Роль иммуноглобулинов в формировании иммунитета

биологические науки

• Ладужина Ксения Дмитриевна, студент
• Башкирский государственный аграрный университет

• АНТИТЕЛА
• АНТИГЕНЫ
• ИММУНИТЕТ
• ИММУНОГЛОБУЛИНЫ

В данной статье приведена характеристика иммуноглобулинов. Показана их роль и значимость в защите организма человека и животных.

Похожие материалы

• Психоневрологические расстройства и качество жизни больных остеохондрозом позвоночника
• Экология и охрана окружающей среды
• Роль содержания тяжёлых металлов в почвах для жизнедеятельности растений
• Особенности формирования зелёных насаждений урбоэкосистем
• Исследования почвенной микрофлоры

Иммуноглобулины – бифункциональные молекулы. Каждый иммуноглобулин выполняет две функции. Одна область его молекулы предназначена для связывания с антигеном, другая осуществляет так называемые эффекторные функции. К ним относится связывание иммуноглобулина с тканями организма, различными клетками иммунной системы, определёнными фагоцитарными клетками и первым компонентом комплемента (Clq) при активации этой системы по классическому пути [2].

В плазме крови содержится приблизительно 5% белков, из них 3% составляют иммуноглобулины. Они различаются по структуре, антигенному составу и по выполняемым ими функциям. У большинства высших млекопитающих обнаружено пять классов иммуноглобулинов – IgG, IgA, IgM, IgD и IgE [2].

Разные классы иммуноглобулинов в неодинаковой степени участвуют в различных иммунологических реакциях. Наибольшее значение имеют IgG, IgA и IgM (действуют на возбудителей инфекционных болезней), в то время как защитная функция IgD и IgE сравнительно невелика, а IgE связывают с возникновением аллергии [1].

IgA делятся на сывороточные и секреторные. Они обладают следующими свойствами:

1. препятствуют связыванию антигенов со слизистыми оболочками;
2. осуществляют транспорт полимерных иммунных комплексов, содержащих IgA;
3. в процессе транспорта через эпителиальные клетки они нейтрализуют находящиеся в них вирусы.

Высокая нейтрализующая активность антител, принадлежащих к IgG (они составляют 80% всех сывороточных иммуноглобулинов), свидетельствует о важной роли их в антитоксическом иммунитете, также они свободно проходят через плацентарный барьер и обеспечивают гуморальный иммунитет новорождённых в первые месяцы жизни. Антитела IgM особенно активны в реакциях фагоцитоза с корпускулярными антигенами и поэтому играют существенную роль в антимикробном иммунитете. В реакциях нейтрализации вирусов особенно активны антитела IgA, следовательно, им принадлежит большая роль в противовирусном иммунитете. Антитела IgE, обладающие гомоцитотропностью, опосредуют реакции гиперчувствительности немедленного типа [3].

IgD содержится в крови в очень малых количествах. Они не проходят через плацентарный барьер, не связывают комплемент и их роль в организме на сегодняшний день изучена не до конца.

Таким образом, мы изучили строение и функции иммуноглобулинов и пришли к выводу, что они имеют очень важное значение для организма; мы выяснили, что роль иммуноглобулинов велика, они участвуют в противовирусном, антимикробном и гуморальном иммунитете, а также являются защитными факторами организма и напрямую влияют на жизнедеятельность, продуктивность и общее состояние организма.

