24.4: Struktura przeciwciał

Przegląd

Przeciwciała, znane również jako immunoglobuliny (Ig), są niezbędnymi uczestnikami adaptacyjnego układu odpornościowego. Te białka wiążące antygen są wytwarzane przez limfocyty B i stanowią 20 procent całkowitej masy osocza krwi. U ssaków przeciwciała dzielą się na pięć różnych klas, z których każda wywołuje inną odpowiedź biologiczną po związaniu antygenu.

Struktura przeciwciał w kształcie litery Y składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych

Przeciwciała składają się z czterech łańcuchów polipeptydowych: dwóch identycznych łańcuchów ciężkich po około 440 aminokwasów każdy i dwóch identycznych łańcuchów lekkich złożonych z około 220 aminokwasów każdy. Łańcuchy te są ułożone w strukturę w kształcie litery Y, która jest utrzymywana razem przez połączenie kowalencyjnych wiązań dwusiarczkowych i wiązań niekowalencyjnych. Ponadto większość przeciwciał zawiera reszty cukru. Proces dodawania łańcuchów bocznych cukru do białka nazywa się glikozylacją.

Podjednostki przeciwciała pełnią różne funkcje

Zarówno łańcuch lekki, jak i łańcuch ciężki przyczyniają się do miejsca wiązania antygenu na każdym z końców struktury Y. Te 110-130 aminokwasów jest bardzo zmiennych, aby umożliwić rozpoznawanie prawie nieograniczonej liczby antygenów. Region ten jest również nazywany regionem zmiennym i jest częścią fragmentu wiążącego antygen.

Każde ramię jednostki w kształcie litery Y ma identyczne miejsce wiązania antygenu. Przeciwciała mogą sieciować antygeny: gdy jedno ramię wiąże się z jednym antygenem, a drugie ramię wiąże się z drugim, strukturalnie identycznym antygenem. Sieciowanie jest ułatwione dzięki elastycznemu obszarowi zawiasowemu, który łączy ramiona przeciwciała z trzpieniem i umożliwia zmienne odległości między miejscami wiązania antygenu. Duże sieci usieciowanych antygenów są następnie szybciej i łatwiej pochłaniane przez makrofagi, usuwając jednorazowo większe ilości antygenu.

Region macierzysty przeciwciała jest również nazywany regionem krystalizującym fragment (Fc) i określa funkcję efektorową przeciwciała. Poprzez domenę Fc przeciwciało może wchodzić w interakcje z receptorami Fc na innych komórkach odpornościowych, takich jak limfocyty B, makrofagi i komórki tuczne. Region Fc jest często glikozylowany, co utrudnia lub umożliwia dostęp do receptora Fc. Zmiana stanu glikozylacji przeciwciała umożliwia zatem szybką modulację funkcji przeciwciała.

Ssaki mają pięć klas przeciwciał

Przeciwciała są klasyfikowane ze względu na liczbę struktur w kształcie litery Y i rodzaj łańcuchów ciężkich. Przeciwciała klasy IgD, IgE i IgG mają pojedynczą strukturę w kształcie litery Y, zapewniając dwa identyczne miejsca wiązania antygenu na końcach ramion. Mówiąc bardziej naukowo: mają wartościowość dwójki. IgD, IgE i IgG różnią się jednak składem wiązań dwusiarczkowych i niekowalencyjnych między ich dwoma łańcuchami ciężkimi. IgA może występować jako monomer lub jako dimer, przypominający dwa Y, które są połączone u podstawy. Jako dimer, IgA ma cztery identyczne miejsca wiązania antygenu – wartościowość czterech. IgM może występować jako monomer, ale częściej spotyka się go jako pentamer, co daje mu wartościowość 10.

Pięć klas przeciwciał uruchamia różne funkcje odpornościowe

Przeciwciała IgG są najliczniejszymi cząsteczkami przeciwciał we krwi i są wydzielane w dużych ilościach, gdy określony patogen jest napotykany po raz drugi. IgG przyczyniają się do eliminacji patogenów na kilka sposobów. Opsonizują patogeny, aby wywołać fagocytozę przez makrofagi lub neutrofile. Aktywność tych komórek fagocytarnych jest wzmacniana przez układ dopełniacza, kaskadę białek enzymatycznych. Sam układ dopełniacza jest wyzwalany przez IgG. Co więcej, IgG są jedynymi przeciwciałami, które mogą przenikać przez łożysko od matki do płodu. Są one również wydzielane do mleka matki, zapewniając w ten sposób bierną odporność, która chroni niemowlę przed infekcjami.

IgA chroni powierzchnie błony śluzowej, takie jak przewód pokarmowy, oddechowy i moczowo-płciowy. Przede wszystkim neutralizuje bakterie, uniemożliwiając ich przemieszczanie się po nabłonku. IgA jest również wydzielana do śluzu, łez, śliny i siary (bogatej w przeciwciała wydzieliny z piersi matki w pierwszych dniach po porodzie). IgA występuje jako dimer, gdy jest wydzielany oraz jako monomer w płynach ustrojowych.

Monomery klasy IgM są pierwszymi, które pojawiają się na naiwnych limfocytach B. IgM to główna klasa przeciwciał, które są wydzielane przez limfocyty B w odpowiedzi na pierwszą ekspozycję na antygen – pierwotną odpowiedź przeciwciała. Kiedy antygen wiąże się z cząsteczką IgM, aktywuje układ dopełniacza i neutralizuje patogeny.

Funkcje przeciwciał IgD nie są dobrze poznane, ale wydają się przypominać funkcje przeciwciał IgM.

IgE są trudne do zbadania ze względu na ich niski poziom w płynach ustrojowych i są znane głównie ze swojego negatywnego wpływu na samopoczucie człowieka: alergii. Podczas reakcji alergicznej IgE wiąże się z pokrewnym antygenem. Następnie region Fc IgE wiąże się z komórkami tucznymi i bazofilami, rodzajem białych krwinek. Interakcja IgE i receptora Fc na powierzchni komórki wywołuje uwalnianie histaminy i interleukin, co z kolei powoduje objawy alergiczne, takie jak kichanie i swędzenie.

Przeciwciała do badań, diagnostyki i terapii są wytwarzane u zwierząt

Przeciwciała są ważnym narzędziem w wielu dyscyplinach badawczych, a także w diagnostyce, a czasem leczeniu chorób. Aby wytworzyć przeciwciała, antygen jest wstrzykiwany zwierzęciu gospodarskiemu lub laboratoryjnemu, często królikom, kurczakom, chomikom lub kozom, a następnie izolowany z krwi zwierzęcia.