Антитела и антитоксины выполняют следующую функцию. Антитела: классификация и функции. Как вырабатываются антитела

Антитела (иммуноглобулины, ИГ, Ig) - это растворимые гликопротеины, присутствующие в сыворотке крови, тканевой жидкости или на клеточной мембране, которые распознают и связывают антигены. Иммуноглобулины синтезируются В-лимфоцитами (плазматическими клетками) в ответ на чужеродные вещества определенной структуры - антигены. Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов - например, бактерий и вирусов.

Антитела выполняют две функции: антиген-связывающую функцию и эффекторную (например запуск классической схемы активации комплемента и связывание с клетками), являются важнейшим фактором специфического гуморального иммунитета, состоят из двух лёгких цепей и двух тяжелых цепей. У млекопитающих выделяют пять классов иммуноглобулинов - IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, различающиеся между собой по строению и аминокислотному составу тяжелых цепей. Иммуноглобулины экспрессируются в виде мембраносвязанных рецепторов на поверхности В-клеток и в виде растворимых молекул, присутствующих в сыворотке и тканевой жидкости.

Строение антител

Антитела являются относительно крупными (~150 кДа - IgG) гликопротеидами, имеющими сложное строение. Состоят из двух идентичных тяжелых цепей (H-цепи, в свою очередь состоящие из VH, CH1, шарнира, CH2 and CH3 доменов) и из двух идентичных лёгких цепей (L-цепей, состоящих из VL и CL доменов). К тяжелым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. При помощи протеазы папаина антитела можно расщепить на два Fab (англ. fragment antigen binding - антиген-связывающий фрагмент) и один Fc (англ. fragment crystallizable - фрагмент, способный к кристаллизации). В зависимости от класса и исполняемых функций антитела могут существовать как в мономерной форме (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA) так и в олигомерной форме (димер-секреторный IgA, пентамер - IgM). Всего различают пять типов тяжелых цепей (α-, γ-, δ-, ε-и μ- цепи) и два типа легких цепей (κ-цепь и λ-цепь).

Виды антител:

IgG является основным иммуноглобулином сыворотки здорового человека (составляет 70-75 % всей фракции иммуноглобулинов), наиболее активен во вторичном иммунном ответе и антитоксическом иммунитете. Благодаря малым размерам (коэффициент седиментации 7S, молекулярная масса 146 кДа) является единственной фракцией иммуноглобулинов, способной к транспорту через плацентарный барьер и тем самым обеспечивая иммунитет плода и новорожденного.
IgM представляют собой пентамер основной четырехцепочечной единицы, содержащей две μ- цепи. Появляются при первичном иммунном ответе на неизвестный антиген, составляют до 10 % фракции иммуноглобулинов. Являются наиболее крупными иммуноглобулинами (970 кДа).
IgA сывороточный IgA составляет 15-20 % всей фракции иммуноглобулинов, при этом 80 % молекул IgA представлено в мономерной форме у человека. Секреторный IgA представлен в димерной форме в комплексе секреторным компонентом, содержится в серозно-слизистых секретах (например, в слюне, молозиве, молоке, отделяемом слизистой оболочки мочеполовой и респираторной системы).
IgD составляет менее одного процента фракции иммуноглобулинов плазмы, содержится в основном на мембране некоторых В-лимфоцитов. Функции до конца не выяснены, предположительно является антигенным рецептором для В-лимфоцитов, еще не представлявшихся антигену.
IgE связан с мембранами базофилов и тучных клеток, в свободном виде в плазме почти отсутствует. Связан с аллергическими реакциями.

Функции антител

Иммуноглобулины всех изотипов бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа - распознает и связывает антиген, а затем - усиливает киллинг и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов. Одна область молекулы антител (Fab) определяет ее антигенную специфичность, а другая (Fc) осуществляет эффекторные функции: связывание с рецепторами, которые экспрессированы на клетках организма (например, фагоцитах); связывание с первым компонентом (C1q) системы комплемента для инициации классического пути каскада комплемента.

Как вырабатываются антитела

Выработка антител в ответ на поступление в организм антигенов зависит от того, впервые или повторно организм сталкивается с данным антигеном. При первичной встрече антитела появляются не сразу, а через несколько дней, при этом сначала образуются IgМ- антитела, а затем начинают преобладать IgG-антитела. Своего пика количество антител в крови достигает приблизительно за неделю, затем их количество медленно снижается. При повторном поступлении антигена в организм выработка антител происходит быстрее и в большем объеме, при этом образуются сразу IgG- антитела. Иммунная система способна запоминать свои встречи с некоторыми антигенами очень надолго, этим объясняется, например, пожизненный иммунитет к натуральной оспе или к детским инфекциям.

Реакция антиген-антитело

В результате реакции антиген-антитело в геле образуются линии преципитации, по которым можно судить о числе реагирующих компонентов, иммунологическом родстве антигенов и их электрофоретической подвижности. Антитела могут быть обнаружены в макроскопической реакции агглютинации с помощью частиц, нагруженных антигеном. Разработаны многочисленные варианты иммунологического анализа, основанные на взаимодействии меченых антигенов и антител. В качестве меток используют радиоактивные изотопы и ферменты.

Как антитела нейтрализуют токсины?

Молекула антитела, присоединившись вблизи активного центра токсина, может стереохимически блокировать его взаимодействие с субстратом, особенно с макромолекулярным. В комплексе с антителами токсин теряет способность к диффузии в тканях и может стать объектом фагоцитоза, особенно если размер комплекса увеличивается в результате связывания с нормальными аутоантителами.

