антителата (валентност, афинитет, скорост на синтез, способност за свързване на комплемента) и антигена (разтворимост, размер, заряд, валентност, пространствено разпределение и плътност на епитопите).

Взаимодействие на антигени и антитела. Реакция антиген-антитяло

Реакцията антиген-антитяло е образуването на комплекс между антиген и антитела, насочени към него. Изучаването на такива реакции е от голямо значение за разбирането на механизма на специфичното взаимодействие на биологичните макромолекули и за изясняване на механизма на серологичните реакции.

Ефективността на взаимодействието на антитяло с антиген значително зависи от условията, при които протича реакцията, преди всичко от рН на средата, осмотична плътност, солевия състав и температурата на средата. Оптималните условия за реакцията антиген-антитяло са физиологичните условия на вътрешната среда на макроорганизма: близка до неутралната реакция на околната среда, наличието на фосфатни, карбонатни, хлоридни и ацетатни йони, осмоларитет на физиологичен разтвор (концентрация на разтвора 0,15 M), както и температура 36-37 °C.

Взаимодействието на антигенна молекула с антитяло или неговия активен Fab фрагмент е придружено от промени в пространствената структура на антигенната молекула.

Тъй като химичните връзки не възникват, когато антигенът се комбинира с антитяло, силата на тази връзка се определя от пространствената точност (специфичност) на взаимодействащите участъци на две молекули - активния център на имуноглобулина и антигенната детерминанта. Мярката за силата на връзката се определя от афинитета на антитялото (количеството на свързване на един антиген-свързващ център с отделен антигенен епитоп) и неговата авидност (общата сила на взаимодействието на антитяло с антиген в случай на взаимодействие на поливалентно антитяло с поливалентен антиген).

Всички реакции антиген-антитяло са обратими; комплексът антиген-антитяло може да се дисоциира, за да освободи антитела. В този случай обратната реакция антиген-антитяло протича много по-бавно от директната.

Има два основни начина, по които вече образуван комплекс антиген-антитяло може да бъде частично или напълно разделен. Първият се състои в изместването на антителата от излишък от антигена, а вторият - в въздействието върху имунния комплекс на външни фактори, водещи до разрушаване на връзките (намаляване на афинитета) между антигена и антитялото. Частична дисоциация на комплекса антиген-антитяло обикновено може да се постигне чрез повишаване на температурата.

При използване на серологични методи най-много универсален начиндисоциацията на имунните комплекси, образувани от голямо разнообразие от антитела, е тяхното третиране с разредени киселини и основи, както и концентрирани разтвориамиди (карбамид, солна гуанидин).

Хетерогенност на антителата

Антителата, образувани по време на имунния отговор на организма, са хетерогенни и се различават едно от друго, т.е. те хетерогенен. Антителата са хетерогенни по своите физикохимични, биологични свойства и преди всичко по своята специфичност. Основната основа за хетерогенността (разнообразие от специфики) на антителата е разнообразието на техните активни центрове. Последното е свързано с вариабилността на аминокиселинния състав в V областите на молекулата на антитялото.

Също така, антителата са хетерогенни като принадлежност към различни класове и подкласове.

Хетерогенността на антителата се дължи и на факта, че имуноглобулините съдържат 3 вида антигенни детерминанти: изотип, характеризиращ принадлежността на имуноглобулин към определен клас; алотипни, съответстващи на алелни варианти на имуноглобулин; идиотски, отразяващ индивидуални характеристикиимуноглобулин. Системата идиоттип-антиидиотип формира основата на така наречената мрежова теория на Jerne.

Изотипове, алотипове, идиотипи на антитела

Имуноглобулините съдържат три вида антигенни детерминанти: изотипни (едни и същи за всеки представител на даден вид), алотипни (детерминанти, които са различни при представителите на даден вид) и идиотипни (детерминанти, които определят индивидуалността на даден имуноглобулин и са различни за антитела от същия клас, подклас).

