Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Przeciwciała - podział i funkcje
31.12.2012
Przeciwciała - podział i funkcje

Przeciwciała są najważniejszym elementem układu odpornościowego, który odpowiada za ochronę organizmu przed wszelkimi atakującymi go patogenami. Immunoglobuliny (czyli białka o funkcji przeciwciał – te dwa określenia są używane wymiennie) są obecnie szeroko stosowane w medycynie, zarówno jako leki, jak i narzędzia diagnostyczne. Dlatego szczegółowe zapoznanie się z ich budową i właściwościami jest kluczowe nie tylko dla zrozumienia mechanizmów odporności, ale i współczesnej medycyny.


Przeczytaj również:

Szczepienie przez infekcję bakteryjną – to możliwe

Transfer genów oporności u bakterii pod lupą naukowców


Przeciwciała to duże białka o kształcie zbliżonym do wielkiej litery Y. Występują w płynach ustrojowych wszystkich kręgowców. Są one wykorzystywane przez układ odpornościowy do identyfikowania i neutralizowania obcych obiektów w organizmie, takich jak na przykład wirusy czy bakterie. Każda makrocząsteczka immunoglobuliny posiada zdolność łączenia się z określonym celem, nazywanym antygenem, a dokładniej łączy się z fragmentem antygenu, nazywanym epitopem. Zazwyczaj jest on zbudowany z łańcucha peptydowego o długości od 5 do 8 aminokwasów i znajduje się na powierzchni białka. Cząsteczką antygenu może być dowolna substancja, która jest w stanie wzbudzić przeciwko sobie odpowiedź odpornościową swoistą, lub po prostu reaguje z przeciwciałami. Antygeny często znajdują się na powierzchni wirusów czy komórek bakteryjnych atakujących organizm.

Cząsteczka immunoglobuliny składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych: dwóch ciężkich (oznaczanych literą H, od angielskiego słowa heavy, czyli ciężki) oraz dwóch lekkich (analogicznie oznaczanych literą L od angielskiego słowa light – lekki). Łańcuchy te są połączone między sobą mostkami dwusiarczkowymi, czyli wiązaniami pomiędzy dwoma atomami siarki. Immunoglobuliny dzielą się na pięć klas w związku z różnicą w budowie ciężkich łańcuchów:

  1. Immunoglobuliny A (IgA) – posiadają ciężki łańcuch w formie α (alfa)
  2. Immunoglobuliny D (IgD) – posiadają ciężki łańcuch w formie δ (delta)
  3. Immunoglobuliny E (IgE) – posiadają ciężki łańcuch w formie ε (epsilon)
  4. Immunoglobuliny G (IgG) – posiadają ciężki łańcuch w formie γ (gamma)
  5. Immunoglobuliny M (IgM) – posiadają ciężki łańcuch w formie μ (mi)

Stwierdzono również występowanie drobnych różnic w budowie ciężkich łańcuchów w obrębie jeden klasy, co stało się przyczyną do wyodrębnienia podklas, takich jak na przykład: IgG1, IgG2, IgG3 i IgG4. Istnieją również dwa typy lekkich łańcuchów: κ (kappa) i λ (lambda). Te drugie, analogicznie jak klasy łańcuchów ciężkich, występują w odmianach.

Schemat budowy cząsteczki immunoglobuliny

źródło:  goo.gl/kLvHY

Immunoglobuliny składające się wyłącznie z czterech opisanych wcześniej łańcuchów określane są jako forma monomeryczna, zatem jak nietrudno się domyślić występuje również forma polimeryczna. Znajduje się w niej dodatkowy łańcuch łączący J (od angielskiego słowa joining – łączący), służący do łączenia ze sobą monomerów. Ma on masę 15,6 kDa i zawiera osiem reszt cysternowych. Nie jest on jednak niezbędny do otrzymania formy polimerycznej, gdyż udowodniono istnienie takich form nieposiadających łańcucha J.

Część cząsteczki przeciwciała odpowiadająca za wiązanie z antygenem, nazywana paratopem, znacznie się różni między znanymi immunoglobulinami. Niektóre przeciwciała zaliczają się do grupy wielospecyficznych, oznacza to, że są w stanie rozpoznać i związać się z więcej niż jednym antygenem. Naturalnie istnieje też druga grupa – przeciwciał monoklonalnych, które wiążą się tylko z jednym, ściśle określonym antygenem. Za specyficzność każdej immunoglobuliny odpowiadają jej hiperzmienne regiony (po trzy w każdym z czterech łańcuchów), ponieważ to właśnie one tworzą miejsce wiążące epitop.

