Иммуноглобулины

Иммуноглобулины (Ig), или антитела, — это сложные белки (гликопротеиды), которые специфически связываются с чужеродными веществами — антигенами. Они являются главными эффекторными молекулами гуморального иммунитета.

Иммуноглобулины содержатся в глобулиновой фракции сыворотки крови, в лимфе (циркулирующие антитела), а также в молозиве, слюне (секреторные антитела) и на поверхности клеток (мембраносвязанные антитела).

Структура молекулы

Молекула мономерного иммуноглобулина образована четырьмя полипептидными цепями:

  • Две одинаковые «лёгкие» (L-цепи) с молекулярной массой около 25 000.
  • Две одинаковые «тяжёлые» (H-цепи) с молекулярной массой 50 000 — 70 000.

Каждая цепь состоит из двух частей:

  1. Вариабельная часть (N-концевая), где последовательность аминокислотных остатков уникальна для каждого клона антител.
  2. Постоянная часть (C-концевая), которая одинакова для антител одного класса.

Вариабельные части L- и H-цепей вместе образуют активный центр, или паратоп. Это полость особой конфигурации, по размерам и структуре комплементарная детерминантным группам антигена. Именно активный центр определяет способность антитела специфически связываться с антигеном. Молекула мономерного иммуноглобулина имеет два активных центра одинаковой специфичности. Множественные аминокислотные замены в вариабельных частях создают практически неисчерпаемый набор активных центров, способных распознать любую природную или искусственно синтезированную антигенную детерминанту.

Доменная организация и гибкость

Тяжёлые и лёгкие цепи примерно через каждые 110 аминокислотных остатков образуют петли, стянутые внутрицепочечными дисульфидными связями. Каждая такая петля складывается в компактную структуру — домен. Молекула мономерного иммуноглобулина имеет два вариабельных и четыре-пять постоянных доменов. Домены попарно формируют компактные глобулы.

Между вторым и третьим доменами H-цепей расположена «шарнирная область» из 15–60 аминокислотных остатков, богатая остатками цистеина и пролина. Это место наибольшей гибкости («подвижности») в молекуле. Именно здесь различные протеолитические ферменты расщепляют иммуноглобулин. Например, папаин расщепляет молекулу на:

  • Два Fab-фрагмента (антигенсвязывающие), сохраняющие способность связываться с антигеном.
  • Один Fc-фрагмент, определяющий такие функции антител, как прохождение через биологические мембраны, связывание комплемента и фиксация на клетках.

Благодаря шарнирной области фрагменты молекулы обладают определённой свободой вращения относительно друг друга.

Биосинтез

L- и H-цепи синтезируются на полирибосомах плазматических клеток. Каждая из цепей транслируется со своей мРНК, которая, в свою очередь, считывается с разных групп генов:

  • V-гены, кодирующие вариабельные домены.
  • C-гены, кодирующие постоянные домены.

Сборка цепей в целостную молекулу иммуноглобулина происходит на мембранах эндоплазматической сети.

Классы иммуноглобулинов у млекопитающих

У млекопитающих иммуноглобулины подразделяются на пять основных классов (IgG, IgM, IgA, IgD, IgE), которые различаются по:

  • Антигенным свойствам своих H-цепей (изотипу).
  • Структуре (мономеры или полимеры).
  • Молекулярной массе.
  • Содержанию углеводов.
  • Биологическим функциям.

У человека:

  • IgG — основные эффекторные молекулы вторичного иммунного ответа; единственный класс антител, способный проходить через плаценту.
  • IgM — эффекторные молекулы раннего (первичного) противоинфекционного ответа; также выступают в качестве рецепторов на поверхности наивных B-лимфоцитов.
  • IgA — главные эффекторы местного иммунитета на слизистых оболочках; в большом количестве содержатся в секретах (слюна, слёзы, молозиво).
  • IgD — в основном функционируют как мембранные рецепторы B-лимфоцитов.
  • IgE — реагины; играют ключевую роль в аллергических реакциях немедленного типа и в защите от паразитов.

Филогенез

Белки, обладающие антителоподобной активностью, появляются уже у кольчатых червей, моллюсков и членистоногих. Однако антитела характерного для позвоночных строения впервые обнаруживаются лишь у низших позвоночных — круглоротых (миног и миксин), что совпадает по времени с закладкой тимуса и примитивной селезёнки.

Мембраносвязанные, а также секреторные иммуноглобулины появляются у хрящевых и костистых рыб (например, у акул). У этих же животных впервые обнаруживаются плазматические клетки — специализированные производители антител.

Разделение иммуноглобулинов на классы происходит в ходе дальнейшей эволюции:

Применение

Препараты специфических антител (иммунные сыворотки, гамма-глобулины) широко используются в медицине для диагностики, профилактики и лечения инфекционных заболеваний (например, противостолбнячная или противодифтерийная сыворотка).

Антитела также являются основным реагентом иммунохимического анализа — высокочувствительного метода, применяемого в различных областях биологии и медицины для обнаружения и количественного определения антигенов.