Защитное действие сывороточных антител

Антитела нейтрализуют вирусы разными способами - например, стереохимически ингибируя связывание вируса с клеточным рецептором и предотвращая тем самым его проникновение в клетку и последующую репликацию. Иллюстрация этого механизма - протективный эффект, которым обладают антитела, специфичные к гемагглютинину вируса гриппа. Антитела к гемагглютинину вируса кори тоже препятствуют его проникновению в клетку, но межклеточное распространение вируса блокируется антителами к белку слияния цитоплазматических мембран соседних клеток.

Антитела могут непосредственно разрушать вирусные частицы, активируя комплемент по классическому пути или вызывая агрегацию вирусов с последующим фагоцитозом и внутриклеточной гибелью. Эффективными могут быть даже относительно низкие концентрации антител в крови: например, можно защитить реципиентов от заражения полиомиелитом, вводя противовирусные антитела, или предотвратить заболевание корью детей, контактировавших с больными, вводя профилактически нормальный гамма-глобулин человека.

Материнские антитела

В первые несколько месяцев жизни, когда собственная лимфоидная система ребенка еще недостаточно развита, защиту от инфекций обеспечивают материнские антитела, проникающие через плаценту или поступающие с молозивом и всасывающиеся в кишечнике. Основной класс иммуноглобулинов молока - это секреторный иммуноглобулин А. Он не всасывается в кишечнике, а остается здесь, защищая слизистую оболочку. Поразительно, что эти антитела направлены к бактериальным и вирусным антигенам, часто попадающим в кишечник. Кроме того, полагают, что клетки, продуцирующие иммуноглобулин А к таким антигенам, мигрируют в ткань молочной железы, откуда продуцируемые ими антитела попадают молоко.

АНТИТОКСИНЫ (греческий anti- против + токсины) - специфические антитела, образующиеся в организме человека и животных под действием токсинов (анатоксинов) микробов, ядов растений и животных, обладающие способностью нейтрализовать их ядовитые свойства.

Антитоксины являются одним из факторов иммунитета (см.) и выполняют главную защитную роль при токсинемических инфекциях (столбняке, дифтерии, ботулизме, газовой гангрене, некоторых стрептококковых и стафилококковых заболеваниях и др.).

В 1890 году Беринг и Китасато (Е. Behring, S. Kitasato) впервые наблюдали, что сыворотки животных, многократно получавших несмертельные дозы дифтерийного и столбнячного токсина, приобретали способность обезвреживать эти токсины (см.). В Пастеровском институте в Париже Ру (E. Roux) в 1894 г. была получена первая антитоксическая противодифтерийная сыворотка, которую он первый ввел в широкую практику. Антитоксическая сыворотка против газовой гангрены была получена Вейнбергом (М. Weinberg в 1915 году иммунизацией животных увеличивающимися дозами живой культуры. После открытия Рамоном (G. Ramon) в 1923 году анатоксинов (см.) получение любых антитоксинов не встречает больших трудностей.

В организме в естественных условиях антитоксины образуются в результате перенесенной токсинемической инфекции или вследствие носительства токсигенных микроорганизмов, обнаруживаются в сыворотке крови и могут обеспечивать невосприимчивость к токсинемическим инфекциям.

Антитоксический иммунитет можно создать и искусственно: активной иммунизацией анатоксином или введением антитоксической сыворотки (пассивный иммунитет). При первичной иммунизации анатоксином скорость образования антитоксинов зависит от чувствительности иммунизируемого, от дозы и качества анатоксина, от интервалов и скорости резорбции антигена в организме. При иммунизации сорбированными или преципитированными анатоксинами, применяющимися в наст, время, появление и накопление антитоксинов в крови происходит более медленно, чем при иммунизации теми же дозами несорбированных анатоксинов, но титры антитоксинов значительно выше и обнаруживаются более длительное время. После первичной иммунизации «иммунологическая память» в организме к образованию антитоксинов сохраняется неопределенно длительное время, до 25 лет, а возможно - и всю жизнь. При ревакцинации выработка антитоксинов в организме происходит очень быстро. Уже на 2-й день после ревакцинации обнаруживаются значительные количества антитоксинов, титры которых продолжают нарастать в последующие 10-12 дней. Быстрая выработка антитоксинов при ревакцинации имеет большое практическое значение в профилактике столбняка и других токсинемических инфекций. В целях профилактики столбняка новорожденных проводят иммунизацию и ревакцинацию столбнячным анатоксином беременных женщин. Образующиеся антитоксины обладают способностью проходить через плаценту в организм плода, а также передаваться новорожденному с молоком матери.

Антитоксические сыворотки получают иммунизацией лошадей и крупного рогатого скота возрастающими дозами анатоксинов, а затем и соответствующими токсинами. Образование антитоксинов у животных происходит более интенсивно в случае применения преципитированных антигенов - 1% хлористого кальция или 0,5% калийно-алюминиевых квасцов. Для повышения титра антитоксинов у лошадей-продуцентов применяют различные стимуляторы (см. Адъюванты).

Советские ученые (О. А. Комкова, К. И. Матвеев, 1943, 1959) разработали метод получения поливалентных противогангренозных (Cl. perfrin-gens, Cl. oedematiens, Cl. septicum) и противоботулинических антитоксинов типов А, В, С и Е от одного продуцента. В этом случае лошадь иммунизируют небольшими дозами нескольких антигенов. Этот метод нашел широкое применение в практике производства поливалентных противогангренозных и противоботулинических сывороток от одного продуцента с удовлетворительными титрами всех антитоксинов.

