Антитела и антитоксины выполняют функцию. Антитоксины

АНТИТОКСИНЫ (греческий anti- против + токсины) - специфические антитела, образующиеся в организме человека и животных под действием токсинов (анатоксинов) микробов, ядов растений и животных, обладающие способностью нейтрализовать их ядовитые свойства.

Антитоксины являются одним из факторов иммунитета (см.) и выполняют главную защитную роль при токсинемических инфекциях (столбняке, дифтерии, ботулизме, газовой гангрене, некоторых стрептококковых и стафилококковых заболеваниях и др.).

В 1890 году Беринг и Китасато (Е. Behring, S. Kitasato) впервые наблюдали, что сыворотки животных, многократно получавших несмертельные дозы дифтерийного и столбнячного токсина, приобретали способность обезвреживать эти токсины (см.). В Пастеровском институте в Париже Ру (E. Roux) в 1894 г. была получена первая антитоксическая противодифтерийная сыворотка, которую он первый ввел в широкую практику. Антитоксическая сыворотка против газовой гангрены была получена Вейнбергом (М. Weinberg в 1915 году иммунизацией животных увеличивающимися дозами живой культуры. После открытия Рамоном (G. Ramon) в 1923 году анатоксинов (см.) получение любых антитоксинов не встречает больших трудностей.

В организме в естественных условиях антитоксины образуются в результате перенесенной токсинемической инфекции или вследствие носительства токсигенных микроорганизмов, обнаруживаются в сыворотке крови и могут обеспечивать невосприимчивость к токсинемическим инфекциям.

Антитоксический иммунитет можно создать и искусственно: активной иммунизацией анатоксином или введением антитоксической сыворотки (пассивный иммунитет). При первичной иммунизации анатоксином скорость образования антитоксинов зависит от чувствительности иммунизируемого, от дозы и качества анатоксина, от интервалов и скорости резорбции антигена в организме. При иммунизации сорбированными или преципитированными анатоксинами, применяющимися в наст, время, появление и накопление антитоксинов в крови происходит более медленно, чем при иммунизации теми же дозами несорбированных анатоксинов, но титры антитоксинов значительно выше и обнаруживаются более длительное время. После первичной иммунизации «иммунологическая память» в организме к образованию антитоксинов сохраняется неопределенно длительное время, до 25 лет, а возможно - и всю жизнь. При ревакцинации выработка антитоксинов в организме происходит очень быстро. Уже на 2-й день после ревакцинации обнаруживаются значительные количества антитоксинов, титры которых продолжают нарастать в последующие 10-12 дней. Быстрая выработка антитоксинов при ревакцинации имеет большое практическое значение в профилактике столбняка и других токсинемических инфекций. В целях профилактики столбняка новорожденных проводят иммунизацию и ревакцинацию столбнячным анатоксином беременных женщин. Образующиеся антитоксины обладают способностью проходить через плаценту в организм плода, а также передаваться новорожденному с молоком матери.

Антитоксические сыворотки получают иммунизацией лошадей и крупного рогатого скота возрастающими дозами анатоксинов, а затем и соответствующими токсинами. Образование антитоксинов у животных происходит более интенсивно в случае применения преципитированных антигенов - 1% хлористого кальция или 0,5% калийно-алюминиевых квасцов. Для повышения титра антитоксинов у лошадей-продуцентов применяют различные стимуляторы (см. Адъюванты).

Советские ученые (О. А. Комкова, К. И. Матвеев, 1943, 1959) разработали метод получения поливалентных противогангренозных (Cl. perfrin-gens, Cl. oedematiens, Cl. septicum) и противоботулинических антитоксинов типов А, В, С и Е от одного продуцента. В этом случае лошадь иммунизируют небольшими дозами нескольких антигенов. Этот метод нашел широкое применение в практике производства поливалентных противогангренозных и противоботулинических сывороток от одного продуцента с удовлетворительными титрами всех антитоксинов.

Антитоксины противодифтерийной и противостолбнячной лошадиной сыворотки в основном содержатся в γ1-, γ2-, β2-фракциях глобулинов.

Антитоксины в практической медицине применяются для профилактики и лечения дифтерии, столбняка и ботулизма. С помощью антитоксинов у людей можно создать пассивный иммунитет такой напряженности, который защищает от заболевания в случае проникновения в организм возбудителя инфекции или токсина, как это бывает при ботулизме. Детям, имевшим контакт с больным дифтерией, вводят антитоксины для предупреждения заболевания дифтерией. При травме неиммунизированным против столбняка детям и взрослым вводят противостолбнячную сыворотку. При выявлении случаев заболевания ботулизмом всем лицам, употреблявшим в пищу продукт, вызвавший заболевание, вводят поливалентную противоботулиническую сыворотку в целях профилактики.

Для получения лечебного действия очень важным является раннее введение антитоксина, способного обезвреживать токсин, циркулирующий в крови. Поэтому эффективность серотерапии (см.) зависит в значительной степени от срока применения антитоксинов. Результаты лечения антитоксинами при разных инфекциях не одинаковы. При лечении дифтерии у людей получены хорошие результаты; при лечении столбняка и ботулизма лучшие результаты получены при введении антитоксинов в начале заболевания. Эффективным является лечение стафилококкового сепсиса гомологичным альфа-стафилококковым антитоксином (С. В. Скуркович, 1969). При газовой гангрене лечебное действие антитоксинов подвергается сомнению, хотя многие врачи продолжают его применять.

