АНТИТЕЛА (дополнение к ст. "Антитела", БМЭ, изд. II, т. 2).
 

Тайны вирусов

...тысячи лет идет эта тихая невидимая война человека и вирусов...

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

АНТИТЕЛА (дополнение к ст. "Антитела", БМЭ, изд. II, т. 2).

АНТИТЕЛА́ (дополнение к ст. "Антитела", БМЭ, изд. II, т. 2).

Иммуноглобулины (структура и аллотипия). Иммуноглобулины (Иг), или гамма-глобулины (у-глобулины), составляют группу родственных животных белков, каждый из к-рых содержит группировки (полипептидные цепи), сходные по химическому строению и, следовательно, антигенным свойствам с группировками, входящими в состав одного или нескольких других иммуноглобулинов. Иг различаются по молекулярному весу, содержанию углеводов и аминокислотному составу. Нек-рые иммуноглобулины обладают активностью антитела той или иной специфичности.

Содержатся Иг в сыворотке крови, лимфе, межклеточной жидкости, ликворе, молоке, моче, слюне и других биологических жидкостях.

У человека установлены четыре основных класса иммуноглобулинов, обозначения к-рых по международной классификации 1965 г. приведены в табл. 1.

Кроме того, к Иг относятся миеломные белки, белок Бенс-Джонса и нек-рые низкомолекулярные белки, содержащиеся в крови и моче.

У млекопитающих (кроликов, обезьян, морских свинок, крупного рогатого скота, лошадей, ослов и т. д.) основная масса Иг по молекулярному весу и электрофоретической подвижности оказалась подобной ИгG и ИгМ человека. У ряда млекопитающих удалось выявить также Иг, сходные с ИгА человека. У птиц и черепах имеются Иг, подобные ИгG и ИгМ человека, а также Иг, не соответствующие Иг человека.

Таблица 1 Основные классы иммуноглобулинов человека

Таблица 1 Основные классы иммуноглобулинов человека

Применение современных биохимических, физико-химических и иммунохимических методов позволило выявить основной план строения иммуноглобулинов. Особенно подробно изучено строение HrG. Длина молекулы Иг у человека и других млекопитающих, по различным данным, колеблется от 250 до 300 A, ширина - около 40А (напр., 263X37А у человека, 272X37 А или 244X24А у кролика и 286X39А у лошади). Каждая молекула HrG-анти-тела имеет два активных центра. Они, как правило, обладают одинаковой специфичностью, расположены на противоположных концах болышой оси молекулы и занимают около 2% всей ее поверхности. Молекула HrG состоит примерно из 1500 аминокислотных остатков. В табл. 2 дан аминокислотный состав HrG и ИгМ.

Как показал Эдельман (G. М. Ed el man, 1959), молекула HrG состоит из двух видов полипептидных цепей: легких (L-цепи, старое название в-цепи) с мол. весом 20000- 25000 и тяжелых (Н-цепи, старое название а-цепи) с мол. весом 50 000 (рис. 2,А). Эти цепи соединены между собой дисульфидными мостиками.

Изолированные цепи могут быть получены после разрыва дисульфидных мостиков, напр. восстановлением 2-меркаптоэтанолом (0,1-0,2М) в присутствии мочевины (8М), блокирования образовавшихся SH-rpynn йодацетатом или йодацетамидом и разделения полученной смеси в колонке с сефадексом (Г-100 или Г-200). Н-цепи отличаются от L-цепей электрофоретической подвижностью, аминокислотным составом и антигенными свойствами.

Более детальное изучение антигенных группировок Н-цепей ИгG человека (f-цепи по номенклатуре 1965 г.) показало, что в сыворотке здорового человека всегда присутствуют по меньшей мере 4 варианта этих цепей: гамма-we (или гамма-2bс), гамма-vi (или гамма-2cz), Yge (или Y2d) и гамма-Nе(или гамма-2а). Оказалось, что почти все углеводы молекулы ИгG связаны с тяжелыми цепями. Участок цепи, с к-рым они связаны, имеет следующее строение: Глю  Глю (NH2)  Глю(NН2)  Фен  Асп  Сер  Тре.

