Иммуноглобулины, также называемые антителами, представляют собой молекулы гликопротеинов, которые составляют важную часть иммунной системы, которая отвечает за борьбу с инфекционными заболеваниями и инвазивными инвазиями в целом. Часто сокращенно называемые «Ig», антитела обнаруживаются в крови и других жидкостях организма человека и других позвоночных животных. Они помогают идентифицировать и уничтожать посторонние вещества, такие как микробы (например, бактерии, простейшие паразиты и вирусы).

Иммуноглобулины подразделяются на пять категорий: IgA, IgD, IgE, IgG и IgM. Только IgA, IgG и IgM обнаруживаются в значительных количествах в организме человека, но все они являются важными или потенциально важными факторами, способствующими иммунному ответу человека.

Общие свойства иммуноглобулинов

Иммуноглобулины продуцируются В-лимфоцитами, которые представляют собой класс лейкоцитов (лейкоциты). Это симметричные Y-образные молекулы, состоящие из двух более длинных тяжелых (H) цепей и двух более коротких легких (L) цепей. Схематически «ствол» Y включает две L-цепи, которые разделяются друг от друга примерно на полпути от дна до верха молекулы иммуноглобулина и расходятся под углом примерно 90 градусов. Две L-цепи проходят вдоль "плеч" Y или частей H-цепей выше точки разделения. Таким образом, оба стержня (две H-цепи) и оба «плеча» (одна H-цепь, одна L-цепь) состоят из двух параллельных цепей. L-цепочки бывают двух типов: каппа и лямбда. Все эти цепи взаимодействуют друг с другом либо дисульфидными (S-S) связями, либо водородными связями.

Иммуноглобулины также можно разделить на константную (C) и вариабельную (V) части. Части С направляют активность, в которой участвуют все или большинство иммуноглобулинов, тогда как V-области связываются со специфическими антигенами (то есть белками, которые сигнализируют о присутствии конкретной бактерии, вируса или другой чужеродной молекулы или объекта). «Руки» антител формально называются областями Fab, где «Fab» означает «антигенсвязывающий фрагмент»; V часть этого включает только первые 110 аминокислот области Fab, а не все, так как части плеч Fab, наиболее близкие к точке ветвления Y, довольно постоянны между различными антителами и считаются частью C область, край.

В качестве аналогии рассмотрим типичный автомобильный ключ, который имеет часть, общую для большинства ключей, независимо от конкретного транспортного средства, для которого предназначен ключ (например, часть, которую вы держите в руке при его использовании), и часть, которая специфичен только для данного автомобиля. Ручка может быть уподоблена компоненту C антитела, а специализированная часть - V-компоненту.
Функции константной и вариабельной областей иммуноглобулина

Часть C-компонента ниже ветви Y, называемая Fc-областью, может считаться мозгом действия антитела. Независимо от того, для чего V-область предназначена для данного типа антител, C-область контролирует выполнение ее функций. С-область IgG и IgM - это то, что активирует путь комплемента, который представляет собой набор неспецифических иммунных ответов «первой линии защиты», связанных с воспалением, фагоцитозом (в котором специализированные клетки физически поглощают инородные тела) и деградацией клеток. С-область IgG связывается с этими фагоцитами, а также с клетками «естественных киллеров» (NK); С-область IgE связывается с тучными клетками, базофилами и эозинофилами.

Что касается особенностей V-области, эта сильно вариабельная полоса молекулы иммуноглобулина сама делится на гипервариабельные и каркасные области. Разнообразие в гипервариабельной причине, как, вероятно, подсказывает ваша интуиция, отвечает за удивительный диапазон антигенов, которые иммуноглобулины способны распознавать в стиле «ключ в замке».

IgA

IgA составляет около 15 процентов антител в человеческой системе, что делает его вторым наиболее распространенным типом иммуноглобулина. Однако в сыворотке крови содержится только около 6 процентов. В сыворотке он обнаружен в своей мономерной форме, то есть в виде отдельной молекулы в форме Y, как описано выше. В его секреторе, однако, он существует в виде димера или двух Y-мономеров, связанных вместе. На самом деле димерная форма встречается чаще, поскольку IgA обнаруживается в самых разнообразных биологических выделениях, включая молоко, слюну, слезы и слизь. Это имеет тенденцию быть неспецифическим с точки зрения типов иностранного присутствия, которое это предназначается. Его присутствие на слизистых оболочках делает его важным привратником в физически уязвимых местах, или в местах, где микробы могут легко найти пути вглубь тела.

IgA имеет период полураспада пять дней. Секреторная форма - всего четыре сайта, на которых можно связать антигены, по два на Y мономер. Они правильно называются эпитоп-связывающими сайтами, так как эпитоп является специфической частью любого захватчика, который вызывает иммунную реакцию. Поскольку он обнаружен в слизистых оболочках, которые подвергаются воздействию высоких уровней пищеварительных ферментов, IgA имеет секреторный компонент, который предотвращает его деградацию этими ферментами.

IgD

IgD является самым редким из пяти классов иммуноглобулинов, составляя приблизительно 0,2 процента сывороточных антител или приблизительно 1 на 500. Он является мономером и имеет два эпитоп-связывающих сайта.

Обнаружено, что IgD прикрепляется к поверхности В-лимфоцитов как рецептор В-клеток (также называемый sIg), где, как полагают, он контролирует активацию и подавление В-лимфоцитов в ответ на сигналы от иммуноглобулинов, циркулирующих в плазме крови. IgD может быть фактором активной элиминации В-лимфоцитов путем генерации аутореактивных аутоантител. В то время как кажется любопытным, что антитела будут когда-либо атаковать клетки, которые их производят, иногда это устранение может контролировать чрезмерно усердный или неправильно направленный иммунный ответ или выводить В-клетки из пула, когда они повреждены и больше не синтезируют полезные продукты.