Однако введение людям гетерологичных антитоксических сывороток для профилактики и лечения инфекций иногда сопровождается осложнениями. В редких случаях при введении лошадиной сыворотки у человека может развиться анафилактический шок (см.), иногда со смертельным исходом. В 5-10% случаев развивается сывороточная болезнь (см.). Поэтому в СССР и других странах для профилактики столбняка у людей вместо лошадиной сыворотки применяют гомологичный иммуноглобулин из донорской крови, содержащий столбнячный антитоксин. Гомологичный антитоксин редко вызывает нежелательные реакции и находится в организме в необходимом титре до 30-40 дней (К. И. Матвеев, С. В. Скуркович и сотр., 1973).

Для устранения осложнений, наблюдаемых от введения гетерологичных нативных антитоксических сывороток, предложены различные способы очистки А. от балластных белков: высаливание нейтральными солями, фракционирование с помощью электродиализа, переваривание посредством ферментов. Лучшие результаты были получены методом пептического переваривания (И. А. Перфентьев, 1936). Очистка антитоксических сывороток методом протео-лиза в СССР была осуществлена в Институте эпидемиологии и микробиологии им. Η. Ф. Гамалеи АМН СССР (А. В. Бейлинсон и сотрудниками, 1945). Преимуществом метода протеолиза (диаферм-3) является то, что он дает в 2-4 раза большую степень очистки антитоксинов, чем другие методы, но при этом теряется 30-50% антитоксинов. При протеолизе происходит глубокое изменение молекулы антитоксина и уменьшение его анафилактогенных свойств. Разработаны методы очистки и концентрации антитоксинов с применением гидрата окиси алюминия, фильтрацией через сефадексы (молекулярные сита) и применением ионного обмена. При t° 37° в течение 20 суток титр антитоксина в очищенных сыворотках несколько снижается, затем стабилизируется и сохраняется неизменным до 2 лет и более. После лиофильного высушивания под вакуумом при низких температурах титр антитоксина снижается на 2-25%. Высушенные антитоксины сохраняют свои физические и специфические свойства и могут храниться в течение ряда лет.

Антитоксины подвергаются обязательному контролю на безвредность на морских свинках и апирогенность на кроликах.

Содержание антитоксинов в антитоксических сыворотках выражается в международных единицах (ME), принятых Всемирной организацией здравоохранения, что соответствует минимальному количеству сыворотки, нейтрализующему стандартную единицу токсина, выраженную в минимальных смертельных, некротических или реактивных дозах в зависимости от вида животного и токсина. Например., ME противостолбнячной сыворотки соответствует ее минимальному количеству, нейтрализующему примерно 1000 минимальных смертельных доз (Dim) стандартного токсина для морской свинки весом 350 г; ME противоботулинического антитоксина - наименьшее количество сыворотки, нейтрализующее 10 000 Dim токсина для мышей весом 18-20 г; ME стандартной противодифтерийной сыворотки соответствует ее минимальному количеству, нейтрализующему 100 Dim стандартного токсина для морской свинки весом 250 г.

Для некоторых сывороток, не имеющих принятых международных стандартов, утверждены национальные стандарты, и их активность выражается в национальных единицах, которые называются антитоксическими единицами (АЕ).

При титровании антитоксинов сначала определяют условную (опытную) единицу токсина. Опытная доза токсина обозначается символом Lt (Limes tod) и устанавливается по отношению к стандартной антитоксической сыворотке, выпускаемой Гос. НИИ стандартизации и контроля медицинских биологических препаратов им. Л. А. Тарасевича М3 СССР. Для определения опытной дозы токсина к определенному количеству стандартной сыворотки в соответствии с уровнем титрования (к 1/5, 1/10 или 1/50 ME) в объеме 0,2 мл добавляют убывающие или возрастающие дозы токсина в объеме 0,3 мл. После выдерживания при комнатной температуре в течение 45 минут эту смесь вводят внутривенно белым мышам в объеме 0,5 мл на каждую мышь. За животными наблюдают 4 сут. За опытную дозу принимают то минимальное количество токсина, которое в смеси с принятой дозой стандартной сыворотки вызывает гибель 50% взятых в опыт мышей.

Противоботулинические антитоксические сыворотки типов А, В, С, Е и противогангренозные (Cl. perfringens) В, С титруют на уровне 1/5 ME. Опытная доза токсина подтитровывается также к 1/5 ME стандартной сыворотки. Противоботулиническая сыворотка типа F и противогангренозные сыворотки типов A, D, Е, а также противостолбнячная сыворотка титруются на уровне 1/10 ME. Опытная доза токсина подтитровывается обязательно к 1/10 ME стандартной сыворотки. Противогангренозная сыворотка (Cl. oedematiens) титруется на уровне 1/50 ME. Опытная доза токсина подтитровывается к 1/50 ME стандартной сыворотки. Испытуемые сыворотки разводят в зависимости от предполагаемого титра и к различным разведениям сыворотки в объеме 0,2 мл добавляют опытную дозу токсина в объеме 0,3 мл (в расчете на 1 мышь), смесь оставляют для соединения при комнатной температуре в течение 45 мин. и вводят по 0,5 мл внутривенно белым мышам. Противостолбнячная сыворотка титруется подкожным введением 0,4 мл смеси в заднюю лапку мыши. В опыт на каждую дозу берут не менее двух мышей, смесь готовят из расчета не менее чем на 3 мыши. При каждом титровании сыворотки обязательно ставится контроль активности опытной дозы токсина со стандартной сывороткой.