Согласно схеме Портера (1959) в каждой молекуле ИгG присутствуют по две легкие и две тяжелые цепи, соединенные между собой пятью (по другим данным - тремя) дисульфидными мостиками (рис. 1).

Действием протеолитических ферментов или других факторов удается разбить молекулу ИгG на несколько крупных обломков. Так, при действии 1% раствора папаина в присутствии 0,01 М раствора цистеина молекула ИгG распадается на 3 части (рис. 2, Б).

Таблица 2 Аминокислотный состав иммуноглобулинов

Таблица 2 Аминокислотный состав иммуноглобулинов

Рис. 1. Строение молекулы ИгG (по Портеру).

Рис. 1. Строение молекулы ИгG (по Портеру).

Два образовавшиеся фрагмента (Fab-фрагменты, первоначальное наименование I-, II- или S-фрагменты) состоят из L-цепи и N-терминальной половины Н-цепи.

Fab-фрагменты имеют мол. вес около 50 000 и содержат по одному активному центру. Третий фрагмент (Fc-фрагмент, первоначальное наименование III, или F-фрагмент) лишен активности антитела, содержит почти все углеводы, присутствующие в молекуле HrG, способен к кристаллизации и имеет мол. вес ок. 50 000.Он состоит из двух С-терминальных половинок Н-цепей.

При помощи пепсина от молекулы ИгG-антитела удается отщепить неактивный фрагмент (Fc), оставшаяся часть молекулы F(ab')2 имеет мол. вес 106 000 и содержит два активных центра. При последующем действии восстановителей она расщепляется на два фрагмента с мол. весом около 50 000 (рис. 2,Г).

На две продольные половинки [F(LH)] можно расщепить и цельную молекулу Иг, действуя на нее 0,1 М раствором меркаптоэтанола в кислой среде [Ниссонов( A. Nissonoff)].

Образовавшиеся половинки содержат по одному активному центру и имеют мол. вес 75 000-80 000 (рис. 2, Д). Малыми концентрациями папаина от молекулы HrG-антитела удается отщепить один Fab-фрагмент (рис. 2, Е).

ИгА, имеющие два активных центра, построены подобно ИгG и также состоят из четырех полипептидных цепей: двух легких (25 000) и двух тяжелых (50 000).

Молекулы ИгМ, по-видимому, могут иметь 6 активных центров. При действии восстановителей они распадаются на 5 или 6 субъединиц с мол. весом 150 000. Каждая из этих субъединиц построена подобно молекуле ИгС из двух легких и двух тяжелых цепей.

Рис. 2. Фрагменты, образующиеся при распаде молекулы HrG (в скобках под названием приведены молекулярные веса).

Рис. 2. Фрагменты, образующиеся при распаде молекулы HrG (в скобках под названием приведены молекулярные веса).

Тяжелые цепи, выделенные из ИгС, ИгА, ИгМ и ИгС (гамма-, альфа-, и 5-цепи соответственно), различаются аминокислотным составом, содержанием углеводов и антигенными свойствами (табл. 2).

Легкие цепи, входящие в состав Иг всех четырех классов, оказались идентичными.

Иг каждого из четырех классов присутствуют в организме человека в двух формах: тип К (прежнее обозначение тип I, 1, В) и тип L (прежнее обозначение тип II, 2, А).

Различие между типами связано с тем, что легкие цепи, входящие в белки К-типа (v-цепи), отличаются от легких цепей, входящих в состав белков L-типа (Х-цепи), по аминокислотному составу и антигенным свойствам. В табл. 3 приведен полипептидный состав основных вариантов Иг сыворотки человека.

