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24.4: Estructura de los anticuerpos

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Antibody Structure

24.4: Antibody Structure

24.4: Estructura de los anticuerpos


Antibodies, also known as immunoglobulins (Ig), are essential players of the adaptive immune system. These antigen-binding proteins are produced by B cells and make up 20 percent of the total blood plasma by weight. In mammals, antibodies fall into five different classes, which each elicits a different biological response upon antigen binding.

The Y-Shaped Structure of Antibodies Consists of Four Polypeptide Chains

Antibodies consist of four polypeptide chains: two identical heavy chains of approximately 440 amino acids each, and two identical light chains composed of roughly 220 amino acids each. These chains are arranged in a Y-shaped structure that is held together by a combination of covalent disulfide bonds and noncovalent bonds. Furthermore, most antibodies carry sugar residues. The process of adding sugar side chains to a protein is called glycosylation.

The Subunits of an Antibody Have Different Functions

Both the light chain and heavy chain contribute to the antigen binding site at each of the tips of the Y structure. These 110-130 amino acids are highly variable to allow recognition of an almost unlimited number of antigens. This region is also called the variable region and is part of the antigen binding fragment.

Each arm of the Y-shaped unit carries an identical antigen binding site. Antibodies can crosslink antigens: when one arm binds to one antigen and the other arm binds to a second, structurally identical antigen. Crosslinking is facilitated by the flexible hinge region that connects the antibody’s arms to the stem and allows variable distances between antigen binding sites. Large lattices of crosslinked antigens are subsequently engulfed more quickly and easily by macrophages, removing larger amounts of the antigen at once.

The stem region of the antibody is also called the fragment crystallizable (Fc) region and determines the effector function of the antibody. Via the Fc domain, the antibody can interact with Fc receptors on other immune cells, such as B cells, macrophages, and mast cells. The Fc region is often glycosylated, hindering or allowing Fc receptor access. Altering the glycosylation state of the antibody, therefore, allows rapid modulation of antibody function.

Mammals Have Five Classes of Antibodies

Antibodies are classified by their number of Y-shaped structures and type of heavy chains. Antibodies of the class IgD, IgE and IgG have a single Y-shaped structure, providing two identical antigen binding sites at the tips of their arms. In more scientific terms: they have a valency of two. IgD, IgE, and IgG differ, however, in the composition of disulfide and noncovalent bonds between their two heavy chains. IgA can occur as a monomer or as a dimer, resembling two Ys that are joined at their base. As a dimer, IgA has four identical antigen binding sites—a valency of four. IgM can occur as a monomer but is more often encountered as a pentamer, giving it a valency of 10.

The Five Classes of Antibodies Trigger Different Immune Functions

IgG antibodies are the most abundant antibody molecules in blood and are secreted in large volumes when a specific pathogen is encountered for the second time. IgGs contribute to pathogen elimination in several ways. They opsonize pathogens to trigger phagocytosis by macrophages or neutrophils. The activity of these phagocytic cells is enhanced by the complement system, a cascade of enzymatic proteins. The complement system is itself triggered by IgG. Furthermore, IgGs are the only antibodies that can cross the placenta from the mother to the fetus. They are also secreted into the mother’s milk, thereby offering passive immunity that protects the infant from infections.

IgA protects mucosal surfaces such as the gastrointestinal, respiratory, and urogenital tracts. It foremost neutralizes bacteria, preventing their movement across epithelia. IgA is also secreted into mucus, tears, saliva, and colostrum (the antibody-rich secretion of a mother’s breast for the first days after giving birth). IgA occurs as a dimer when it is secreted and as a monomer in body fluids.

Monomers of the IgM class are the first to appear on naive B cells. IgMs are the major class of antibodies that are secreted by B cells in response to the first exposure to an antigen—the primary antibody response. When an antigen binds to an IgM molecule, it activates the complement system and neutralizes pathogens.

The functions of IgD antibodies are not well understood but seem to resemble those of IgM.

IgE is challenging to study due to their low levels in body fluids and are mostly known for their negative impact on human well-being: allergies. During an allergic reaction, IgE binds to its cognate antigen. Subsequently, the Fc region of IgE binds to mast cells and basophils, a type of white blood cell. The interaction of IgE and the Fc-receptor on the cell surface elicits the release of histamines and interleukins, which in turn causes allergic symptoms such as sneezing and itching.

Antibodies for Research, Diagnostic and Therapeutics Are Produced in Animals

Antibodies are an important tool in many research disciplines as well as in the diagnosis, and sometimes treatment of disease. To produce antibodies, an antigen is injected into a farm or laboratory animal, often rabbits, chickens, hamsters, or goats, and is later isolated from the animal’s blood.

Visión general

Los anticuerpos, también conocidos como inmunoglobulinas (Ig), son actores esenciales del sistema inmunitario adaptativo. Estas proteínas de unión a antígenos son producidas por células B y forman el 20 por ciento del plasma sanguíneo total en peso. En los mamíferos, los anticuerpos se dividen en cinco clases diferentes, que cada una provoca una respuesta biológica diferente sobre la unión de antígenos.