Принципы титрования дифтерийного антитоксина те же, что и других сывороток, только разведения стандартной сыворотки и опытная доза токсина совместно вводятся внутрикожно морской свинке (метод Ремера). Предварительно со стандартной сывороткой вытитровывается так называемая некротическая доза - limes necrosis (Ln) дифтерийного токсина, представляющая собой то наименьшее количество токсина, которое при внутрикожном введении морской свинке (в объеме 0,05 мл) в смеси с 1/50 ME стандартной противодифтерийной сыворотки вызывает к 4-5-му дню образование некроза. Титрование дифтерийного антитоксина по методу Рамона (реакция флоккуляции) производят с помощью токсина или анатоксина, в к-ром предварительно определяют содержание антигенных единиц (АЕ) в 1 мл. Одну антигенную единицу токсина, обозначаемую как порог флоккуляции - limes flocculationis (Lf), нейтрализует одна единица дифтерийного антитоксина. Для титрования небольших количеств дифтерийного антитоксина применяется и внутрикожный метод Йенсена на кроликах..

Антитоксины широко применяются для профилактики и терапии токсинемических инфекций. Кроме того, их используют для нейтрализации ядов змей, пауков и ядов растительного происхождения.

Библиография: Рамон Г. Сорок лет исследовательской работы, пер. с франц., М., 1962; Резепов Ф. Ф. и д р. Определение безвредности и специфической активности иммунных сывороток и глобулинов, в кн.: Методич. руководство по лаборат. оценке качества бакт. и вирусн. препаратов, под ред. С. Г. Дзагурова, с. 235, М., 1972; Токсины-анатоксины и антитоксические сыворотки. М., 1969; Behring и. К i t а в a t о, Über das Zustandekommen der Diphterie-Immunität und der Tetanus-Immunität bei Tieren, Dtsch. med. Wschr., S. 1113, 1890; Kuhns W. J. a. Pappenheimer A. M. Immunochemical studies of antitoxin produced in normal and allergic individuals hyperimmunized with diphtheria toxoid, J. exp. Med., v. 95,p. 375, 1952; Miller J. F. A. P. a. o. Interaction between lymphocytes in immune responses, Cell. Immunol., v. 2, p. 469, 1971, bibliogr.; White R. G. The relation of the cellular responses in germinal or lymphocytopoietic centres of lymph nodes to the production of antibody, в кн.: Mechanism. antibody formation, p. 25, Prague, 1960.

К. И. Матвеев.

Выделяют пять классов антител (иммуноглобулинов) - IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, различающихся между собой по строению и аминокислотному составу тяжёлых цепей и по выполняемым эффекторным функциям.

История изучения

Самое первое антитело было обнаружено Берингом и Китазато в 1890 году , однако в то время о природе обнаруженного столбнячного антитоксина , кроме его специфичности и его присутствия в сыворотке иммунного животного, ничего определенного сказать было нельзя. Только с 1937 года - исследований Тиселиуса и Кабата, началось изучение молекулярной природы антител. Авторы использовали метод электрофореза белков и продемонстрировали увеличение гамма-глобулиновой фракции сыворотки крови иммунизированных животных. Адсорбция сыворотки антигеном , который был взят для иммунизации, снижала количество белка в данной фракции до уровня интактных животных.

Строение антител

Антитела являются относительно крупными (~150 кДа - IgG) гликопротеинами , имеющими сложное строение. Состоят из двух идентичных тяжелых цепей (H-цепи, в свою очередь состоящие из V H , C Н 1, шарнира, C H 2- и C H 3-доменов) и из двух идентичных лёгких цепей (L-цепей, состоящих из V L - и C L - доменов). К тяжелым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. При помощи протеазы папаина антитела можно расщепить на два Fab (англ. fragment antigen binding - антиген-связывающий фрагмент) и один (англ. fragment crystallizable - фрагмент, способный к кристаллизации). В зависимости от класса и исполняемых функций антитела могут существовать как в мономерной форме (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA), так и в олигомерной форме (димер-секреторный IgA, пентамер - IgM). Всего различают пять типов тяжелых цепей (α-, γ-, δ-, ε- и μ-цепи) и два типа легких цепей (κ-цепь и λ-цепь).

Классификация по тяжелым цепям

Различают пять классов (изотипов ) иммуноглобулинов, различающихся:

• последовательностью аминокислот
• молекулярной массой
• зарядом

Класс IgG классифицируют на четыре подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), класс IgA - на два подкласса (IgA1, IgA2). Все классы и подклассы составляют девять изотипов, которые присутствуют в норме у всех индивидов. Каждый изотип определяется последовательностью аминокислот константной области тяжелой цепи.

Функции антител

Иммуноглобулины всех изотипов бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа

• распознает и связывает антиген, а затем
• усиливает уничтожение и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов.

Одна область молекулы антител (Fab) определяет её антигенную специфичность, а другая (Fc) осуществляет эффекторные функции: связывание с рецепторами, которые экспрессированы на клетках организма (например, фагоцитах); связывание с первым компонентом (C1q) системы комплемента для инициации классического пути каскада комплемента.

Имеет в виду то, что каждый лимфоцит синтезирует антитела только одной определенной специфичности. И эти антитела располагаются на поверхности этого лимфоцита в качестве рецепторов.

Как показывают опыты, все поверхностные иммуноглобулины клетки имеют одинаковый идиотип: когда растворимый антиген , похожий на полимеризованный флагеллин , связывается со специфической клеткой, то все иммуноглобулины клеточной поверхности связываются с данным антигеном и они имеют одинаковую специфичность то есть одинаковый идиотип.

Антиген связывается с рецепторами, затем избирательно активирует клетку с образованием большого количества антител. И так как клетка синтезирует антитела только одной специфичности, то эта специфичность должна совпадать со специфичностью начального поверхностного рецептора.

