Иммуноглобулины, их молекулярная структура и свойства

Наиболее «типичное» строение имеют IgG. Молекула состоит из 4 белковых цепей: двух легких (L) и двух тяжелых (H), которые соединены между собой дисульфидными связями. Центр связывания с антигенной детерминантой называется активным центром антитела. Он образован N-концевыми участками тяжелой и легкой цепей. Участок тяжелых цепей, расположенный вблизи дисульфидных связей, называется шарнирной областью. Р.Портеру с помощью фермента папаина удалось расщепить молекулу IgG выше шарнирной области. В результате образовывалось3 фрагмента: 2 из них содержали легкую цепь и часть тяжелой цепи, а также активный центр антитела (Fab-фрагменты); третий фрагмент состоял только из тяжелой цепи (Fc-фрагмент).Таким образом было показано, что молекула IgG имеет 2 активных центра, т.е. является двухвалентной (может связывать 2 молекулы антигена). Благодаря подвижной шарнирной области Fab-фрагменты могут изменять взаимное расположение в пространстве.

Аминокислотная последовательность в легкой и тяжелой цепях делятся на константный (постоянный) и вариабельный участки. Вариабельные участки находятся на N-концах легких и тяжелых цепей (VL и VH). Константные участки последовательности находятся на С-концах цепей (СL и СH). В легких и тяжелых цепях аминокислотные последовательности образуют несколько глобулярных структур, которые называются доменами. Конформация домена поддерживается дисульфидной связью.

Активный центр антитела образуется вариабельными доменами легкой и тяжелой цепей и представляет собой полость (паратоп), имеющую определенную конфигурацию ираспределение электрических зарядов на своей поверхности. Размер, форма и распределение зарядов в активном центре определяет его специфичность, т.е. способность связываться с определенной антигенной детерминантой (эпитопом), имеющей комплементарную структуру.Антигенные детерминанты представляют собой участки, выступающие на поверхности молекул антигенов. Поэтому взаимодействие эпитоп-паратоп происходит по принципу «ключ-замок». Для связывания эпитопа и паратопа требуется взаимное притяжение атомных групп на участках молекул антигена и антитела, контактирующих друг с другом, благодаря комплементарности. В результате взаимодействия образуются нековалентные связи: водородная связь, электростатическое взаимодействие, Ван-дер-ваальсовы силы, гидрофобное взаимодействие, которые удерживают антигенную детерминанту внутри паратопа. Прочность связи активного центра антител с антигенной детерминантой характеризуется понятием аффинность. Аффинность – это мера сродства активного центра и антигенной детерминанты.

Конфигурация активного центра зависит от аминокислотных последовательностей вариабельных доменов как легкой, так и тяжелой цепей, поэтому замена даже одной аминокислоты в этой областиможет привести к изменению специфичности активного центра.

На долю иммуноглобулинов класса IgG приходится 75% от общего количества сывороточных имуноглобулинов. У человека существует 4 разновидности (подкласса) молекулIgG:IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, которые отличаются друг от друга по аминокислотным последовательностям тяжелых цепей в шарнирной области, количеству дисульфтдных связей. IgG1 содержатся в сыворотке крови в наибольшей концентрации,IgG4 – в наименьшей. Важным свойством IgG является их способность проходить через плаценту. Таким образом материнские антитела попадают в организм ребенка и защищают его в первые месяцы жизни от инфекции (естественный пассивный иммунитет).

К классу IgM относится около 10% общего пула иммуноглобулинов. Молекула IgM представляет собой пентамер, т.е. состоит из 5 одинаковых молекул, сходных по своему строению с молекулой IgG, имеет 10 активных центров. Субъединицы соединены между собой дисульфидными связями.В молекуле IgM имеется дополнительная J-цепь, которая связывает субъединицы.Антитела класса IgM не проходят через плацентарный барьер.

Антитела класса IgА составляют 15-20% от общего содержания иммуноглобулинов. Молекула IgА состоит из 2-х легких и 2-х тяжелых цепей, имеет 2 активных центра. В сыворотке крови IgА присутствуют в мономерной форме, тогда как в секретах слизистых оболочекIgА представлены в виде димеров и называются секреторнымиили sIgА, имеют 4 активных центра. С-концы тяжелых цепейв молекуле sIgА соединены между собойJ-цепью и белковой молекулой, которая называется секреторный компонент. Секреторный компонент защищает sIgА от расщепления и инактивации протеолитическими ферментами, которые содержатся в большом количестве в секрете слизистых оболочек. Основная функция sIgА – защита слизистых оболочек от инфекции. IgА не проникают через плацентарный барьер. Высокая концентрация sIgА обнаруживается в женском грудном молоке, особенно в первые дни лактации. Они защищают желудочно-кишечный тракт новорожденного от инфекции.

IgD – в основном находятся на мембране В-лимфоцитов. Имеют строение, подобное IgG, 2 активных центра. Биологическая роль до конца не известна.IgЕ – концентрация этого класса иммуноглобулинов в сыворотке крови чрезвычайно низкая. Молекулы IgЕ в основном фиксированы на поверхности тучных клеток и базофилов. По своему строению IgЕ сходен с IgG, имеет 2 активных центра. Предполагается, что IgЕ имеет существенное значение в развитии антигельминтозного иммунитета. IgЕ играет главную роль в патогенезе некоторых аллергических заболеваний (бронхиальная астма, сенная лихорадка) и анафилактического шока. Изотипы легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов Существует 2 типа легких цепей, имеющие некоторое различие в строении – лямбда и каппа.

Типы тяжелых цепей иммуноглобулинов G,M,A,D,E, обозначаются буквами греческого алфавита – γ, μ, α, δ, ε - соответственно.В молекуле иммуноглобулина могут объединяться пары легких и тяжелых цепей любого типа, но обе цепи в паре всегда относятся к одному типу.