Антиген. Антитело. Взаимодействие антиген-антитело
Недрами называют верхнюю часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых. Экологические и некоторые другие функции недр, как природного объекта, достаточно многообразны. Являясь естественным фундаментом земной поверхности, недра активно влияют на окружающую природную среду. В этом заключается их главная экологическая функция. Основное природное богатство недр – минерально-сырьевые ресурсы, т. е. совокупность полезных ископаемых, заключенных в них. Недра – источник не только минеральных ресурсов, но и огромных энергетических запасов. По подсчетам ученых, в среднем из недр к поверхности поступает 32,2 ·1012 Вт геотермальной энергии. Необходимы рациональное использование недр и их охрана. Важно подчеркнуть также, что в наши дни недра должны рассматриваться не только в качестве источника полезных ископаемых или резервуара для захоронения отходов, но и как часть среды обитания человека. Экологическое состояние недр определяется, прежде всего, силой и характером воздействия на них человеческой деятельности. На территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пород, вынутых из пустых шахт – терриконов, достигающих высоты 50-80 м, а в отдельных случаях и более 100 м, объемом 2 – 4 млн. м2. В России действуют несколько тысяч карьеров для открытой разработки полезных ископаемых, из них самые глубокие – Коркинские угольные карьеры в Челябинской области (более 500 м). Глубина угольных шахт нередко превышает 1500 м. Приведенные данные показывают, что недра нуждаются в постоянной экологической защите, в первую очередь, от истощения запасов полезных ископаемых, а также от загрязнения их вредными отходами, неочищенными сточными водами и т. д. С другой стороны, разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее качество в целом. Антиген. Антитело. Взаимодействие антиген-антитело Антиген — чужеродная субстанция, способная при попадании в организм вызвать специфический иммунный ответ, направленный на ее удаление из организма. Антигены (antibody generator) — это субстанции, которые при появлении в организме способны индуцировать выработку специфических клонов Т- и В-лимфоцитов, а также специфических антител. Группы антигенов: Природные - наиболее высокоиммуногенные антигены-белки и полисахариды. Иммунные реакции могут также вызывать нуклеиновые к-ты и липиды, входящие в состав липидо-белковых комплексов. Синтетические — тип антигенов, синтезированных в лабораторных условиях, т.е. полученных не из клеток или вирусных частиц. Среди искусственных антигенов различают модифицированные, получаемые в результате химической модификации того или иного вещества, чаще всего белковой природы.
Наиболее выраженными антигенными свойствами обладают белки. Однако углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды также могут быть антигенами, как самостоятельно, так и в комбинациях друг с другом. В составе молекулы любого антигена имеется участок или несколько участков, распознаваемых иммунной системой и называемых антигенными детерминантами или эпитопами. Антигенная детерминанта = эпитоп. Для белков характерны разнообразные эпитопы, находящиеся в составе одной и той же молекулы. Углеводам свойственны повторяющиеся антигенные детерминанты. В белках различают линейные и конформационные эпитопы: В белках различают линейные и конформационные эпитопы (рис. 1).
