Антигены и антитела

Содержание

Введение 3
I Понятия антител и антигенов 4
II Функции антител 5
III Классификация по антигенам 7
IV Антигенность антител 8
V Механизм взаимодействия антитела с антигеном 9
VI Свойства антител 10
VII Роль антител в формировании иммунитета 12
Заключение 13
Список литературы 14

Введение
Антигены – вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности и вызывающие развитие иммунных реакций (гуморальных, клеточных, иммунологической толерантности, иммунологической памяти и др.).
Свойства антигенов, наряду с чужеродностью, определяет их иммуногенность – способность вызывать иммунный ответ и антигенность – способность (антигена) избирательно взаимодействовать со специфическими антителами или антиген- распознающими рецепторами лимфоцитов.
Антигенами могут быть белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты в комбинации между собой или липидами. Антигенами являются любые структуры, несущие признаки генетической чужеродности и распознаваемые в этом качестве иммунной системой. Наибольшей иммуногенностью обладают белковые антигены, в том числе бактериальные экзотоксины, вирусная нейраминидаза.
Структура антител была установлена в ходе разнообразных экспериментов. В основном они заключались в том, что антитела обрабатывались протеолитическими ферментами (папаин, пепсин), и подвергались алкилированию и восстановлению меркаптоэтанолом. Затем исследовались свойства полученных фрагментов: определялась их молекулярная масса (хроматографией), четвертичная структура (рентгеноструктурным анализом), способность связываться с антигеном и т.п. Также использовались антитела к данным фрагментам: выяснялось, могут ли антитела к одному типу фрагментов связываться с фрагментами другого типа. На основе полученных данных была построена описываемая ниже модель молекулы антител.

I Понятия антител и антигенов
Антигены – это любые вещества, содержащиеся в микроорганизмах и других клетках (или выделяемые ими), которые несут в себе признаки генетически чужеродной информации и которые потенциально могут быть распознаны иммунной системой организма. При введении во внутреннюю среду организма эти генетически чужеродные вещества способны вызывать иммунный ответ различных типов. 
Каждый микроорганизм, как бы примитивно он ни был устроен, содержит несколько антигенов. Чем сложнее его структура, тем больше антигенов можно обнаружить в его составе.
Антигенными свойствами обладают различные элементы микроорганизма – жгутики, капсула, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, рибосомы и другие компоненты цитоплазмы, а также различные продукты белковой природы, выделяемые бактериями во внешнюю среду, в том числе токсины и ферменты.
Различают экзогенные антигены (поступающие в организм извне) и эндогенные антигены (аутоантигены – продукты собственных клеток организма), а также антигены, вызывающие аллергические реакции, – аллергены.
Организм непрерывно встречается с разнообразными антигенами. Он подвергается атаке как извне – со стороны вирусов и бактерий, так и изнутри – со стороны клеток организма, приобретающих антигенные свойства.
Антитела – белки сыворотки крови, которые вырабатываются плазматическими клетками в ответ на проникновение антигена в организм. Антитела вырабатываются клетками лимфоидных органов, и циркулируют в плазме крови, лимфе и других жидкостях организма.
Главная важная роль антител – это распознавание и связывание чужеродного материала (антигена), а также запуск механизма уничтожения этого чужеродного материала. Существенным и уникальным свойством антител служит их способность связывать антиген непосредственно в том виде, в каком он проникает в организм.
Антитела обладают способностью отличать один антиген от другого. Они способны к специфическому взаимодействию с антигеном, но взаимодействуют только с тем антигеном (за редким исключением), который индуцировал их образование и подходит к ним по пространственной структуре. Эта способность антитела получила название комплементарности.
Полного понимания молекулярного механизма образования антител пока не существует. Не изучены молекулярные и генетические механизмы, лежащие в основе распознавания миллионов различных антигенов, встречающихся в окружающей среде.

II 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 обеспечивая иммунитет плода и новорожденного. В составе IgG 2-3% углеводов; два антигенсвязывающих Fab-фрагментов и один FC. Fab-фрагмент (50-52 кДа) состоит из целой L-цепи и N-концевой половины H-цепи, соединённых между собой дисульфидной связью, тогда как в FC-фрагмент (48 кДа) входит только половина 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 FC-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.
IgE в свободном виде в плазме почти отсутствует. Способен осуществлять защитную функцию в организме от действия паразитарных инфекций, обуславливает многие аллергические реакции. Механизм действия IgE проявляется через связывание с высоким сродством (10-10М) с поверхностными структурами базофилов и тучных клеток, с последующим присоединением к ним антигена, вызывая дегрануляцию и выброс в кровь высоко активных аминов (гистамина и серотонина – медиаторов воспаления). 200 кДа.

