Імунологія

План

1.Поняття про антигени та їх властивості.

2.Класифікація антигенів.

3.Будова та класи антитіл.

4.Властивості антитіл та їх функції.

Основні поняття: антиген, антигенна специфічність, імуногенність, повні та неповні антигени, антигенна детермінанта, антитіло, імуноглобулін.

1. Поняття про антигени та їх властивості

Є велика кількість формулювань терміну антиген (АГ). Одне з них належить Р. В. Петрову «Антиген -- речовини і тіла, які несуть ознаки генетичної чужорідності і, будучи введені в організм, викликають імунологічні реакції».

У складі лімфоцитарного інтегрального клітинного та гуморального імунітету антигени характеризуються ознаками:

1)антигенною специфічністю;

2)імуногенністю.

Антигенна специфічність -- це здатність антигену вибірково взаємодіяти зі специфічними рецепторами лімфоцитів і активними центрами антитіл.

Імуногенність -- це здатність АГ активувати в імунокомпетентних органах імунні реакції відповідної сили. Ці дві ознаки антигенів не завжди збігаються. Так, очищений капсульний полісахарид пневмококів не імуногенний для кроликів, але специфічно преципітується (осідає) антитілами. Цілі пневмококи здатні викликати імунні реакції, утворені при цьому антитіла однаково специфічно взаємодіють з цілим і очищеним полісахаридом. Часто такими розщепленими властивостями володіють гаптени (неповні антигени).

Розрізняють повні та неповні антигени. До повних антигенів належать органічні речовини з великою молекулярною масою, здатні самостійно викликати імунну відповідь. Неповні антигени або гаптени -- прості органічні речовини з малою молекулярною масою, не здатні самостійно викликати імунну відповідь, але при їх ковалентному приєднанні до складних речовин (повних антигенів) викликають імунні реакції.

Повними антигенами є білки, полівуглеводи, комплекси полівуглеводів з ліпідами, нуклеопротеїди. До гаптенів відносяться органічні речовини з малою молекулярною масою (прості гаптени): вуглеводи, моно-, оліго-, дисахариди, складні органічні речовини, але з малою молекулярною масою: пептиди, полісахариди, ліпіди, РНК, ДНК (складні гаптени).

В якості антигену виступає, як правило, не вся молекула, а її окреміділянки, які специфічно реагують з рецепторами лімфоцитів або активними центрами антитіл. Ці розпізнавані ділянки називаються антигенними детермінантами або лігандами (лат. ligare -- пов'язувати).

Кількість різних антигенних детермінант визначає валентність антигенів. Всі повні антигени полівалентні, тобто містять велику кількість різних антигенних детермінант. Крім того, молекула повного антигену містить велику кількість однакових по специфічності антигенних детермінант (полімерність).

Гаптени мають 1, 2 або кілька (але не більше число) однотипних антигенних детермінант.

Комплекс ковалентно сполученого гаптена з повним антигеном, називається кон'югованим антигеном, в якому гаптенова частина виступає в ролі антигенної детермінанти, а повний антиген -- носія.

Встановлено, що розмір антигенної детермінанти невеликий. Так, детермінанти білкових антигенів включають в середньому 8-10 амінокислотних залишків, полісахаридних -- 3-6 залишків моносахаридів. Тому лінійні розміри антигенних детермінант складають 1,5-2 нм.

2. Класифікація антигенів

1.По хімічному складу: білки, полівуглеводи, ліпіди, глікопротеїди, ліпополісахариди, нуклеїнові кислоти.

Найбільш імуногенними є білки, тому що більшість ознак організмів мають білкову природу. З них корпускулярні антигени більш імуногенні, ніж розчинні. Корпускулярні -- це агреговані білки, віруси, бактерії, еукаріотичні клітини.

Полісахариди по імуногенності посідають друге місце після білків. Вони складають оболонки бактерій мембран всіх клітин. Ліпіди в очищеному вигляді не імуногенні (гаптени), але стають повними антигенами після їх сполучення з білками, полісахаридами. Нуклеїнові кислоти в очищеному вигляді слабко імуногенні або зовсім не дають імунологічних реакцій, тобто є більшості випадків гаптенами. Однак нуклеопротеїди мають високу імуногенність і можуть бути провідною патогенетичною ланкою в аутоімунних захворюваннях: системний червоний вовчак, ревматоїдний артрит.

2.За походженням від конкретного організму розрізняють: ауто-, ізо-(групові), ало-, ксеноантигени, гетерофільні антигени.