Във всеки биологичен вид тежките и леките вериги на имуноглобулините имат определени антигенни характеристики, според които тежките вериги се разделят на 5 класа (γ, μ, α, δ, ε), а леките вериги на 2 типа (κ и λ). Тези антигенни детерминанти се наричат ​​изотипни (изотипове), за всяка верига те са еднакви за всеки представител на даден биологичен вид.

В същото време има вътрешновидови различия в наименованите вериги на имуноглобулини - алотипове, дължащи се на генетичните характеристики на организма производител: техните признаци са генетично обусловени. Например, повече от 20 алотипа са описани за тежките вериги.

Дори когато антителата към определен антиген принадлежат към същия клас, подклас и дори алотип, те се характеризират със специфични разлики един от друг. Тези различия се наричат ​​идиотипи. Те характеризират „индивидуалността“ на даден имуноглобулин в зависимост от специфичността на антигена на индуктора. Зависи от структурните характеристики на V-домените на H- и L-веригите, много различни варианти на техните аминокиселинни последователности. Всички тези антигенни разлики се определят с помощта на специфични серуми.

Класификация на антителата според реакциите, в които могат да участват

Първоначално антителата бяха условно класифицирани според техните функционални свойства на неутрализиращи, лизиращи и коагулиращи. Неутрализиращите агенти включват антитоксини, антиензими и вирус-неутрализиращи лизини. За коагулация - аглутинини и преципитини; към лизиращи - хемолитични и комплемент-свързващи антитела. Като се вземе предвид функционалната способност на антителата, бяха дадени имената на серологичните реакции: аглутинация, хемолиза, лизис, преципитация и др.

Изследване на антитела. Фагов дисплей.

Доскоро изследването на антителата беше затруднено от технически причини. Имуноглобулините в организма са сложна смес от протеини. Серумната имуноглобулинова фракция е смес от огромен брой различни антитела. Освен това относителното съдържание на всеки вид от тях като правило е много малко. Доскоро получаването на чисти антитела от имуноглобулиновата фракция беше трудно за получаване. Трудности при изолирането на отделни имуноглобулини дълго времее пречка както за тяхното биохимично изследване, така и за установяването на първичната им структура.

AT последните годиниСформира се нова област на имунологията – антитело инженерство, което се занимава с получаване на неестествени имуноглобулини с желани свойства. За това обикновено се използват две основни направления: биосинтеза на антитела с пълна дължина и производство на минимални фрагменти от молекулата на антитялото, които са необходими за ефективно и специфично свързване с антигена.

Съвременни технологииполучаване на антитела in vitro репликират селекционните стратегии на имунната система. Една такава технология е фагов дисплей, който дава възможност да се получат фрагменти от човешки антитела с различна специфичност. Гените на тези фрагменти могат да се използват за конструиране на антитела с пълна дължина.

В допълнение, много често базираните на антитела терапевтици не изискват техните ефекторни функции да бъдат включени чрез Fc домейна, например в инактивиране на цитокини, блокиране на рецептори или неутрализиране на вируси. Следователно, една от тенденциите в дизайна на рекомбинантни антитела е да се намали размерът им до минимален фрагмент, който запазва както активността на свързване, така и специфичността.

Такива фрагменти могат в някои случаи да бъдат по-предпочитани поради способността им да проникват по-добре в тъканите и да се елиминират от тялото по-бързо от молекулите на антитела с пълна дължина. В същото време желаният фрагмент може да бъде произведен в E. coli или дрожди, което значително намалява цената му в сравнение с антитела, получени при използване на клетъчни култури от бозайници. В допълнение, този метод на производство избягва биологичната опасност, свързана с използването на антитела, изолирани от дарената кръв.

Миеломни имуноглобулини

Протеин на Бенс Джоунс. Пример за молекула на такъв имуноглобулин, който е димер на капа леки вериги

Терминът имуноглобулини се отнася не само до нормални класове антитела, но и до голям брой анормални протеини, обикновено наричани миеломни протеини. Тези протеини се синтезират в големи количества при множествена миелома, злокачествено заболяване, при което дегенерирани специфични клетки на антитялообразуващата система произвеждат големи количества от определени протеини, като протеини на Bence-Jones, миеломни глобулини, фрагменти от имуноглобулини от различни класове.

