Антитела: структура, функция и роля в имунната система
Научете всичко за антитела: структура, механизъм на свързване, функции и роля в имунната система — ключ към неутрализация и хуморален имунитет.
Антителата (наричани още имуноглобулини) са големи Y-образни протеини, които могат да се придържат към повърхността на бактерии и вируси. Те се намират в кръвта или други телесни течности на гръбначните животни. Антителата са ключов елемент в адаптивната имунна система. По молекулна маса едно типично антитяло е около 150 kDa и се състои от два идентични тежки и два идентични леки полипептидни вериги, свързани чрез дисулфидни връзки.
Структура
Всяко антитяло има ясно разграничими части: два идентични „рамена“ образуват зоните за свързване с антигена (Fab — fragment antigen binding), а „основата“ на Y-образната молекула е Fc (fragment crystallizable), която медиира взаимодействията с други елементи на имунната система. В структурно отношение веригите са изградени от Ig-домейни (имуноглобулинови домейни), всеки приблизително 110 аминокиселини.
Върховете на „Y“ съдържат варибилни области, които носят 3 комплементарно-определящи региона (CDR) — именно те оформят специфичния сайт за разпознаване на антигена. Останалата част от молекулата е по-консервативна (константна област) и определя изотипа и връзката с рецептори и комплемент.
Диверзитет и генетична основа
Разнообразието от антитела се постига чрез сложни генетични механизми: V(D)J рекомбинация при преработката на гените за леки и тежки вериги, последвана от соматична хипермутация и селекция в герминативните центрове. Тези процеси позволяват на организма да произведе милиони различни антитела, всяко пригодено към различен антиген.
Класове (изотипи) и тяхната роля
- IgM — първият изотип, който се появява при първичен имунен отговор; често се среща като пентамер, добър при аглутинация и активиране на комплемент.
- IgG — най-разпространеният серумен изотип; силно ефективен в неутрализация, опсонизация и активиране на комплемента; някои подтипове преминават плацентата и осигуряват пасивна защита на плода.
- IgA — преобладава в секретиите (слюнка, сълзи, секрети на дихателните и храносмилателни пътища) като димерен „секреторен IgA“; защитава лигавици срещу навлизане на патогени.
- IgE — участва в защитата срещу паразити и в алергични реакции; свързва се с Fc-рецептори на мастоцити и базофили и при пресичане с антиген предизвиква освобождаване на медиатори като хистамин.
- IgD — намира се главно на повърхността на незрели B-клетки като рецептор (BCR); точната му функция при хората е по-малко изяснена, но участва в активирането на B-клетките.
Механизми на действие
Антителата могат да защитават организма по няколко начина:
- Неутрализация — антитялото блокира свързването на вируса или токсина към клетката, предотвратявайки инфекция или вредно действие.
- Опсонизация — антителата покриват патогена и улесняват поглъщането му от фагоцитни клетки чрез Fc-рецептори.
- Активация на комплемент — Fc-частта може да инициира класическия път на комплемента, водещ до лиза на микроорганизма или до по-добра опсонизация.
- ADCC (антитяло-зависища клетъчно-медиирана цитотоксичност) — NK клетки и други ефекторни клетки разпознават клетки, покрити с антитела, и ги унищожават.
- Аглутинация и прекомбиниране — множествени връзки между антитела и антигени могат да образуват комплекси, които улесняват изчистването им.
Производство и имунна памет
Производството на антитела се извършва от плазматични клетки, които се диференцират от активираните B-лимфоцити след среща с антиген и помощ от Т-хелперни клетки (при зависими от Т-клетки антигени). В процеса на имунния отговор се формират и клетки памет, които при повторно излагане на същия антиген дават по-бърз и по-силен вторичен отговор (основата на ваксинацията).
Клинични приложения и патологични роли
Антителата имат широко приложение в медицината:
- Диагностика — серологични тестове (ELISA, Western blot, бързи тестове) откриват специфични антитела срещу патогени.
- Терапия — моноклонални антитела (mAbs) се използват за лечение на автоимунни заболявания, рак, вирусни инфекции и др.
- Пасивна имунна защита — приложение на имуноглобулинови препарати при незрящ имунитет или експозиция на токсин/патоген.
В същото време антителата могат да са причина за заболяване: автоантитела атакуват собствени тъкани (автоимунни болести), IgE медиирани реакции водят до алергии и анафилаксия, а депозити на имунни комплекси могат да причинят увреждане на тъкани (комплекс-медиирани заболявания).
Кратко резюме
Антителата са специализирани молекули, които разпознават и свързват антигени с изключителна специфичност. Те играят централна роля в хуморалния имунитет чрез неутралиране на патогени, маркиране за унищожение и активиране на други имунни механизми. Разбирането на тяхната структура, биогенеза и функции е основа за съвременната имунология, диагностиката и терапевтичните интервенции.