Pięć klas przeciwciał

źródło: http://goo.gl/xkqmE

Przeciwciała klasy A (IgA) występują w 80-95% w formie monomerycznej, pozostałe tworzą formy polimeryczne wykorzystując w tym celu łańcuch J. Immunoglobuliny A wytwarzane przez ludzki organizm w największych ilościach, w rzeczywistości jest ich więcej niż wszystkich pozostałych razem wziętych. Co prawda w surowicy jest ich mniej niż IgG, ale są one głownie spotykane w wydzielinach, takich jak ślina, łzy czy śluz. Dzięki temu stanowią główną obronę błon surowiczych i śluzowych przez wszelkimi infekcjami.

Immunoglobuliny G występują wyłącznie w formie monomerycznej. Są bardzo wszechstronne i posiadają wszystkie funkcje cząsteczek przeciwciał. Stanowią największą frakcję immunoglobulin w surowicy, spotyka się je również w przestrzeniach pozanaczyniowych, mogą przenikać przez łożysko. Wiele komórek ma receptory dla fragmentów łańcuchów ciężkich IgG. To właśnie dzięki tym receptorom komórki K (np.: makrofagi, monocyty, niektóre limfocyty T) potrafią zniszczyć komórki opłaszczone IgG.

Przeciwciała klasy M posiadają dodatkową domenę w swoim ciężkim łańcuchu. Tworzą polimery (często pentametry) wykorzystując w tym celu łańcuch J, porównywane ze względu na swój kształt do płatka śniegu. Są trzecią najbardziej rozpowszechnioną klasą przeciwciał występujących w serum. Organizm wytwarza je w początkowej fazie odpowiedzi immunologicznej; są również pierwszymi przeciwciałami syntetyzowanymi podczas rozwoju osobniczego.

IgD spotyka się dość licznie (wraz z IgM) na powierzchni limfocytów B, które nie zetknęły się jeszcze z antygenem – są ich receptorami immunoglobulinowymi. Ze względu na to, że występują w niskim stężeniu, trudno przypisać im istotną rolę w płynach tkankowych. Ich funkcje nadal pozostają mało poznane.

Immunoglobuliny E, tak samo jak IgM, posiadają cztery domeny w ciężkich łańcuchach. Spotyka się je w formie monomerów, są najmniej rozpowszechnione w serum. Wiążą się bardzo mocno z receptorami bazofilów i komórek tucznych, zanim nastąpi ich interakcja z antygenem. W ten sposób biorą udział w reakcjach alergicznych. Są również istotną linią obrony w chorobach pasożytniczych.

We współczesnych badaniach oraz w medycynie najczęściej wykorzystuje się przeciwciała monoklonalne, ze względu na ich swoistość. Przykładem przeciwciała wykorzystywanego w medycynie jest Trastuzumab, spotykany w handlu pod nazwą Herceptin. Stosowany jest w leczeniu niektórych rodzajów raka piersi. Potrafi on związać się z białkiem HER2, które jest produkowane przez komórki raka piersi w zwiększonych ilościach, powodując ich niekontrolowaną reprodukcję. Kiedy Trastuzumab przyłączy się do białka HER2, zatrzymuje on proces reprodukcji. Przeciwciała wykorzystywane są również w różnego rodzaju testach diagnostycznych, na przykład testach ciążowych, gdzie reakcja na specyficzne białka zawarte w moczu ciężarnej kobiety wiążą się z monoklonalnymi przeciwciałami powodując powstanie kolorowego paska na teście, wskazując w ten sposób na ciążę.

Cały czas prowadzone są badania nad przeciwciałami na szeroką skalę, tworzone są nowe immunoglobuliny specyficzne do pożądanych antygenów. Firmy farmaceutyczne na całym świecie pracują nad otrzymywaniem nowych leków na choroby, których obecnie nie potrafimy skutecznie leczyć, wykorzystując właśnie te cząsteczki. Mimo że wiadomo już o nich wiele, ciągle znajdują się dla nich nowe zastosowania. Ich ogromny potencjał sprawia, że najpewniej jeszcze nie raz wszystkich zaskoczą.

 

Tomasz Domagała

 

Źródła:

Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W., Stokłosa T. (2008) Immunologia 21-47

http://www.news-medical.net/health/Antibody-What-is-an-Antibody.aspx

KOMENTARZE
Newsletter