Антитоксины противодифтерийной и противостолбнячной лошадиной сыворотки в основном содержатся в γ1-, γ2-, β2-фракциях глобулинов.

Антитоксины в практической медицине применяются для профилактики и лечения дифтерии, столбняка и ботулизма. С помощью антитоксинов у людей можно создать пассивный иммунитет такой напряженности, который защищает от заболевания в случае проникновения в организм возбудителя инфекции или токсина, как это бывает при ботулизме. Детям, имевшим контакт с больным дифтерией, вводят антитоксины для предупреждения заболевания дифтерией. При травме неиммунизированным против столбняка детям и взрослым вводят противостолбнячную сыворотку. При выявлении случаев заболевания ботулизмом всем лицам, употреблявшим в пищу продукт, вызвавший заболевание, вводят поливалентную противоботулиническую сыворотку в целях профилактики.

Для получения лечебного действия очень важным является раннее введение антитоксина, способного обезвреживать токсин, циркулирующий в крови. Поэтому эффективность серотерапии (см.) зависит в значительной степени от срока применения антитоксинов. Результаты лечения антитоксинами при разных инфекциях не одинаковы. При лечении дифтерии у людей получены хорошие результаты; при лечении столбняка и ботулизма лучшие результаты получены при введении антитоксинов в начале заболевания. Эффективным является лечение стафилококкового сепсиса гомологичным альфа-стафилококковым антитоксином (С. В. Скуркович, 1969). При газовой гангрене лечебное действие антитоксинов подвергается сомнению, хотя многие врачи продолжают его применять.

Однако введение людям гетерологичных антитоксических сывороток для профилактики и лечения инфекций иногда сопровождается осложнениями. В редких случаях при введении лошадиной сыворотки у человека может развиться анафилактический шок (см.), иногда со смертельным исходом. В 5-10% случаев развивается сывороточная болезнь (см.). Поэтому в СССР и других странах для профилактики столбняка у людей вместо лошадиной сыворотки применяют гомологичный иммуноглобулин из донорской крови, содержащий столбнячный антитоксин. Гомологичный антитоксин редко вызывает нежелательные реакции и находится в организме в необходимом титре до 30-40 дней (К. И. Матвеев, С. В. Скуркович и сотр., 1973).

Для устранения осложнений, наблюдаемых от введения гетерологичных нативных антитоксических сывороток, предложены различные способы очистки А. от балластных белков: высаливание нейтральными солями, фракционирование с помощью электродиализа, переваривание посредством ферментов. Лучшие результаты были получены методом пептического переваривания (И. А. Перфентьев, 1936). Очистка антитоксических сывороток методом протео-лиза в СССР была осуществлена в Институте эпидемиологии и микробиологии им. Η. Ф. Гамалеи АМН СССР (А. В. Бейлинсон и сотрудниками, 1945). Преимуществом метода протеолиза (диаферм-3) является то, что он дает в 2-4 раза большую степень очистки антитоксинов, чем другие методы, но при этом теряется 30-50% антитоксинов. При протеолизе происходит глубокое изменение молекулы антитоксина и уменьшение его анафилактогенных свойств. Разработаны методы очистки и концентрации антитоксинов с применением гидрата окиси алюминия, фильтрацией через сефадексы (молекулярные сита) и применением ионного обмена. При t° 37° в течение 20 суток титр антитоксина в очищенных сыворотках несколько снижается, затем стабилизируется и сохраняется неизменным до 2 лет и более. После лиофильного высушивания под вакуумом при низких температурах титр антитоксина снижается на 2-25%. Высушенные антитоксины сохраняют свои физические и специфические свойства и могут храниться в течение ряда лет.

Антитоксины подвергаются обязательному контролю на безвредность на морских свинках и апирогенность на кроликах.

Содержание антитоксинов в антитоксических сыворотках выражается в международных единицах (ME), принятых Всемирной организацией здравоохранения, что соответствует минимальному количеству сыворотки, нейтрализующему стандартную единицу токсина, выраженную в минимальных смертельных, некротических или реактивных дозах в зависимости от вида животного и токсина. Например., ME противостолбнячной сыворотки соответствует ее минимальному количеству, нейтрализующему примерно 1000 минимальных смертельных доз (Dim) стандартного токсина для морской свинки весом 350 г; ME противоботулинического антитоксина - наименьшее количество сыворотки, нейтрализующее 10 000 Dim токсина для мышей весом 18-20 г; ME стандартной противодифтерийной сыворотки соответствует ее минимальному количеству, нейтрализующему 100 Dim стандартного токсина для морской свинки весом 250 г.

Для некоторых сывороток, не имеющих принятых международных стандартов, утверждены национальные стандарты, и их активность выражается в национальных единицах, которые называются антитоксическими единицами (АЕ).

При титровании антитоксинов сначала определяют условную (опытную) единицу токсина. Опытная доза токсина обозначается символом Lt (Limes tod) и устанавливается по отношению к стандартной антитоксической сыворотке, выпускаемой Гос. НИИ стандартизации и контроля медицинских биологических препаратов им. Л. А. Тарасевича М3 СССР. Для определения опытной дозы токсина к определенному количеству стандартной сыворотки в соответствии с уровнем титрования (к 1/5, 1/10 или 1/50 ME) в объеме 0,2 мл добавляют убывающие или возрастающие дозы токсина в объеме 0,3 мл. После выдерживания при комнатной температуре в течение 45 минут эту смесь вводят внутривенно белым мышам в объеме 0,5 мл на каждую мышь. За животными наблюдают 4 сут. За опытную дозу принимают то минимальное количество токсина, которое в смеси с принятой дозой стандартной сыворотки вызывает гибель 50% взятых в опыт мышей.