Протеините на Bence-Jones са или единични κ- или λ-вериги, или димери на две идентични вериги, свързани с единична дисулфидна връзка; те се отделят с урината.

Миеломните глобулини се откриват във високи концентрации в плазмата на пациенти с множествен миелом; техните H и L вериги имат уникална последователност. Едно време се приемаше, че миеломните глобулини са патологични имуноглобулини, характерни за тумора, в който се образуват, но сега се смята, че всеки от тях е един от отделните имуноглобулини, произволно „подбрани“ от многото хиляди образувани нормални антитела в човешкото тяло.

Установена е пълната аминокиселинна последователност на няколко отделни имуноглобулина, включително миеломни глобулини, протеини на Bence-Jones, както и леки и тежки вериги на същия миеломен имуноглобулин. За разлика от антителата на здрав човек, всички протеинови молекули от всяка посочена група имат една и съща аминокиселинна последователност и са едно от хилядите възможни антитела на индивида.

Хибридоми и моноклонални антитела

Получаването на антитела за човешки нужди започва с имунизацията на животните. След няколко инжекции на антигена (в присъствието на стимуланти на имунния отговор), специфични антитела се натрупват в кръвния серум на животните. Такива серуми се наричат ​​имунни. Антителата се изолират от тях по специални методи.

Въпреки това, имунната система на животното произвежда специални антитела срещу огромно разнообразие от антигени. Тази способност се основава на наличието на разнообразие от клонове на лимфоцити, всеки от които произвежда антитела от същия тип с тясна специфичност. Общият брой на клонингите при мишки, например, достига 10^7 -10^10 градуса.

Следователно, имунните серуми съдържат много молекули на антитела с различни специфичности, т.е. притежаващи афинитет към много антигенни детерминанти. Антителата, получени от имунни серуми, са насочени както срещу антигена, с който е извършена имунизацията, така и срещу други антигени, които животното донор е срещнало.

За съвременния имунохимичен анализ и клинични приложения специфичността и стандартизацията на използваните антитела са много важни. Необходимо е да се получат абсолютно идентични антитела, което не може да се направи с имунни серуми.

През 1975 г. G. Köhler и C. Milstein решават този проблем, като предлагат метод за получаване на хомогенни антитела. Те разработиха така наречената "хибридомна технология" - техника за получаване на клетъчни хибриди (хибридоми). С помощта на този метод се получават хибридни клетки, които могат да се размножават неограничено и да синтезират антитела с тясна специфичност - моноклонални антитела.

За да се получат моноклонални антитела, клетките на плазмоцитен тумор (плазмоцитом или множествен миелом) се сливат с клетки на далака на имунизирано животно, най-често мишка. Технологията на Köhler и Milstein включва няколко етапа.

На мишките се инжектира специфичен антиген, който предизвиква производството на антитела срещу този антиген. Миши далаци се отстраняват и хомогенизират, за да се получи клетъчна суспензия. Тази суспензия съдържа В клетки, които произвеждат антитела срещу инжектирания антиген.

След това клетките на далака се смесват с миеломни клетки. Това са туморни клетки, които могат да растат непрекъснато в културата; те също нямат резервен път за нуклеотиден синтез. Някои клетки на далака, произвеждащи антитела, и миеломни клетки се сливат, за да образуват хибридни клетки. Тези хибридни клетки вече могат да растат непрекъснато в култура и да произвеждат антитела.

Сместа от клетки се поставя в селективна среда, която позволява да растат само хибридни клетки. Неслети миеломни клетки и В-лимфоцити умират.