Специфичность взаимодействия антител с антигенами не абсолютна, они могут в разной степени перекрестно реагировать с другими антигенами. Антисыворотка , полученная к одному антигену, может реагировать с родственным антигеном, несущим одну или несколько одинаковых или похожих детерминант . Поэтому каждое антитело может реагировать не только с антигеном, который вызвал его образование, но и с другими, иногда совершенно неродственными молекулами. Специфичность антител определяется аминокислотной последовательностью их вариабельных областей.

Клонально-селекционная теория :

1. Антитела и лимфоциты с нужной специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.
2. Лимфоциты, которые участвуют в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны. У B-лимфоцитов рецепторы- молекулы той же специфичности, что и антитела, которые лимфоциты впоследствии продуцируют и секретируют.
3. Любой лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.
4. Лимфоциты, имеющие антиген , проходят стадию пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины , которые выделяются другими клетками. Лимфоциты могут сами выделять цитокины.

Вариабельность антител

Антитела являются чрезвычайно вариабельными (в организме одного человека может существовать до 10 8 вариантов антител). Все разнообразие антител проистекает из вариабельности как тяжёлых цепей, так и лёгких цепей. У антител, вырабатываемых тем или иным организмом в ответ на те или иные антигены, выделяют:

• Изотипическая вариабельность - проявляется в наличии классов антител (изотипов), различающихся по строению тяжёлых цепей и олигомерностью, вырабатываемых всеми организмами данного вида;
• Аллотипическая вариабельность - проявляется на индивидуальном уровне в пределах данного вида в виде вариабельности аллелей иммуноглобулинов - является генетически детерминированным отличием данного организма от другого;
• Идиотипическая вариабельность - проявляется в различии аминокислотного состава антиген-связывающего участка. Это касается вариабельных и гипервариабельных доменов тяжёлой и лёгкой цепей, непосредственно контактирующих с антигеном.

Контроль пролиферации

Наиболее эффективный контролирующий механизм заключается в том, что продукт реакции одновременно служит её ингибитором . Этот тип отрицательной обратной связи имеет место при образовании антител. Действие антител нельзя объяснить просто нейтрализацией антигена, потому что целые молекулы IgG подавляют синтез антител намного эффективнее, чем F(ab")2 -фрагменты. Предполагают, что блокада продуктивной фазы T-зависимого B-клеточного ответа возникает в результате образования перекрестных связей между антигеном, IgG и Fc - рецепторами на поверхности B-клеток. Инъекция IgM усиливает иммунный ответ . Так как антитела именно этого изотипа появляются первыми после введения антигена, то на ранней стадии иммунного ответа им приписывается усиливающая роль.

Обручения не было и никому не было объявлено о помолвке Болконского с Наташей; на этом настоял князь Андрей. Он говорил, что так как он причиной отсрочки, то он и должен нести всю тяжесть ее. Он говорил, что он навеки связал себя своим словом, но что он не хочет связывать Наташу и предоставляет ей полную свободу. Ежели она через полгода почувствует, что она не любит его, она будет в своем праве, ежели откажет ему. Само собою разумеется, что ни родители, ни Наташа не хотели слышать об этом; но князь Андрей настаивал на своем. Князь Андрей бывал каждый день у Ростовых, но не как жених обращался с Наташей: он говорил ей вы и целовал только ее руку. Между князем Андреем и Наташей после дня предложения установились совсем другие чем прежде, близкие, простые отношения. Они как будто до сих пор не знали друг друга. И он и она любили вспоминать о том, как они смотрели друг на друга, когда были еще ничем, теперь оба они чувствовали себя совсем другими существами: тогда притворными, теперь простыми и искренними. Сначала в семействе чувствовалась неловкость в обращении с князем Андреем; он казался человеком из чуждого мира, и Наташа долго приучала домашних к князю Андрею и с гордостью уверяла всех, что он только кажется таким особенным, а что он такой же, как и все, и что она его не боится и что никто не должен бояться его. После нескольких дней, в семействе к нему привыкли и не стесняясь вели при нем прежний образ жизни, в котором он принимал участие. Он про хозяйство умел говорить с графом и про наряды с графиней и Наташей, и про альбомы и канву с Соней. Иногда домашние Ростовы между собою и при князе Андрее удивлялись тому, как всё это случилось и как очевидны были предзнаменования этого: и приезд князя Андрея в Отрадное, и их приезд в Петербург, и сходство между Наташей и князем Андреем, которое заметила няня в первый приезд князя Андрея, и столкновение в 1805 м году между Андреем и Николаем, и еще много других предзнаменований того, что случилось, было замечено домашними.
В доме царствовала та поэтическая скука и молчаливость, которая всегда сопутствует присутствию жениха и невесты. Часто сидя вместе, все молчали. Иногда вставали и уходили, и жених с невестой, оставаясь одни, всё также молчали. Редко они говорили о будущей своей жизни. Князю Андрею страшно и совестно было говорить об этом. Наташа разделяла это чувство, как и все его чувства, которые она постоянно угадывала. Один раз Наташа стала расспрашивать про его сына. Князь Андрей покраснел, что с ним часто случалось теперь и что особенно любила Наташа, и сказал, что сын его не будет жить с ними.
– Отчего? – испуганно сказала Наташа.
– Я не могу отнять его у деда и потом…
– Как бы я его любила! – сказала Наташа, тотчас же угадав его мысль; но я знаю, вы хотите, чтобы не было предлогов обвинять вас и меня.
Старый граф иногда подходил к князю Андрею, целовал его, спрашивал у него совета на счет воспитания Пети или службы Николая. Старая графиня вздыхала, глядя на них. Соня боялась всякую минуту быть лишней и старалась находить предлоги оставлять их одних, когда им этого и не нужно было. Когда князь Андрей говорил (он очень хорошо рассказывал), Наташа с гордостью слушала его; когда она говорила, то со страхом и радостью замечала, что он внимательно и испытующе смотрит на нее. Она с недоумением спрашивала себя: «Что он ищет во мне? Чего то он добивается своим взглядом! Что, как нет во мне того, что он ищет этим взглядом?» Иногда она входила в свойственное ей безумно веселое расположение духа, и тогда она особенно любила слушать и смотреть, как князь Андрей смеялся. Он редко смеялся, но зато, когда он смеялся, то отдавался весь своему смеху, и всякий раз после этого смеха она чувствовала себя ближе к нему. Наташа была бы совершенно счастлива, ежели бы мысль о предстоящей и приближающейся разлуке не пугала ее, так как и он бледнел и холодел при одной мысли о том.
Накануне своего отъезда из Петербурга, князь Андрей привез с собой Пьера, со времени бала ни разу не бывшего у Ростовых. Пьер казался растерянным и смущенным. Он разговаривал с матерью. Наташа села с Соней у шахматного столика, приглашая этим к себе князя Андрея. Он подошел к ним.
– Вы ведь давно знаете Безухого? – спросил он. – Вы любите его?
– Да, он славный, но смешной очень.
И она, как всегда говоря о Пьере, стала рассказывать анекдоты о его рассеянности, анекдоты, которые даже выдумывали на него.
– Вы знаете, я поверил ему нашу тайну, – сказал князь Андрей. – Я знаю его с детства. Это золотое сердце. Я вас прошу, Натали, – сказал он вдруг серьезно; – я уеду, Бог знает, что может случиться. Вы можете разлю… Ну, знаю, что я не должен говорить об этом. Одно, – чтобы ни случилось с вами, когда меня не будет…
– Что ж случится?…
– Какое бы горе ни было, – продолжал князь Андрей, – я вас прошу, m lle Sophie, что бы ни случилось, обратитесь к нему одному за советом и помощью. Это самый рассеянный и смешной человек, но самое золотое сердце.
Ни отец и мать, ни Соня, ни сам князь Андрей не могли предвидеть того, как подействует на Наташу расставанье с ее женихом. Красная и взволнованная, с сухими глазами, она ходила этот день по дому, занимаясь самыми ничтожными делами, как будто не понимая того, что ожидает ее. Она не плакала и в ту минуту, как он, прощаясь, последний раз поцеловал ее руку. – Не уезжайте! – только проговорила она ему таким голосом, который заставил его задуматься о том, не нужно ли ему действительно остаться и который он долго помнил после этого. Когда он уехал, она тоже не плакала; но несколько дней она не плача сидела в своей комнате, не интересовалась ничем и только говорила иногда: – Ах, зачем он уехал!

