реферат. Иммуноглобулины, особенности строения, избирательность взаимодействия с антигенами. Классы иммуноглобулинов
 Скачать 35.61 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СЕВЕРНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации Кафедра биомедицинской химии Реферат на тему: «Иммуноглобулины, особенности строения, избирательность взаимодействия с антигенами. Классы иммуноглобулинов. Работу выполнила студентка 1 курса, 7 группы стоматологического факультета Темежникова Елизавета Львовна. Преподаватель: доцент Попов Андрей Александрович, к.б.н. Архангельск, 2017 г. Содержание:
Антитела были открыты в 1890 г., когда Э. Беринг и С. Китасато установили, что сыворотки кроликов, которым вводили дифтерийный токсин, приобретали способность нейтрализовать этот токсин и оказывать лечебное действие при дифтерийной инфекции. Иммуноглобулины как разновидность белков были первоначально выявлены методом электрофореза во фракциях сывороточных γ- и β-глобулинов. Позже они были очищены методами хроматографии и подвергнуты структурному изучению с помощью ограниченного протеолиза и восстановления дисульфидных связей. Большой вклад в изучение антител внесли исследования гомогенных опухолевых (миеломных) иммуноглобулинов, которые в конечном счете привели к созданию гибридомной технологии, позволившей получать моноклональные антитела заданной специфичности. При помощи гибридом можно получать моноклональные антитела необходимой специфичности. Наконец, в конце 1970-х годов С. Тонегава открыл молекулярные основы формирования разнообразия антигенраспознающей способности антител и описал явление соматической перестройки иммуноглобулиновых генов.
Молекулы иммуноглобулинов состоят из двух типов полипептидных цепей — тяжелых (H) и легких (L). Так называемый мономерный иммуноглобулин содержит две Н- и две L-цепи, расположенные симметрично и соединенные дисульфидными связями. Единственная дисульфидная связь, соединяющая Н- и L-цепи, локализуется недалеко от С-конца легкой цепи. Н-цепи скрепляются различным числом дисульфидных связей. Легкие цепи содержат 2, а тяжелые — 4–5 гомологичных сегмента — домена. Эти сегменты образованы примерно 110 аминокислотными остатками и имеют сходную пространственную организацию, стабилизированную одной дисульфидной связью, но различные функции. Молекулярная масса L-цепей — 50–60 кДа, Н-цепей — 100–120 кДа, мономера иммуноглобулина — 150–170 кДа. Во всех цепях N-концевой домен участвует в распознавании антигена. При анализе структуры и функций иммуноглобулинов следует различать 2 понятия: гетерогенность и вариабельность. Гетерогенность определяет свойства иммуноглобулинов , обусловленные константой (С) частью молекулы, т.е. теми структурными особенностями, которые позволяют делить всю группу этих белков на классы, подклассы, аллотипы и типы легких цепей. Гетерогенность подразумевает функциональные различия активности разных классов иммуноглобулинов за исключением их свойства специфического взаимодействия с антигеном. Вариабельность – это индивидуальная характеристика иммуноглобулинов, относящихся к одному и тому же классу, подклассу. Она проявляется в специфической антигенсвязующей активности и обусловлена меняющейся от белка к белку последовательностью аминокислотных остатков в N-концевой части молекулы. Два свойства иммуноглобулинов – гетерогенность и вариабельность – определяют функциональны дуализм данной группы белковых молекул. Главную роль при этом играет пространственное соответствие, или комплементарность, антигенраспознающей части молекулы иммуноглобулина с распознаваемым эпитопом. Специфичность иммуноглобулинов определяется первичной структурой антигенраспознающих доменов, называемых вариабельными, или V-доменами (от англ. variable). V-домены тяжелых и легких цепей (VH и VL) участвуют в формировании антигенсвязывающего участка, или активного центра антител. Структура остальных доменов молекулы иммуноглобулина постоянна. Поэтому их называют константными, или С-доменами (от англ. constant). В состав L-цепи входит 1 С-домен (СL), Н-цепей — 3 или 4 С-домена (CH1, CH2 и т.