Хибридните клетки се размножават, образувайки клонинг на хибридоми. Хибридомите се тестват за производството на желаните антитела. След това избрани хибридоми се култивират, за да произведат големи количества моноклонални антитела, свободни от чужди антитела и толкова хомогенни, че могат да се считат за чисти химикали.

Трябва да се отбележи, че антителата, произведени от една хибридомна култура, се свързват само с една антигенна детерминанта (епитоп). В тази връзка могат да се получат толкова моноклонални антитела срещу антиген с няколко епитопа, колкото има антигенни детерминанти. Възможно е също така да се подберат клонове, които произвеждат антитела само с една желана специфичност.

Развитието на технологията за получаване на хибридоми е от революционно значение в имунологията, молекулярната биология и медицината. Това позволи създаването на напълно нови научни направления. Благодарение на хибридомите се откриха нови пътища за изследване и лечение на злокачествени тумори и много други заболявания.

В момента хибридомите се превърнаха в основен източник на моноклонални антитела, използвани в фундаменталните изследвания и в биотехнологиите за създаване на тестови системи. Моноклоналните антитела се използват широко при диагностицирането на инфекциозни заболявания на селскостопанските животни и хората.

Благодарение на моноклоналните антитела ензимният имуноанализ, имунофлуоресценцията, поточната цитометрия, имунохроматографията и радиоимунният анализ са станали рутинни.

Разработени са много технологии, които подобряват синтеза на антитела. Това са технологии за рекомбинация на ДНК, методи за клониране на клетки и други трансгенни технологии. През 90-те години с помощта на методи за генно инженерство беше възможно да се сведе до минимум процентът на миши аминокиселинни последователности в изкуствено синтезирани антитела. Благодарение на това, освен миши, бяха получени химерни, хуманизирани и напълно човешки антитела.

ОБАДЕТЕ СЕ!

Още през 30-те години на миналия век беше показано, че една протеинова молекула може да свърже няколко молекули антитяло едновременно.

През 50-те години на миналия век става ясно, че антителата взаимодействат с отделни области на повърхността на протеинова молекула. Те се наричат ​​антигенни детерминанти. Проблемът беше формулиран: какво представлява антигенна детерминанта? Какви свойства позволяват един или друг регион на протеина да бъде разпознат като чужд и да предизвика имунен отговор?

Първо, къси синтетични пептиди бяха използвани като модел. Оказа се, че линейните хомополимери на аминокиселини (тип (Ala-Ala) n) са неимуногенни, но след конюгиране с протеин-носител се държат като хаптени, т.е. имат антигенна специфичност. Деглутилиращите хетерополимери на аминокиселини са силно имуногенни и индуцират синтеза на антитела към повърхностните участъци на молекулата. Пептидите, взети в подредена или денатурирана форма, имат различна антигенна специфичност. Ако синтетичният антиген има нос от заредени групи, тогава антителата към него имат противоположен заряд.
Направено е заключение, че антигенните детерминанти са разположени на повърхността на молекулата, имат определена конформация и носят аминокиселинни остатъци, способни да образуват нековалентни връзки с антитялото.

Основната работа върху антигенната структура на глобуларните протеини е извършена през 70-80-те години на ХХ век. В резултат на това беше установено, че антигенният детерминантен епитоп е отделна област на повърхността на протеинова молекула. Състои се от 6-7 аминокиселинни остатъка. Не е открита връзка с каквито и да било специфични аминокиселинни остатъци: антигенните детерминанти включват онези аминокиселини, които обикновено се намират на повърхността на протеина. Оказа се, че всяка антигенна детерминанта описва линия с дължина 23-25? на повърхността на протеина. и има детерминиран N и C край.
Има последователни (линейни) и прекъснати (конформационни) антигенни детерминанти.
Последователно – определя се по реда на аминокиселините. Антителата към такива епитопи лесно взаимодействат с линеен пептид със същата последователност. Те се намират в чиста форма във фибриларни протеини и пептиди. В глобуларните протеини повърхностните последователни области имат специфична конформация. Антителата, получени преди пептидите, често разпознават естествени протеини, т.е. може да се адаптира по определен начин към конформацията на повърхностните фрагменти.