Антитела (иммуноглобулины , ИГ, Ig) - это особый класс гликопротеинов, присутствующих на поверхности В-клеток в виде мембраносвязанных рецепторов и в сыворотке крови и тканевой жидкости в виде растворимых молекул. Они являются важнейшим фактором специфического гуморального иммунитета. Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов - например, бактерий и вирусов. Антитела выполняют две функции: антиген -связывающую и эффекторную (вызывают тот или иной иммунный ответ, например, запускают классическую схему активации комплемента).

Антитела синтезируются плазматическими клетками, которыми становятся В-лимфоциты в ответ на присутствие антигенов. Для каждого антигена формируются соответствующие ему специализировавшиеся плазматические клетки, вырабатывающие специфичные для этого антигена антитела. Антитела распознают антигены, связываясь с определённым эпитопом - характерным фрагментом поверхности или линейной аминокислотной цепи антигена.

Антитела состоят из двух лёгких цепей и двух тяжелых цепей. У млекопитающих выделяют пять классов антител (иммуноглобулинов) - IgG, IgA, IgM, IgD, IgE, различающихся между собой по строению и аминокислотному составу тяжёлых цепей и по выполняемым эффекторным функциям.

История изучения

Самое первое антитело было обнаружено Берингом и Китазато в 1890 году , однако в это время о природе обнаруженного столбнячного антитоксина , кроме его специфичности и его присутствия в сыворотке иммунного животного, ничего определенного сказать было нельзя. Только с 1937 года - исследований Тизелиуса и Кабата, начинается изучение молекулярной природы антител. Авторы использовали метод электрофореза белков и продемонстрировали увеличение гамма-глобулиновой фракции сыворотки крови иммунизированных животных. Адсорбция сыворотки антигеном , который был взят для иммунизации, снижала количество белка в данной фракции до уровня интактных животных.

Строение антител

Общий план строения иммуноглобулинов: 1) Fab ; 2) Fc ; 3) тяжелая цепь; 4) легкая цепь; 5) антиген-связывающийся участок; 6) шарнирный участок

Антитела являются относительно крупными (~150 кДа - IgG) гликопротеинами , имеющими сложное строение. Состоят из двух идентичныхтяжелых цепей (H-цепи, в свою очередь состоящие из V H , C H1 , шарнира, C H2 и C H3 доменов) и из двух идентичных лёгких цепей (L-цепей, состоящих из V L и C L доменов). К тяжелым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. При помощи протеазы папаина антитела можно расщепить на два Fab (англ. fragment antigen binding - антиген-связывающий фрагмент) и один Fc (англ. fragment crystallizable - фрагмент, способный к кристаллизации). В зависимости от класса и исполняемых функций антитела могут существовать как в мономерной форме (IgG, IgD, IgE, сывороточный IgA) так и в олигомерной форме (димер-секреторный IgA, пентамер - IgM). Всего различают пять типов тяжелых цепей (α-, γ-, δ-, ε-и μ- цепи) и два типа легких цепей (κ-цепь и λ-цепь).