В дополнение к своей роли фактического рецептора на клеточной поверхности, IgD обнаруживается в меньшей степени в крови и лимфатической жидкости. Считается также, что у некоторых людей реакция пенициллина с определенными гаптенами (антигенными субъединицами) на пенициллин, вероятно, поэтому у некоторых людей аллергия на этот антибиотик; он может также реагировать с обычными, безвредными белками крови таким же образом, вызывая аутоиммунный ответ.

IgE

На IgE приходится только около 0,002 процента сывороточных антител, или около 1/50000 всех циркулирующих иммуноглобулинов. Тем не менее, он играет жизненно важную роль в иммунном ответе.

Как и IgD, IgE является мономером и имеет два антигенных сайта связывания, по одному на каждой «руке». Он имеет короткий период полураспада в два дня. Он связан с тучными клетками и базофилами, которые циркулируют в крови. Как таковой, он является медиатором аллергических реакций. Когда антиген связывается с Fab-частью молекулы IgE, связанной с тучной клеткой, это приводит к тому, что тучная клетка выделяет гистамин в кровоток. IgE также участвует в лизисе или химической деградации паразитов сорта простейших (например, амеб и других одноклеточных или многоклеточных захватчиков). IgE также производится в ответ на присутствие гельминтов (паразитических червей) и некоторых членистоногих.

Иногда IgE также играет косвенную роль в иммунном ответе, стимулируя другие иммунные компоненты к действию. IgE может защищать поверхности слизистой оболочки, вызывая воспаление. Вы можете подумать, что воспаление означает что-то нежелательное, так как оно вызывает боль и отек. Но воспаление, помимо многих других его иммунных преимуществ, позволяет IgG, которые являются белками из путей комплемента, и лейкоцитам проникать в ткани, чтобы противостоять захватчикам.

IgG

IgG является доминирующим антителом в организме человека, на долю которого приходится колоссальные 85 процентов всех иммуноглобулинов. Частично это связано с его длительным, хотя и переменным, периодом полураспада от семи до 23 дней, в зависимости от рассматриваемого подкласса IgG.

Как и три из пяти типов иммуноглобулинов, IgG существует в виде мономера. Это найдено главным образом в крови и лимфе. Он обладает уникальной способностью проникать через плаценту у беременных, что позволяет ему защитить нерожденный плод и новорожденного ребенка. Его основные действия включают усиление фагоцитоза в макрофагах (специализированные клетки-едоки) и нейтрофилах (другой тип лейкоцитов); нейтрализующие токсины; инактивация вирусов и уничтожение бактерий. Это дает IgG широкую палитру функций, подходящую для антител, которые так распространены в системе. Обычно это второе антитело на сцене, когда присутствует захватчик, который следует за IgM. Его присутствие значительно увеличивается в анамнестической реакции организма. «Anamnestic» переводится как «не забывать», и IgM реагирует на захватчика, с которым он сталкивался ранее, с немедленным всплеском числа. Наконец, Fc-часть IgG может связываться с NK-клетками, чтобы запустить процесс, называемый антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичностью, или ADCC, который может убивать или ограничивать эффекты вторжения микробов.

IgM

IgM - это колосс иммуноглобулинов. Он существует в виде пентаметра или группы из пяти связанных мономеров IgM. IgM имеет короткий период полураспада (около пяти дней) и составляет приблизительно от 13 до 15 процентов сывороточных антител. Важно отметить, что он также является первой линией защиты среди четырех братьев и сестер антител, являясь первым иммуноглобулином, полученным во время типичного иммунологического ответа.

Поскольку IgM является пентамером, он имеет 10 эпитоп-связывающих сайтов, что делает его жестоким противником. Его пять Fc-частей, как и большинство других иммуноглобулинов, могут активировать путь белка-комплемента, и в качестве «первого ответчика» является наиболее эффективным типом антител в этом отношении. IgM агглютинирует инвазивный материал, заставляя отдельные кусочки склеиваться для облегчения очистки от тела. Это также способствует лизису и фагоцитозу микроорганизмов, с особой склонностью к вытеснению бактерий.

Мономерные формы IgM существуют и обнаруживаются главным образом на поверхности B-лимфоцитов в виде рецепторов или sIg (как с IgD). Интересно, что организм уже выработал уровни IgM у взрослых в возрасте девяти месяцев.

Примечание о разнообразии антител

Благодаря очень высокой вариабельности гипервариабельной части Fab-компонента каждого из пяти иммуноглобулинов, астрономическое число уникальных антител может быть создано в пяти формальных классах. Это дополняется тем фактом, что цепи L и H также входят в число изотипов, или цепей, которые внешне одинаковы по расположению, но содержат разные аминокислоты. Фактически, существует 45 различных генов L-цепи "каппа", 34 гена "L-цепи" Lambda и 90 генов H-цепи в общей сложности 177, что, в свою очередь, дает более трех миллионов уникальных комбинаций генов.

Это имеет смысл с точки зрения эволюции и выживания. Мало того, что иммунная система должна быть готова противостоять захватчикам, о которых она уже «знает», она также должна быть готова создать оптимальный ответ тем захватчикам, которых она никогда не видела, или, в этом отношении, которые являются совершенно новыми по своей природе, такими как вирусы гриппа, которые развились посредством мутаций. Взаимодействие между хозяином и захватчиком с течением времени и между видами микробов и позвоночных на самом деле представляет собой не более чем непрерывную бесконечную «гонку вооружений».