Иммуноглобулины

Иммуноглобулины (Ig), выполняющие в организме функцию антител, синтезируются плазматическими клетками, которые являются конечным этапом дифференцировки В-лимфоцита, наступившей в результате антигенного стимула и хелперного сигнала.

Иммуноглобулины представляют собой белки плазмы, которые при электрофорезе мигрируют как гамма-глобулины и образуют диффузную полосу в гамма-области электрофореграм-мы, что подтверждает их гетерогенность. Иммуноглобулины относятся к полифункциональным белкам и реализуют следующие основные функции: 

• специфически распознают самые разнообразные антигены и гаптены (неполные антигены): 
• взаимодействуют с другими иммуноком-петентными клетками, имеющими к ним соответствующие рецепторы; 
• активируют систему комплемента. Структуры, ответственные за различные функции иммуноглобулинов, находятся на разных участках молекул этих белков. В настоящее время известно пять основных классов иммуноглобулинов человека: IgA, IgM, IgG, IgE и IgD.

 Легкие цепи (L-цепи) представлены двумя типами: лямбда (К) и каппа (к), а тяжелые (Н-цепи) - пятью: альфа (а), мю (μ), гамма (у), дельта (8) и эпсилон (е). Тяжелые цепи определяют класс иммуноглобулинов - А, М, G, D, и Е.

Fab – специфический участок, антигенсвязывающий фрагмент; Fc – неспецифический участок, функционально активная часть молекулы Ig: фиксация на мембранах клеток, связывание комплемента, проникновение через мембраны.

Легкие цепи имеют молекулярную массу приблизительно 2,3*104 D и состоят примерно из 200 аминокислотных остатков. Отдельно взятая молекула иммуноглобулина любого класса может содержать идентичные либо каппа-, либо лямбда- цепи, но никогда – обе. Тяжелые цепи имеют молекулярную массу приблизительно вдвое большую (0,005 – 7*104 D) и состоят примерно из 400 аминокислотных остатков.

Как видно из рис. 5, молекулы иммуноглобулинов состоят из двух видов фрагментов: Fab (fragment antigen binding, англ.) – антигенсвязывающего и Fc (fragment crystalline, англ.) – кристаллизующегося. Если на молекулу IgG воздействовать папаином, она распадется на три фрагмента: два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Область, в которой соединяются Fab- и Fc-фрагменты молекул иммуноглобулинов, называется шарнирной. За счет шарнирной области субъединицы молекул иммуноглобулинов (цепи) обладают способностью к вращению по отношению друг к другу, что обусловливает гибкость молекул иммуноглобулинов.

По первичной структуре тяжелых цепей Ig делятся на подклассы. У человека обнаружено четыре подкласса IgG и два подкласса IgM и IgA. У каждого человека одновременно могут присутствовать все классы и подклассы Ig, что само по себе уже обусловливает гетерогенность всей популяции Ig, не касающейся, однако, их специфичности к антигенам.

В то же время между L- и Н-цепями есть определенное сходство, очень важное для всего комплекса иммунологических реакций: обе они имеют вариабельную и константную область. Вариабельная область Ig состоит из легких и тяжелых цепей, различна для разных Ig, и именно она отвечает за специфичность Ig в отношении определенного антигена. Принадлежность Ig к тому или иному классу не влияет на их специфичность к антигенам, но степень специфичности различна у разных классов Ig: наиболее специфичны IgG, менее IgA и еще меньше IgM.

После соединения с антигеном и образования иммунного комплекса (ИК) молекула Ig со-храняет достаточно выраженную активность за счет второго, неспецифического, участка молекулы – Fc. Fc-константная область молекулы Ig состоит только из тяжелых цепей, не имеет отношения к специфичности, но обусловливает ряд важных биологических свойств Ig, получивших название эффекторных.

Сложная и многогранная роль Ig, их функциональная неоднозначность еще раз заставляют обратить внимание на особенности их синтеза. Как указывалось выше, синтез иммуноглобулинов, осуществляемый В-лимфоцитами, напрямую с действием какого-либо антигена не связан. Так, в организме еще до появления того или иного антигена существуют клоны В-лимфоцитов, которые способны продуцировать разнообразные по специфичности Ig. Синтез Ig происходит постоянно и в определенной степени не зависит от действия конкретного антигена.

При расщеплении молекул иммуноглобулина пепсином образуются два фрагмента: F(ab)2 и Fc. Двухвалентный F(аb)2-фрагмент вследствие своей двухковалентности действует как полное антитело и обладает способностью преципитировать или агглютинировать специфические антигены.

Специфичность антител обусловлена первичной последовательностью расположения аминокислот в вариабельной области Fab-фрагмента, которая, собственно, и обеспечивает связь с антигеном и поэтому считается активным центром молекулы Ig. Зоны повышенной изменчивости аминокислот в вариабельных областях тяжелых и легких цепей названы гипервариабельными участками (“горячие точки”) (см. рис. 5). Считается, что этим обеспечивается разнообразие спектра специфичности антител.

В Fc-фрагменте молекул Ig расположены центры, ответственные за их разнообразные биологические функции: 

• фиксацию на лимфоцитах и фагоцитах; 
•  связывание первого компонента системы комплемента; 
• транспорт через плаценту и другие биологические мембраны. Способность Ig связываться с антигенами характеризуется следующими их свойствами: авидностью и афинностью (или аффинитетом).

Прочность связи антитела с соответствующим антигеном называется авидностью. Авидность (жадность) антител в процессе иммунного ответа меняется и зависит от их валентности. В свою очередь, валентность антител зависит от числа их активных центров. Так, например, молекула IgG двухвалентна, a IgM – десятивалентна. Антитела с двумя валентностями более полноценно связывают антиген, в отличие от моновалентных антител (неполных или блокирующих), которые не способны самостоятельно вызвать агглютинацию или преципитацию антигенов.

Точность совпадения (сродства) пространственной конфигурации активного центра иммуноглобулина с конфигурацией антигенной детерминанты обозначается термином “аффинитет”, или “аффинность антитела”. Ее определяют как сумму межмолекулярных сил притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии антигенсвязывающего центра антител и антигенной детерминанты. Аффинность антител в процессе иммунизации нарастает и обеспечивает более полную связь с антигеном.

Таким образом, прочность связи антител зависит как от аффинности, так и от валентности, приходящейся в среднем на од н у молекулу имм уноглобул инов. При равной аффинности ави дность IgM будет больше, чем IgG, поскольку молекула IgM десятивалентна, a IgG – двухвалентна. Разнообразие иммуноглобулинов вытекает из особенности их структуры. Иммуноглобулины имеют изотипические, аллотипические и идиотипические характеристики.

Изотипы отражают классоспецифические особенности иммуноглобулина данного биологического вида. Изотипические различия иммуноглобулинов обусловлены структурой тяжелых цепей, что как уже говорилось, позволяет выделить пять классов иммуноглобулинов разных изотипов: М, G, А, Е и D.