Всяко антитяло се свързва със специфичен антиген; това работи като ключалка и ключ.
1. Район за свързване на фрагмента с антигена2 . Кристализираща се област на фрагмента3 . Тежка верига (синя) с един променлив (V ) Hдомейн, последван от постоянен домейн (C H1), област на шарнир и още два постоянни (C H2 и C H3) домена. 4. Лека верига (зелена) с един променлив (V L) и един постоянен (C ) Lдомейн5 . Място за свързване на антигена (паратоп) 6. Области на пантата
Разнообразие на имуноглобулините
Основен въпрос
Въпреки че в един индивид се произвежда огромно разнообразие от различни антитела, броят на наличните гени за създаване на тези протеини е ограничен от размера на генома.
Съществуват огромен брой щамове на микроби, поради което гръбначните животни се нуждаят от милиони различни антитела. Всъщност хората създават около 10 милиарда различни антитела, всяко от които е способно да свърже отделен антигенен участък. Това трябва да се прави с много по-малък брой гени: общият човешки геном има само около 20 000 гена.
Еволюирали са няколко сложни генетични механизма. Те позволяват на В-клетките на гръбначните животни да генерират огромен брой антитела от сравнително малък брой гени за антитела. Тук не са представени всички подробности, а само резюме.
Разнообразието от антитела се получава чрез комбиниране на сегменти от набор от гени по много различни начини. След това се появяват хипермутации в областта на мястото на свързване на гена за антитела. Това създава допълнително разнообразие.
Тежки вериги
Антителата са гликопротеини, принадлежащи към суперсемейството на имуноглобулините; термините антитела и имуноглобулин често се използват като взаимозаменяеми. Антителата обикновено се състоят от основни структурни единици - всяка с две големи тежки вериги и две малки леки вериги. Съществуват няколко различни типа тежки вериги на антителата и няколко различни вида антитела, които се групират в различни изотипове въз основа на това коя тежка верига притежават. При бозайниците са известни пет различни изотипа антитела. Те помагат да се насочи подходящият имунен отговор за всеки различен вид чужд обект, с който се сблъскват.
Променливи накрайници
Въпреки че общата структура на всички антитела е много сходна, малък участък в края на протеина е изключително променлив, което позволява съществуването на милиони антитела с леко различаващи се структури на върха или места за свързване на антигени. Тази област е известна като хипервариабилна област. Всеки от тези варианти може да се свърже с различен антиген. Това огромно разнообразие от антитела позволява на имунната система да разпознава също толкова голямо разнообразие от антигени. Голямата и разнообразна популация от антитела се генерира от случайни комбинации на набор от генни сегменти, които кодират различни места за свързване на антигени (или паратопи), последвани от случайни мутации в тази област на гена на антителата, които създават допълнително разнообразие. Гените за антитела също се реорганизират в процес, наречен превключване на класове, което позволява едно антитяло да се използва от няколко различни части на имунната система.
Въпроси и отговори
В: Какво представляват антителата?
О: Антителата са големи Y-образни протеини, които могат да се придържат към повърхността на бактерии и вируси. Те се намират в кръвта или други телесни течности на гръбначните животни и играят ключова роля в адаптивната имунна система.
В: Как действат антителата?
О: Всеки връх на буквата "Y" на антитялото съдържа структура (като ключалка), която пасва на една конкретна структура, подобна на ключ, на антиген. Това свързва двете структури заедно, което им позволява да маркират микроби или заразени клетки за атака от други части на имунната система или директно да неутрализират целта си.
В: Какво представлява хуморалният имунитет?
О: Хуморален имунитет е този, при който се произвеждат антитела в отговор на чужди антигени, попаднали в организма. Той е част от адаптивната имунна система, която помага за защита от болести и инфекции.
В: Всички антитела ли са различни?
О: Да, всяко антитяло е предназначено да атакува само един вид антиген (на практика това означава вирус или бактерия). Например антитяло, предназначено да унищожава дребна шарка, не може да порази бубонната чума или обикновената настинка. Въпреки че имат сходна обща структура, във върховете им има вариации, които позволяват съществуването на милиони различни варианти с различни структури на върховете, така че да могат да се свързват с различни антигени.
Въпрос: Как това разнообразие помага на нашите тела?
О: Това огромно разнообразие от антитела позволява на имунната ни система да разпознава също толкова голямо разнообразие от антигени, за да може да ни предпазва по-добре от болести и инфекции.
В: Къде намираме антитела?
О: Антителата се намират в кръвта или други телесни течности на гръбначните животни, като хората и животните.
обискирам