Список литературы

1. Ильясова З. З. Влияние композиционных форм продуктов пчеловодства на иммунитет. З. З. Ильясова // Особенности развития агропромышленного комплекса на современном этапе : материалы Всероссийской научно-практической конференции в рамках XXI Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2011». 2011. С. 96-97
2. Ильясова З. З. Коррекция прополисом условно-патогенной микрофлоры кишечника телят. З. З. Ильясова // Современные проблемы патологической анатомии, патогенеза и диагностики болезней животных материалы Всероссийской научно-методической конференции патологоанатомов ветеринарной медицины. 2003. С. 73-74.
3. Ильясова З.З., Маннапова Р.Т. Влияние прополиса и магнитоактивного кластерного ОСЖ «Ферран» на антителогенез и первичный иммунный ответ на фоне иммуносупрессии // Апитерапия сегодня — с биологической аптекой пчёл в ХХI век : Материалы II Международной научно-практической конференции по апитерапии: 70 лет Башкирскому государственному аграрному университету. Башкирский государственный аграрный университет. 2000. С. 442-443.
4. Кисленко, В.Н. Ветеринарная микробиология и иммунология [Текст]: учебник / В.Н. Кисленко, Н.М. Колычев. – Москва: Колос, 2007. – 59с.
5. Коротяев, А.И. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология [Текст]: учебник для мед. вузов / А. И. Коротяев, С.А. Бабичев. – СПб.: СпецЛит, 2008. – 4-е изд., испр. И доп. – 767 с.: ил. – 221с.
6. Файзуллин И.М., Ильясова З.З., Шайхулов Р.Р. Прополис с пробиотиком для восстановления физиологических показателей животных // Безопасность жизнедеятельности: Проблемы и пути их решения в АПК Сборник научных трудов всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2010. С. 245-248.

1.Биосинтез антител, как основная форма иммунного ответа.

(Слайд: основные формы иммунного ответа, определение антител, теория боковых цепей Эрлиха — рис 8.1. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Основными формами иммунного ответа на попадание антигена в организм являются: биосинтез антител, образование клеток иммунной памяти, реакция гиперчувствительности немедленного типа, реакция гиперчувствительности замедленного типа, иммунологическая толерантность, идиотип — антиидиотипические отношения.

Для гуморального иммунитета характерна выработка специфических антител (иммуноглобулинов).В 1891 г. в статье Пауля Эрлиха (Paul Ehrlich, 1854—1915) противомикробные вещества крови автор назвал термином «антитело» (по-немецки antikorper), так как бактерий в то время называли термином «korper» — микроско­пические тельца. Но П.Эрлиха «посетило» глубокое теорети­ческое прозрение. Несмотря на то, что факты того времени свидетельствовали, что в крови неконтактировавшего с кон­кретным микробом животного или человека не определяются антитела против данного микроба, П.Эрлих каким-то образом осознал, что и до контакта с конкретным микробом в организ­ме уже есть антитела в виде, который он назвал «боковыми цепями». Как мы теперь знаем, это именно так, и «боковые цепи» Эрлиха — это подробно изученные в наше время рецеп­торы лимфоцитов для антигенов. (Слайд: теория боковых цепей Эрлиха — рис.8.1. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Антитела — специфические белки гамма- глобулиновой природы, образующиеся в организме в ответ на антигенную стимуляцию и способные специфически взаимодействовать с антигеном (in vivo, in vitro). В соответствии с международной классификацией совокупность сывороточных белков, обладающих свойствами антител, называют иммуноглобулинами.

Уникальность антител заключается в том, что они способны специфически взаимодействовать только с тем антигеном, который вызвал их образование.

Иммуноглобулины ( Ig ) разделены в зависимости от локализации на три группы:

— сывороточные (в крови);

— секреторные (в секретах — содержимом желудочно — кишечного тракта, слезном секрете, слюне, особенно — в грудном молоке) обеспечивают местный иммунитет (иммунитет слизистых);

— поверхностные (на поверхности иммунокомпетентных клеток, особенно В — лимфоцитов).

2. Молекулярное строение антител.

Любая молекула антител имеет сходное строение (Y- образную форму) и состоит из двух тяжелых (Н) и двух легких (L) цепей, связанных дисульфидными мостиками (Слайд: структура основной четырехцепочечной единицы иммуноглобулиновых молекул — рис.6.3. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф). Каждая молекула антител имеет два одинаковых антигенсвязывающих фрагмента Fab (fragment antigen binding), определяющих антительную специфичность, и один Fc (fragment constant) фрагмент, который не связывает антиген, но обладает эффекторными биологическими функциями. Он взаимодействует со “своим” рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, тучная клетка, нейтрофил) (Слайд: антитело – гибкая соединительная молекула — рис. 1.9. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф). Данное открытие было сделано Р. Портером, который выявил в результате обработки кроличьих антител Ig G — класса ферментом папаином деление молекулы на две субъединицы.

