5. Структура и функции иммуноглобулинов
Иммуноглобулины – белки, образующиеся в организме под воздействием антигена и обладающие свойством специфически с ним связываться. Практически иммуноглобулины идентичны сывороточным белкам – гамма-глобулинам. Обозначают иммуноглобулины символом Ig (англ. Immunoglobulin).
Синтезируются Ig плазматическими клетками. Существуют в двух формах:
Свободная растворимая форма, и в этом случае они выполняют функцию антител.
Связанная с мембранами В-лимфоцитов форма, в этом случае они играют роль антигенраспознающих рецепторов В-лимфоцитов.
Ig образуются в организме в результате инфицирования (естественная иммунизация), вакцинации (искусственная иммунизация), или контакта лимфоидной системы с чужеродными клетками, тканями (трансплантаты), либо с собственными поврежденными клетками, ставшими аутоантигенами.
Структура молекулы иммуноглобулина
Иммуноглобулины образованы по меньшей мере 4 полипептидными цепями (2 тяжелые и 2 легкие цепи), соединенными между собой дисульфидными мостиками. Как легкие, так и тяжелые цепи идентичны. По молекулярному весу различают легкие цепи (L-цепи), тяжелые цепи (Н-цепи). У высших позвоночных существует 2 типа L-цепей (κ (каппа) и λ лямбда)) и 5 типов Н-цепей: ά, γ, δ (дельта), ε (эпсилон) и μ (мю).
Каждая цепь содержит вариабельные (V-область; от англ. variable light chain) и константные области (С-область; constant light chain). Отдельные участки вариабельных областей отличаются особым разнообразием, это гипервариабельные области (рис. 4).
Р
ис.
4. Схема строения иммуноглобулина
Fab область молекулы иммуноглобулина
(Fragment antigen binding)
Шарнирная область
Fc область молекулы иммуноглобулина
(Fragment crystallizable)
В дополнение к дисульфидным связям, соединяющим тяжелые и легкие цепи, существуют дисульфидные связи внутри цепей, за счет которых в пептидной цепочке образуются петли. Петли компактно свернуты и формируют глобулярные структуры – домены. Важно, что гипервариабельные участки расположены на одном конце вариабельной области, где они тесно примыкают друг к другу, формируя антигенсвязывающий центр (antigen binding site), или участок, или паратоп.
Молекулы антител, или их мономеры, двухвалентны, т.е. имеют по 2 антигенсвязывающих центра, или участка, или паратопа, либо их валентность кратна двум. Активные центры невелики, они распознают в антигене лишь эпитоп (примерно 20 аминокислот). Антитела высокоспецифичны по отношению к трехмерной конформации эпитопов антигена, вызвавшего их образование.
Отрезок тяжелой цепи между Fab- и Fс-фрагментами называют шарнирной областью; она обладает гибкостью, которая позволяет обоим антигенсвязывающим центрам функционировать независимо один от другого.
Функции иммуноглобулинов
Основная функция – связываться с антигеном. Функция определяется Fab-фрагментами молекулы иммуноглобулина.
Дополнительными (эффекторными) функциями являются: способность связывать комплемент, его активизировать, опсонизировать микроорганизмы для их дальнейшего фагоцитоза, индуцировать аллергические реакции немедленного типа. Функции определяются Fс-участком молекулы иммуноглобулина.
Структурные участки молекулы иммуноглобулина, ответственные за выполнение различных функций, пространственно удалены друг от друга. Так, связывание антигена выполняют Fab-фрагменты Ig (англ. Fragment antigen binding).
Дополнительные функции (активация комплемента, связывание с клетками и др.) выполняет Fс-фрагмент Ig (англ. Fragment crystallizable), неспособный связывать антиген.
Классы иммуноглобулинов
В зависимости от строения константных областей тяжелых цепей иммуноглобулины подразделяются на основные группы – классы. Принадлежность Ig к определенному классу определяет тип Н-цепи. Отсюда, выделяют пять классов иммуноглобулинов: IgA, IgG, IgD, IgE и IgM.
Концентрация Ig в сыворотке крови человека (мг/100 мл):
IgG – 600-1600 IgD – 3-4
IgM – 50-180 IgE – 0,002-0,02
IgA – 100-500
Свойства различных классов иммуноглобулинов (на примере иммуноглобулинов человека):
IgG составляет 70-75% всех иммуноглобулинов человека. Термоустойчивы (выдерживают +75оС в течение 30 мин.). Единственный Ig, проходящий через плаценту от матери к плоду в пренатальном периоде. Имеет 2 антигенсвязывающих центра (эпитопа), т.е двухвалентен. Вызывает преципитацию растворимых антигенов, агглютинацию и даже лизис корпускулярных Аг (для лизиса необходимо связывание иммуноглобулином G комплемента).
IgM составляет 5-10% общего количества иммуноглобулинов. Характерна большая молекулярная масса (~1000000 у.е.). Мономер двухвалентен, пентамер состоит из 5 мономеров, следовательно, вся молекула иммуноглобулина десятивалентна. Обладает способностью преципитировать, агглютинировать или лизировать Аг. Имеет наибольшую способность изо всех иммуноглобулинов к связыванию комплемента. Находится преимущественно в плазме крови и лимфе. Не проходит через плаценту. У плода и новорожденного в основном синтезируется IgM. Бактерицидная активность сыворотки крови во многом определяется этим иммуноглобулином. Этот же класс определяет и иммунитет против кишечных инфекций.
Как правило, иммунный ответ организма на различные Аг начинается с продукции IgM с последующим переключением на синтез IgG.
IgА составляет 15-20% от общего количества иммуноглобулинов. Мономер двухвалентен, димер четырехвалентен. Различают сывороточный и секреторный IgA. Секреторный встречается в слюне, слезах, в тонком кишечнике, бронхиальном секрете, в желчном пузыре (в этих секретах IgA преобладает над IgG, тогда как в синовиальной, амниотической, плевральной и спинномозговой жидкостях, водянистой влаге глаза преобладает IgG).
IgA не способен преципитировать, агглютинировать или лизировать, но активизирует комплемент, стимулируя тем самым опсонизацию и лизис бактерий. Может препятствовать адгезии бактерий к эпителию.
IgD составляет не более 1% общего количества иммуноглобулинов. Двухвалентен. IgD не связывает комплемента, не проходит через плаценту и не связывается с тканями. Он служит рецептором В-лимфоцитов.
IgE у животных изучен мало. IgE идентичен антителам реагинам. Он не связывает комплемента, не проходит через плаценту, термостабилен, Участвует в аллергических реакциях немедленного типа. IgE сенсибилизирует ткани, особенно кожу и слизистые. Двухвалентен.
По действию антитела условно подразделяют на:
– нейтрализующие (антитоксины, вируснейтрализующие, антиферменты).
– лизирующие (растворяющие) (бактериолизины, цитолизины, гемолизины).
– коагулирующие, подразделяющиеся на преципитины (осаждающие, результат реакции растворимого Аг с антителом) и агглютинины (склеивающие, реакция возникает при действии корпускулярных антигенов (бактерии)).
Имеются и неприципитирующие антитела – реагины. Они появляются при повышенной чувствительности к антигену при аллергии.