10. Структура та функції антитіл

Білки сироватки крові за рухливістю в електричному полі поділяють на альбуміни і глобуліни (три фракції — α, β,γ). γ-глобуліни — найменш рухливі, під час електрофоретичного розділення білків вони залишаються в місці нанесення сироватки (|мал. 32, 33). У 1939 р. А. Тизеліус і Е. Кебот ідентифікували антитіла як γ-глобуліни. Було з'ясовано, що пік γ –ґлобулінів у гіперімунній сироватці спадає після її адсорбції специфічним антигеном. Антитіла — це γ-глобуліни, які здатні пецифічно зв'язуватися з антигеном. Такі γ-глобуліни називають імуноґлобулінами. До імуноноґлобулінів належать білки тваринного походження, які мають активність антитіл, а також імуноглобулінові рецептори лімфоцитів та білки, подібні до антитіл за хімічною структурою і антигенною специфічністю — мієломні білки, білки Бенс-Джонса та субодиниці імуноглобулінів. Остаточно ще не з'ясовано, чи містяться у фракції γ-ґлобулінів лише специфічні антитіла, чи до її складу входять і білки, які не мають специфічної імунної активності. Можливо, що всі γ-глобуліни є антитілами. Непрямим підтвердженням цього є низькі показники вмісту γ-ґлобулінів у тварин, вирощених у стерильних умовах (гнотобіонтів). Однак частина γ-ґлобулінів, що утворюються при імунізації, не здатна зв'язуватися зі специфічним антигеном.

Антитіла виконують багато біологічних функцій, спрямованих на елімінацію чужорідного антигену з організму: розпізнають і зв'язують антиген, допомагають у його презентації макрофагам і лімфоцитам, зумовлюють ушкодження мастоцитів, лізують клітини, що містять специфічні антигенні субстанції, зумовлюють опсонізуючу дію, активують систему комплементу. Первинна функція антитіл — взаємодія з комплементарною структурою антигену — антигенною детермінантою, а вторинні (ефекторні) — фіксація комплементу, опсонізуючий вплив, цитотоксична, імунорегуляторна дії тощо. Зв'язування антитіл з антигеном прискорює елімінацію чужорідної високомолекулярної речовини, сприяючи руйнуванню її ферментними системами організму. Таке зв'язування зумовлюється високою специфічністю, яка виявляється як здатність комплементарних з фізико-хімічного погляду структур активного центру молекули антитіла та антигенної детермінанти антигену сполучатися між собою.

Антитіла (імуноглобуліни, ІГ, Ig) - це розчинні глікопротеїни, присутні в сироватці крові, тканинної рідини або на клітинній мембрані, які розпізнають і пов'язують антигени. Імуноглобуліни синтезуються В-лімфоцитами (плазматичними клітинами) у відповідь на чужорідні речовини певної структури - антигени. Антитіла використовуються імунною системою для ідентифікації та нейтралізації чужорідних об'єктів - наприклад, бактерій і вірусів. Антитіла виконують дві функції: антиген-зв'язує функцію і ефекторних (наприклад запуск класичної схеми активації комплементу і зв'язування з клітинами), є найважливішим чинником специфічного гуморального імунітету, складаються з двох легких ланцюгів і двох важких ланцюгів. У ссавців виділяють п'ять класів імуноглобулінів - IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, що розрізняються між собою за будовою і амінокислотним складом важких ланцюгів.

Імуноглобуліни експресуються у вигляді мембранозв'язаних рецепторів на поверхні В-клітин і у вигляді розчинних молекул, присутніх в сироватці і тканинної рідини.

Найперше антитіло було виявлено Берінгом і Китазато в 1890, однак в цей час про природу виявленого правцевого антитоксину, крім його специфічності і його присутності в сироватці імунного тварини, нічого певного сказати не можна було. Тільки з 1937 - досліджень Тізеліус і Кабата, починається вивчення молекулярної природи антитіл. Автори використовували метод електрофорезу білків і продемонстрували збільшення гамма-глобулінової фракції сироватки крові імунізованих тварин. Адсорбція сироватки антигеном, який був узятий для імунізації, знижувала кількість білка в даній фракції до рівня інтактних тварин.