д.). С-домены определяют эффекторные функции иммуноглобулинов, не связанные с распознаванием антигена, а предназначенные для взаимодействия с рецепторами клеток, активации комплемента и т.д., что необходимо для реализации эффекторных функций антител. Выделяют два типа L-цепей — κ и λ, различающиеся строением CL-домена. Соотношение количеств к и λ — видоспецифичный и строго стабильный генетический признак: у человека оно равно 2:1, у мыши — 20:1, у кошки — 1:20. Отклонение от этого соотношения у отдельных особей имеет диагностическое значение, так как является скорее всего признаком опухолевого процесса — В-лейкоза. Функциональных различий между иммуноглобулинами с легкими к -цепями или с легкими λ-цепями до сих пор никто не выявил. Строение СН-доменов обусловливает разделение Н-цепей и молекул иммуноглобулинов на изотипы, или классы, первоначально идентифицированные серологически (т.е. с помощью сывороточных антител к раз-личным изотипам). Выделяют 5 основных изотипов Н-цепей — μ, γ, α, δ и ε. Каждая молекула иммуноглобулина может содержать Н-цепи только одного изотипа. В зависимости от структуры Н-цепей выделяют 5 классов молекул иммуноглобулинов — IgM, IgG, IgA, IgD и IgE (латинские буквы в названии иммуноглоублинов соответствуют греческим в обозначении изотипов Н-цепей). Иммуноглобулины классов IgG и IgA разделяют на подклассы (субтипы), также в зависимости от особенностей Н-цепей. У человека выделяют 4 подкласса IgG — IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 (у мышей — IgG1, IgG2a, IgG2b, IgG3) и 2 подкласса IgA — IgA1 и IgA2. Н-цепи этих подклассов иммуноглобулинов обозначают соответствующими греческими буквами с цифрой (γ1, γ2, γ3, γ4, α1, α2). Иммуноглобулины всех классов могут принадлежать к К- и L-типам в зависимости от присутствия в их составе L-цепей κ- или λ-типов соответственно. По первичной структуре С-домены похожи. Это указывает на то, что кодирующие их структурные гены когда-то произошли путем дупликаций из общего предкового гена. По данным электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа кристаллов иммуноглобулинов, цепи сплетены в «косичку». Угол между двумя симметричными антигенсвязывающими центрами молекулы подвижен в диапазоне от 0 до 100° и больше. Антигенсвязывающие участки молекулы способны к ротационному движению. Все это вместе облегчает возможность связывания антигенов обоими активными центрами одновременно. Это существенно: опыт показывает, что в природе устроено так, что «достойный» иммунный ответ развивается лишь в тех случаях, когда (и если) антиген «сшивает» несколько антигенраспознающих рецепторов на поверхности лимфоцита. IgM и IgA формируют полимерные структуры: IgM из 5 «рогаток» формирует пентамер, находящийся в растворе в крови; IgA из двух «рогаток» формирует димер, но не в крови, а в составе экзосекретов на слизистых оболочках. Для полимеризации IgM и IgA включают в свой состав дополнительную полипептидную цепочку с молекулярной массой 15 000 называемую J-цепью (joint-связь). Эта J-цепь связывает терминальные цистеины на С-концах соответственно тяжелых μ- и а-цепей IgM и IgA. Домены иммуноглобулинов представляют собой глобулы, образованные двумя слоями, содержащими несколько β-складок. В С-домене β-слои содержат 4 и 3 β-складки, в V-домене — оба слоя состоят из 4 β-складок. Между слоями есть дисульфидная связь, соединяющая складки В и F и стабилизирующая структуру домена. Аналогичные домены парных полипептидных цепей повернуты на 180° относительно друг друга. Противоположную ориентацию имеют также соответствующие домены Н- и L-цепей. Домены контактируют друг с другом при помощи гидрофобных взаимодействий.
