Речовини, не здатні самостійно викликати синтез антитіл, але можуть специфічно з ними реагувати, називають неповними антигенами, або гаптенами.

Гаптени стимулюють вироблення антитіл тільки будучи кон’югованими з високомолекулярними білковими речовинами або в суміші з ними. Гаптенами є прості хімічні речовини – седормід, антипірин, динітрофенол, ліпіди, пептиди, кінцеві моно- і дисахариди, ДНК, РНК. Прості елементи, прості і складні неорганічні сполуки антигенністю не наділені. Деякі гаптени легко поєднуються з білками in vivo, набувають при цьому антигенних властивостей і здатності викликати підвищену чутливість шкіри. Ці речовини отримали назву протоантигенів. Їх поділяють на 4 групи:

1) важкі метали: нікель, хром, платина;

2) органічні натуральні і синтетичні речовини: сердомід, антипірин, пеніцилін, стрептоміцин;

3) ароматичні аміни;

4) ефірні масла рослинного походження.

Величина молекули гаптена приблизно відповідає величині однієї окремої антигенної детермінанти. Гаптени здатні продукувати імунну відповідь тільки після зв’язування з повним антигеном (носієм).

Найчастіше антигенами є речовини білкової природи або сполуки білків з ліпоїдами та вуглеводами, рідше – полісахариди (переважно бактеріального походження). Антигенами можуть бути як шкідливі, так і нешкідливі для організму речовини. Повні антигени можуть мати у своєму складі два і більше детермінантних угрупування і є двовалентними(полівалентними ) антигенами. Валентність антигена – це кількість детермінант на молекулі антигена, або, точніше, кількість молекул антитіл, які можуть до неї приєднатися. Як видно з таблиці 1, валентність знаходиться в прямій залежності від молекулярної маси (ММ) речовини, однак ця закономірність не абсолютна. Повні антигени зазвичай мають велику кількість детермінант, кожна з яких здатна індукувати утворення антитіл відповідної специфічності.

Таблиця 1

Валентність і молекулярна маса деяких речовин

Антиген	Мінімальна валентність	Молекулярна маса
Яєчний альбумін Сировотковий альбумін Дифтерійний токсин Тиреоглобулін Гемоцианін		43-44

 

Неантигенні речовини можуть набувати антигенних властивостей при адсорбції їх на часточках вугілля, каоліну, що призводить до укрупнення молекули. Неповні антигени (гаптени) мають лише одне детермінантне угрупування, тобто є одновалентними.

В структурному відношенні антиген складається з двох частин – високомолекулярного носія і високо- або низькомолекулярного детермінантного угрупування. Носієм є білок або полісахарид, а детермінантами специфічності – різноманітні прості угрупування: кислотні радикали, дипептиди, амінокислоти, кінцеві моносахариди. Антиген з невід’ємною з носієм детермінантою називають однокомпонентним, а з детермінантою, що відділяється – двокомпонентним.

Речовина має антигенні властивості для даної тварини в тому випадку, коли вона генетично чужорідна для його лімфоїдної системи. Антигенність чужорідних речовин знижується при наявності в їх складі загальної хімічної структури.

Заміна однієї-двох амінокислот у складі поліпептидного ланцюга молекули білка або кінцевих амінокислот достатня, щоб такі молекули відрізнялись в антигенному відношенні. Інсулін вівці відрізняється від інсуліну коня, свині і бика тільки однією амінокислотою, але він уже викликає слабкі імунні реакції у перерахованих тварин. Навіть незначні зміни структури речовини можуть трансформувати її в антиген для власного організму. Зміна специфічності антигена відбувається при введенні в молекулу нітритів, галогенів, при метилуванні, ацетилуванні. При певних умовах реактивність організму до даного антигена може послабитись і навіть зникнути або, навпаки, посилитись, тобто організм може змінювати свою реактивність по відношенню до антигенних речовин.

Клітини деяких тканин і органів, що в нормальних умовах не контактують з клітинами лімфоїдного апарату (кришталик, щитоподібна залоза), у випадку пошкодження бар’єрних механізмів стають антигенами для власного організму, тобто аутоантигенами.

Аутоантигени також можуть з’являтися в організмі при зміні нормальної структури власних макромолекул під впливом фізичних факторів (холодові, опікові), мікробних токсинів і внаслідок вікових змін.

Контакт з антигеном при певних умовах може сприяти і пригніченню специфічної імунологічної реактивності організму, тобто може приводити до виникнення імунологічної толерантності.

Приклади антигенних речовин: бактерії, гриби, найпростіші, віруси, мікробні токсини, екстракти гельмінтів, отрути багатьох змій, бджіл, природні білкові речовини, рослинні токсини, клітини або тканини, що потрапили до організму в результаті інфекції, ін’єкції або трансплантації, а також клітинні стінки, ципоплазматичні мембрани, рибосоми і мітохондрії.