III Классификация по антигенам
Существуют следующие типы антигенов:
антиинфекционные или антипаразитарные антитела, вызывающие непосредственную гибель или нарушение жизнедеятельности возбудителя инфекции либо паразита
антитоксические антитела, не вызывающие гибели самого возбудителя или паразита, но обезвреживающие вырабатываемые им токсины.
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.
IV Антигенность антителИммуноглобулин, как и всякий белок, обладает антигенностью и выраженной иммуногенностью. В молекуле Ig различают 4 типа атигенных детерминант: видовые, изотипические, аллотипические и идиотипические. Видовые антигенные детерминанты характерны для Ig всех особей данного вида (например, кролика, собаки, человека). Они определяются строением легкой и тяжелой цепей. По этим детерминантам можно идентифицировать видовую принадлежность антител.
Изотипические антигенные детерминанты являются групповыми. Они локализуются в тяжелой цепи и служат для дифференцировки Ig на 5 изотипов (классов) и множество подклассов.
Аллотипические антигенные детерминанты являются индивидуальными, т.е. присущими конкретному организму. Они располагаются в легкой и тяжелой полипептидных цепях. На основании строения аллотипических детерминант можно различать особи внутри одного вида.
Идиотипические антигенные детерминанты отражают особенности строения антигенсвязывающего центра самой молекулы Ig. Они образованы V-доменами легкой и тяжелой цепей молекулы Ig. Обнаружение идиотипических антигенных детерминант послужило основанием для создания теории идиотип-антиидиотипической регуляции биосинтеза антител.

V Механизм взаимодействия антитела с антигеном
В процессе взаимодействия с антигеном принимает участиеантигенсвязывающий центр молекулы Ig, или паратоп, который способен связываться со строго определенной антигенной детерминантой. Эта связь осуществляется за счет слабых взаимодействий (ван-дер-ваальсовы силы, водородные связи, злектростатические взаимодействия) и отличается неустойчивостью – образовавшийся иммунный комплекс (ИК) может легко диссоциировать: АГ + АТ ↔ ИК.
Продолжительность существования иммунного комплекса определяется целым рядом факторов. При этом важное значение имеют особенности антитела, антигена и условия, в которых происходит их взаимодействие. К особенностям антитела следует отнести его аффинность и авидность.
Аффинность - сила специфического взаимодействия антитела с антигеном (или энергия их связи). Аффинность определяется степенью стерического (пространственного) соответствия эпитопа и паратопа. Чем больше образуется связей между эпитопом и паратопом, тем выше будут устойчивость и продолжительность жизни образовавшегося иммунного комплекса. Иммунный комплекс, образованный низкоаффинными антителами, чрезвычайно неустойчив и имеет малую продолжительность существования.
Установлено, что в условиях макроорганизма с одной и той же антигенной детерминантой способны одновременно прореагировать и образовать иммунный комплекс около 100 различных клонов антител. Все они будут отличаться структурой антигенсвязывающего центра, специфичностью и аффинностью. Аффинность антител существенно меняется в процессе иммунного ответа в связи с селекцией наиболее специфичных клонов В-лимфоцитов. Наименее аффинными считаются нормальные антитела. По расчетам общее количество различных антигенспецифических клонов В-лимфоцитов достигает 106-107.
Другой характеристикой Ig является авидность. Под этим термином понимают прочность связывания антитела и антигена. Эта характеристика определяется аффинностью Ig и числом антигенсвязывающих центров. Наибольшей авидностью обладают антитела класса М, так как они имеют 10 антигенсвязывающих центров.
Эффективность взаимодействия антитела с антигеном существенно зависит от условий, в которых происходит реакция, прежде всего от pH среды, осмотической плотности, солевого состава и температура среды. Оптимальными для реакции антиген-антитело являются физиологические условия внутренней среды макроорганизма: близкая к нейтральной реакция среды, присутствие фосфат-, карбонат-, хлорид - и ацетат-ионов, осмолярность физиологического раствора (концентрация раствора 0,15 М), а также температура 36-37°С.