В классической серологии для характеристики иммуноглобулинов используют не только понятие изотипа, но и такие понятия, как аллотипы и идиотипы конкретных молекул иммуноглобулинов. Эти понятия обусловлены различиями между молекулами иммуноглобулинов, которые можно выявить по реакции данных белков с антителами к ним. Для этого лабораторных животных иммунизируют так или иначе выделенными препаратами иммуноглобулинов и получают антисыворотки. Во-первых, существует легко выявляемая с помощью антисывороток общность иммуноглобулинов одного изотипа у всех особей данного вида животных (видовая антиклассовая/субклассовая или антиизотипическая специфичность), т.е. изотипами иммуноглобулинов называют варианты классов и подклассов (вместе взятые) иммуноглобулинов по тяжелым цепям. У человека есть 9 изотипов: М, Gl, G2, G3, G4, ΑΙ, Α2, Е, D. Но отдельные особи одного вида продуцируют несколько 90 отличающиеся варианты иммуноглобулинов в пределах одноименного изотипа — это аллельные варианты, или аллотипы, иммуноглобулинов. Факт существования аллотипов свидетельствует о некотором генетическом полиморфизме внутри вида по локусам С-генов как легких, так и тяжелых цепей. Антисыворотки против уникальных вариабельных участков 1 молекул иммуноглобулинов называют антиидиотипическими, а Соответствующие эпитопы в молекуле антител — идиотопом антитела — (idious — уникальный, не такой, как другие).Таким образом, идиотип антитела — это вариант уникального штигенсвязывающего участка молекулы иммуноглобулина. Низкие концентрации, например, IgA в крови не означают, что организм продуцирует IgA меньше, чем IgG. Скорее наоборот: суточная продукция IgA возможно максимальна среди прочих изотипов и составляет около 3 г, но его физиологическое место не в крови, он секретируется из внутренней среды во внешнюю — в слизистые экзосекреты и таким образом является фактором специфической иммунной защиты внутренней среды, вынесенным во внешнюю за пределы покровных тканей. Кстати, в работах последних лет появились данные, свидетельствующие о том, что и иммуноглобулины другого изотипа — IgE более чем на 90 % секретируются в слизистый экзосекрет ЖКТ.
С помощью физико-химических и иммунологических методов доказано существование 5 классов ИГ у человека и от 3 до 6 у различных видов животных. Иммуноглобулины G, IgG Иммуноглобулины G – это мономеры, включающие 4 субкласса (IgG1 – 77%; IgG2 – 11%; IgG3 – 9%; IgG4 – 3%), которые отличаются друг от друга по аминокислотному составу и антигенным свойствам. Их содержание в сыворотке крови колеблется от 8 до 16,8 мг/мл, период полураспада составляет 20-28 дней, а синтезируется в течение суток от 13 до 30 мг/кг. На их долю приходится 80% от общего содержания ИГ. Они защищают организм от инфекций. Антитела субклассов IgG1 и IgG4 специфически связываются через Fc-фрагменты с возбудителем (иммунное опсонирование), а благодаря Fc-фрагментам взаимодействуют с Fc-рецепторами фагоцитов (макрофагов, полиморфноядерных лейкоцитов), способствуя тем самым фагоцитозу возбудителя. IgG4 участвует в аллергических реакциях и не способен фиксировать комплемент. Антитела класса IgG играют основополагающую роль в гуморальном иммунитете при инфекционных заболеваниях, вызывая гибель возбудителя с участием комплемента и опсонизируя фагоцитарные клетки. Они проникают через плаценту и формируют антиинфекционный иммунитет у новорожденных. Они способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент, участвовать в реакции преципитации. Иммуноглобулины М, IgM Иммуноглобулины М – это наиболее «ранние» из всех классов ИГ, включающие 2 субкласса: IgM1 (65%) и IgM2 (35%). Их концентрация в сыворотке крови колеблется от 0,5 до 1,9 г/л или 6% от общего содержания ИГ. За сутки синтезируется 3-17 мг/кг, а период их полураспада составляет 4-8 суток. Они не проникают через плаценту. IgM появляется у плода и участвует в антиинфекционной защите. Они способны агглютинировать бактерий, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент. IgM играют важную роль в элиминации возбудителя из кровеносного русла, в активации фагоцитоза. Значительное повышение концентрации IgM в крови наблюдается при ряде инфекций (малярия, трипаносомозе) как у взрослых, так и у новорожденных. Это показатель внутриутробного заражения возбудителя краснухи, сифилиса, токсоплазмоза, цитомегалии. IgM – это антитела, образующиеся на ранних сроках инфекционного процесса. Они отличаются высокой активностью в реакциях агглютинации, лизиса и связывания эндотоксинов грамотрицательных бактерий. Иммуноглобулины А, IgA Иммуноглобулины А – это секреторные ИГ, включающие 2 субкласса: IgA1 (90%) и IgA2 (10%). Содержание IgA в сыворотке крови колеблется от 1,4 до 4,2 г/л или 13% от общего количества ИГ; ежедневно синтезируется от 3 до 50 мкг/кг. Период