Концевые участки легких и тяжелых цепей молекулы иммуноглобулина вариабельны по составу (аминокислотным последовательностям) и обозначаются как VL и VH области. В их составе выделяют гипервариабельные участки, которые определяют структуру активного центра антител (антигенсвязывающий центр или паратоп). Именно с ним взаимодействует антигенная детерминанта (эпитоп) антигена. Антигенсвязывающий центр антител комплементарен эпитопу антигена по принципу “ключ — замок” и образован гипервариабельными областями L — и Н — цепей. Антиген свяжется антителом (ключ попадет в замок) только в том случае, если детерминантная группа антигена полностью вместится в щель активного центра антитела.

Легкие и тяжелые цепи состоят из отдельных блоков — доменов. В легких (L) цепях — два домена — один вариабельный (V) и один константный (C), в тяжелых (H) цепях — один V и 3 или 4 (в зависимости от класса иммуноглобулина) C домена (Слайд: общая схема строения IgG1 — рис. 6.5; структура IgG1 — 6.7. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф).

Дрейер и Беннет в 1965 году высказали предположение об участии 2-х генов V и C в построении тяжелой и легкой цепей молекулы иммуноглобулина. Антигенсвязывающий участок или активный центр антител, формируется при взаимодействии Vh и Vl – доменов. Изменения в последовательности аминокислотных остатков этих доменов от белка к белку определяет собственно меняющуюся специфичность антител.

Существуют легкие цепи двух типов — каппа и лямбда, они встречаются в различных пропорциях в составе различных (всех) классов иммуноглобулинов.

Выявлено пять классов тяжелых цепей — альфа (с двумя подклассами), гамма (с четырьмя подклассами), эпсилон, мю и дельта. Соответственно обозначению тяжелой цепи обозначается и класс молекул иммуноглобулинов — А, G, E, M и D.

Именно константные области тяжелых цепей, различаясь по аминокислотному составу у различных классов иммуноглобулинов, в конечном результате и определяют специфические свойства иммуноглобулинов каждого класса. Константная часть молекулы (С) определяет гетерогенность иммуноглобулинов, т.е. те структурные особенности, которые позволяют делить всю группу белков на классы, подклассы, аллотипы и т.д. Вариабельность – это индивидуальная характеристика иммуноглобулинов, относящихся к одному и тому же классу, подклассу (Слайд: источники разнообразия антител — рис 8.2. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф).

Известно пять классов иммуноглобулинов, отличающихся по строению тяжелых цепей, молекулярной массе, физико- химическим и биологическим характеристикам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. В составе IgG выделяют 4 подкласса ( IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 ), в составе IgA- два подкласса (IgA1, IgA2 ).

Структурной единицей антител является мономер, состоящий из двух легких и двух тяжелых цепей. Мономерами являются IgG, IgA (сывороточный), IgD и IgE. IgM- пентамер (полимерный Ig). У полимерных иммуноглобулинов имеется дополнительная j ( joint) полипептидная цепь, которая объединяет (полимеризует) отдельные субъединицы (в составе пентамера IgM, ди- и тримера секреторного IgA).

3.Основные биологические характеристики антител.

(Слайд: основные биологические характеристики антител, вариабельность структуры иммуноглобулинов – рис8.4. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

1. Специфичность — способность взаимодействия с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа антигена и активного центра антител).

2. Валентность- количество способных реагировать с антигеном активных центров ( это связано с молекулярной организацией — моно- или полимер). Иммуноглобулины могут быть двухвалентными (IgG) или поливалентными (пентамер IgM имеет 10 активных центров). Двух — и более валентные антитела называют полными антителами. Неполные антитела имеют только один участвующий во взаимодействии с антигеном активный центр (блокирующий эффект на иммунологические реакции, например, на агглютинационные тесты). Их выявляют в антиглобулиновой пробе Кумбса, реакции угнетения связывания комплемента.

3. Афинность — прочность связи между эпитопом антигена и активным центром антител, зависит от их пространственного соответствия.

4. Авидность — интегральная характеристика силы связи между антигеном и антителами, с учетом взаимодействия всех активных центров антител с эпитопами. Поскольку антигены часто поливалентны, связь между отдельными молекулами антигена осуществляется с помощью нескольких антител.

