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24.4: Antikörper Struktur
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PROTOKOLLE

24.4: Antikörper Struktur

Überblick

Antikörper sind wesentliche Akteure des adaptiven Immunsystems. Sie sind auch als Immunglobuline (Ig) bekannt. Diese antigenbindenden Proteine werden von B-Zellen hergestellt und machen 20 Gewichtsprozent des gesamten Blutplasmas aus. Bei Säugetieren werden Antikörper in fünf verschiedene Klassen eingeteilt, die jeweils eine unterschiedliche biologische Reaktion auf die Antigenbindung auslösen.

Die Y-förmige Struktur von Antikörpern besteht aus vier Polypeptidketten

Die Antikörper bestehen aus vier Polypeptidketten: zwei identischen schweren Ketten mit jeweils etwa 440 Aminosäuren und zwei identischen leichten Ketten mit jeweils etwa 220 Aminosäuren. Diese Ketten sind in einer Y-förmigen Struktur angeordnet, die durch eine Kombination von kovalenten Disulfidbindungen und nicht-kovalenten Bindungen zusammengehalten wird. Darüber hinaus tragen die meisten Antikörper Zuckerreste. Der Prozess der Zugabe von Zuckerseitenketten zu einem Protein wird Glykosylierung genannt.

Die Untereinheiten eines Antikörpers haben unterschiedliche Funktionen

Sowohl die leichte Kette als auch die schwere Kette tragen zur Antigenbindungsstelle an jeder der Spitzen der Y-Struktur bei. Diese 110-130 Aminosäuren sind sehr variabel, so dass eine fast unbegrenzte Anzahl von Antigenen erkannt werden kann. Diese Region wird auch als variable Region bezeichnet und ist Teil des Antigenbindungsfragments.

Jeder Arm der Y-förmigen Einheit trägt eine identische Antigenbindungsstelle. Antikörper können Antigene miteinander vernetzen, wenn ein Arm an ein Antigen und der andere Arm an ein zweites, strukturell identisches Antigen gebunden wird. Die Quervernetzung wird durch die flexible Scharnierregion erleichtert, welche die Arme des Antikörpers mit dem Stamm verbindet und variable Abstände zwischen den Antigenbindungsstellen ermöglicht. Große Gitter aus vernetzten Antigenen werden anschließend schneller und leichter von Makrophagen umschlossen, die größere Mengen des Antigens auf einmal beseitigen können.

Die Stammregion des Antikörpers wird auch als fragmentarisch kristallisierbare (Fc) Region bezeichnet und bestimmt die Effektorfunktion des Antikörpers. Über die Fc-Domäne kann der Antikörper mit Fc-Rezeptoren auf anderen Immunzellen, wie B-Zellen, Makrophagen und Mastzellen, reagieren. Die Fc-Region ist häufig glykosyliert, wodurch der Zugang des Fc-Rezeptors behindert oder ermöglicht wird. Eine Veränderung des Glykosylierungszustandes des Antikörpers erlaubt daher eine schnelle Modulation der Antikörperfunktion.

Säugetiere verfügen über fünf Klassen von Antikörpern

Antikörper werden nach der Anzahl der Y-förmigen Strukturen und der Art der schweren Ketten klassifiziert. Antikörper der Klasse IgD, IgE und IgG haben eine einzige Y-förmige Struktur, die zwei identische Antigenbindungsstellen an den Spitzen ihrer Arme aufweist. Wissenschaftlicher ausgedrückt kann man sagen, dass sie eine Wertigkeit von zwei aufweisen. IgD, IgE und IgG unterscheiden sich jedoch in der Zusammensetzung der Disulfid-und nicht-kovalenten Bindungen zwischen ihren beiden schweren Ketten. IgA kann als Monomer oder als Dimer auftreten und ähnelt zwei Ys, die an ihrer Basis verbunden sind. Als Dimer hat IgA vier identische Antigenbindungsstellenmit einer Wertigkeit von vier. IgM kann als Monomer auftreten, wird aber häufiger als Pentamer angetroffen, was ihm eine Wertigkeit von 10 verleiht.

Die fünf Klassen von Antikörpern lösen unterschiedliche Immunreaktionen aus

IgG-Antikörper sind die am häufigsten im Blut vorkommenden Antikörpermoleküle und werden in großen Mengen ausgeschieden, wenn ein spezifischer Erreger zum zweiten Mal angetroffen wird. IgGs tragen auf verschiedene Weise zur Eliminierung von Krankheitserregern bei. Sie opsonieren Krankheitserreger, um die Phagozytose durch Makrophagen oder Neutrophile auszulösen. Die Aktivität dieser phagozytischen Zellen wird durch das Komplementsystem, eine Kaskade von enzymatischen Proteinen, verstärkt. Das Komplementsystem selbst wird durch IgG ausgelöst. Darüber hinaus sind IgGs die einzigen Antikörper, die die Plazenta von der Mutter zum Fötus durchqueren können. Sie werden auch in die Milch der Mutter sezerniert und bieten so eine passive Immunität, die den Säugling vor Infektionen schützt.

IgA schützt Schleimhautoberflächen wie den Magen-Darm-Trakt, die Atemwege und den Urogenitaltrakt. Es neutralisiert vor allem Bakterien und verhindert ihre Wanderung über die Epithelien. IgA wird auch in Schleim, Tränen, Speichel und Kolostrum (das antikörperreiche Sekret der Brust der Mutter in den ersten Tagen nach der Geburt) abgesondert. IgA kommt als Dimer bei der Sekretion und als Monomer in Körperflüssigkeiten vor.

Monomere der IgM-Klasse sind die ersten, die auf naiven B-Zellen erscheinen. IgMs sind die Hauptklasse von Antikörpern, die von B-Zellen als Reaktion auf die erste Exposition mit einem Antigen sezerniert werden. Sie bilden die primäre Antikörperreaktion. Wenn ein Antigen an ein IgM-Molekül bindet, so aktiviert es das Komplementsystem und neutralisiert Krankheitserreger.

Die Funktionen von IgD-Antikörpern sind noch nicht gut verstanden, scheinen aber denen von IgM zu ähneln.

IgE sind aufgrund ihrer geringen Mengen an Körperflüssigkeiten schwierig zu untersuchen und sind vor allem für ihre negativen Auswirkungen auf das menschliche Wohlbefinden bekannt: Allergien. Bei einer allergischen Reaktion bindet das IgE an sein kognitives Antigen. Anschließend bindet die Fc-Region des IgE an Mastzellen und Basophile, eine Art von weißen Blutkörperchen. Die Interaktion von IgE und dem Fc-Rezeptor auf der Zelloberfläche löst die Freisetzung von Histaminen und Interleukinen aus, was wiederum allergische Symptome wie Niesen und Juckreiz bewirkt.

Die Antikörper für Forschung, Diagnostik und Therapie werden in Tieren produziert

In vielen Forschungsdisziplinen sowie bei der Diagnose und manchmal auch bei der Behandlung von Krankheiten sind Antikörper ein wichtiges Instrument. Zur Herstellung von Antikörpern wird ein Antigen in ein Nutz -oder Versuchstier injiziert und später aus dem Blut des Tieres isoliert. Dabei werden häufig Kaninchen, Hühner, Hamster oder Ziegen verwendet.


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