Противоботулинические антитоксические сыворотки типов А, В, С, Е и противогангренозные (Cl. perfringens) В, С титруют на уровне 1/5 ME. Опытная доза токсина подтитровывается также к 1/5 ME стандартной сыворотки. Противоботулиническая сыворотка типа F и противогангренозные сыворотки типов A, D, Е, а также противостолбнячная сыворотка титруются на уровне 1/10 ME. Опытная доза токсина подтитровывается обязательно к 1/10 ME стандартной сыворотки. Противогангренозная сыворотка (Cl. oedematiens) титруется на уровне 1/50 ME. Опытная доза токсина подтитровывается к 1/50 ME стандартной сыворотки. Испытуемые сыворотки разводят в зависимости от предполагаемого титра и к различным разведениям сыворотки в объеме 0,2 мл добавляют опытную дозу токсина в объеме 0,3 мл (в расчете на 1 мышь), смесь оставляют для соединения при комнатной температуре в течение 45 мин. и вводят по 0,5 мл внутривенно белым мышам. Противостолбнячная сыворотка титруется подкожным введением 0,4 мл смеси в заднюю лапку мыши. В опыт на каждую дозу берут не менее двух мышей, смесь готовят из расчета не менее чем на 3 мыши. При каждом титровании сыворотки обязательно ставится контроль активности опытной дозы токсина со стандартной сывороткой.

Принципы титрования дифтерийного антитоксина те же, что и других сывороток, только разведения стандартной сыворотки и опытная доза токсина совместно вводятся внутрикожно морской свинке (метод Ремера). Предварительно со стандартной сывороткой вытитровывается так называемая некротическая доза - limes necrosis (Ln) дифтерийного токсина, представляющая собой то наименьшее количество токсина, которое при внутрикожном введении морской свинке (в объеме 0,05 мл) в смеси с 1/50 ME стандартной противодифтерийной сыворотки вызывает к 4-5-му дню образование некроза. Титрование дифтерийного антитоксина по методу Рамона (реакция флоккуляции) производят с помощью токсина или анатоксина, в к-ром предварительно определяют содержание антигенных единиц (АЕ) в 1 мл. Одну антигенную единицу токсина, обозначаемую как порог флоккуляции - limes flocculationis (Lf), нейтрализует одна единица дифтерийного антитоксина. Для титрования небольших количеств дифтерийного антитоксина применяется и внутрикожный метод Йенсена на кроликах..

Антитоксины широко применяются для профилактики и терапии токсинемических инфекций. Кроме того, их используют для нейтрализации ядов змей, пауков и ядов растительного происхождения.

Библиография: Рамон Г. Сорок лет исследовательской работы, пер. с франц., М., 1962; Резепов Ф. Ф. и д р. Определение безвредности и специфической активности иммунных сывороток и глобулинов, в кн.: Методич. руководство по лаборат. оценке качества бакт. и вирусн. препаратов, под ред. С. Г. Дзагурова, с. 235, М., 1972; Токсины-анатоксины и антитоксические сыворотки. М., 1969; Behring и. К i t а в a t о, Über das Zustandekommen der Diphterie-Immunität und der Tetanus-Immunität bei Tieren, Dtsch. med. Wschr., S. 1113, 1890; Kuhns W. J. a. Pappenheimer A. M. Immunochemical studies of antitoxin produced in normal and allergic individuals hyperimmunized with diphtheria toxoid, J. exp. Med., v. 95,p. 375, 1952; Miller J. F. A. P. a. o. Interaction between lymphocytes in immune responses, Cell. Immunol., v. 2, p. 469, 1971, bibliogr.; White R. G. The relation of the cellular responses in germinal or lymphocytopoietic centres of lymph nodes to the production of antibody, в кн.: Mechanism. antibody formation, p. 25, Prague, 1960.

К. И. Матвеев.

Антитела (иммуноглобулины , ИГ, Ig) - это особый класс гликопротеинов, присутствующих на поверхности В-клеток в виде мембраносвязанных рецепторов и в сыворотке крови и тканевой жидкости в виде растворимых молекул. Они являются важнейшим фактором специфического гуморального иммунитета. Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов - например, бактерий и вирусов. Антитела выполняют две функции: антиген -связывающую и эффекторную (вызывают тот или иной иммунный ответ, например, запускают классическую схему активации комплемента).

Антитела синтезируются плазматическими клетками, которыми становятся В-лимфоциты в ответ на присутствие антигенов. Для каждого антигена формируются соответствующие ему специализировавшиеся плазматические клетки, вырабатывающие специфичные для этого антигена антитела. Антитела распознают антигены, связываясь с определённым эпитопом - характерным фрагментом поверхности или линейной аминокислотной цепи антигена.

Антитела состоят из двух лёгких цепей и двух тяжелых цепей. У млекопитающих выделяют пять классов антител (иммуноглобулинов) - IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, различающихся между собой по строению и аминокислотному составу тяжёлых цепей и по выполняемым эффекторным функциям.