Классификация по тяжелым цепям

Различают пять классов (изотипов ) иммуноглобулинов, различающихся:

величиной

• последовательностью аминокислот

Класс IgG классифицируют на четыре подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), класс IgA - на два подкласса (IgA1, IgA2). Все классы и подклассы составляют девять изотипов, которые присутствуют в норме у всех индивидов. Каждый изотип определяется последовательностью аминокислот константной области тяжелой цепи.

Функции антител

Иммуноглобулины всех изотипов бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа

распознает и связывает антиген, а затем

усиливает киллинг и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов.

Одна область молекулы антител (Fab) определяет ее антигенную специфичность, а другая (Fc) осуществляет эффекторные функции: связывание с рецепторами, которые экспрессированы на клетках организма (например, фагоцитах); связывание с первым компонентом (C1q) системы комплемента для инициации классического пути каскада комплемента.

IgG является основным иммуноглобулином сыворотки здорового человека (составляет 70-75 % всей фракции иммуноглобулинов), наиболее активен во вторичном иммунном ответе и антитоксическом иммунитете. Благодаря малым размерам (коэффициент седиментации 7S, молекулярная масса 146 кДа) является единственной фракцией иммуноглобулинов, способной к транспорту через плацентарный барьер и тем самым обеспечивающей иммунитет плода и новорожденного. В составе IgG 2-3 % углеводов ; два антигенсвязывающих F ab -фрагмента и один F C -фрагмент. F ab -фрагмент (50-52 кДа) состоит из целой L-цепи и N-концевой половины H-цепи, соединённых между собой дисульфидной связью , тогда как F C -фрагмент (48 кДа) образован C-концевыми половинами H-цепей. Всего в молекуле IgG 12 доменов (участки, сформированные из β-структуры и α-спиралей полипептидных цепей Ig в виде неупорядоченных образований, связанных между собой дисульфидными мостиками аминокислотных остатков внутри каждой цепи): по 4 на тяжёлых и по 2 на лёгких цепях.

IgM представляют собой пентамер основной четырехцепочечной единицы, содержащей две μ-цепи. При этом каждый пентамер содержит одну копию полипептида с J-цепью (20 кДа), который синтезируется антителообразующей клеткой и ковалентно связывается между двумя соседними F C -фрагментами иммуноглобулина. Появляются при первичном иммунном ответе B-лимфоцитами на неизвестный антиген, составляют до 10 % фракции иммуноглобулинов. Являются наиболее крупными иммуноглобулинами (970 кДа). Содержат 10-12 % углеводов. Образование IgM происходит ещё в пре-B-лимфоцитах, в которых первично синтезируются из μ-цепи; синтез лёгких цепей в пре-B-клетках обеспечивает их связывание с μ-цепями, в результате образуются функционально активные IgM, которые встраиваются в поверхностные структуры плазматической мембраны, выполняя роль антиген распознающего рецептора; с этого момента клетки пре-B-лимфоцитов становятся зрелыми и способны участвовать в иммунном ответе.

IgA сывороточный IgA составляет 15-20 % всей фракции иммуноглобулинов, при этом 80 % молекул IgA представлено в мономерной форме у человека. Секреторный IgA представлен в димерной форме в комплексе секреторным компонентом , содержится в серозно-слизистых секретах (например в слюне , слезах, молозиве , молоке , отделяемом слизистой оболочки мочеполовой и респираторной системы). Содержит 10-12 % углеводов, молекулярная масса 500 кДа.

IgD составляет менее одного процента фракции иммуноглобулинов плазмы, содержится в основном на мембране некоторых В-лимфоцитов. Функции до конца не выяснены, предположительно является антигенным рецептором с высоким содержанием связанных с белком углеводов для В-лимфоцитов, еще не представлявшихся антигену . Молекулярная масса 175 кДа.

Классификация по антигенам

так называемые «антитела-свидетели заболевания» , наличие которых в организме сигнализирует о знакомстве иммунной системы с данным возбудителем в прошлом или о текущем инфицировании этим возбудителем, но которые не играют существенной роли в борьбе организма с возбудителем (не обезвреживают ни самого возбудителя, ни его токсины, а связываются со второстепенными белками возбудителя).

аутоагрессивные антитела , или аутологичные антитела, аутоантитела - антитела, вызывающие разрушение или повреждение нормальных, здоровых тканей самого организма хозяина и запускающие механизм развития аутоиммунных заболеваний .

аллореактивные антитела, или гомологичные антитела, аллоантитела - антитела против антигенов тканей или клеток других организмов того же биологического вида. Аллоантитела играют важную роль в процессах отторжения аллотрансплантантов, например, при пересадке почки , печени , костного мозга , и в реакциях на переливание несовместимой крови.

гетерологичные антитела, или изоантитела - антитела против антигенов тканей или клеток организмов других биологических видов. Изоантитела являются причиной невозможности осуществления ксенотрансплантации даже между эволюционно близкими видами (например, невозможна пересадка печени шимпанзе человеку) или видами, имеющими близкие иммунологические и антигенные характеристики (невозможна пересадка органов свиньи человеку).

антиидиотипические антитела - антитела против антител, вырабатываемых самим же организмом. Причём это антитела не «вообще» против молекулы данного антитела, а именно против рабочего, «распознающего» участка антитела, так называемого идиотипа. Антиидиотипические антитела играют важную роль в связывании и обезвреживании избытка антител, в иммунной регуляции выработки антител. Кроме того, антиидиотипическое «антитело против антитела» зеркально повторяет пространственную конфигурацию исходного антигена, против которого было выработано исходное антитело. И тем самым антиидиотипическое антитело служит для организма фактором иммунологической памяти, аналогом исходного антигена, который остаётся в организме и после уничтожения исходных антигенов. В свою очередь, против антиидиотипических антител могут вырабатываться анти-антиидиотипические антитела и т. д.

