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24.4: Estrutura dos Anticorpos
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Antibody Structure
 
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24.4: Antibody Structure

24.4: Estrutura dos Anticorpos

Overview

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.

Visão Geral

Anticorpos, também conhecidos como imunoglobulinas (Ig), têm um papel essencial no sistema imunitário adaptativo. Essas proteínas de ligação a antigénios são produzidas por células B e compõem 20% do plasma total do sangue em peso. Em mamíferos, os anticorpos constituem cinco classes diferentes, cada uma provocando uma resposta biológica diferente após ligação ao antigénio.

A Estrutura em Forma de Y dos Anticorpos Contém Quatro Cadeias de Polipeptídeos

Os anticorpos consistem em quatro cadeias de polipeptídeos: duas cadeias pesadas idênticas de aproximadamente 440 aminoácidos cada, e duas cadeias leves idênticas compostas por cerca de 220 aminoácidos cada. Essas cadeias estão dispostas em uma estrutura em forma de Y que é mantida unida por uma combinação de ligações de dissulfito covalentes e ligações não covalentes. Além disso, a maioria dos anticorpos contém resíduos de açúcar. O processo de adição de cadeias laterais de açúcar a uma proteína é chamado de glicosilação.

As Subunidades de um Anticorpo Têm Funções Diferentes

Tanto a cadeia leve como a cadeia pesada contribuem para o local de ligação ao antigénio em cada uma das extremidades da estrutura Y. Estes 110-130 aminoácidos são altamente variáveis para permitir o reconhecimento de um número quase ilimitado de antigénios. Esta região também é chamada de região variável e faz parte do fragmento de ligação ao antigénio.

Cada braço da unidade em forma de Y contém um local idêntico de ligação a antigénio. Anticorpos podem cruzar antigénios: quando um braço se liga a um antigénio e o outro braço se liga a um segundo antigénio estruturalmente idêntico. Esta ligação cruzada é facilitada pela região flexível da dobradiça que conecta os braços do anticorpo à haste e permite distâncias variáveis entre os locais de ligação a antigénios. Grandes treliças de antigénios em ligação cruzada são posteriormente engolidas de forma mais rápida e fácil por macrófagos, removendo quantidades maiores do antigénio ao mesmo tempo.

A região da haste do anticorpo também é chamada de região cristalina do fragmento (Fc) e determina a função efetiva do anticorpo. Através do domínio Fc, o anticorpo pode interagir com receptores de Fc em outras células imunitárias, como células B, macrófagos e mastócitos. A região Fc é frequentemente glicosilada, dificultando ou permitindo o acesso ao receptor de Fc. Alterar o estado de glicosilação do anticorpo, portanto, permite a modulação rápida da função dos anticorpos.

Os Mamíferos Têm Cinco Classes de Anticorpos

Os anticorpos são classificados pelo número de estruturas em forma de Y e tipo de cadeias pesadas. Anticorpos das classes IgD, IgE e IgG têm uma única estrutura em forma de Y, fornecendo dois locais de ligação a antigénio idênticos nas extremidades dos seus braços. Em termos mais científicos: eles têm uma valência de dois. IgD, IgE e IgG diferem, no entanto, na composição de ligações dissulfito e não covalentes entre as suas duas cadeias pesadas. IgA pode ocorrer como um monómero ou como um dímero, assemelhando-se a dois Ys que são unidos pela sua base. Como um dímero, IgA tem quatro locais de ligação a antigénios idênticos—uma valência de quatro. IgM pode ocorrer como um monómero, mas é mais frequentemente encontrado como um pentâmero, dando-lhe uma valência de 10.

As Cinco Classes de Anticorpos Desencadeiam Diferentes Funções Imunitárias

Os anticorpos IgG são as moléculas de anticorpos mais abundantes no sangue e são secretados em grandes volumes quando um agente patogénico específico é encontrado pela segunda vez. Os IgGs contribuem para a eliminação do agente patogénico de várias maneiras. Eles opsonizam agentes patogénicos para desencadear fagocitose por macrófagos ou neutrófilos. A atividade dessas células fagocíticas é reforçada pelo sistema complemento, uma cascata de proteínas enzimáticas. O sistema complemento é acionado por IgG. Além disso, os IgGs são os únicos anticorpos que podem atravessar a placenta da mãe para o feto. Eles também são secretados no leite materno, oferecendo assim imunidade passiva que protege o bebé de infeções.

O IgA protege superfícies mucosas, como os tratos gastrointestinal, respiratório e urogenital. Ele neutraliza principalmente as bactérias, impedindo o seu movimento através do epitélio. IgA também é secretado em muco, lágrimas, saliva e colostro (a secreção rica em anticorpos do peito da mãe nos primeiros dias após o parto). IgA ocorre como um dímero quando é secretado e como um monómero em fluidos corporais.

Monómeros da classe IgM são os primeiros a aparecer em células B imaturas. Os IgMs são a principal classe de anticorpos secretados por células B em resposta à primeira exposição a um antigénio—a resposta primária dos anticorpos. Quando um antigénio se liga a uma molécula de IgM, ele ativa o sistema complemento e neutraliza agentes patogénicos.

As funções dos anticorpos IgD não são bem compreendidas, mas parecem ser semelhantes às do IgM.

O IgE é desafiante para estudar devido aos seus baixos níveis em fluidos corporais e são mais conhecidos pelo seu impacto negativo no bem-estar humano: alergias. Durante uma reação alérgica, o IgE liga-se ao seu antigénio cognato. Posteriormente, a região Fc do IgE liga-se a mastócitos e basófilos, um tipo de glóbulo branco. A interação do IgE e do receptor de Fc na superfície celular provoca a libertação de histaminas e interleucinas, o que, por sua vez, causa sintomas alérgicos como espirros e comichão.

Anticorpos para Investigação, Diagnóstico e Terapêutica são Produzidos em Animais

Os anticorpos são uma ferramenta importante em muitas áreas de investigação, bem como no diagnóstico, e às vezes no tratamento de doenças. Para produzir anticorpos, um antigénio é injetado em um animal de fazenda ou laboratório, muitas vezes coelhos, galinhas, hamsters, ou cabras, e mais tarde é isolado do sangue do animal.


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