Оскільки природні антигени зазвичай досить складні за хімічною структурою, вони викликають одночасно не один, а декілька видів специфічної імунної відповіді, хоча як правило одна з них у нормальних тварин домінує. Відповідь залежить від видових та індивідуальних властивостей тварини, її резистентності в даний момент, а при інфекції, рівною мірою, і від біологічних властивостей мікроорганізму.

 

2. Класифікація антигенів. Антигени поділяють на повні (органічні речовини складної хімічної структури) і неповні (гаптени – органічні речовини простої, в деяких випадках складної хімічної структури, також неорганічні речовини).

Повні антигени:

- протеїни;

- нуклеопротеїни;

- полісахариди;

- ліпосахариди.

Неповні антигени поділяють на прості і складні. Прості в свою чергу на:

- моносахариди;

- прості органічні і неорганічні речовини;

Складні неповні антигени:

- полісахариди;

- поліпептиди;

- нуклеїнові кислоти;

- ліпіди.

Класифікація антигенів з врахуванням генетичних взаємовідносин донора і реципієнта:

1. Аутогенні (аутологічні) – власні антигени організму (аутоантигени), які за певних умов можуть індукувати утворення антитіл. Трансплантати власних тканин індивіда називаються аутотрансплантатами.

2. Ізогенні (ізологічні) – ізогенність означає генетичну ідентичність індивідів (наприклад, однояйцевих близнюків). Трансплантати між такими індивідами називаються ізотрансплантатами.

3. Сингенні – сингенність означає приналежність донора і реципієнта до одної й тої ж інбредної лінії тварин.

4. Алогенні (гомологічні) – алогенність означає приналежність донора та реципієнта до генетично неідентичних індивідів одного й того ж виду. Трансплантати між такими індивідами називаються алотрансплантатами. Вони гістонесумісні і відторгуються.

5. Ксеногенні (гетерологічні) – ксеногенність означає приналежність донора і реципієнта до різних видів.

Розрізняють також тимусзалежні антигени, на які відповідають В-клітини за участю лімфоцитів тимусного походження і тимуснезалежні антигени, які стимулюють безпосередньо В-клітини, і відповідь на які можна отримати у безтимусних тварин.

 

3. Специфічність антигена. Специфічністю називають здатність антигена вибірково реагувати з антитілами або сенсибілізованими лімфоцитами, які з’явились в результаті імунізації. За специфічність антигена відповідають певні ділянки його молекули, які називають детермінантами (епітопами).

Специфічність взаємодії антигена з антитілом може бути настільки висока, що набувають значення дуже незначні варіанти просторової конфігурації детермінант. У білків заміна навіть однієї амінокислоти може змінити специфічність антигена.

Розрізняють видову, групову, органну і органоїдну специфічність антигенів.

Видова специфічність. Антигени, які є тільки у тварин одного виду, носять назву видових, вони містяться у всіх тканинах і органах. Антигени з різко вираженою видовою специфічністю містяться у сироватці крові, печінці, селезінці. М’язи, шкіра і головний мозок різних видів тварин менш диференційовані в антигенному відношенні, оскільки вони побудовані з білків з відносно низькою антигенністю. Видова специфічність менш виражена у білків більш близьких таксономічних видів.

Групова специфічність. Серед тварин одного виду є групи, що відрізняються специфічними антигенами. Такі антигени називаються ізоантигенами. У людей є 19 груп за ізоантигенами еритроцитів.

Органна специфічність. Одні й ті ж органи різних тварин мають антигени однакової специфічності. У зв’язку з цим імунні сироватки до тканин одного виду тварин реагують з тканинами того ж органу інших видів. Органоспецифічні антигени виявлені в легенях, печінці, нирках, у щитоподібній і підшлунковій залозах, в нервовій тканині і кришталику ока.

Органоїдна специфічність. Органоїди клітин (мітохондрії, мікросоми та інші)маютьспецифічніантигени, що відображають відмінності в їх хімічній структурі.

Стадіоспецифічні антигени - це антигени, що з’являються тільки на певній стадії ембріонального розвитку.

 

4. Конкуренція антигенів. З’ясування закономірностей конкуренції антигенів, попри теоретичні аспекти, має важливе практичне значення, оскільки це явище лімітує склад та кількість антигенів у вакцинах. Багато антигенів, введених сумісно, індукують незалежну імунну відповідь, аналогічну тій, яка формується, коли антигени вводять роздільно. Але при сумісному введенні деяких антигенів, наприклад, бичачого альбуміну та глобуліну, синтез антитіл і реакції клітинного імунітету до альбуміну менш виражені, ніж при їх роздільному введенні.

