Строение и функции иммуноглобулинов

Антитела (иммуноглобулины, Ig) по своей химической структуре относятся к гликопротеинам, помимо собственно полипептидной цепи содержат олигосахаридные фрагменты.

Некоторые молекулы иммуноглобулинов находятся на поверхности В-лимфоцитов и функционируют как антигенспецифичные рецепторы. Другие антитела присутствуют как свободные молекулы в плазме крови и тканевой жидкости.

Синтез антител осуществляют В-клетки после контакта с антигеном и созревания В-клеток в плазматические клетки.

Определение структуры иммуноглобулинов – важнейшее достижение иммунохимии. В 1958 г. профессор Оксфордского университета Родней Портер расшифровал структуру Ig, а в 1959 г. Джеральд Эдельман установил их аминокислотную последовательность. За эти исследования Р. Портеру и Д. Эдельману в 1972 году присуждена Нобелевская премия.

У большинства высших млекопитающих и человека обнаружено пять классов иммуноглобулинов – IgG, IgA, IgM, IgD и IgE, которые различаются по размерам молекул, заряду, аминокислотному составу и содержанию углеводов. Несмотря на видимое разнообразие, все мономеры имммуноглобулинов разных классов имеют универсальное строение и состоят из двух одинаковых тяжелых (Н-цепей, от англ. h eavy, мол. массой 50 – 77 кДа) цепей и двух одинаковых легких (L-цепей, от англ. l ight, мол. массой 25 кДа) цепей, удерживаемых вместе дисульфидными (-S-S-) связями (рис. 10). Между N-концами Н- и L-цепей в углублении расположен активный центр – центр связывания антитела с антигеном. Активный центр называется «паратоп». Число активных центров в молекуле иммуноглобулина определяет валентность антитела.

 

 

Рис. 10. Строение основного структурного фрагмента

молекул иммуноглобулинов

 

Под действием фермента папаина иммуноглобулин может быть расщеплен на три фрагмента: два из них одинаковые, обладают способностью связывать антиген и названы Fab-фрагменты (фрагмент антигенсвязывающий), третий фрагмент определяет физиологическую активность (Fc-фрагмент). Фермент пепсин расщепляет молекулу антитела по-другому. При этом образуются двухвалентный F(аb')₂-фрагмент и несколько осколков Fс-фрагмента, из которых наиболее крупный назван рFс'-фрагментом.

 

 

 

Рис. 11. Схема расщепления Ig

 

Как у Н-, так и у L-цепей выделяют две области: постоянную (константную) С-область и вариабельную (V-область). По различиям первичной структуры С-областей легкие цепи делятся на два типа: λ и χ, тяжелые цепи на 5 типов: γ, μ, α, ε и δ. Тип Н-цепи определяет принадлежность иммуноглобулина к определенному классу (G, M, A, E и D соответственно).

Н- и L-цепи образуют в молекуле иммуноглобулинов ряд глобулярных структур – доменов, которые удерживаются за счет дисульфидных связей. Активные центры образованы первыми доменами V-областей тяжелой и легкой цепи.

Активный центр имеет характерную пространственную конфигурацию, определенное распределение положительных и отрицательных зарядов, гидрофобных и гидрофильных остатков аминокислот на своей поверхности. От этого зависит его способность специфически связываться с конкретным эпитопом, имеющим комплементарную структуру. Взаимодействие эпитопа с активным центром идет по принципу «ключ – замок». Эпитоп удерживается в активном центре за счет всех типов невалентных связей (водородные связи, гидрофобные и электростатические взаимодействия, ван-дер-ваальсовы силы взаимного притяжения). Суммарная энергия связей определяется понятием «афинность». Чем больше суммарная энергия связей, т.е. афинность, тем прочнее удерживается эпитоп в активном центре.