5. Гетерогенность — обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант:

— изотипические— принадлежность антител к определенному классу иммуноглобулинов;

— аллотипические — обусловлены аллельными различиями иммуноглобулинов, кодируемых соответствующими аллелями Ig гена;

— идиотипические- отражают индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками активных центров молекул антител. Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом). Это зависит от особенностей строения V- участков H- и L- цепей, множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.

4.Моноклональные антитела.

Моноклональные антитела являются продуктами одного из множества клонов антителообразующих клеток (АОК) и обладают строгой специфичностью по отношению к определенной антигенной детерминанте (эпитопу) того или иного антигена. Технология получения моноклональных антител разработана Келлером и Мельштаймом, которые в1984 г.получили Нобелевскую премию за их открытие. Сущность метода заключается в получении неограниченно долгоживущего клона клеток, продуцирующего антитела узкой специфичности(нарисовать принцип получения).

5.Характеристика основных классов иммуноглобулинов.

(Слайд: структура иммуноглобулинов – рис.6.10,6.14,6.15,6.16)

Ig G. Мономеры, включают четыре субкласса. Концентрация в крови — от 8 до 17 г/л, период полураспада — около 3 — 4 недель. Это основной класс иммуноглобулинов, защищающих организм от бактерий, токсинов и вирусов. В наибольшем количестве IgG- антитела вырабатываются на стадии выздоровления после инфекционного заболевания (поздние или 7S антитела), при вторичном иммунном ответе. IgG1 и IgG4 специфически (через Fab- фрагменты) связывают возбудителей (опсонизация), благодаря Fc- фрагментам IgG взаимодействуют с Fc- рецепторам фагоцитов, способствуя фагоцитозу и лизису микроорганизмов. IgG способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент. Только IgG способны транспортироваться через плаценту от матери к плоду (проходить через плацентарный барьер) и обеспечивать защиту материнскими антителами плода и новорожденного. В отличие от IgM- антител, IgG- антитела относятся к категории поздних — появляются позже и более длительно выявляются в крови.

IgM.Молекула этого иммуноглобулина представляет собой полимерный Ig из пяти субъединиц, соединенных дисульфидными связями и дополнительной J- цепью, имеет 10 антиген — связывающих центров. Филогенетически это наиболее древний иммуноглобулин. IgM- наиболее ранний класс антител, образующихся при первичном попадании антигена в организм. Наличие IgM- антител к соответствующему возбудителю свидетельствует о свежем инфицировании (текущем инфекционном процессе). Антитела к антигенам грамотрицательных бактерий, жгутиковым антигенам — преимущественно IgM- антитела. IgM — основной класс иммуноглобулинов, синтезируемых у новорожденных и младенцев. IgM у новорожденных — это показатель внутриутробного заражения (краснуха, ЦМВ, токсоплазмоз и другие внутриутробные инфекции), поскольку материнские IgM через плаценту не проходят. Концентрация IgM в крови ниже, чем IgG- 0,5- 2,0 г/л, период полураспада — около недели. IgM способны агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент, активизировать фагоцитоз, связывать эндотоксины грамотрицательных бактерий. IgM обладают большей, чем IgG авидностью (10 активных центров), аффинность (сродство к антигену) меньше, чем у IgG.

IgA. Выделяют сывороточные IgA (мономер) и секреторные IgA (IgAs). Сывороточные IgA составляют 1,4- 4,2 г/л. Секреторные IgAs находятся в слюне, пищеварительных соках, секрете слизистой носа, в молозиве. Они являются первой линией защиты слизистых, обеспечивая их местный иммунитет. IgAs состоят из Ig мономера, J-цепи и гликопротеина (секреторного компонента). Выделяют два изотипа- IgA1 преобладает в сыворотке, субкласс IgA2 — в экстраваскулярных секретах.

Секреторный компонент вырабатывается эпителиальными клетками слизистых оболочек и присоединяется к молекуле IgA в момент прохождения последней через эпителиальные клетки. Секреторный компонент повышает устойчивость молекул IgAs к действию протеолитических ферментов. Основная роль IgA- обеспечение местного иммунитета слизистых. Они препятствуют прикреплению бактерий к слизистым, обеспечивают транспорт полимерных иммунных комплексов с IgA, нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и систему комплемента.