Під конкуренцією антигенів розуміють зниження відповіді на даний антиген під впливом іншого, неспорідненого антигена. Розрізняють внутрішньомолекулярну та міжмолекулярну антигенну конкуренцію.

Деякі речовини проявляють конкурентний вплив лише при введенні їх послідовно через певні проміжки часу. Таку конкуренцію називають послідовною. Якщо еритроцити барана та коня вводити послідовно, то знижується відповідь на той антиген, який вводиться другим.

Конкуренція антигенів відмічається при імунізації тварин білковими антигенами, що містять в одній молекулі різні антигенні детермінанти.

При введенні в різні ділянки тіла, конкуренція антигенів, за одними даними, не відмічається, за іншими – проявляється. Є спостереження і про посилення відповіді при сумісному введенні антигенів. Преімунізація кроликів деякими антигенами підвищує відповідь до арсенілового гаптену, кон’югованого з людським сироватковим альбуміном. Однак результат залежить від доз антигена, строків його введення, інтервалів між ін’єкціями. На дуже великі дози антигена після преімунізації відповідь не лише не підвищується, але навіть пригнічується.

Конкуренція до тимусзалежного антигена, введеного через кілька днів після першого антигена, може бути викликана нестачею вільних Т-клітин-хелперів в зв’язку із залученням їх у імунну відповідь першим антигеном. Конкуренція проявляється при використанні одного й того ж гаптена, але з різними носіями, і при введенні різних гаптенів з одним і тим же носієм, на який реагують Т-клітини.

Конкуренція антигенів може проявлятися як на первинну, так і на вторинну імунну відповідь. Посилити відповідь на даний антиген можна шляхом повторних імунізацій. Преімунізація, сприяючи проліферації відповідного клону імунокомпетентних клітин проти слабкого антигена, робить його більш сильним.

 

5. Антигени еритроцитів. В еритроцитах людини розрізняють три основних різновиди антигенів:

1) гетерофільні антигени, наприклад антиген Форсмана, який зустрічається у багатьох видів тварин і бактерій;

2) неспецифічні, або видові, антигени, що не зустрічаються у інших видів тварин, але містяться в еритроцитах всіх людей;

3) специфічні, або групові, антигени – ізоантигени, що містяться в еритроцитах одних індивідів і відсутні у інших. Із усіх систем еритроцитарних антигенів найбільше значення в практиці мають системи АВ0 та Rh.

5.1. Система АВ0. В 1901 році Ландштейнер виявив в еритроцитах людини два антигени: А і В. В подальшому виявилось, що за вмістом в еритроцитах цих антигенів люди діляться на 4 групи: 0 (І) – немає антигенів А і В, А (ІІ) – є антиген А, В (ІІІ) – є антиген В, і АВ (IV) – є обидва антигени (табл. 2). Антигени А і В містяться також в лейкоцитах, тромбоцитах, різноманітних тканинах, слині, спермі, сечі, сльозах, але відсутні в кришталику ока, плаценті, шкірі та спинномозковій рідині. Оскільки антигени А і В індукують синтез антитіл, що аглютинують еритроцити, їх називають аглютиногенами, а антитіла до групових речовин крові – аглютинінами.

Таблиця 2

Аглютиногени в еритроцитах і аглютиніни в сироватці крові

різних груп людей

Групи крові	Аглютиногени	Аглютиніни
А	В	а	b
0 (І) А (ІІ) В (ІІІ) АВ (ІV)	- + - +	- - + +	+ - + -	+ + - -

Знаком + відмічено наявність відповідних аглютиніна чи аглютиногена; знаком “–“ - їх відсутність

 

У сироватці крові постійно містяться антитіла до тих антигенів, які відсутні в еритроцитах даного індивіда. Ці антитіла викликають аглютинацію еритроцитів, що містять гомологічний антиген. На основі цих закономірностей було створено вчення про сумісність груп крові і розроблені схеми, які забезпечують можливість безпечного переливання крові з лікувальною метою. При переливанні крові існує небезпека аглютинації еритроцитів донора аглютинінами реципієнта. Аглютиніни донорів серйозної небезпеки не представляють, так як вони розчиняються в сироватці реципієнта, а також блокуються його розчинними антигенами.

Ускладнення при переливанні крові можуть також виникнути від несумісності і за іншими системами антигенів. Як бачимо з таблиці 2, кров І групи можна переливати особам всіх інших груп, так як антигенів А і В в еритроцитах цієї групи немає і тому немає небезпеки аглютинації трансплантованих еритроцитів. Кров ІІ групи можна перелити особам ІІ та ІV груп, кров ІІІ групи – особам ІІІ та ІV груп, а кров ІV групи – тільки індивідам цієї ж групи.