История изучения

Самое первое антитело было обнаружено Берингом и Китазато в 1890 году , однако в это время о природе обнаруженного столбнячного антитоксина , кроме его специфичности и его присутствия в сыворотке иммунного животного, ничего определенного сказать было нельзя. Только с 1937 года - исследований Тизелиуса и Кабата, начинается изучение молекулярной природы антител. Авторы использовали метод электрофореза белков и продемонстрировали увеличение гамма-глобулиновой фракции сыворотки крови иммунизированных животных. Адсорбция сыворотки антигеном , который был взят для иммунизации, снижала количество белка в данной фракции до уровня интактных животных.

Строение антител

Общий план строения иммуноглобулинов: 1) Fab ; 2) Fc ; 3) тяжелая цепь; 4) легкая цепь; 5) антиген-связывающийся участок; 6) шарнирный участок

Антитела являются относительно крупными (~150 кДа - IgG) гликопротеинами , имеющими сложное строение. Состоят из двух идентичныхтяжелых цепей (H-цепи, в свою очередь состоящие из V H , C H1 , шарнира, C H2 и C H3 доменов) и из двух идентичных лёгких цепей (L-цепей, состоящих из V L и C L доменов). К тяжелым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. При помощи протеазы папаина антитела можно расщепить на два Fab (англ. fragment antigen binding - антиген-связывающий фрагмент) и один Fc (англ. fragment crystallizable - фрагмент, способный к кристаллизации). В зависимости от класса и исполняемых функций антитела могут существовать как в мономерной форме (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA) так и в олигомерной форме (димер-секреторный IgA, пентамер - IgM). Всего различают пять типов тяжелых цепей (α-, γ-, δ-, ε-и μ- цепи) и два типа легких цепей (κ-цепь и λ-цепь).

Классификация по тяжелым цепям

Различают пять классов (изотипов ) иммуноглобулинов, различающихся:

величиной

последовательностью аминокислот

Класс IgG классифицируют на четыре подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), класс IgA - на два подкласса (IgA1, IgA2). Все классы и подклассы составляют девять изотипов, которые присутствуют в норме у всех индивидов. Каждый изотип определяется последовательностью аминокислот константной области тяжелой цепи.

Функции антител

Иммуноглобулины всех изотипов бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа

распознает и связывает антиген, а затем

усиливает киллинг и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов.

Одна область молекулы антител (Fab) определяет ее антигенную специфичность, а другая (Fc) осуществляет эффекторные функции: связывание с рецепторами, которые экспрессированы на клетках организма (например, фагоцитах); связывание с первым компонентом (C1q) системы комплемента для инициации классического пути каскада комплемента.

IgG является основным иммуноглобулином сыворотки здорового человека (составляет 70-75 % всей фракции иммуноглобулинов), наиболее активен во вторичном иммунном ответе и антитоксическом иммунитете. Благодаря малым размерам (коэффициент седиментации 7S, молекулярная масса 146 кДа) является единственной фракцией иммуноглобулинов, способной к транспорту через плацентарный барьер и тем самым обеспечивающей иммунитет плода и новорожденного. В составе IgG 2-3 % углеводов ; два антигенсвязывающих F ab -фрагмента и один F C -фрагмент. F ab -фрагмент (50-52 кДа) состоит из целой L-цепи и N-концевой половины H-цепи, соединённых между собой дисульфидной связью , тогда как F C -фрагмент (48 кДа) образован C-концевыми половинами H-цепей. Всего в молекуле IgG 12 доменов (участки, сформированные из β-структуры и α-спиралей полипептидных цепей Ig в виде неупорядоченных образований, связанных между собой дисульфидными мостиками аминокислотных остатков внутри каждой цепи): по 4 на тяжёлых и по 2 на лёгких цепях.

IgM представляют собой пентамер основной четырехцепочечной единицы, содержащей две μ-цепи. При этом каждый пентамер содержит одну копию полипептида с J-цепью (20 кДа), который синтезируется антителообразующей клеткой и ковалентно связывается между двумя соседними F C -фрагментами иммуноглобулина. Появляются при первичном иммунном ответе B-лимфоцитами на неизвестный антиген, составляют до 10 % фракции иммуноглобулинов. Являются наиболее крупными иммуноглобулинами (970 кДа). Содержат 10-12 % углеводов. Образование IgM происходит ещё в пре-B-лимфоцитах, в которых первично синтезируются из μ-цепи; синтез лёгких цепей в пре-B-клетках обеспечивает их связывание с μ-цепями, в результате образуются функционально активные IgM, которые встраиваются в поверхностные структуры плазматической мембраны, выполняя роль антиген распознающего рецептора; с этого момента клетки пре-B-лимфоцитов становятся зрелыми и способны участвовать в иммунном ответе.

IgA сывороточный IgA составляет 15-20 % всей фракции иммуноглобулинов, при этом 80 % молекул IgA представлено в мономерной форме у человека. Секреторный IgA представлен в димерной форме в комплексе секреторным компонентом , содержится в серозно-слизистых секретах (например в слюне , слезах, молозиве , молоке , отделяемом слизистой оболочки мочеполовой и респираторной системы). Содержит 10-12 % углеводов, молекулярная масса 500 кДа.

IgD составляет менее одного процента фракции иммуноглобулинов плазмы, содержится в основном на мембране некоторых В-лимфоцитов. Функции до конца не выяснены, предположительно является антигенным рецептором с высоким содержанием связанных с белком углеводов для В-лимфоцитов, еще не представлявшихся антигену . Молекулярная масса 175 кДа.