VI Свойства антител
Благодаря уникальной способности специфически связываться с антигенными детерминантами антитела выполняют в организме ряд важнейших функций.
К прямым эффектам антител относится нейтрализация - связывание и блокирование паратопом иммуноглобулина активного центра биологически активной молекулы, например токсина, рецептора, лекарственного препарата и пр. Эффект имеет обратимый характер в случае распада иммунного комплекса. На этом принципе основан механизм действия антитоксических, противовирусных и многих других лечебных иммунных сывороток.
Другим прямым эффектом является энзиматическое действие антител. Благодаря реликтовой протеазной или нуклеазной активности иммуноглобулины способны вызывать деструкцию молекулы антигена (например, расщепление отдельных пептидов или ДНК). Запуск системы комплемента по классическому пути также представляет собой результат ферментолиза.
В большинстве случаев взаимодействие антител с антигеном в организме не влечет за собой его структурную или функциональную модификацию. Прочно связываясь с эпитопом, антитела маркируют молекулу антигена - обозначают его как мишень для других факторов иммунитета (фагоцитоз, лизис).
К непрямым эффектам относятся:
индукция комплементопосредованного лизиса чужеродных клеток (см. раздел 9.2.3.3), наилучшими свойствами обладает IgM (IgM > IgG3 > IgG1);
запуск антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности АЗКЦТ;
индукция гиперчувствительности немедленного, или I, типа;
опосредование иммунного фагоцитоза.
Клеточно-опосредованные эффекты иммуноглобулинов реализуются благодаря экспрессии на мембране иммунокомпетентных клеток рецепторов к Fc-фрагменту молекулы иммуноглобулина (FcR). Эти рецепторы являются трансмембранными белковыми молекулами и различаются по специфичности к определенному изотипу тяжелой цепи молекулы Ig. Различают также высокоаффинные и низкоаффинные FcR. Первые могут взаимодействовать с интактной молекулой иммуноглобулина. В некоторых случаях она используется как ко-рецепторный фактор (базофилы, тучные клетки). Низкоаффинные FcRсвязываются уже с иммунным комплексом, их называют непрямыми иммунорецепторами.
Помимо эффекторных свойств, антитела являются активными регуляторами иммунореактивности. Так, Ig являются антигенспецифическими рецепторами В-лимфоцитов.
Специфическое связывание эпитопов специфическими антителами может блокировать развитие как гуморального, так и клеточного иммунного ответа. Этот эффект используется в клинической практике, например, для профилактики гемолитической болезни новорожденных в результате резус-конфликта. Антитела, специфичные к идиотипическим антигенным детерминантам Ig, могут управлять силой антительного иммунного реагирования.

VII Роль антител в формировании иммунитета
Антитела имеют важное значение в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета.
1. Связываясь с токсинами, антитела нейтрализуют их, обеспечивая антитоксический иммунитет.
2. Блокируя рецепторы вирусов, антитела препятствуют адсорбции вирусов на клетках, участвуют в противовирусном иммунитете.
3. Комплекс антиген – антитело запускает классический путь активации комплемента с его эффекторными функциями (лизис бактерий, опсонизация, воспаление, стимуляция макрофагов).
4. Антитела принимают участие в опсонизации бактерий, способствуя более эффективному фагоцитозу.
5. Антитела способствуют выведению из организма (с мочой, желчью) растворимых антигенов в виде циркулирующих иммунных комплексов.
IgG принадлежит наибольшая роль в антитоксическом иммунитете, IgM- в антимикробном иммунитете (фагоцитоз корпускулярных антигенов), особенно в отношении грамотрицательных бактерий, IgA- в противовирусном иммунитете (нейтрализация вирусов), IgAs- в местном иммунитете слизистых оболочек, IgE- в реакциях гиперчувствительности немедленного типа.

Заключение
Знание механизмов взаимодействия антигенов и антител раскрывает сущность многообразных иммунологических процессов и реакций, возникающих в организме под влиянием патогенных и непатогенных факторов.
Реакция между антителом и антигеном протекает в две стадии:
специфическая – непосредственное соединение активного центра антитела с антигенной детерминантой.
неспецифическая – вторая стадия, когда, отличающийся плохой растворимостью иммунный комплекс выпадает в осадок. Эта стадия возможна в присутствии раствора электролита и визуально проявляется по-разному, в зависимости от физического состояния антигена. Если антигены корпускулярные, то имеет место феномен агглютинации (склеивания различных частиц и клеток). Образующиеся конгломераты выпадают в осадок, при этом клетки морфологически не изменяются, теряя подвижность, они остаются живыми.

Список литературы
А. Ройт, Дж. Брюсстофф, Д. Мейл. Иммунология- М.: Мир, 2000
Алешукина А.В. Медицинская микробиология. Учебное пособие. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2003 г.
Алишукина А.И. «Медицинская микробиология», Ростов 2003. Учебное пособие для мед. ВУЗов.
Воробьев А.А. «Медицинская микробиология, вирусология, иммунология», Москва 2004. Учебное пособие для мед. ВУЗов.
Иммунология в 3 томах / Под. ред. У. Пола.- М.:Мир, 1988.
Инфекционные болезни и эпидемиология: Учебник \ В.И. Покровский, С.Г.Пак, Н.И. Брико, Б.К. Данилкин. – М.: ГЭОТАР-МЕД., 2003.
Королюк А.М., Сбойчаков В.Б. «Медицинская бактериология», 1-е издание.
Королюк А.М., Сбойчаков В.Б. «Медицинская вирусология», 2-е издание.
Поздеев О.К. «Медицинская микробиология» под ред. Покровского В. И., учебник для ВУЗов, 2001.
Пяткин К.Д. «Микробиология», 1980.