Прекъснатите антигенни детерминанти се състоят от аминокиселинни остатъци, разположени далеч един от друг в полипептидната верига, но събрани заедно поради третичната структура на протеина, предимно дисулфидни връзки. Такива антигенни детерминанти не могат да бъдат моделирани с линеен пептид.

Не всички аминокиселини, които съставляват епитопи, са еднакво важни за разпознаване: като правило специфичността се определя от 1-2 остатъка (имунодоминантни), докато други играят роля за поддържане на правилната конформация на епитопите.
Като примери, разгледайте антигенната структура на миоглобина от кашалот и лизозима на пилешко яйце, първите протеинови антигени, изследвани подробно.
Миоглобинът е хемостатичен мускулен протеин с молекулно тегло 18 kDa, състоящ се от 153 аминокиселинни остатъка, не съдържа дисулфидни връзки. В молекулата на миоглобина бяха идентифицирани пет линейни епитопа: фрагменти 16-21, 56-62, 94-99, 113-119 и 146-151. Те включват хидрофилни полярни аминокиселини: Lys, Arg, Glu, His.

Лизозимът е ензим, открит в секреторните течности на тялото на бозайниците и в протеина на птичи яйца, с молекулно тегло 14 kDa, има четири дисулфидни връзки. В състава на лизозима са идентифицирани три прекъснати антигенни детерминанти, които съответстват на фрагментите:
22-34 и 113-116, съседни дисулфидни връзки 30-115;
62-68 и 74-96, събрани чрез връзки 76-94 и 64-80;
6-13 и 126-129, съседни връзки 6-127.
За изследване на тези антигенни детерминанти беше предложен специален експериментален подход - синтез, който имитира повърхността. Така че, за да имитират прекъснати епитопи, остатъците бяха идентифицирани като имунодоминантни, омрежени в единичен пептид чрез комбиниране на отделни фрагменти с помощта на глицинов спейсер:
116 113 114 34 33
Lys Asn Arg Phe Lys
Lys-Asn-Arg-Gly-Phe-Lys
Такъв пептид ефективно блокира свързването на специфични антитела към протеина, т.е. е подобен на естествен прекъснат епитоп.
През 80-те години на миналия век стана ясно, че цялата повърхност на протеин може да бъде антигенна; ако за имунизация се използват синтетични пептиди, тогава антитела могат да бъдат получени към всяка повърхност на мястото. Въпреки това, когато се имунизира с целия протеин, антитела се образуват само към определени области. Използването на моноклонални антитела с добре дефинирана специфичност показва, че всяка антигенна детерминанта всъщност се състои от няколко потенциално антигенни припокриващи се области. Сега такива епитопи започнаха да се обозначават с по-подходящия термин за имунодоминантния регион.
Естествено, възникна въпросът кои фактори определят имунодоминацията.
Въз основа на признатата функция на имунната система да разграничава „себе си“ от „чуждото“, първият принцип, залегнал в основата на имунодоминантността, е принципът на чуждостта на антигена по отношение на протеините на реципиента. За да разберем валидността на този принцип, изследвахме серия от хомоложни протеини, т.е. протеини, които се намират в много организми и се различават по отделни аминокиселинни замествания. Цитохромите c се оказаха идеални за подобни експерименти.
Цитохромите с са хем протеини на митохондриалната дихателна верига с молекулно тегло 13 kDa, състоящи се от около 100 аминокиселинни остатъка. Те се появяват много рано в еволюцията на живия свят; първите цитохроми c се намират в бактериите. Структурата на протеина се оказва толкова успешна, че е запазена по принцип за висши животни. Цитохромите на бозайниците се различават един от друг по отделни аминокиселинни остатъци, т.е. могат да се разглеждат като точкови мутанти. Установена е пряка връзка между имуногенността на цитохром с и броя на остатъците, които отличават антигена от хомоложния цитохром с на реципиента. Но по отношение на специфичността на произведените антитела, тази връзка не е установена като абсолютна. Така зайци, имунизирани със собствен цитохром, модифициран от глутаралдехид,
14
произвеждат антитела срещу епитопи на техния собствен цитохром. Когато животните различни видовеимунизирани с един вид цитохром, след което се произвеждат антитела срещу същите места. След това започнаха да разглеждат друг принцип на имунодоминантност - връзката със структурните характеристики на антигена: достъпност, заряд, специфично местоположение на гънката на субпептидната верига. Предложени са алгоритми за търсене на имунодоминантни места според принципите на хидрофилност и атомна мобилност. По-нататъшни експерименти разкриха връзката на хидрофилността и подвижността с еволюционната променливост: аминокиселинните замествания, които са били фиксирани в еволюцията, не трябва да нарушават биологични функциицитохром с и следователно са локализирани в повърхностните, най-гъвкави области, където появата на друга аминокиселина е най-безопасна и може да бъде компенсирана от гъвкавостта на молекулата.
В резултат на тези изследвания се стигна до заключението, че въпреки че цялата повърхност на протеина по принцип може да бъде антигенна, по време на естествена имунизация с нативен протеин, антитела се образуват само срещу определени епитопи, имунодоминантността на които се определя от техните структурни особености. , преди всичко хидрофилност и атомна подвижност (гъвкавост).
Антителата (и В-лимфоцитите) свързват нативния антиген и разпознават така наречените В епитопи на неговата повърхност. Но по време на имунния отговор антигенът се разпознава и от Т-лимфоцитите. Освен това, специфичността на Т-лимфоцитите е тази, която определя кои имунодоминантни места ще бъдат разпознати като В епитопи. Областите на антигена, които се разпознават от Т-лимфоцитите, се наричат ​​Т епитопи. Тяхната позиция и структура не се определят толкова лесно, колкото за В епитопи, тъй като Т клетките разпознават антигените по много различен начин.
1. За разпознаване от Т-лимфоцитите антигенът трябва да бъде обработен (разделен). Обработката се извършва в специализирани клетки под действието на протеолитични ензими. Спектърът на образуваните пептиди зависи от вида на протеазите, които се различават при различните типове клетки.
2. Обработващият пептид трябва да бъде представен в комплекс с протеини от главния комплекс за хистосъвместимост: изборът на антигенния пептид зависи от структурата на тези протеини, които са силно полиморфни и се различават дори при различни индивиди от един и същи вид.