В организме здорового человека удается обнаружить и ряд других Иг. В моче, напр., присутствуют по меньшей мере 4 Иг с малым мол. весом (константы седиментации 3,5 S и меньше). Из них частицы с константами седиментации 1,7 и 0,953 обладают активностью антител. Один из компонентов сходен с Fc-ф par ментом. Помимо зтого, в моче здоровых людей присутствуют свободные легкие и тяжелые цепи. В крови человека также присутствуют Иг с малым мол. весом (напр., Иг с мол. весом 25 ООО, не идентичный L-цепям).

При множественной миеломе в крови больных появляются так наз. миеломные белки, а в моче - белок Бенс-Джонса. Миеломные белки отдельных больных могут быть по строению очень близки к ИгС,

ИгА или ИгМ. Однако как в легких, так и в тяжелых цепях из индивидуальных миеломных белков удается выявить участки с иной последовательностью аминокислот, чем в соответствующих белках здоровых лиц или других больных.

Белки Бенс-Джонса близки по строению к легким цепям. Они могут присутствовать в моче в виде мономеров (мол. вес 22 ООО) и димеров (мол. вес 45 ООО). По антигенным и физико-химическим свойствам белки Бенс-Джонса можно разделить на два типа: К (I) и L (II). Белок первого типа соответствует - A-цепям, а второго - Х-цепям. Изучение последовательности чередования аминокислотных остатков показало, что индивидуальные белки Бенс-Джонса, выделенные из мочи отдельных больных, не полностью идентичны друг другу и легким цепям. В белках Бенс-Джонса имеются индивидуально варьирующие участки. Наиболее вариабельна N-концевая часть полипептида и особенно область 90-го остатка.

Иммунохимический анализ Иг из индивидуальных сывороток ряда животных и людей позволил выявить, что в молекулах Иг наряду с антигенами детерминантами, общими для молекул от всех особей данного вида (изотопические детерминанты), имеются также и индивидуальные антигенные детерминанты, присутствующие лишь в молекулах части особей (аллотипические детерминанты-АД).

Впервые АД в молекулах ИгС кроликов обнаружил Уден (J. Oudin, 1956), в дальнейшем были выявлены шесть основных АД: Aal, Аа2, АаЗ, АЬ4, АЬ5 и АЬб. Кроме них, были обнаружены нек-рые другие АД,. Установлено, что детерминанты Аb4, Ab5, АЬ6 локализованы в L-цепях. Детерминанты Aal, Аа2, Аа3 и yG1 расположены в той части Н-цепей, к-рая входит в состав Fab-фрагмента (Fd-фрагмент), а детерминанта yG2 в той части Н-цепи, к-рая входит в Fc-фрагмент (рис. 3,А).

Таблица 3 Основные группы иммуноглобулинов, присутствующих в сыворотке здорового человека

Таблица 3 Основные группы иммуноглобулинов, присутствующих в сыворотке здорового человека

В ИгG людей (рис. 3,Б) аллотипические детерминанты были обнаружены Груббом (R. Grubb, 1956). Дальнейшие исследования выявили у людей две системы АД: Inv и Gm. АД-системы Inv: (a)(l)(b)(-) расположены в L-цепях (рис. 3, Б). В Н-цепях находятся АД-системы Gm. Большинство из них - Gm(a)(x)(b1)(s)(t)(b3)(c) - локализовано в той части Н-цепи, которая входит в Fc-фрагмент, и лишь одна - Gm(f) - в той части цепи, к-рая входит в состав Fab-фрагмента.

