Antivielas (imūnglobulīni): kas tās ir un kā darbojas
Uzzini, kas ir antivielas (imūnglobulīni), kā tās atpazīst un neitralizē antigēnus, kā veidojas un darbojas humorālā imunitāte, aizsargājot organismu.
Antivielas (sauktas arī par imūnglobulīniem) ir lieli Y formas proteīni, kas var pieķerties baktēriju un vīrusu virsmai. Tās ir atrodamas mugurkaulnieku asinīs vai citos ķermeņa šķidrumos. Antivielas ir adaptīvās imūnsistēmas galvenais elements.
Antiviela atpazīst unikālu ārzemju mērķa daļu, ko sauc par antigēnu. Katrs antivielas "Y" gals satur struktūru (kā slēdzene), kas atbilst vienai konkrētai atslēgai līdzīgai struktūrai uz antigēna. Tas sasaista abas struktūras kopā.
Izmantojot šo saistīšanās mehānismu, antiviela var iezīmēt mikrobu vai inficētu šūnu, lai uzbruktu citām imūnsistēmas daļām, vai arī var tieši neitralizēt savu mērķi. Antivielu veidošanās ir galvenā humorālās imunitātes funkcija.
Katra antiviela ir atšķirīga. Tās visas ir izstrādātas tā, lai uzbruktu tikai viena veida antigēnam (praksē tas nozīmē vīrusu vai baktēriju). Piemēram, antiviela, kas paredzēta, lai iznīcinātu bakas, nespēj iznīcināt buboņu mēri vai saaukstēšanos.
Lai gan visu antivielu vispārējā struktūra ir ļoti līdzīga, šis nelielais reģions olbaltumvielas galā ir ļoti mainīgs. Tas ļauj pastāvēt miljoniem antivielu ar atšķirīgu galu struktūru. Katrs no šiem variantiem var saistīties ar atšķirīgu antigēnu. Šī milzīgā antivielu daudzveidība ļauj imūnsistēmai atpazīt tikpat dažādus antigēnus.
Kā antivielas ir uzbūvētas
Antiviela parasti sastāv no četriem polipeptīdu ķēdēm: divām garākām smagajām ķēdēm un divām īsākām vieglajām ķēdēm, kas kopā veido Y formas molekulu. Katram "Y" galam ir mainīgā (variablā) zona, kas atbild par antigēna atpazīšanu, un apakšējā daļa (Fc reģions) — konstanta zona, kas sazinās ar citām imūnsistēmas sastāvdaļām.
Dažas svarīgas īpašības:
- Variable (V) reģioni nosaka specifisko saistīšanos ar antigēnu.
- Fc reģions saistās ar Fc receptoru uz fagocītu, NK šūnu un citu efektoru šūnu virsmām un aktivizē komplementu.
- Antivielas var veidot monomērus (parasti IgG, IgD, IgE), pentamērus (IgM) vai dimerus (sekretorā IgA).
Antivielu klases (izotipi)
Izšķir piecas galvenās antivielu klases, katra ar saviem uzdevumiem:
- IgG — visizplatītākā asinīs; labi neitralizē patogēnus, aktivizē komplementu un šķērso placentu, nodrošinot jaundzimušā pasīvo imunitāti.
- IgM — veidojas agrīnā imūnreakcijas fāzē; parasti pentamērs, tāpēc labi aglutinē un aktivizē komplementu.
- IgA — dominē gļotādās (elpošanas un gremošanas traktā) un mātes pienā; nodrošina lokālu aizsardzību un neitralizē patogēnus pie ieejām.
- IgE — saistīta ar alerģiskām reakcijām un parazītu infekciju aizsardzību; saistoties ar mastocītiem un bazofiliem, izraisa histamīna izdalīšanos.
- IgD — galvenokārt uz neaktīvu B šūnu virsmas kā receptoru, loma pilnībā nav līdz galam skaidrota.
Kā antivielas aizsargā organismu
Antivielas izmanto vairākus mehānismus, lai novērstu infekcijas vai atbrīvotos no mikrobiem:
- Neitralizācija: piesaistot toksīnus vai vīrusus, antivielas bloķē to spēju iekļūt šūnās.
- Opsonizācija: antivielas "iezīmē" patogēnus, padarot tos vieglāk sagremojamus fagocītiem.
