Антитела, также известные как иммуноглобулины (Ig), играют важную роль в адаптивной иммунной системе. Эти антигенсвязывающие белки продуцируются В-клетками и составляют 20 процентов от общей плазмы крови по весу. У млекопитающих антитела делятся на пять разных классов, каждый из которых вызывает различный биологический ответ при связывании антигена.
Антитела состоят из четырех полипептидных цепей: двух идентичных тяжелых цепей примерно из 440 аминокислот каждая и двух идентичных легких цепей, состоящих примерно из 220 аминокислот каждая. Эти цепи образуют Y-образную структуру, которая удерживается вместе за счет комбинации ковалентных дисульфидных связей и нековалентных связей. Кроме того, большинство антител несут остатки сахара. Процесс добавления боковых цепей сахара к белку называется гликозилированием.
И легкая цепь, и тяжелая цепь вносят вклад в сайт связывания антигена на каждом из концов Y-структуры. Эти 110–130 аминокислот очень вариабельны, что позволяет распознавать практически неограниченное количество антигенов. Эта область также называется вариабельной областью и является частью антигенсвязывающего фрагмента.
Каждое плечо Y-образного элемента несет идентичный сайт связывания антигена. Антитела могут перекрестно связывать антигены: когда одно плечо связывается с одним антигеном, а другое плечо связывается со вторым, структурно идентичным антигеном. Сшиванию способствует гибкая шарнирная область, которая соединяет плечи антитела со стержнем и допускает различные расстояния между сайтами связывания антигена. Крупные решетки из поперечно сшитых антигенов впоследствии быстрее и легче поглощаются макрофагами, одновременно удаляя большее количество антигена.
Стволовая область антитела также называется областью кристаллизующегося фрагмента (Fc) и определяет эффекторную функцию антитела. Через домен Fc антитело может взаимодействовать с рецепторами Fc на других иммунных клетках, таких как В-клетки, макрофаги и тучные клетки. Область Fc часто гликозилирована, препятствуя доступу рецептора Fc или позволяя ему доступ. Следовательно, изменение состояния гликозилирования антитела позволяет быстро модулировать функцию антитела.
Антитела классифицируются по количеству Y-образных структур и типу тяжелых цепей. Антитела класса IgD, IgE и IgG имеют единую Y-образную структуру, обеспечивающую два идентичных сайта связывания антигена на концах их плеч. Говоря более научным языком: у них валентность два. Однако IgD, IgE и IgG различаются по составу дисульфидных и нековалентных связей между двумя их тяжелыми цепями. IgA может существовать как мономер или как димер, напоминая два Y, которые соединены у своего основания. В виде димера IgA имеет четыре идентичных антигенсвязывающих сайта – валентность четыре. IgM может встречаться в виде мономера, но чаще встречается в виде пентамера, что придает ему валентность 10.
Антитела IgG – это молекулы антител, которых больше всего в крови, и они секретируются в больших объемах, когда конкретный патоген встречается во второй раз. IgG вносят вклад в устранение патогенов несколькими способами. Они опсонизируют патогены, чтобы вызвать фагоцитоз макрофагами или нейтрофилами. Активность этих фагоцитирующих клеток усиливается системой комплемента, каскадом ферментативных белков. Сама система комплемента запускается IgG. Кроме того, IgG – единственные антитела, которые могут проникать через плаценту от матери к плоду. Они также выделяются в материнское молоко, тем самым обеспечивая пассивный иммунитет, защищающий ребенка от инфекций.
IgA защищает поверхности слизистых оболочек, таких как желудочно-кишечный тракт, дыхательные пути и мочеполовые пути. Прежде всего, он нейтрализует бактерии, предотвращая их перемещение через эпителий. IgA также секретируется в слизь, слезы, слюну и молозиво (богатая антителами секреция материнской груди в течение первых дней после родов). IgA появляется в виде димера, когда он секретируется, и в виде мономера в жидкостях организма.
Мономеры класса IgM первыми появляются на наивных В-клетках. IgM представляют собой основной класс антител, которые секретируются В-клетками в ответ на первое воздействие антигена – ответ первичных антител. Когда антиген связывается с молекулой IgM, он активирует систему комплемента и нейтрализует патогены.
Функции антител IgD не совсем понятны, но, похоже, они напоминают функции IgM.
IgE сложно изучать из-за их низкого уровня в биологических жидкостях, и они известны своим негативным влиянием на самочувствие человека: аллергией. Во время аллергической реакции IgE связывается со своим родственным антигеном. Впоследствии Fc-область IgE связывается с тучными клетками и базофилами, типом белых кровяных телец. Взаимодействие IgE и Fc-рецептора на поверхности клетки вызывает высвобождение гистаминов и интерлейкинов, что, в свою очередь, вызывает аллергические симптомы, такие как чихание и зуд.
Антитела – важный инструмент во многих научных дисциплинах, а также в диагностике, а иногда и лечении заболеваний. Для производства антител антиген вводится ферме или лабораторному животному, часто кроликам, курицам, хомячкам или козам, а затем выделяется из крови животного.