На практиці, як правило, переливають тільки одногрупну кров, хоча і в цьому випадку повністю не виключається несумісність через невелику кількість ізоантитіл до антигенів Н або ж до антигенів іншої системи. Для попередження ускладнень навіть при переливанні одногрупної крові перевіряють, чи не аглютинуються еритроцити донора сироваткою реципієнта.

5.2. Система Rh-антигенів. Rh-антиген був відкритий Ландштейнером та Венером у 1940 році. Вони встановили, що сироватка кроликів, імунізованих еритроцитами макак-резус, аглютинує еритроцити людини. З цього випливало, що еритроцити мавп і людини містять спільний антиген, який був названий Rh-антигеном. Він є в еритроцитах 85% популяції європейських народів, у решти 15% відсутній; має 6 основних різновидів, об’єднаних в систему “Резус” – С, D, Е, е, d, с. Головна роль належить антигену D. Цей антиген є у населення всього світу, за винятком деяких народностей Далекого Сходу, де він зустрічається лише у 4% осіб. З антигеном D системи “Резус” зв’язані імунологічні конфлікти між організмом резус-негативної матері, що не містить антиген D, і резус-позитивного плоду, що приводить до гемолітичної хвороби новонароджених.

Якщо у Rh-негативної вагітної жінки плід успадкував Rh-антиген від батька, його антигени можуть поступати в організм матері через нормальну або, можливо, пошкоджену плаценту, де індукують синтез Rh-антитіл. Останні через плаценту проникають в організм плода і викликають руйнування його еритроцитів, що приводить до гемолітичної анемії плода. Важкість конфлікту при кожній наступній вагітності зростає, в зв’язку з поступанням великої кількості Rh-антигена в організм матері при пологах і підвищенням інтенсивності імунної відповіді матері при повторних стимуляціях Rh-антигеном через тривалий відрізок часу. Переливання Rh-позитивної крові Rh-негативним індивідам індукує синтез антитіл, які викликають аглютинацію Rh-позитивних еритроцитів при повторних переливаннях крові через великі відрізки часу. Тому при переливаннях крові проводять проби на сумісність за резус-фактором. Для нейтралізації резус-антигенів плоду, що потрапляють в організм матері при пологах, жінкам перед пологами або зразу ж після них вводять антирезусну сироватку, яка блокує резус-антигени і відміняє індукцію утворення протирезусних антитіл в організмі породіллі.

 

6. Лейкоцитарні антигени. Видова антигенна специфічність лейкоцитів встановлена ще у 1900 році. Докази існування групових лейкоцитарних антигенів отримані в 1958 році Даусетом. На сьогодні вже відомо більше 30 лейкоцитарних антигенів, що містяться не лише в лейкоцитах, але й в інших клітинах та тканинах: тромбоцитах, гранулоцитах, фібробластах, епітелії шкіри, спермі. За допомогою мічених феринітом антитіл показано, що лейкоцитарні антигени розміщуються дискретно на клітинній мембрані у вигляді накопичень (бляшок), будучи зв’язаними з її ліпідними компонентами. Оскільки ці антигени викликають реакції трансплантаційного імунітету проти інших тканин, їх називають також трансплантаційними антигенами, або антигенами гістосумісності.

У хребетних тварин є поліморфна система Н-антигенів, до яких належать і лейкоцитарні (трансплантаційні) антигени. Н-антигени розміщуються в основному на поверхневих мембранах усіх клітин, що містять ядра і, частково, в цитоплазмі, але не виявлені в мозку та безклітинному компоненті опорних тканин.

Після видалення з поверхні клітин, вони повністю відновлюються через 4-6 годин. Біологічна роль трансплантаційних антигенів до кінця не з’ясована. Можливо, вони виконують роль фермента або його регулятора, роль вірусного рецептора або рецептора антигена на Т-лімфоцитах.

У хімічному відношенні трансплантаційні антигени є ліпопротеїнами, глікопротеїнами або білками. У людини вони відносяться до системи HLA (Human Leukocyte A-system), у мишей – до Н-2.

Молекули HLA-антигенів людини мають ММ 130 000, складаються з двох легких та двох важких ланцюгів, що мають ММ 50 000 та 12 000 відповідно. Важкі ланцюги складаються з трьох доменів, схожих за будовою до доменів імуноглобулінів. Вони схожі між собою і за складом і мають ММ 15 000, 13 000 і 20 000. HLA- та Н-2-антигени мають структурну схожість з імуноглобулінами, що стало приводом для припущення про те, що вони можуть виконувати функцію рецепторів Т-лімфоцитів. Виділяють розчинні лейкоцитарні антигени системи HLA людини за допомогою ультразвуку низької частоти, гіпертонічних соляних розчинів та іншими методами.