Классификация по антигенам

так называемые «антитела-свидетели заболевания» , наличие которых в организме сигнализирует о знакомстве иммунной системы с данным возбудителем в прошлом или о текущем инфицировании этим возбудителем, но которые не играют существенной роли в борьбе организма с возбудителем (не обезвреживают ни самого возбудителя, ни его токсины, а связываются со второстепенными белками возбудителя).

аутоагрессивные антитела , или аутологичные антитела, аутоантитела - антитела, вызывающие разрушение или повреждение нормальных, здоровых тканей самого организма хозяина и запускающие механизм развития аутоиммунных заболеваний .

аллореактивные антитела, или гомологичные антитела, аллоантитела - антитела против антигенов тканей или клеток других организмов того же биологического вида. Аллоантитела играют важную роль в процессах отторжения аллотрансплантантов, например, при пересадке почки , печени , костного мозга , и в реакциях на переливание несовместимой крови.

гетерологичные антитела, или изоантитела - антитела против антигенов тканей или клеток организмов других биологических видов. Изоантитела являются причиной невозможности осуществления ксенотрансплантации даже между эволюционно близкими видами (например, невозможна пересадка печени шимпанзе человеку) или видами, имеющими близкие иммунологические и антигенные характеристики (невозможна пересадка органов свиньи человеку).

антиидиотипические антитела - антитела против антител, вырабатываемых самим же организмом. Причём это антитела не «вообще» против молекулы данного антитела, а именно против рабочего, «распознающего» участка антитела, так называемого идиотипа. Антиидиотипические антитела играют важную роль в связывании и обезвреживании избытка антител, в иммунной регуляции выработки антител. Кроме того, антиидиотипическое «антитело против антитела» зеркально повторяет пространственную конфигурацию исходного антигена, против которого было выработано исходное антитело. И тем самым антиидиотипическое антитело служит для организма фактором иммунологической памяти, аналогом исходного антигена, который остаётся в организме и после уничтожения исходных антигенов. В свою очередь, против антиидиотипических антител могут вырабатываться анти-антиидиотипические антитела и т. д.

Специфичность антител

Имеет в виду то, что каждый лимфоцит синтезирует антитела только одной определенной специфичности. И эти антитела располагаются на поверхности этого лимфоцита в качестве рецепторов.

Как показывают опыты, все поверхностные иммуноглобулины клетки имеют одинаковый идиотип: когда растворимый антиген , похожий на полимеризованный флагеллин , связывается со специфической клеткой, то все иммуноглобулины клеточной поверхности связываются с данным антигеном и они имеют одинаковую специфичность то есть одинаковый идиотип.

Антиген связывается с рецепторами, затем избирательно активирует клетку с образованием большого количества антител. И так как клетка синтезирует антитела только одной специфичности, то эта специфичность должна совпадать со специфичностью начального поверхностного рецептора.

Специфичность взаимодействия антител с антигенами не абсолютна, они могут в разной степени перекрестно реагировать с другими антигенами. Антисыворотка , полученная к одному антигену, может реагировать с родственным антигеном, несущим одну или несколько одинаковых или похожих детерминант . Поэтому каждое антитело может реагировать не только с антигеном, который вызвал его образование, но и с другими, иногда совершенно неродственными молекулами. Специфичность антител определяется аминокислотной последовательностью их вариабельных областей.

Клонально-селекционная теория :

Антитела и лимфоциты с нужной специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.

Лимфоциты, которые участвуют в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны. У B-лимфоцитов рецепторы- молекулы той же специфичности, что и антитела, которые лимфоциты впоследствии продуцируют и секретируют.

Любой лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.

Лимфоциты, имеющие антиген , проходят стадию пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины , которые выделяются другими клетками. Лимфоциты могут сами выделять цитокины.

Вариабельность антител

Антитела являются чрезвычайно вариабельными (в организме одного человека может существовать до 10 8 вариантов антител). Все разнообразие антител проистекает из вариабельности как тяжёлых цепей, так и лёгких цепей. У антител, вырабатываемых тем или иным организмом в ответ на те или иные антигены, выделяют:

Изотипическая вариабельность - проявляется в наличии классов антител (изотипов), различающихся по строению тяжёлых цепей и олигомерностью, вырабатываемых всеми организмами данного вида;

Аллотипическая вариабельность - проявляется на индивидуальном уровне в пределах данного вида в виде вариабельности аллелей иммуноглобулинов - является генетически детерминированным отличием данного организма от другого;

Идиотипическая вариабельность - проявляется в различии аминокислотного состава антиген-связывающего участка. Это касается вариабельных и гипервариабельных доменов тяжёлой и лёгкой цепей, непосредственно контактирующих с антигеном.

Контроль пролиферации

Наиболее эффективный контролирующий механизм заключается в том, что продукт реакции одновременно служит ее ингибитором . Этот тип отрицательной обратной связи имеет место при образовании антител. Действие антител нельзя объяснить просто нейтрализацией антигена, потому что целые молекулы IgG подавляют синтез антител намного эффективнее, чем F(ab")2 -фрагменты. Предполагают, что блокада продуктивной фазы T-зависимого B-клеточного ответа возникает в результате образования перекрестных связей между антигеном, IgG и Fc - рецепторами на поверхности B-клеток. Инъекция IgM, усиливает иммунный ответ . Так как антитела именно этого изотипа появляются первыми после введения антигена, то на ранней стадии иммунного ответа им приписывается усиливающая роль.