Сравнение аминокислотного состава белков, различающихся по АД, показало, что они могут различаться между собой лишь по единичным аминокислотным остаткам. АД наследуются по законам Менделя. Наследование детерминант, локализованных в L-цепях (b3, b4, Ь5 у кроликов и Inv у людей), и детерминант, локализованных в Н-цепях (al, а2 и аЗ у кроликов и Gm у человека), осуществляется независимо генами, локализованными в разных локусах. По мнению Кункеля и Мортенссона (Н. Kunkel, L. Martensson), улиц кавказской расы строение тяжелых цепей ИгG контролируется четырьмя генами Gma, Gmf, Gmb и Gm(-), к-рые расположены в двух локусах (we и vi), образуя там генные комплексы Gmf, Gmb и Gma, Gm(-). Гены Gma и Gmf являются аллельными. У негров найден иной комплекс генов: Gma, Gmb.

У гетерозиготных особей в крови присутствует ряд вариантов молекулы ИгG. Обе Н- и L-цепи, входящие в состав одной молекулы ИгG, всегда идентичны по АД пли обе не содержат их вовсе. При этом L-цепи, несущие данные АД, могут сочетаться с любыми (в отношении АД) тяжелыми цепями. Вследствие этого в крови каждого гетерозиготного кролика (напр., a1, a3, b4, Ь5) присутствует 9 вариантов ИгG, различающихся по АД (табл. 4).

Среди молекул Иг, относящихся к каждому из классов, типов и аллотипов, всегда присутствуют молекулы антител различной специфичности, а также молекулы так наз. неспецифических у-глобулинов, не обладающие антительной активностью. Происхождение и роль неспецифических f-глобулинов неясны.

Основная масса антител у людей и большинства животных относится к двум главным классам y-глобулина: ИгG и ИгМ. Небольшое количество антител может присутствовать во фракции ИгA, а также во фракции иммуноглобулинов мочи с малым мол. весом.

В зависимости от особенностей антигена, вида животных и способа иммунизации могут образовываться антитела, относящиеся преимущественно к тому или иному классу иммуноглобулинов. Так, при первичной иммунизации рядом антигенов может происходить исключительное или преимуществониое преобразование ИгG-антител. При повторной иммунизации обычно преобладает образование ИгG-антител. Соотношение между ИгG- и ИгG-антителами зависит от дозы введенного антигена и времени, прошедшего с момента иммунизации. ИгА-антитела присутствуют в сыворотке, однако наиболее характерно их наличие в нек-рых биологических жидкостях (слюна, молозиво).

Рис. 3. Локализация аллотипических детерминант в молекулах ИгG: А - в молекулах ИгG кроликов; Б - в молекулах ИгG человека.

Рис. 3. Локализация аллотипических детерминант в молекулах ИгG: А - в молекулах ИгG кроликов; Б - в молекулах ИгG человека.

Таблица 4 Варианты молекул ИгG. присутствующих в крови гетерозиготных кроликов (a1, a3, b4. Ь5)

В организме человека антитела, относящиеся к каждому из названных классов (ИгG, ИгМ, ИгА), присутствуют, как правило, в виде двух типов (HrGK-, ИгGL-, ИгМК-, ИгML-, ИгАК-, ИгAL-антитела). В большинстве случаев К- и L-типы данного антитела присутствуют примерно в равных отношениях. Однако в сыворотках нек-рых людей может резко преобладать один из типов антител. Отдельные виды антител могут быть представлены лишь одним типом. Так, холодовые агглютинины человека относятся к К-типу.

В течение ряда лет не удавались многочисленные попытки обнаружить различия в аминокислотном составе отличающихся по специфичности антител. Подобные различия между антителами, выделенными из крови одного животного или человека, были обнаружены методом "отпечатков пальцев" (А. Гурвич, К. Мясоедова и Л. Губерниева), а затем прямым аминокислотным анализом [Кошленд, Кабат (М. Koshland, Е. Kabat)].

Относительно мало известно о строении активного центра антитела. В его построении, по-видимому, принимают участие как тяжелая, так и легкая цепи (Р. С. Незлин и др.). По данным Кошленда, в активном центре присутствует четыре остатка тирозина и гистидина. См. также Гамма-глобулин (т. 6).