Антитіла є відносно великими (~ 150 до Так - IgG) глікопротеїнами, що мають складну будову. Складаються з двох ідентичних важких ланцюгів (H-ланцюга, в свою чергу складаються з VH, CH1, шарніра, CH2 та CH3 доменів) і з двох ідентичних легких ланцюгів (L-ланцюгів, що складаються з VL і CL доменів). До важких ланцюгів ковалентно приєднані олігосахариди. За допомогою протеази папаїну антитіла можна розщепити на два Fab ( англ. fragment antigen binding - Антиген-зв'язуючий фрагмент) і один Fc ( англ. fragment crystallizable - Фрагмент, здатний до кристалізації). Залежно від класу і виконуваних функцій антитіла можуть існувати як у мономерний формі (IgG, IgD, IgE, сироватковий IgA) так і в олігомерних формі (димер-секреторний IgA, пентамером - IgM). Усього розрізняють п'ять типів важких ланцюгів (α-, γ-, δ-, ε-і μ-ланцюга) і два типи легких ланцюгів (κ-ланцюг і λ-ланцюг).

Імуноглобуліни всіх ізотипів біфункціональних. Це означає, що імуноглобулін будь-якого типу розпізнає і пов'язує антиген, а потім підсилює кіллінг і / або видалення імунних комплексів, сформованих в результаті активації ефекторних механізмів.

Одна область молекули антитіл (Fab) визначає її антигенну специфічність, а інша (Fc) здійснює ефекторні функції: зв'язування з рецепторами, які експресувати на клітинах організму (наприклад, фагоцитах); зв'язування з першим компонентом (C1q) системи комплементу для ініціації класичного шляху каскаду комплементу.

IgG є основним імуноглобуліном сироватки здорової людини (становить 70-75% всієї фракції імуноглобулінів), найбільш активний у вторинному імунній відповіді і антитоксичні імунітет. Завдяки малим розмірам ( коефіцієнт седиментації 7S, молекулярна маса 146 кДа) є єдиною фракцією імуноглобулінів, здатної до транспорту через плацентарний бар'єр і тим самим забезпечуючи імунітет плода та новонародженого. У складі IgG 2-3% вуглеводів, два антигензв'язуючих F ab-фрагментів і один F C. F ab-фрагмент (50-52 кДа) складається з цілої L-ланцюги і N-кінцевий половини H-ланцюга, з'єднаних між собою дисульфідній зв'язком, тоді як у F C-фрагмент (48 кДа) входить тільки половина H-ланцюгів. Всього в молекулі IgG 12 доменних (ділянки, сформовані з β-структури і α-спіралей поліпептидних ланцюгів Ig у вигляді невпорядкованих утворень, пов'язаних між собою дисульфідними містками амінокислотних залишків всередині кожної ланцюга): по 4 на важких і по 2 на легких ланцюгах.

IgM є пентамером основний четирьохланцюгової одиниці, що містить дві μ-ланцюга. При цьому кожен пентамером містить одну копію поліпептиду з J-ланцюгом (20 кДа), який синтезується антітелообразующіе клітиною і ковалентно зв'язується між двома сусідніми F C-фрагментами імуноглобуліну. З'являються при первинному імунній відповіді B-лімфоцитами на невідомий антиген, становлять до 10% фракції імуноглобулінів. Є найбільш великими імуноглобулінами (970 кДа). Містять 10-12% вуглеводів. Освіта IgM відбувається ще в пре-B-лімфоцитах, в яких первинно синтезуються з μ-ланцюга; синтез легких ланцюгів в пре-B-клітинах забезпечує їх зв'язування з μ-ланцюгами, в результаті утворюються функціонально активні IgM, які вбудовуються в поверхневі структури плазматичної мембрани, виконуючи роль антиген розпізнає рецептора; з цього моменту клітини пре-B-лімфоцитів стають зрілими і здатні брати участь в імунній відповіді.

IgA сироватковий IgA становить 15-20% всієї фракції імуноглобулінів, при цьому 80% молекул IgA представлено в мономерний формі у людини. Секреторний IgA представлений в димерную формі в комплексі секреторним компонентом, міститься в серозно-слизових секрети (наприклад в слині, сльозах, молозиві, молоці, виділеннях слизової оболонки сечостатевої та респіраторної системи). Містить 10-12% вуглеводів, молекулярна маса 500 кДа.

IgD становить менше одного відсотка фракції імуноглобулінів плазми, міститься в основному на мембрані деяких В-лімфоцитів. Опції до кінця не з'ясовані, імовірно є антигенним рецептором з високим вмістом пов'язаних з білком вуглеводів для В-лімфоцитів, ще не видавалися антигену. Молекулярна маса 175 кДа.

IgE у вільному вигляді в плазмі майже відсутня. Здатний здійснювати захисну функцію в організмі від дії паразитарних інфекцій, зумовлює багато алергічні реакції. Механізм дії IgE проявляється через зв'язування з високою спорідненістю (10 -10 М) з поверхневими структурами базофілів і тучних клітин, з наступним приєднанням до них антигену, викликаючи дегрануляцію і викид в кров високо активних амінів ( гістаміну та серотоніну - медіаторів запалення). 200 кДа.