Специфичность антител

Имеет в виду то, что каждый лимфоцит синтезирует антитела только одной определенной специфичности. И эти антитела располагаются на поверхности этого лимфоцита в качестве рецепторов.

Как показывают опыты, все поверхностные иммуноглобулины клетки имеют одинаковый идиотип: когда растворимый антиген , похожий на полимеризованный флагеллин , связывается со специфической клеткой, то все иммуноглобулины клеточной поверхности связываются с данным антигеном и они имеют одинаковую специфичность то есть одинаковый идиотип.

Антиген связывается с рецепторами, затем избирательно активирует клетку с образованием большого количества антител. И так как клетка синтезирует антитела только одной специфичности, то эта специфичность должна совпадать со специфичностью начального поверхностного рецептора.

Специфичность взаимодействия антител с антигенами не абсолютна, они могут в разной степени перекрестно реагировать с другими антигенами. Антисыворотка , полученная к одному антигену, может реагировать с родственным антигеном, несущим одну или несколько одинаковых или похожих детерминант . Поэтому каждое антитело может реагировать не только с антигеном, который вызвал его образование, но и с другими, иногда совершенно неродственными молекулами. Специфичность антител определяется аминокислотной последовательностью их вариабельных областей.

Клонально-селекционная теория :

Антитела и лимфоциты с нужной специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.

Лимфоциты, которые участвуют в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны. У B-лимфоцитов рецепторы- молекулы той же специфичности, что и антитела, которые лимфоциты впоследствии продуцируют и секретируют.

Любой лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.

Лимфоциты, имеющие антиген , проходят стадию пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины , которые выделяются другими клетками. Лимфоциты могут сами выделять цитокины.

Вариабельность антител

Антитела являются чрезвычайно вариабельными (в организме одного человека может существовать до 10 8 вариантов антител). Все разнообразие антител проистекает из вариабельности как тяжёлых цепей, так и лёгких цепей. У антител, вырабатываемых тем или иным организмом в ответ на те или иные антигены, выделяют:

Изотипическая вариабельность - проявляется в наличии классов антител (изотипов), различающихся по строению тяжёлых цепей и олигомерностью, вырабатываемых всеми организмами данного вида;

Аллотипическая вариабельность - проявляется на индивидуальном уровне в пределах данного вида в виде вариабельности аллелей иммуноглобулинов - является генетически детерминированным отличием данного организма от другого;

Идиотипическая вариабельность - проявляется в различии аминокислотного состава антиген-связывающего участка. Это касается вариабельных и гипервариабельных доменов тяжёлой и лёгкой цепей, непосредственно контактирующих с антигеном.

Контроль пролиферации

Наиболее эффективный контролирующий механизм заключается в том, что продукт реакции одновременно служит ее ингибитором . Этот тип отрицательной обратной связи имеет место при образовании антител. Действие антител нельзя объяснить просто нейтрализацией антигена, потому что целые молекулы IgG подавляют синтез антител намного эффективнее, чем F(ab")2 -фрагменты. Предполагают, что блокада продуктивной фазы T-зависимого B-клеточного ответа возникает в результате образования перекрестных связей между антигеном, IgG и Fc - рецепторами на поверхности B-клеток. Инъекция IgM, усиливает иммунный ответ . Так как антитела именно этого изотипа появляются первыми после введения антигена, то на ранней стадии иммунного ответа им приписывается усиливающая роль.

А3 . Действие каких факторов вызывает необратимую денатурацию белка?

А4 . Укажите, что наблюдается при действии на растворы белков концентрированной азотной кислоты:

А5 . Белки, выполняющие каталитическую функцию, называются:

А6. Белок гемоглобин выполняет следующую функцию:

Часть Б

Б1 . Соотнесите:

Б2 . Белки:

Часть С

С1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых из этанола и неорганических веществ можно получить глицин.

Вариант 2

Часть А

А1 . Массовая доля какого элемента в белках наибольшая?

А2 .Укажите, к какой группе веществ относится гемоглобин:

А3. Свертывание спирали в клубок-«глобулу» характеризует:

А4 . При горении белков ощущается запах:

А5 . Появление желтой окраски при взаимодействии раствора белка с концентрированной азотной кислотой указывает на наличие в белке остатков аминокислот, содержащих:

А6 .Белки, защищающие от проникающих в клетку бактерий:

Часть Б

Б1. Белки можно обнаружить:

Б2 . Какие утверждения о белках верны?

Часть С

С1. Осуществить превращения :

Н 2 О/Hg 2 + +Ag 2 O/NH 3(р-р) +Cl 2 NH 3 (изб.)

С 2 Н 2 → Х 1 → Х 2 → Х 3 → Х 4

Вариант 3

Часть А

А1 .Первичная структура белка представляет собой:

А2 .Витки спирали вторичной структуры белка скреплены главным образом за счет связей:

А3. Денатурация белков приводит к разрушению:

А4 . Укажите общую качественную реакцию на белки:

А6. Антитела и антитоксины выполняют следующую функцию белков:

Часть Б

Б1. Соотнесите:

Б2 . При гидролизе белков могут образоваться вещества:

Часть С

С1. Напишите уравнения реакций образования дипептида из:

а) аспарагиногвой кислоты (2-аминобутандиовой кислоты);

б) из аминоуксусной кислоты и аланина.