Рис. 1. Эпитопы, выявляемые антителами и Т-клетками Линейные эпитопы: построены непрерывной последовательностью аминокислотных остатков в составе полипептидной цепи; встречаются как на поверхности, так и внутри белковой молекулы. Конформационные эпитопы: построены из аминокислот, локализованных в разных частях полипептидной цепи, но стерически приближенных друг к другу; находятся только на поверхности белков. Как линейные, так и конформационные эпитопы могут быть перекрывающимися, то есть аминокислоты, входящие в состав одной антигенной детерминанты, могут одновременно быть составляющей других детерминант. По способу распознавания элементами иммунной системы антигенные детерминанты белков различаются на: Т-клеточные антигенные детерминанты (эпитопы): распознаются Т-клеточными рецепторами; могут быть только линейными; локализуются как на поверхности, так и внутри белков. В-клеточные антигенные детерминанты (эпитопы): распознаются активными центрами антител или В-клеточными рецепторами; могут быть как линейными, так и конформационными; локализуются только на поверхности белков. Признаки антигенов: Чужеродность — наличие признаков чужеродной генетической информации. Замена одной аминокислоты в составе белка делает его чужеродным для данного организма и превращает в чужеродный антиген. Антигенность — определяется способностью вещества вызывать реакцию иммунной системы. То есть антигенность — мера антигенного качества — способность вызывать образование специфических клонов Т- и В-лимфоцитов с последующим формированием гуморального и клеточного иммунитета. Иммуногенность — способность чужеродных соединений включать многообразие механизмов, необходимых для реализации выраженного иммунного ответа. Факторы, определяющие иммуногенность: 1.Все молекулы, обладающие иммуногенностью, обладают свойством антигенности. Но не все молекулы, обладающие антигенностью, иммуногены. 2. Гаптен обладает антигенностью, но сам по себе не иммуногенен (неполный антиген). Гаптены не в состоянии самостоятельно вызвать иммунный ответ при введении в организм, но взаимодействуют с готовыми антителами. 3.Гаптен чужероден, обладает антигенностью, но иммуногенен только при химической сшивке с крупными белками. Гаптен специфичен. Классический пример — динитрофенол. 4.Важнейшим свойством, определяющим иммуногенность антигенов, является размер молекулы. С повышением молекулярной массы полимерных молекул повышается их иммуногенность. Для белков пороговый размер молекулы, определяющий появление иммуногенности, — 7-10 аминокислот. Это количество аминокислот, позволяющее сформировать альфа-спираль. 5.Иммуногенность растет с повышением количества повторяющихся антигенных детерминант в составе антигена. 6.Иммуногенность зависит от жесткости структуры антигена, то есть способности сохранять достаточно определенную структуру, детали которой являются объектами антигенраспознающих рецепторов лимфоцитов. 7.Иммуногены только полипептиды, построенные из L-аминокислот. Полимеры, построенные из не встречающихся в природе D-аминокислот, не иммуногены. Это связано с невозможностью деградации (процессинга) таких полимеров имеющимися в клетках протеолитическими ферментами. Специфичность — антигенные особенности, благодаря которым антигены отличаются друг от друга. Различают следующие типы антигенной специфичности: 1. Видовая специфичность. Это специфичность, благодаря которой представители одного вида антигенно отличаются от особей другого вида. Видовая специфичность служит одним из защитных факторов, обеспечивающих сохранение вида. Отличие белков одного вида от белков другого вида (микроорганизмов, вирусов или паразитов) приводит к развитию полноценных иммунологических механизмов, направленных на элиминацию генетически чужеродных агентов. 