Система НLA є самостійною і не залежить від еритроцитарних систем антигенів.

У системі HLA розрізняють сильні та слабкі антигени, контрольовані відповідними локусами (ділянками) в хромосомах. У кожного індивіда є не більше 4 сильних антигенів. При несумісності донора та реципієнта за сильними антигенами трансплантат відторгається швидше, ніж при несумісності за слабкими антигенами. Підбір сумісних донорів (що не містять лейкоцитарних антигенів, відсутніх у реципієнтів, або містять лише слабкі антигени) значно продовжує виживання трансплантатів.

Зі специфікою наборів антигенів системи АВ0 та HLA пов’язаний ряд імунних захворювань. Так, у дітей з важкими імунодефіцитними станами виявлені певні антигени системи HLA. Інтенсивність утворення антитіл на деякі види пилку рослин при полінозах зчеплена із системою HLA.

7. Антигени мікробів. До складу мікроорганізмів входять білки, полісахариди, ліпіди, сполуки білків з полісахаридами і ліпідами, нуклеїнові кислоти. Складність хімічного складу мікробів зумовлює їх мозаїчність в антигенному відношенні. У мікробній клітині зазвичай міститься декілька різних антигенів та гаптенів.

Мікробні антигени поділяються на дві групи:

1) групові – загальні для двох та більше видів бактерій, що входять в один і той же або різні роди;

2) специфічні – наявні лише в даного виду та відсутні в інших видів.

Найбільш складними в хімічному відношенні продуктами мікробного походження є протеїни. Молекули мікробних протеїнів можуть бути дуже великого розміру. Так ММ білка вірусу мозаїчної хвороби тютюну дорівнює 17 000 000.

 

8. Алергени. Алергени – це антигени або гаптени, які викликають гіперчутливість. Алергени дуже чисельні. Одними з найважливіших є інгаляційні алергени – це пилок рослин, рослинний пил, лусочки шкіри, шерсть та пір’я тварин, продукти виділення комах, плісняві гриби або спори, кімнатний пил та цілий ряд низькомолекулярних хімічних сполук.

До харчових алергенів відносяться поживні речовини рослинного та тваринного походження (такі як риба, молоко, яйця, горіхи, томати, полуниця та інші) і чисельні медикаменти (амінофеназол, левоміцетин, пеніцилін та інші).

Алергени, які впливають на шкіру – це, в основному низькомолекулярні сполуки, що входять до складу косметичних, дезинфікуючих, миючих та лікувальних засобів; вони діють переважно як гаптени, тобто перетворюються в повний антиген тільки після з’єднання з білком.

Існують також сполуки, які викликають алергію не проти самих себе, а до продуктів свого метаболізму.

 

Питання для самоконтролю

1. Дайте визначення термінів „антиген”, „повний антиген”, „неповний антиген (гаптен)”. 2. Охарактеризуйте такі властивості антигенних сполук як антигенність, імуногенність, специфічність. 3. Які специфічні імунні реакції викликають антигени? 4. Поясніть зв’язок валентності антигена з його антигенністю. 5. Розкажіть про структуру антигенної речовини. 6. Дайте визначення поняттю „утоантиген”. 6. Класифікація антигенів за хімічною будовою. 7. Класифікація антигенів за генетичними взаємовідносинами донора і реципієнта. 8. Охарактеризуйте видову, групову, органну, органоїдну специфічність антигенів. 9. Поясніть явище конкуренції антигенів. 10. Різновиди антигенів еритроцитів людини. 11. Опишіть найбільш відомі системи групових еритроцитів людини. 12. Поясніть механізм виникнення резус-конфлікту матері та плоду. 13. Охарактеризуйте головний комплекс гістосумісності. 14. Характеристика антигенів мікроорганізмів. 15. Дайте визначення терміну „алерген”.

 

ІМУНОГЛОБУЛІНИ (АНТИТІЛА)

 

1. Загальна характеристика імуноглобулінів. Надзвичайно важливу і фундаментальну властивість пари антиген-антитіло відкрив Ландштейнер у 30-і роки. Правда, ні він сам і ніхто інший довгі роки не оцінювали фундаментальність спостереження Ландштейнера, поки не досягла належного рівня розвитку молекулярна генетика імуноглобулінів. Експериментальні спостереження вченого полягали в тому, що ссавці здатні виробляти антитіла з однаковим успіхом як на природні антигени, так і на штучно синтезовані хімічні сполуки, не схожі за хімічною структурою на природні біомолекули. Прикладний висновок був зроблений негайно: по всьому світу в лабораторіях стали отримувати імунні сироватки проти потрібних речовин, як специфічні реагенти для визначення заданих речовин. Фундаментальність висновку полягає в тому, що репертуар антигензв’язуючих властивостей антитіл організму формується на основі деяких випадкових процесів, а не запрограмований еволюційним “знанням” (не закріплений відбором) з боку організму – що є для нього антигеном, а що ні.