Ізоантигени або групові антигени -- специфічні антигени, які зустрічаються у груп даного виду: у людей є 14 груп ізоантигенів еритроцитів. До групових антигенів відноситься система антигенів гістосумісності.

Гетерофільні антигени -- подібні антигени в особин видів, які не мають генетичного та філогенетичного споріднення, наприклад, антиген Форсмана є на еритроцитах барана, нирках морської свинки, у деяких бактерій сальмонел. Антиген Пауля-Буннеля є на еритроцитах барана і у вірусу мононуклеозу.

3.По відношенню до Т-хелперів (Тх) при гуморальній відповіді:

1)Тимус-незалежні -- не потребують допомоги Тх в розвитку імунної відповіді. Це АГ з високо повторюваними АГ-детермінантами (високополімерні ліпополісахариди).

2)Тимус-залежні, які вимагають допомоги Т-хелперів.

4. За стадіями гістогенезу. Диференціровочні антигени -- специфічні для популяцій диференційованих клітин. Лейкоцити розрізняються диференціровочними АГ типу СD-антигени (кластер диференціювання). Стадіоспецифічні антигени характерні для відповідних стадій диференціювання (альфа-фетопротеїн для ембріональних клітин).

3. Будова та класи антитіл

Всі антитіла належать до сироваткових гамаглобулінів, тому даний клас білків назвали імуноглобулінами. Антитіла -- імуноглобуліни з четвертинною структурою, до складу яких входить кратна двом кількість легких (L -- light) і важких (H -- heavy) ланцюгів, з'єднані ковалентними дисульфідними і нековалентними зв'язками в послідовності LHHL. При формуванні третинної структури кожний поліпептидний ланцюг складається з декількох доменів.

Домен-гомологічна ділянка ланцюгу, петлі якого стабілізовані одним дисульфідним зв'язком. Легкі ланцюги складаються з 2-х доменів, важкі ланцюги, залежно від класу імуноглобулінів (ІГ), містять 4-5 доменів.

Відомо 5 класів ІГ: G, А, М, D, Е. Вони відрізняються структурою важких ланцюгів, які позначені грецькими буквами, відповідно класу ІГ: (γ, α, μ, δ, ε).

Деякі класи ІГ мають підкласи, наприклад ІГG1-4. ІГ всіх класів містять ідентичні легкі ланцюги одного з двох типів: λ (лямбда) і χ (каппа). Причому одна молекула ІГ може містити один з варіантів легких ланцюгів або λ, або χ. Дані структурні відмінності названі ізотипами. ІГ різних класів можуть бути мономерної і полімерної форм. Мономер складається з двох L-ланцюгів і двох Н-ланцюгів, з'єднаних в послідовності LHHL. Мономерними є ІГ G, D, E класів. ІГА можуть складатися з 1 або 2 мономерів, ІГМ -- пентамер.

Структура мономера ІГG -- класичний приклад будови ІГ. Всі мономери ІГ у вільному від антигену стані набувають У-форму. Кут між гілками може змінюватися залежно від взаємодії з антигеном від 0° (паралельна) до 180° (Т-подібна форма). Така лабільність обумовлена шарнірною ділянкою Н-ланцюга. Наявність його біологічно доцільна -- полегшує «пошук» активному центру антитіла і з'єднання з антигенною детермінантою.

За амінокислотним складом кожен ланцюг складається з константних і варіабельних районів. Вони позначаються, відповідно, VL, CL, VН, СН. У константних районах ланцюгів послідовність амінокислот постійна щодо антитіл даного класу ІГ. У варіабельних районах загальних легких і важких ланцюгів послідовність амінокислот варіює залежно від їх специфічності до антигенів. При цьому V райони L і Н-ланцюгів, точніше їх домени VL і VH просторово збігаються і формують активний центр антитіла. Він компліментарно, тобто геометрично, просторово відповідає антигенній детермінанті по типу «ключ-замок». При цьому активний центр антитіла має щілиноподібну впадину різної конфігурації, що залежить від третинної структури VL і VН доменів. Цю впадину, у випадку взаємодії, заповнює антигенна детермінанта антигену. Взаємодія ділянок активного центру АГ і антигенної детермінанти не ковалентна. Один активний центр може відповідати більш ніж одній антигенній детермінанті. Однак ступінь компліментарності активного центру, конкретної антигенної детермінанти, різний. Звідси і різнаміцність зв'язку антитіла з антигеном (афінітет і авідність антитіл).