В ответ на присутствие антигенов. Для каждого антигена формируются соответствующие ему специализировавшиеся плазматические клетки, вырабатывающие специфичные для этого антигена антитела. Антитела распознают антигены, связываясь с определённым эпитопом - характерным фрагментом поверхности или линейной аминокислотной цепи антигена.

История изучения

Самое первое антитело было обнаружено Берингом и Китазато в 1890 году , однако в это время о природе обнаруженного столбнячного антитоксина, кроме его специфичности и его присутствия в сыворотке иммунного животного, ничего определенного сказать было нельзя. Только с 1937 года - исследований Тизелиуса и Кабата, начинается изучение молекулярной природы антител. Авторы использовали метод электрофореза белков и продемонстрировали увеличение гамма-глобулиновой фракции сыворотки крови иммунизированных животных. Адсорбция сыворотки антигеном , который был взят для иммунизации, снижала количество белка в данной фракции до уровня интактных животных.

Строение антител

Антитела являются относительно крупными (~150 кДа - IgG) гликопротеинами , имеющими сложное строение. Состоят из двух идентичных тяжелых цепей (H-цепи, в свою очередь состоящие из V H , C H1 , шарнира, C H2 и C H3 доменов) и из двух идентичных лёгких цепей (L-цепей, состоящих из V L и C L доменов). К тяжелым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. При помощи протеазы папаина антитела можно расщепить на два Fab (англ. fragment antigen binding - антиген-связывающий фрагмент) и один (англ. fragment crystallizable - фрагмент, способный к кристаллизации). В зависимости от класса и исполняемых функций антитела могут существовать как в мономерной форме (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA) так и в олигомерной форме (димер-секреторный IgA, пентамер - IgM). Всего различают пять типов тяжелых цепей (α-, γ-, δ-, ε-и μ- цепи) и два типа легких цепей (κ-цепь и λ-цепь).

Классификация по тяжелым цепям

Различают пять классов (изотипов ) иммуноглобулинов, различающихся:

величиной
зарядом
последовательностью аминокислот
содержанием углеводов

Функции антител

Иммуноглобулины всех изотипов бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа

распознает и связывает антиген, а затем
усиливает киллинг и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов.

Специфичность взаимодействия антител с антигенами не абсолютна, они могут в разной степени перекрестно реагировать с другими антигенами. Антисыворотка, полученная к одному антигену, может реагировать с родственным антигеном, несущим одну или несколько одинаковых или похожих детерминант . Поэтому каждое антитело может реагировать не только с антигеном, который вызвал его образование, но и с другими, иногда совершенно неродственными молекулами. Специфичность антител определяется аминокислотной последовательностью их вариабельных областей.

Клонально-селекционная теория :

Антитела и лимфоциты с нужной специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.
Лимфоциты, которые участвуют в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны. У B-лимфоцитов рецепторы- молекулы той же специфичности, что и антитела, которые лимфоциты впоследствии продуцируют и секретируют.
Любой лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.
Лимфоциты, имеющие антиген , проходят стадию пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины , которые выделяются другими клетками. Лимфоциты могут сами выделять цитокины.

Вариабельность антител

Изотипическая вариабельность - проявляется в наличии классов антител (изотипов), различающихся по строению тяжёлых цепей и олигомерностью, вырабатываемых всеми организмами данного вида;
Аллотипическая вариабельность - проявляется на индивидуальном уровне в пределах данного вида в виде вариабельности аллелей иммуноглобулинов - является генетически детерминированным отличием данного организма от другого;
Идиотипическая вариабельность - проявляется в различии аминокислотного состава антиген-связывающего участка. Это касается вариабельных и гипервариабельных доменов тяжёлой и лёгкой цепей, непосредственно контактирующих с антигеном.

Контроль пролиферации

А. Ройт, Дж. Брюсстофф, Д. Мейл. Иммунология- М.: Мир, 2000 - ISBN 5-03-003362-9
Иммунология в 3 томах / Под. ред. У. Пола.- М.:Мир, 1988
В. Г. Галактионов. Иммунология- М.: Изд. МГУ, 1998 - ISBN 5-211-03717-0

См. также

Абзимы - каталитически активные антитела
Авидность , аффинность - характеристики связывания антигена и антитела

Иммунная система / Иммунология
Системы	Адаптивная иммунная система и Врожденная иммунная система · Гуморальная иммунная система и Клеточная иммунная система · Система комплемента (Анафилотоксины) · Intrinsic immunity
Антигены и антитела

Связывающую и эффекторную (вызывают тот или иной иммунный ответ , например, запускают классическую схему активации комплемента).

Антитела синтезируются плазматическими клетками , которыми становятся некоторые В-лимфоциты, в ответ на присутствие антигенов. Для каждого антигена формируются соответствующие ему специализировавшиеся плазматические клетки, вырабатывающие специфичные для этого антигена антитела. Антитела распознают антигены, связываясь с определённым эпитопом - характерным фрагментом поверхности или линейной аминокислотной цепи антигена.

Антитела состоят из двух лёгких и двух тяжёлых цепей. У млекопитающих выделяют пять классов антител (иммуноглобулинов) - IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, различающихся между собой по строению и аминокислотному составу тяжёлых цепей и по выполняемым эффекторным функциям.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5
Самое первое антитело было обнаружено Берингом и Китазато в 1890 году , однако в то время о природе обнаруженного столбнячного антитоксина, кроме его специфичности и его присутствия в сыворотке иммунного животного, ничего определенного сказать было нельзя. Только с 1937 года - исследований Тиселиуса и Кабата, началось изучение молекулярной природы антител. Авторы использовали метод электрофореза белков и продемонстрировали увеличение гамма-глобулиновой фракции сыворотки крови иммунизированных животных. Адсорбция сыворотки антигеном , который был взят для иммунизации, снижала количество белка в данной фракции до уровня интактных животных.