 

2. Біологічні властивості та функції антитіл. За рухливістю в електричному полі білки сироватки крові поділяються на альбуміни і три глобулінові фракції: a-, b-, і g-глобуліни (найменш рухливі). Антитіла – це особливі розчинні білки з певною біохімічною структурою (імуноглобуліни), які наявні в сироватці крові та інших біологічних рідинах і які організм виробляє для зв’язування різноманітних антигенів. Всі антитіла – імуноглобуліни. Не можна сказати, що всі імуноглобуліни – антитіла. Ми говоримо про антитіла тільки відносно антигена,тобто, якщознаємо антиген. Якщо ми не знаємо антиген, комплементарний певному імуногобуліну, то ми маємо лише імуноглобулін.

Міжнародна абревіатура імуноглобулінів – Ig. Велика буква поряд з Ig означає один із існуючих у ссавців класів імуноглобулінів – M, G, A, E, D, наступна арабська цифра означає субклас. Субкласи є лише у імуноглобулінів класів G (G1, G2, G3, G4) і А (А1, А2). Класи та підкласи, разом взяті, називають ізотипами імуноглобулінів. Таким чином, ізотипів є 9. П’ять класів імуноглобулінів є тільки у ссавців, але у всіх видів ссавців гомологічні всі ці 5 класів.Це говорить про те, що 5 класів імуноглобулінів склались в процесі еволюції до видоутворення ссавців.

Антитіла зв’язують специфічний антиген і здійснюють ряд біологічних функцій: фіксують комплемент, викликають лізис клітин, здійснюють опсонізуючий вплив, вибірково проникають через фізіологічні бар’єри. Антитіла вважають білками-адаптерами до тих речовин, які не розщеплюються ферментами тканин. З’єднання антитіл з таким антигеном сприяє руйнуванню його ферментними системами даного організму і прискорює видалення чужорідної високомолекулярної речовини. Біологічна функція антитіл зумовлена їх високою специфічністю, яка проявляється в здатності реагувати у більш вираженій мірі з гомологічним, ніж зі схожим у хімічному відношенні антигеном.

Антитіла синтезуються виключно В-лімфоцитами. Кожен одиничний В-лімфоцит синтезує єдиний варіант антитіла за ознакою структури антигензв’язуючого центру молекули. У процесі формування імунної відповіді можливе переключення синтезу ізотипу імуноглобулінупри збереженні незмінної структури антигензв’язуючого центру.

Усі В-лімфоцити організму здатні синтезувати близько 10¹⁶ варіантів антитіл, випадкових за специфічністю до антигенів.

Молекули імуноглобулінів однієї й тієї ж специфічності по антигену присутні в організмі у двох фізичних станах – у розчині та на мембрані клітини і в трьох формах:

Ø У розчинній формі у крові та інших біологічних рідинах (імуноглобулін, що секретується клітиною);

Ø На мембрані В-лімфоцита в складі рецептора В-лімфоцитів для антигена – BCR (B-cell receptor) (трансмембранна форма Ig). Трансмембранні форми усіх класів Ig, включаючи IgM і IgA, мономери;

Ø Зв’язані з клітинами, але не в трансмембранному варіанті, а зв’язані за Fc-кінець Fc-рецептором клітини. У вільному стані лише IgE здатні зв’язуватися рецепторами на тучних клітинах, базофілах, дендритних клітинах та деяких інших типах клітин. Для решти Ig характерна фіксація на Fc-рецепторах на клітинах тільки після зв’язування антитіла з антигеном, тобто фіксується не вільне антитіло, а комплекс антиген-антитіло через Fc-кінець молекули Ig (на макрофагах, нейтрофілах, еозинофілах).

 

3. Фізико-хімічні властивості антитіл. До складу g-глобулінів входять 18 амінокислот. У найбільшій кількості містяться глютамінова і аспарагінова кислоти, треонін, серин і валін. Хімічний склад деяких імуноглобулінів наведений в таблиці 3. Як видно з даних таблиці, g-глобуліни кроля і людини, а також імуноглобуліни окремих класів відрізняються за вмістом амінокислот, що входять до їх складу.