3. Разпознаването на представения пептид зависи от репертоара на Т-клетъчните рецептори, което е резултат от положителна и отрицателна селекция при конкретен индивид.
В резултат на това Т епитопът не е непременно повърхностна структура; не е конформационно зависим, а е линеен пептид. Позицията му не е свързана с хидрофилност или подвижност на полипептидната верига. Зависи както от структурата на нативния протеин (потенциални места на протеолиза, пептидни мотиви, съответстващи на местата на свързване на протеини за хистосъвместимост), така и от състоянието на имунната система на отделния реципиент (репертоарът от протеини за хистосъвместимост и Т-клетъчни рецептори) . Т епитопите са по-свързани с местата на чуждост на антигена по отношение на реципиентните протеини, отколкото В епитопите, тъй като репертоарът на Т рецепторите претърпява по-строга отрицателна селекция.
Определянето на структурата и локализацията на В и Т епитопи е не само от основен интерес. Необходим е за създаването на ефективни ваксини и имунодиагностика.

Имунната система е в състояние да разпознае почти всяко вещество от околната среда около макроорганизма. За това антигенът трябва да бъде правилно представен на имунните клетки. В-лимфоцитите и антителата разпознават конформационно-зависими повърхностни епитопи, разположени на местата с най-голяма хидрофилност и гъвкавост на полипептидната верига. Т-лимфоцитите разпознават вътрешни линейни пептидни фрагменти, които се образуват в резултат на протеолиза (обработка) на нативния антиген.