Строение антител

Антитела являются относительно крупными (~150 кДа - IgG) гликопротеинами , имеющими сложное строение. Состоят из двух идентичных тяжелых цепей (H-цепи, в свою очередь состоящие из V H , C Н 1, шарнира, C H 2- и C H 3-доменов) и из двух идентичных лёгких цепей (L-цепей, состоящих из V L - и C L - доменов). К тяжелым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. При помощи протеазы папаина антитела можно расщепить на два Fab (англ. fragment antigen binding - антиген-связывающий фрагмент) и один (англ. fragment crystallizable - фрагмент, способный к кристаллизации). В зависимости от класса и исполняемых функций антитела могут существовать как в мономерной форме (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA), так и в олигомерной форме (димер-секреторный IgA, пентамер - IgM). Всего различают пять типов тяжелых цепей (α-, γ-, δ-, ε- и μ-цепи) и два типа легких цепей (κ-цепь и λ-цепь).

Классификация по тяжелым цепям

Различают пять классов (изотипов ) иммуноглобулинов, различающихся:
- последовательностью аминокислот
- молекулярной массой
- зарядом
Класс IgG классифицируют на четыре подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), класс IgA - на два подкласса (IgA1, IgA2). Все классы и подклассы составляют девять изотипов, которые присутствуют в норме у всех индивидов. Каждый изотип определяется последовательностью аминокислот константной области тяжелой цепи.

Функции антител

Иммуноглобулины всех изотипов бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа
- распознает и связывает антиген, а затем
- усиливает уничтожение и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов.
Одна область молекулы антител (Fab) определяет её антигенную специфичность, а другая (Fc) осуществляет эффекторные функции: связывание с рецепторами, которые экспрессированы на клетках организма (например, фагоцитах); связывание с первым компонентом (C1q) системы комплемента для инициации классического пути каскада комплемента.
Имеет в виду то, что каждый лимфоцит синтезирует антитела только одной определенной специфичности. И эти антитела располагаются на поверхности этого лимфоцита в качестве рецепторов.
Как показывают опыты, все поверхностные иммуноглобулины клетки имеют одинаковый идиотип: когда растворимый антиген , похожий на полимеризованный флагеллин , связывается со специфической клеткой, то все иммуноглобулины клеточной поверхности связываются с данным антигеном и они имеют одинаковую специфичность то есть одинаковый идиотип.
Антиген связывается с рецепторами, затем избирательно активирует клетку с образованием большого количества антител. И так как клетка синтезирует антитела только одной специфичности, то эта специфичность должна совпадать со специфичностью начального поверхностного рецептора.
Специфичность взаимодействия антител с антигенами не абсолютна, они могут в разной степени перекрестно реагировать с другими антигенами. Антисыворотка, полученная к одному антигену, может реагировать с родственным антигеном, несущим одну или несколько одинаковых или похожих детерминант . Поэтому каждое антитело может реагировать не только с антигеном, который вызвал его образование, но и с другими, иногда совершенно неродственными молекулами. Специфичность антител определяется аминокислотной последовательностью их вариабельных областей.
Клонально-селекционная теория :
1. Антитела и лимфоциты с нужной специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.
2. Лимфоциты, которые участвуют в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны. У B-лимфоцитов рецепторы- молекулы той же специфичности, что и антитела, которые лимфоциты впоследствии продуцируют и секретируют.
3. Любой лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.
4. Лимфоциты, имеющие антиген , проходят стадию пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины , которые выделяются другими клетками. Лимфоциты могут сами выделять цитокины.
Вариабельность антител

Антитела являются чрезвычайно вариабельными (в организме одного человека может существовать до 10 8 вариантов антител). Все разнообразие антител проистекает из вариабельности как тяжёлых цепей, так и лёгких цепей. У антител, вырабатываемых тем или иным организмом в ответ на те или иные антигены, выделяют:
- Изотипическая вариабельность - проявляется в наличии классов антител (изотипов), различающихся по строению тяжёлых цепей и олигомерностью, вырабатываемых всеми организмами данного вида;
- Аллотипическая вариабельность - проявляется на индивидуальном уровне в пределах данного вида в виде вариабельности аллелей иммуноглобулинов - является генетически детерминированным отличием данного организма от другого;
- Идиотипическая вариабельность - проявляется в различии аминокислотного состава антиген-связывающего участка. Это касается вариабельных и гипервариабельных доменов тяжёлой и лёгкой цепей, непосредственно контактирующих с антигеном.
Контроль пролиферации

Наиболее эффективный контролирующий механизм заключается в том, что продукт реакции одновременно служит её ингибитором . Этот тип отрицательной обратной связи имеет место при образовании антител. Действие антител нельзя объяснить просто нейтрализацией антигена, потому что целые молекулы IgG подавляют синтез антител намного эффективнее, чем F(ab")2 -фрагменты. Предполагают, что блокада продуктивной фазы T-зависимого B-клеточного ответа возникает в результате образования перекрестных связей между антигеном, IgG и Fc - рецепторами на поверхности B-клеток. Инъекция IgM усиливает иммунный ответ . Так как антитела именно этого изотипа появляются первыми после введения антигена, то на ранней стадии иммунного ответа им приписывается усиливающая роль.