Таблиця 3

Амінокислотний склад імуноглобулінів

Амінокислоти	Вміст амінокислот, г на 100 г білка
кролячий IgG	людський IgG	Людський IgM
Лізин Гістидін Аргінін Аспарагінова к-та Треонін Серин Глютамінова к-та Пролін Гліцин Аланін Валін Метионін Ізолейцин Лейцин Тирозин Фенілаланін Цистин Триптофан	5,76 1,73 4,42 8,08 10,37 8,32 11,05 6,79 3,98 3,71 8,36 1,13 3,49 6,73 6,17 4,15 2,63 2,90	7,09 2,44 4,02 7,77 7,04 9,13 11,18 6,40 3,37 3,29 7,92 0,93 2,16 7,40 5,76 4,07 2,07 2,63	4,91 1,98 4,75 6,95 6,17 6,58 9,92 4,95 2,91 3,12 5,77 1,02 2,83 6,09 4,01 3,85 2,30 2,47

 

При лімфопроліферативних захворюваннях і багатьох хронічних інфекційних захворюваннях у сироватці крові виявляється особливий вид глобулінів – кріоглобуліни. Молекулярна маса цих антитіл знаходиться в межах 150 000 – 900 000.

Молекули антитіл мають форму еліптичних циліндрів або циліндричних паличок довжиною до 24-25 нм і поперечним перерізом 4-5 нм.

Антитіла не руйнуються при короткочасному впливу на них слабких кислот і лугів, витримують нагрівання до 60⁰, не інактивуються трипсином протягом 7 років при температурі 37⁰С. Зазвичай електричний заряд антитіл протилежний заряду гомологічного антигена.

 

4. Молекулярна структура антитіл. Розшифровка хімічної структури детермінантних груп антигена та рецепторних груп антитіл, з’ясування фізичних факторів, що забезпечують їх комплементарність, є ключем до розуміння механізмів синтезу безмежної кількості специфічних антитіл та їх високої специфічності. Для вивчення молекулярної структури антитіл використовують методи розщеплення молекул імуноглобулінів на окремі фрагменти.

Під впливом протеаз антитіло розщеплюється на дві частини, причому специфічна активність характерна лише одній з утворених частин, яка є більш стійкою до впливу фізичних факторів. На основі цих спостережень було зроблено висновки, що активні групи зосереджені на одному з полюсів антитіла. Таким чином, антитіло є молекулою білка, що містить невелику активну (рецепторну) групу. Як і білковий носій детермінантної групи антигена, носій активної групи антитіла не наділений специфічністю. Під впливом деяких факторів неспецифічна частина молекули антитіла може пошкоджуватися, але непошкоджена рецепторна група – активний центр антитіла – зберігає здатність з’єднуватися зі специфічним антигеном. Реакція між антигеном та антитілами при цьому невидима через відсутність другої фази імунної реакції – аглютинації, преципітації.

Згідно номенклатури, імуноглобуліни за їх антигенними і біологічними властивостями і структурними особливостями, як уже згадувалося, діляться на п’ять класів: IgM, IgG, IgA, IgD, IgE. Імуноглобуліни G та А поділяються на підкласи. За деякими фізико-хімічними властивостями імуноглобуліни окремих класів людини схожі з відповідними класами імуноглобулінів інших видів тварин. Усі класи та підкласи імуноглобулінів відрізняються амінокислотною послідовністю важких ланцюгів. Синтез класу і підкласу антитіл залежить від природи антигена, шляху поступання його в організм і часу, який пройшов з початку імунізації.

На основі вивчення фрагментів антитіл, які утворюються під впливом протеаз, у 1962 році Портер розробив принципову схему будови молекули гамаглобуліну. Подальші дослідження підтвердили правильність цієї схеми. Молекули імуноглобулінів усіх класів складаються з ідентичних двох важких Н-(Heavy) та ідентичних двох легких L-(Light) ланцюгів, з’єднаних між собою дисульфідними місточками (рис. 1).

 

V C

L

H

2 H 1

L

Рис. 1. Схема будови молекули імуноглобуліну.1 – С-кінцева частина; 2 – N-кінцева частина; L – L-ланцюг; H – H-ланцюг; V – V-ділянка; C – C-ділянка.

 

Існує три категорії дисульфідних зв’язків: міжланцюгові дисульфідні зв’язки між Н- і L-ланцюгами і між Н-ланцюгами, які зумовлюють четвертинну структуру молекули; міжланцюгові дисульфідні зв’язки, що зумовлюють полімеризацію молекули, дисульфідні місточки всередині ланцюгів – 2 в легких і 4 у важких. До складу IgM i IgA входить ще й J-ланцюг. L-ланцюги, отримані із імуноглобулінів різних класів, здатні рекомбінуватися як з гомологічними, так і з гетерологічними Н-ланцюгами. Останні є класоспецифічними, оскільки відмінності у структурі постійних учасників важких ланцюгів окремих класів виключають можливість формування гібридних молекул, які складаються з Н-ланцюгів різних класів.