IgE. Представляет мономер, в сыворотке крови находится в низких концентрациях. Основная роль — своими Fc- фрагментами прикрепляется к тучным клеткам (мастоцитам) и базофилам и опосредует реакции гиперчувствительности немедленного типа. К IgE относятся “антитела аллергии”- реагины. Уровень IgE повышается при аллергических состояниях, гельминтозах. Антигенсвязывающие Fab — фрагменты молекулы IgE специфически взаимодействует с антигеном (аллергеном), сформировавшийся иммунный комплекс взаимодействует с рецепторами Fc- фрагментов IgE, встроенных в клеточную мембрану базофила или тучной клетки. Это является сигналом для выделения гистамина, других биологически активных веществ и развертывания острой аллергической реакции.

IgD.Мономеры IgD обнаруживают на поверхности развивающихся В — лимфоцитов, в сыворотке находятся в крайне низких концентрациях. Их биологическая роль точно не установлена. Полагают, что IgD участвуют в дифференциации В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа, участвуют в аутоиммунных процессах.

С целью определения концентраций иммуноглобулинов отдельных классов применяют несколько методов, чаще используют метод радиальной иммунодиффузии в геле (по Манчини) — разновидность реакции преципитации и ИФА.

Определение антител различных классов имеет важное значение для диагностики инфекционных заболеваний. Обнаружение антител к антигенам микроорганизмов в сыворотках крови — важный критерий при постановке диагноза- серологический метод диагностики. Антитела класса IgM появляются в остром периоде заболевания и относительно быстро исчезают, антитела класса IgG выявляются в более поздние сроки и более длительно (иногда — годами) сохраняются в сыворотках крови переболевших, их в этом случае называют анамнестическими антителами.

Выделяют понятия: титр антител, диагностический титр, исследования парных сывороток. Наибольшее значение имеет выявление IgM — антител и четырехкратное повышение титров антител (или сероконверсия— антитела выявляют во второй пробе при отрицательных результатах с первой сывороткой крови) при исследовании парных— взятых в динамике инфекционного процесса с интервалом в несколько дней- недель проб.

Реакции взаимодействия антител с возбудителями и их антигенами (реакция “антиген- антитело”) проявляется в виде ряда феноменов — агглютинации, преципитации, нейтрализации, лизиса, связывания комплемента, опсонизации, цитотоксичности и могут быть выявлены различными серологическими реакциями.

6. Динамика выработки антител. Первичный и вторичный иммунный ответ.

Первичный ответ — при первичном контакте с возбудителем (антигеном), вторичный — при повторном контакте. Основные отличия:

— продолжительность скрытого периода (больше — при первичном);

— скорость нарастания антител (быстрее — при вторичном);

— количество синтезируемых антител (больше — при повторном контакте);

— последовательность синтеза антител различных классов (при первичном более длительно преобладают IgM, при вторичном — быстро синтезируются и преобладают IgG- антитела).

Вторичный иммунный ответ обусловлен формированием клеток иммунной памяти. Пример вторичного иммунного ответа — встреча с возбудителем после вакцинации.

7. Роль антител в формировании иммунитета.

Антитела имеют важное значение в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета.

1. Связываясь с токсинами, антитела нейтрализуют их, обеспечивая антитоксический иммунитет.

2. Блокируя рецепторы вирусов, антитела препятствуют адсорбции вирусов на клетках, участвуют в противовирусном иммунитете.

3. Комплекс антиген — антитело запускает классический путь активации комплемента с его эффекторными функциями (лизис бактерий, опсонизация, воспаление, стимуляция макрофагов).

4. Антитела принимают участие в опсонизации бактерий, способствуя более эффективному фагоцитозу.

5. Антитела способствуют выведению из организма (с мочой, желчью) растворимых антигенов в виде циркулирующих иммунных комплексов.

IgG принадлежит наибольшая роль в антитоксическом иммунитете, IgM- в антимикробном иммунитете (фагоцитоз корпускулярных антигенов), особенно в отно?