Вариант 4

Часть А

А1 .Вторичная структура белка обусловлена:

А2 . Объединение четырех глобул в молекулу гемоглобина характеризует:

Антитела: это белки вырабатываемые клетками лимфоидных органов (В лимфоцитами) под влиянием антигена и способные вступать с ними в специфическую связь. При этом антитела могут нейтрализовать токсины бактерий и вирусов, их называют антитоксины и вируснейтрализующие антитела.

Могут осаждать растворимые антигены - преципитины, склеивать корпускулярные антигены - агглютинины.

Природа антител: антитела относятся к гаммаглобулинам. В организме гаммаглобулины вырабатываются плазмоцитами и составляют в сыворотки крови 30% от всех белков.

Гаммаглобулины несущие функцию антител называются иммуноглобулинами и обозначаются Ig. Белки Ig по химическому составу относятся к гликопротеидам, то есть состоят из протеинов, сахаров, 17 аминокислот.

Молекула Ig:

При электронной микроскопии молекула Ig имеет форму игрек с изменяющимся углом.

Структурная единица Ig - мономер.

Мономер состоит из 4 полипептидных цепей связанных друг с другом дисульфидными связями. Из 4 цепей две цепи длинные по середине изогнутые. Молекулярная масса от 50-70 кД - это так называемые тяжелые Н цепи, а две цепи короткие прилегают к верхним отрезкам Н цепей, молекулярная масса 24 кД - это легкие L цепи.

Вариабельные легкие и тяжелые цепи совместно образуют участок, который специфически связывается с антигеном - антигенсвязывающий центр Fab- фрагмент, Fc- фрагмент отвечающий за активацию комплемента.

Fab (англ. fragment antigen binding -- антиген-связывающий фрагмент) и один Fc (англ. fragment crystallizable -- фрагмент, способный к кристаллизации).

Классы иммуноглобулинов:

Ig М - составляет от 5-10% сывороточных иммуноглобулинов. Это самая крупная молекула из всех пяти классов иммуноглобулинов. Молекулярная масса 900 тыс. кД. Первым появляется в сыворотки крови при внедрении антигена. Наличие Ig М указывает на острый процесс. Ig М агглютинирует и лизирует антиген, а также активирует комплемент. Привязан к кровеносному руслу.

Ig G - составляет от 70-80 % сывороточных иммуноглобулинов. Молекулярная масса 160 тыс. кД. Синтезируется при вторичном иммунном ответе, способен преодолевать плацентарный барьер и обеспечивать иммунную защиту новорожденных впервые 3-4 месяца, затем разрушается. В начале заболевания количество Ig G незначительно, но по мере развития болезни количество их увеличивается. Ему принадлежит главная роль в защите от инфекций. Высокие титры Ig G свидетельствуют о том, что организм находится на стадии выздоровления или на недавно перенесенную инфекцию. Обнаруживается в сыворотки крови и через слизистую кишечника распространяется в тканевой жидкости.

Ig А - составляет от 10-15%, молекулярная масса 160 тыс. кД. Играет важную роль в защите слизистых оболочек дыхательных и пищеварительных трактов, мочеполовой системы. Различают сывороточные и секреторные Ig А. Сывороточный обезвреживает микроорганизмы и их токсины, не связывает комплемент и не проходит через плацентарный барьер.

Секреторные Ig А активируют комплемент и стимулируют фагоцитарную активность в слизистых оболочках, содержится преимущественно в выделениях слизистых оболочек, слюне, слезной жидкости, поте, отделяемого нося, где обеспечивает защиту поверхностей сообщающихся с внешней средой от микроорганизмов. Синтезируется плазматическими клетками. В сыворотке человека, представлен мономерной формой. Обеспечивает местный иммунитет.

Ig Е- его в сыворотке количество невелико и лишь небольшая часть плазматических клеток синтезирует Ig Е. Образуются в ответ на аллергены и взаимодействуя с ними вызывают реакцию ГНТ. Синтезируется В-лимфоцитами и плазматическими клетками. Через плацентарный барьер не проходит.

Ig D -участие его недостаточно изучено. Почти весь находится на поверхности лимфоцитов. Продуцируется клетками миндалин и аденоидов. IgD не связывает комплемент, не проходит через плацентарный барьер. Ig D и Ig А взаимосвязаны между собой осуществляют активацию лимфоцитов. Концентрация Ig D увеличивается при беременности, при бронхиальной астме, при системной красной волчанке.

Нормальные антитела (естественные)

В организме содержится определенный уровень их, образуются без явлений антигенной стимуляции. К ним относятся антитела против эритроцитарных антигенов, группы крови, против кишечных групп бактерий.

Процесс выработки антител, их накопление и исчезновение имеют определенные характеристики, которые различны при первичном иммунном ответе (это ответ при первичной встречи с антигеном) и вторичном иммунном ответе (это ответ при повторном контакте с тем же антигеном спустя 2-4 недель).

Синтез антител при любом иммунном ответе протекает в несколько стадий - это латентная стадия, логарифмическая, стационарная и фаза снижения антител.

Первичный иммунный ответ:

Латентная фаза: в этот период происходит процесс распознавания антигена и формирования клеток, которые способны синтезировать антитела к нему. Продолжительность этого периода 3-5 дней.

Логарифмическая фаза: скорость синтеза антител невелика. (продолжительность 15-20 дней).

Стационарная фаза: титры синтезируемых антител достигают максимальных значений. Первыми синтезируются антитела, относящиеся к иммуноглобулинам класса М, затем G. Позже могут появляться Ig А и Ig Е.

Фаза снижения: уровень антител снижается. Продолжительность от1-6 мес.

Вторичный иммунный ответ.