Велике значення у вивченні структури і функції антитіл послужили досліди з ферментативного розщеплення молекули ІГ. Так папаїн розщеплює Н-ланцюг ІГ перед зв'язками від N-кінця, тобто відразу за комплексом ІГ і Н-ланцюгів. В результаті утворюються 3 фрагмента: 2 Fав, 1 Fс фрагмент. Два Fав фрагмента однакові, кожен з них складається з легкої і важкої частини ланцюга. Вони мають активні центри, можуть з'єднуватися з антигенними детермінантами, за що їх так і назвали. Третій фрагмент є залишком двох Н-ланцюгів, не має активного центру, але має низку вторинних функцій антитіл: через С фрагмент антитіла приєднується до клітин, він бере участь в активації комплемента та ін.

Пепсин розриває зв'язки Н-ланцюгів за дисульфідними містками від N-кінця. У результаті утворюється 2 фрагменти. Один фрагмент, має властивості антитіл і складається з 2-х Fab фрагментів, з'єднаних дисульфідним зв'язком. Його називають F2 (а, в) фрагмент.

Другий фрагмент, як і після папаїнової обробки, не має властивостей антитіла і являє собою залишок двох константних районів Н-ланцюгів С фрагменту.

4. Властивості антитіл та їх функції

ІГ -- є поліфункціональними білками. Розрізняють 2 групи функцій: первинні і вторинні функції.

Первинна функція спрямована на специфічне зв'язування антигену, його нейтралізацію та ізоляцію, але ця функція не веде до знищення антигену.

Вторинна функція антитіл спрямована на остаточне знищення АГ і регуляцію імунної відповіді та інші біологічні функції. Ці функції здійснюються константними ділянками важких ланцюгів.

Розрізняють такі вторинні функції:

1.Активація комплементу -- системи білків плазми, беруть участь на заключних етапах гуморальної імунної відповіді.

2.Зв'язок із фагоцитуючими клітинами через рецептор до Fс-фрагменту антитіл.

3.Трансплацентарне перенесення ІГG за допомогою Fс-фрагменту.

4.Регулювання імунної відповіді. VL-VН домени мають аутоантигени (ідіотипи), проти яких виробляються антитіла другого порядку, тобто анти-антитіла, регулюючі антитілоутворення (теорія сітки Ерне, 1974 р.).

Контрольні питання:

1.Пояснити поняття у назві антигену «генетична чужорідність», «сполуки», «тіла».

2.Порівняти поняття «антигенна детермінанта» і «гаптен».

3.Яке молекулярне підґрунтя зв'язування антигена і антитіла?

4.Охарактеризувати будову антитіл.

5.Охарактеризуйте функції антитіл.

ЛІТЕРАТУРА

Основна:

1.Імунологія : Підручник / А. Ю. Вершигора, Є. У. Пастер, Д. В. Колибо та ін.; Передм. С. Комісаренка ; за заг. ред. Є. У. Пастера. -- К. : Вища шк., 2005. -- 599 c.

2.Ройт А. Иммунология. Пер. с англ. / Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. -- М. : Мир, 2000. -- 592 с.

3.Скок М. В. Основи імунології : Курс лекцій / М. В. Скок. -- К. : Фітосоціоцентр, 2002. -- 152 с.

4.Дранник Г. Н. Клиническая иммунология и алергология : пособие для студентов, врачей-интернов, иммунологов, аллергологов, врачей лечебного профиля всех специальностей; 4-е изд., доп. / Г. Н. Дранник -- К. : 2010. -- 552 c.

Додаткова:

1.Ярилин А. А. Основы иммунологии : учебник / А. А. Ярилин. -- М. : Медицина, 1999. -- 608 с.

2.Якобисяк М. Імунологія / Якобисяк М. -- Вінниця : НОВА КНИГА, 2004. -- 672 с.

3.Хаитов Р. М. Иммунология : учебник / Хаитов Р. М., Игнатьева Г. А., Сидорович И. Г. -- М. : Медицина, 2000. -- 432 с.

4.Сапин М. Р. Иммунная система человека / Сапин М. Р., Этинген Л. Е. -- М. : Медицина, 1996. -- 304 с.

5.Иммунологические методы / под ред. Х. Фримеля. Пер. с нем. -- М. : Медицина, 1987 . -- 472 с.

6.Імунологія: навчально-методичний посібник до лабораторних занять для студентів освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» напряму підготовки «Біологія» / Фролов О. К., Копійка В. В., Федотов Є. Р., Литвиненко Р. О. - Запоріжжя: ЗНУ, 2014. - 83 с.