La estructura en forma de Y de los anticuerpos consiste en cuatro cadenas de polipéptidos

Los anticuerpos consisten en cuatro cadenas de polipéptidos: dos cadenas pesadas idénticas de aproximadamente 440 aminoácidos cada una, y dos cadenas ligeras idénticas compuestas de aproximadamente 220 aminoácidos cada una. Estas cadenas están dispuestas en una estructura en forma de Y que se mantiene unida por una combinación de enlaces de disulfuro covalente y enlaces no covalentes. Además, la mayoría de los anticuerpos transportan residuos de azúcar. El proceso de adición de cadenas laterales de azúcar a una proteína se llama glicosilación.

Las subunidades de un anticuerpo tienen diferentes funciones

Tanto la cadena ligera como la cadena pesada contribuyen al sitio de unión de antígenos en cada una de las puntas de la estructura Y. Estos 110-130 aminoácidos son muy variables para permitir el reconocimiento de un número casi ilimitado de antígenos. Esta región también se denomina región variable y forma parte del fragmento de enlace de antígeno.

Cada brazo de la unidad en forma de Y lleva un sitio de unión de antígeno idéntico. Los anticuerpos pueden entreentinar antígenos: cuando un brazo se une a un antígeno y el otro brazo se une a un segundo antígeno estructuralmente idéntico. La reticulación es facilitada por la región de bisagra flexible que conecta los brazos del anticuerpo con el tallo y permite distancias variables entre los sitios de unión de antígenos. Las grandes celosías de los antígenos reticulados posteriormente se envuelven más rápidamente y fácilmente por los macrófagos, eliminando grandes cantidades del antígeno a la vez.

La región del tallo del anticuerpo también se denomina región cristalizable del fragmento (Fc) y determina la función del efector del anticuerpo. A través del dominio Fc, el anticuerpo puede interactuar con los receptores Fc en otras células inmunitarias, como células B, macrófagos y células del mástil. La región Fc es a menudo glicosilada, obstaculizando o permitiendo el acceso del receptor Fc. La alteración del estado de glicosilación del anticuerpo, por lo tanto, permite una rápida modulación de la función del anticuerpo.

Los mamíferos tienen cinco clases de anticuerpos

Los anticuerpos se clasifican por su número de estructuras en forma de Y y el tipo de cadenas pesadas. Los anticuerpos de la clase IgD, IgE e IgG tienen una sola estructura en forma de Y, proporcionando dos sitios idénticos de unión de antígenos en las puntas de sus brazos. En términos más científicos: tienen una valencia de dos. IgD, IgE e IgG difieren, sin embargo, en la composición de los enlaces disulfuros y no covalentes entre sus dos cadenas pesadas. IgA puede ocurrir como un monómero o como un dimer, que se asemeja a dos Y que se unen en su base. Como dimer, IgA tiene cuatro sitios idénticos de unión de antígenos: una valencia de cuatro. IgM puede ocurrir como un monómero, pero se encuentra más a menudo como un pentamer, dándole una valencia de 10.

Las cinco clases de anticuerpos desencadenan diferentes funciones inmunes

Los anticuerpos IgG son las moléculas de anticuerpos más abundantes en la sangre y se secretan en grandes volúmenes cuando se encuentra un patógeno específico por segunda vez. Los IgG contribuyen a la eliminación de patógenos de varias maneras. Opsonizan patógenos para desencadenar fagocitosis por macrófagos o neutrófilos. La actividad de estas células fagocíticas se ve reforzada por el sistema de complemento, una cascada de proteínas enzimáticas. El sistema de complemento es activado por IgG. Además, los IgG son los únicos anticuerpos que pueden atravesar la placenta de la madre al feto. También se secretan en la leche materna, ofreciendo así inmunidad pasiva que protege al bebé de las infecciones.

IgA protege las superficies mucosas como las vías gastrointestinal, respiratoria y urogenital. Neutraliza las bacterias, evitando su movimiento a través de la epitelia. La IgA también se secreta en moco, lágrimas, saliva y calostro (la secreción rica en anticuerpos de la mama de una madre durante los primeros días después de dar a luz). IgA ocurre como un dimer cuando se secreta y como un monómero en fluidos corporales.

Los monómeros de la clase IgM son los primeros en aparecer en células B ingenuas. Los IgMs son la clase principal de anticuerpos que son secretados por las células B en respuesta a la primera exposición a un antígeno: la respuesta primaria de anticuerpos. Cuando un antígeno se une a una molécula de IgM, activa el sistema de complemento y neutraliza los patógenos.

Las funciones de los anticuerpos IgD no se entienden bien, pero parecen parecerse a las de IgM.

IgE es difícil de estudiar debido a sus bajos niveles en fluidos corporales y son principalmente conocidos por su impacto negativo en el bienestar humano: alergias. Durante una reacción alérgica, IgE se une a su antígeno cognados. Posteriormente, la región Fc de IgE se une a las células del mástil y los basófilos, un tipo de glóbulo blanco. La interacción de IgE y el Fc-receptor en la superficie celular provoca la liberación de histaminas e interleukins, que a su vez causa síntomas alérgicos como estornudos y picazón.

Los anticuerpos para la investigación, el diagnóstico y la terapia se producen en animales

Los anticuerpos son una herramienta importante en muchas disciplinas de investigación, así como en el diagnóstico, y a veces el tratamiento de la enfermedad. Para producir anticuerpos, un antígeno se inyecta en una granja o animal de laboratorio, a menudo conejos, pollos, hámsteres o cabras, y más tarde se aísla de la sangre del animal.

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