2. Групповая специфичность. Это иммунологическая специфичность, которая обусловливает различия среди особей одного вида организмов. С общебиологической точки зрения поддерживает индивидуальность организма. Набор специфических групповых антигенов является индивидуальным «молекулярным паспортом» организма, отличающим его от других особей. Антигены, благодаря которым различные особи или группы особей животных одного вида различаются между собой, называются изоантигенами или аллоантигенами. Примерами служат антигены главного комплекса гистосовместимости и антигены групп крови. Каждый индивидуум имеет не менее 12 аллельных вариантов антигенов главного комплекса гистосовместимости из 2000 вариантов, известных в настоящее время и характеризующих популяционное биоразнообразие. Вероятность встречи с индивидуумом, имеющим такой же набор аллоантигенов гистосовместимости, астрономически мала. 3. Стадиоспецифичность. Это антигенная специфичность, которая обусловливает иммунологические различия между органами и тканями в процессе онтогенеза. На разных стадиях эмбриогенеза животных в их тканях обнаруживаются антигены, которых не было на предыдущих стадиях развития или нет в тканях здоровых особей данного вида. Стадиоспецифичность связана с последовательной экспрессией на разных стадиях развития генов, кодирующих белки, выполняющие специфические для эмбриогенеза функции. Примером служат раково-эмбриональный антиген и альфа-фетопротеин. Они отсутствуют в здоровом взрослом организме человека, но имеются на определенных стадиях эмбриогенеза и при опухолях некоторых внутренних органов. Основные групповые антигены крови человека
Примечание: GlcNac — N-ацетилглюкозамин; Gal — галактоза; GalNac — N-ацетилгалактозамин; Fuc — фукоза. Большинство природных антигенов являются тимусзависимыми. Это означает, что полноценный иммунный ответ на такие антигены возможен только при участии тимуса, в котором созревают Т-лимфоциты. Характерной особенностью строения тимусзависимых антигенов является отсутствие в их структуре повторяющихся эпитопов, что характерно, в первую очередь, для глобулярных белков. Особую группу антигенов представляют собой тимуснезависимые антигены. Гуморальный иммунный ответ на них происходит без участия Т-лимфоцитов. Тимуснезависимые антигены характеризуются наличием в их структуре многократно повторяющихся эпитопов. Антигены этой группы относятся к полисахаридам или крупным белковым комплексам, построенным из мономеров. Примеры тимуснезависимых антигенов: О-антиген Salmonella thyphimurium (поверхностный, сложно устроенный полисахаридный антиген тела бактериальной клетки);Н-антиген Salmonella thyphimurium (бактериальный жгутик, построенный из мономеров, представляющих собой белок флагеллин). Тимуснезависимые белковые антигены могут превращаться в тимусзависимые. Так, бактериальный жгутик может диссоциировать на составляющие его молекулы флагеллина, которые представляют собой тимусзависимый антиген. Полимеризация флагеллина с образованием бактериального жгутика опять приводит к формированию тимуснезависимого антигена. Выделяют несколько путей проникновения и распространения антигена в макроорганизме. Они могут появляться внутри самого макроорганизма (эндогенное происхождение) или поступать извне (экзогенное происхождение). Экзогенные антигены могут проникнуть в макроорганизм: • через дефекты кожных покровов и слизистых оболочек (как результат ранений, микротравм, укусов насекомых, расчесов и др.); • путем всасывания в желудочно-кишечном тракте (эндоцитоз эпителиальными клетками); • межклеточно (при незавершенном фагоцитозе); • черезклеточно (так распространяются облигатные внутриклеточные паразиты, например вирусы). В организме антиген может распространяться с лимфой (лимфогенный путь) и кровью (гематогенный путь) по различным органам и тканям. При этом чаще всего он фильтруется в лимфоузлах, селезенке, а также в лимфоидных скоплениях печени, кишечника и других органов, где вступает в контакт с факторами иммунной защиты. Ответная реакция этих факторов возникает практически немедленно. Первыми вступают в действие факторы врожденного иммунитета, так как эта система не требует длительного времени для активации. Если антиген не был инактивирован или элиминирован в течение 4 ч, включается система приобретенного иммунитета: обеспечивается специфическое распознавание «свой-чужой», вырабатываются факторы регуляции (цитокины) и иммунной защиты (специфические антитела, клоны антигенореактивных лимфоцитов). Совокупный эффект всех звеньев и уровней иммунной защиты макроорганизма, независимо от степени их вовлечения в процесс, направлен на: • связывание