- Komplementa aktivācija: Fc reģions var aktivēt klasisko komplementa ceļu, izraisot mikrobu lizīzi.
- ADCC (antibody-dependent cellular cytotoxicity): antivielas var piesaistīt NK šūnas, kas nogalina inficētās šūnas.
- Aglutinācija un precipitācija: antivielas var savienot vairākus mikrobus kopā, ierobežojot to izplatīšanos un atvieglojot fagocitozi.
Kā veidojas antivielu daudzveidība
Imūnsistēma spēj radīt miljoniem atšķirīgu antivielu pateicoties šādiem mehānismiem:
- V(D)J rekombinācija: B šūnas genomā tiek nejauši apvienotas dažādas gēnu segmentu kopas, radot unikālas mainīgās zonas.
- Somatiske mutācijas: pēc antigēna saskares B šūnas var veikt punktmutācijas mainīgajos reģionos, izvēloties variantus ar lielāku afinitāti ("affinity maturation").
- Klases maiņa (class switching): sākotnēji sintezētās IgM/IgD antivielas var mainīties uz IgG, IgA vai IgE atkarībā no signālu (citoķīnu) ietekmes, saglabājot antigēna specifiskumu, bet mainot Fc funkciju.
Imūnsistēmas atmiņa, vakcinācija un pasīvā imunitāte
Pēc saskares ar antigēnu daļa B šūnu pārvēršas par atmiņas B šūnām, kas pēc atkārtotas saskares rūpīgāk un ātrāk ražo augstas afinitātes antivielas — tas ir vakcinācijas pamats. Pasīvā imunitāte rodas, ja antivielas tiek nodotas gatavas: piemēram, caur placentu (IgG) vai mātes pienu (sekretorā IgA), vai arī ar transfūzijām kā IVIG terapija.
Klīniskā nozīme un izmantošana
Antivielas tiek plaši izmantotas medicīnā:
- Diagnostikā: testi kā ELISA un imunofluorescence atrod antivielas vai antigēnus infekciju, autoimūnu slimību un alerģiju noteikšanai.
- Terapeitiski: monoklonālās antivielas tiek lietotas vēža, autoimūno slimību un infekciju ārstēšanā, mērķtiecīgi bloķējot noteiktas molekulas vai iezīmējot šūnas terapijai.
- Vakcinācija: stimulējot organisma antivielu ražošanu, vakcīnas nodrošina ilgtermiņa aizsardzību pret specifiskiem patogēniem.
Noslēgums
Antivielas ir daudzfunkcionālas proteīnu molekulas, kas nodrošina specifisku aizsardzību pret patogēniem, sadarbojoties ar citiem imūnsistēmas elementiem. To spēja atpazīt dažādus antigēnus, uzlabot saistīšanos ar laiku un mainīt klasi padara tās par centrālu aizsardzības mehānismu un vērtīgu instrumentu mūsdienu medicīnā.
Katra antiviela saistās ar konkrētu antigēnu; tas darbojas kā slēdzene un atslēga.
1. Fragmenta antigēnu saistošais reģions2 . Fragmenta kristalizējamais reģions3 . Smagā ķēde (zilā krāsā) ar vienu mainīgo (VH) domēnu, kam seko konstants domēns (C H1), viras apgabals un vēl divi konstenti (C H2 un C H3) domēni. 4. Vieglā ķēde (zaļa) ar vienu mainīgo (V L) un vienu nemainīgo (C ) L domēnu5 . Antigēna saistīšanas vieta (paratops) 6. Viru apgabali
Imunoglobulīnu daudzveidība
Pamatjautājums
Lai gan viena indivīda organismā veidojas ļoti dažādas antivielas, šo olbaltumvielu veidošanai pieejamo gēnu skaitu ierobežo genoma lielums.
Mikrobu celmu ir ļoti daudz, tāpēc mugurkaulniekiem nepieciešami miljoniem dažādu antivielu. Patiesībā cilvēki rada aptuveni 10 miljardus dažādu antivielu, no kurām katra spēj piesaistīt atšķirīgu antigēna vietu. Tas jādara ar daudz mazāku gēnu skaitu: cilvēka genomā ir tikai aptuveni 20 000 gēnu.
Ir attīstījušies vairāki sarežģīti ģenētiski mehānismi. Tie ļauj mugurkaulnieku B šūnām no salīdzinoši neliela antivielu gēnu skaita radīt milzīgu antivielu kopumu. Šeit nav sniegta pilnīga informācija, tikai kopsavilkums.