Відповідно до кожного класу імуноглобулінів (М, G, A, D, E) розрізняють п’ять типів важких ланцюгів: m (мю), g (гама), a (альфа), d (сігма), e (іпсилон), які мають молекулярну масу в межах 50 000 – 70 000 (табл. 4). Структуру молекули імуноглобуліну класу G можна уявити наступним чином: a - g - g - a. Як в легких, так і у важких ланцюгах є V-область, у якій послідовність амінокислот непостійна (Various) і С-область (Constant), де постійно знаходяться одні й ті ж амінокислоти. В легких і важких ланцюгах розрізняють NH₂- та COOH- кінцеві частини. Легкі ланцюги для усіх класів є однаковими і бувають двох типів - æ (капа) і l (лямбда) (табл. 4). Але у однієї молекули антитіла обидва ланцюги можуть бути тільки однозначними – капа або лямбда. У людини капа-ланцюги у молекулі IgG складають 70%, а лямбда-ланцюги – 30%.

Таблиця 4

Номенклатура та молекулярна формула імуноглобулінів людини

Імуноглобуліни	Важкі ланцюги	Легкі ланцюги	Молекулярна формула
IgG 1	g^a	ǽ,l	(g^аǽ)2, (g^аl)2
IgG 2	g^b	ǽ,l	(g^bǽ)2, (g^bl)2
IgG 3	g^c	ǽ,l	(g^cǽ)2, (g^cl)2
IgG 4	g^d	ǽ,l	(g^dǽ)2, (g^dl)2
IgA	a	ǽ,l	(aǽ)2, (al)2
IgM	m	ǽ,l	[(mǽ)2]5, [(ml)2]5
IgD	d	ǽ,l	(dǽ)2, (dl)2
IgE	e	ǽ,l	(eǽ)2, (el)2

 

Серед імуноглобулінів одного класу зазвичай виявляються легкі ланцюги обох типів. Кожен тип ланцюгів має специфічну первинну поліпептидну структуру, і їх синтез контролюється окремим геном. Гени не алельні.

При розщепленні Ig вдається отримати фрагменти молекул і їх ланцюгів. Фермент папаїн розриває молекулу Ig на 3 фрагменти: 2 Fab (не кристалізуються, містять детермінантні групи до антигена) і Fc-фрагмент (кристалізується). Fab фрагменти здатні з’єднуватися з антигеном, вони не проходять через плаценту, але можуть фіксуватися у шкірі.

Fab і Fс фрагменти є компактними утвореннями, з’єднаними між собою гнучкими ділянками важкого ланцюга, завдяки чому молекула Ig має гнучку структуру.

Fc фрагменти не з’єднуються з антигеном, бо не містять рецепторних груп, але можуть з’єднуватися з комплементом, проходять через плаценту, викликають анафілактичну реакцію. Відщеплення Fc фрагмента не впливає на специфічну активність антитіла, він забезпечує зв’язок антитіла з клітинами.

Домени – ділянки молекули Ig. Важкий ланцюг можна розбити на 4 домени, а легкий – на 2. Кожен домен містить 110 амінокислотних залишків і 1 дисульфідний зв’язок, що утворює петлю.

Перший домен важкого ланцюга утворює V-частину. Решта 3 – С-частину. Домени з’єднані послідовно поліпептидним зв’язком, а з гомологічними доменами – через дисульфідні зв’язки.

В Ig перший домен відповідає за розпізнавання антигена, другий – утворює структуру, комплементарну С-ділянці легкого ланцюга, третій – забезпечує фіксацію комплементу, четвертий – зв’язується з клітинною поверхнею і зумовлює розпізнавання антигена клітинами.

У всіх доменах молекул імуноглобулінів є однакові (загальні) послідовності залишків амінокислот. З найбільшою стабільністю у цих консервативних (або гомологічних) послідовностях присутній триптофан. Наявність таких консервативних загальних послідовностей розглядають як молекулярне свідчення генетичної спільності: гени, що кодують окремі домени, походять від загального предкового гена (шляхом дуплікації, мультиплікації, а потім дивергентної еволюції). Гомологічні названим послідовності амінокислот присутні, окрім імуноглобулінів, і в молекулах інших білків. Ці інші білки експресуються в клітинах імунної і нервової систем. Такій спільності в структурі відповідає і спільність функціонального призначення – участь у процесах молекулярного розпізнавання і взаємодії клітин. Білки, що містять послідовності амінокислот, ідентифіковані спочатку в імуноглобулінах, об’єднують в одне суперсімейство – суперсімейство імуноглобулінів IgSF(immunoglobuline superfamily). Крім