и блокирование биологически активных участков молекулы антигена; • разрушение или отторжение антигена; • утилизацию, изоляцию (инкапсуляцию) или выведение остатков антигена из макроорганизма. В итоге достигается восстановление гомеостаза и структурной целостности макроорганизма. Параллельно формируется иммунная память, толерантность или аллергия. Адъювант (adjuvant) — соединение или комплекс веществ, используемое для усиления иммунного ответа при введении одновременно с иммуногеном. Механизм действия: - Основное свойство большинства адъювантов - способность их депонировать антиген, то есть адсорбировать его на своей поверхности и длительное время сохранять в организме, что увеличивает продолжительность его влияния на иммунную систему. - Наиболее сильные адъюванты содержат в своем составе микроорганизмы ослабленных штаммов или какие-либо субстанции, извлеченные из них. Эти компоненты являются стимуляторами клеток врожденного иммунитета, таких как макрофаги и другие антигенпрезентирующие клетки. - Для направленной доставки антигена в лимфоидные органы используют липидные пузырьки - липосомы. Это позволяет точно дозировать антиген и избежать его влияния на структуры, не вовлеченные в формирование иммунного ответа. Дифференцировочные антигены — выявляемые иммунологическими методами белки и другие соединения, возникающие на разных этапах дифференцировки клеток, органов и тканей. Дифференцировочные антигены иммунной системы обозначаются аббревиатурой CD (claster of differentiation) с последующей цифрой согласно международной классификации. В настоящее время идентифицировано 247 дифференцировочных антигенов. Примерами могут служить CD3 антиген, свойственный Т-лимфоцитам, CD19 антиген, характерный для В-лимфоцитов, и CD14 антиген моноцитов. Все эти антигены являются мембранными гликопротеинами и выполняют важную роль в осуществлении иммунного ответа. Многие дифференцировочные антигены являются стадиоспецифическими или линияспецифическими (характерными для какой-либо линии клеток). Антитела — это иммуноглобулины, специфически реагирующие с антигенами. Иммуноглобулины являются гликопротеинами, имеющими в своем составе центры специфического связывания антигена. Связывание является нековалентным и основано на принципе комплементарности. Иммуноглобулины продуцируются плазматическими клетками, представляющими собой конечную стадию созревания В-лимфоцитов. Существуют растворимые формы иммуноглобулинов, которые и называют антителами, и мембранные формы иммуноглобулинов, составляющие основу В-клеточных рецепторов на поверхности В-лимфоцитов. Любая молекула иммуноглобулина построена из двух типов цепей - тяжелой (Н — High) и легкой (L — Light). Так называемый «мономерный» иммуноглобулин состоит из двух Н-цепей и двух L-цепей, соединенных дисульфидными связями. Разные цепи содержат от 2 до 5 доменов. Домены иммуноглобулинов: состоят примерно из 110 аминокислотных остатков; имеют сходную пространственную организацию; образуют компактные, относительно изолированные структуры, скрепленные дисульфидной связью; обладают автономными функциями. У млекопитающих имеется пять классов иммуноглобулинов: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. Классы иммуноглобулинов отличаются строением тяжелых цепей. Каждая молекула иммуноглобулина содержит не менее двух идентичных Н-цепей. Тяжелые цепи иммуноглобулинов разных классов состоят из четырех или пяти доменов и обозначаются буквами греческого алфавита соответственно латинской аббревиатуре класса. IgG — γ-цепи (гамма); IgA — α-цепи (альфа); IgM — μ-цепи (мю); IgE — ε-цепи (эпсилон); IgD — δ-цепи (дельта). Принадлежность антитела (иммуноглобулина) к конкретному классу и подклассу называют изотипом. Изотип обозначается по типу тяжелой цепи. Например, антитела класса IgG1 принадлежат к γ1 изотипу. Легкие цепи у всех изотипов иммуноглобулинов представлены κ-цепями (каппа) или λ-цепями (лямбда). В составе молекулы иммуноглобулина находится или две κ-цепи, или две Х-цепи. Легкие цепи построены из двух доменов. Соотношение молекул иммуноглобулинов, несущих κ- или λ-цепи, у человека равняется 2:1. У других видов млекопитающих соотношение может быть иным. Легкие и тяжелые цепи