полураспада антител составляет 4-5 суток. IgA содержится в молоке, молозиве, слюне, в слезном, бронхиальном и желудочно-кишечном секрете, желчи, моче. В состав IgA входит секреторный компонент, состоящий из нескольких полипептидов, который повышает устойчивость IgA к действию ферментов. Это основной вид ИГ, участвующих в местном иммунитете. Они препятствуют прикреплению бактерий к слизистой, нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и комплемент. IgA не определяется у новорожденных. В слюне он появляется у детей в возрасте 2 месяца., причем первым обнаруживается секреторный компонент SC, и только позднее полная молекула SIgA. Возраст 3 мес. многими авторами определяется как критический период; этот период особенно важен для диагностики врожденной или транзиторной недостаточности местного иммунитета. Иммуноглобулины Е, IgE Иммуноглобулины Е – это мономеры, содержание которых в сыворотке крови ничтожно мало – 0,00005-0,0003 г/л или 0,002% от общего количества ИГ. За сутки синтезируется 0,02мг/кг, а период их полураспада в сыворотке крови составляет 2-3 дня, а в коже – 9-14 дней. К классу IgE относится основная масса аллергических антител – реагинов. Уровень IgE значительно повышается у людей, страдающих аллергией и зараженных гельминтами. IgE связывается с Fc-рецепторами тучных клеток и базофилов. При контакте с аллергеном образуются мостики «IgE-антиген-IgE», что сопровождается поступлением ионов кальция в клетку-мишень, активацией в ней биохимических процессов и выделением БАВ, вызывающих аллергические реакции немедленного типа. Эозинофильный хемотаксический фактор, выделяемый тучными клетками, способствует аккумуляции эозинофилов и деструкции гельминтов. Предполагается также, что IgE, покрывая паразита, аккумулирует макрофаги благодаря Fc-рецепторам этих клеток. Иммуноглобулины D, IgD Иммуноглобулины D – это мономеры; их содержание в крови составляет 0,03-0,04 г/л или 1% от общего количества ИГ; в сутки их синтезируется от 1 до 5 мг/кг, а период полураспада колеблется в пределах 2-8 дней. IgD участвуют в развитии местного иммунитета, обладают антивирусной активностью, в редких случаях активируют комплемент. Плазматические клетки, секретирующие IgD, локализуются преимущественно в миндалинах и аденоидной ткани. IgD выявляются на В-клетках и отсутствуют на моноцитах, нейтрофилах и Т-лимфоцитах. Полагают, что IgD участвуют в дифференцировке В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа, участвуют в аутоиммунных процессах. Основная масса IgM и IgD находится в плазме, а IgG и IgA распределяются примерно в одинаковых соотношениях между плазмой и межсосудистой тканью. IgG проходит через плаценту к плоду, и к моменту родов их концентрация достигает максимума, но однако быстро снижается и в этой связи ребенок в 3-4-месячном возрасте наименее устойчив к инфекционным заболеваниям.
Помимо оценки отдельных классов иммуноглобулинов имеет значение и определение характера действия иммуноглобулинов. При аллергических заболеваниях помимо реагинов выявляют и другие типы антител (преципитины, гемагглютинины, блокирующие). Они могут принимать участие в разных аллергических процессах — бронхиальная астма, пищевая аллергия, лекарственная аллергия, поллинозы. Преципитирующие антитела (чаще иммуноглобулин G), участвующие в аллергических процессах, являются компонентом иммунных комплексов. Последние локализуются, проникая через сосудистую стенку, в бронхиальных альвеолах. Активация комплемента, выделение лейкотаксических факторов ведут к появлению гранулоцитов и макрофагов. Разрушение последних освобождает ферменты и монокины, повреждающие ткань легкого, и формирует ее фиброз. Развивается воспалительная реакция, опосредованная биологически активными веществами. Комплементсвязывающие антитела участвуют в патогенезе таких аллергозов, как реакции типа «обратной» анафилаксии, цитотоксический анафилактический шок, анафилактический шок при бактериальной аллергии, туберкулиновый шок; встречаются они и при поллинозах. Блокирующие аллергические антитела есть в крови выздоравливающих от аллергии. Они относятся к иммуноглобулинам G, термостабильны, не сенсибилизируют кожу, не вызывают образования преципитата. Этот вид антител образуется после проведения специфической гипосенсибилизации. Гемагглютинирующие антитела — антитела, способные специфически реагировать с эритроцитами, соединенными с аллергеном. Окончательно не установлено, обладают ли этим свойством к агглютинации и другие виды антител (реагины или блокирующие). Аллергические антитела специфичны, но к некоторым видам аллергенов специфичность относительна, возможно развитие так называемых перекрестных реакций. Реакции между антигеном (аллергеном) и антителом многообразны и ведут к различным клиническим проявлениям. Литература.
|