Antivielu daudzveidību iegūst, dažādos veidos kombinējot gēnu kopuma segmentus. Tad antivielu gēna saistīšanās vietas zonā rodas hipermutācijas. Tas rada vēl lielāku daudzveidību.
Smagās ķēdes
Antivielas ir glikoproteīni, kas pieder imūnglobulīnu virsģimenei; terminus antiviela un imūnglobulīns bieži lieto savstarpēji aizstājami. Antivielas parasti sastāv no divām lielām smagajām ķēdēm un divām mazām vieglām ķēdēm. Pastāv vairāki dažādi antivielu smago ķēžu veidi un vairāki dažādi antivielu veidi, kas tiek iedalīti dažādos izotipos, pamatojoties uz to, kura smagā ķēde tiem piemīt. Zīdītājiem ir zināmi pieci dažādi antivielu izotipi. Tie palīdz virzīt atbilstošu imūno reakciju uz katru svešķermeņa veidu, ar ko tie saskaras.
Mainīgi padomi
Lai gan visu antivielu vispārējā struktūra ir ļoti līdzīga, neliels reģions proteīna galotnē ir ļoti mainīgs, kas ļauj pastāvēt miljoniem antivielu ar nedaudz atšķirīgu galotņu struktūru jeb antigēnu saistīšanas vietām. Šo reģionu sauc par hipervariablo reģionu. Katrs no šiem variantiem var saistīties ar atšķirīgu antigēnu. Šī milzīgā antivielu daudzveidība ļauj imūnsistēmai atpazīt tikpat dažādus antigēnus. Lielo un daudzveidīgo antivielu populāciju veido nejaušas kombinācijas no gēnu segmentu kopuma, kas kodē dažādas antigēna saistīšanās vietas (jeb paratopus), kam seko nejaušas mutācijas šajā antivielu gēna apgabalā, kas rada papildu daudzveidību. Antivielu gēni arī pārkārtojas procesā, ko sauc par klases maiņu, kas ļauj vienu antivielu izmantot vairākās dažādās imūnsistēmas daļās.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir antivielas?
A: Antivielas ir lieli Y formas proteīni, kas var pieķerties baktēriju un vīrusu virsmai. Tās ir atrodamas mugurkaulnieku asinīs vai citos ķermeņa šķidrumos, un tām ir galvenā loma adaptīvajā imūnsistēmā.
J: Kā darbojas antivielas?
A: Katrs antivielas "Y" gals satur struktūru (kā slēdzene), kas atbilst vienai konkrētai atslēgai līdzīgai struktūrai uz antigēna. Tas sasaista abas struktūras kopā, ļaujot tām iezīmēt mikrobus vai inficētas šūnas, lai tās varētu uzbrukt citām imūnsistēmas daļām, vai arī tieši neitralizēt savu mērķi.
J: Kas ir humorālā imunitāte?
A: Humorālā imunitāte ir tad, kad antivielas veidojas, reaģējot uz organismā nonākušiem svešiem antigēniem. Tā ir adaptīvās imūnsistēmas daļa, kas palīdz aizsargāties pret slimībām un infekcijām.
Vai visas antivielas ir atšķirīgas?
A: Jā, katra antiviela ir paredzēta, lai uzbruktu tikai viena veida antigēnam (praksē tas nozīmē vīrusu vai baktēriju). Piemēram, antiviela, kas paredzēta, lai iznīcinātu bakas, nespēj iznīcināt buboņu mēri vai saaukstēšanos. Lai gan antivielām ir līdzīga vispārējā struktūra, to galos ir variācijas, kas ļauj pastāvēt miljoniem dažādu variantu ar atšķirīgu galu struktūru, lai tās varētu saistīties ar dažādiem antigēniem.
J: Kā šī daudzveidība palīdz mūsu organismam?
A: Šī milzīgā antivielu daudzveidība ļauj mūsu imūnsistēmai atpazīt tikpat dažādus antigēnus, lai tā varētu mūs labāk aizsargāt pret slimībām un infekcijām.
J: Kur mēs atrodam antivielas?
A: Antivielas ir atrodamas mugurkaulnieku, piemēram, cilvēku un dzīvnieku, asinīs vai citos ķermeņa šķidrumos.
Meklēt