иммуноглобулинов гликозилированы. В их составе обязательно находится два вида доменов — вариабельный (V — variable) и константный (С — constant). Иммуноглобулины, продуцируемые разными клонами плазматических клеток, имеют разные по аминокислотной последовательности вариабельные домены. Константные домены сходны или очень близки для каждого изотипа иммуноглобулина. В пределах одного изотипа известны также аллотипические варианты, или аллотипы, иммуноглобулинов. Они различаются по 1-2 аминокислотам, характерны для отдельных представителей видов и отражают внутривидовой полиморфизм генов, кодирующих константные домены цепей иммуноглобулинов. Аллотипы кодируются аллельными генами. Как и в случае других отельных систем, организм может быть гомозиготным либо гетерозиготным. Вариабельные домены являются N-концевыми. В составе легкой цепи N-концевой домен является вариабельным (VL), C-концевой домен — константным (CL). Тяжелые цепи имеют один вариабельный (N-концевой) домен (VH) и несколько константных доменов. В составе тяжелой цепи иммуноглобулинов классов IgG, IgA, IgD имеется три константных домена. Иммуноглобулины классов IgM и IgE содержат четыре константных домена. Их обозначают в направлении от N-концевого домена к С-концу как CH1, CH2, CH3, CH4. Антитела связывают антиген с помощью активного центра. В формировании активного центра участвуют вариабельные домены тяжелой и легкой цепей. Активный центр связывается с эпитопом антигена (антигенной детерминантой). Константные домены обеспечивают так называемые эффекторные свойства антител (связывание с белками системы комплемента, лейкоцитами и др.). Обработка иммуноглобулинов протеолитическими ферментами приводит к образованию фрагментов молекул, обладающих отдельными свойствами антител. При действии сериновой протеиназы папаша молекулы иммуноглобулинов расщепляются с образованием двух Fab-фрагментов (Fragment antigen binding) и одного Fc-фрагмента (Fragment cristalizable). В состав первого фрагмента входит вся легкая цепь и первые два домена тяжелой цепи (VH и CH1). Fc-фрагмент включает остальные С-домены двух тяжелых цепей. Каждый Fab-фрагмент обладает способностью связывать антиген. Пепсин расщепляет молекулу иммуноглобулина с образованием F(ab’)2-фрагмента и Fc'-фрагмента. При расщеплении сохраняются дисульфидные связи, связывающие два Fab'-фрагмента. Вследствие этого в составе F(ab')2-фрагмента сохраняется два активных центра антитела. Пепсиновый Fc'-фрагмент короче папаинового Fc-фрагмента. Активный центр антител - аминокислотная последовательность V-доменов иммуноглобулинов разных клонов различна (вариабельна) не на всем протяжении. Многие аминокислоты консервативны. В первую очередь это аминокислоты, необходимые для поддержания общего строения (каркаса) V-домена. Участки аминокислотной последовательности, расположенные между вариабельными регионами, называют каркасными регионами (FR). Каркасные регионы образуют β-складчатую структуру, формирующую цилиндрическую форму V-доменов. Гипервариабельные регионы (CDR) образуют между каркасными регионами петли, локализованные на вершине V-доменов. В структуре цельной молекулы иммуноглобулина VH- и VL-домены объединены. Их гипервариабельные регионы примыкают друг к другу и создают единый гипервариабельный участок на вершине Fab-фрагментов в виде кармана. Такой участок является антигенсвязывающим центром молекулы антитела. Антигенсвязывающий центр определяет специфичность антитела, образуя поверхность, комплементарную эпитопу антигена (антигенной детерминанте). Антитела связывают антиген нековалентно. Силы, принимающие участие во взаимодействии антиген-антитело: — электростатические взаимодействия, возникают между заряженными боковыми группировками аминокислот в виде солевых мостиков; — водородные связи, возникают между электрическими диполями; — силы Ван дер Вальса, формируются вследствие флуктуации электронных облаков вокруг противоположно поляризованных соседних атомов; — гидрофобные взаимодействия, происходят в тех случаях, когда две гидрофобные поверхности стремятся сблизиться, вытесняя воду. Высокие концентрации соли, низкие и высокие значения рН могут ослаблять и разрушать взаимодействие антиген-антитело.
|
