ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ

Курсовая работа по биологической химии на тему:

Молекулярные механизмы многообразия антител

Пенза 2004

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение…………………………………………………………………………3

1. Строение антител……………………………………………………………..4

1.1. Функциональные свойства антител…………………………………….4

Возможно вы искали - Реферат: ДНК содержащие вирусы и фаги

1.2. Строение антител и их многообразие………………………………….7

1.3. Тонкая структура антител………………………………………………13

2. Молекулярные механизмы многообразия антител…………………...…….16

Список литературы………………………………………………………………28

ВВЕДЕНИЕ

По имеющимся оценкам, у мыши может вырабатываться от 10⁶ до 10¹² различных молекул антител, совокупность которых называют репертуаром. Этот репертуар, видимо, достаточно велик для того, чтобы почти для каждой антигенной детерминанты нашелся подходящий антиген-связывающий участок. Поскольку антитела представляют собой белки, а белки копируются генами, способность животного производить миллионы разных антител представляет собой чрезвычайно сложную генетическую проблему: как синтезировать миллиарды разных белков, не привлекая к этому чрезмерно большого числа генов. В решении этой проблемы участвует ряд уникальных вне генетических механизмов.

1. строение антител

Иммунная система выработалась в процессе эволюции позвоночных для за­щиты от инфекций. Она состоит из миллиардов лимфоцитов и включает мил­лионы различных клонов. Лимфоциты каждого клона несут на своей поверхно­сти рецептор, который позволяет им связывать ту или иную «антигенную детерминанту» - определенную группировку в молекуле антигена. Существуют два класса лимфоцитов: В-клетки, вырабатывающие антитела, и Т-клетки, ко­торые осуществляют иммунные реакции клеточного типа.

Похожий материал - Реферат: Молекулярные основы эволюции дифференцировки развития и старения

Уже на ранних стадиях своего развития В- и Т-клетки с рецепторами для антигенных детерминант молекул собственного организма элиминируются или супрессируются; в результате иммунная система в норме способна отве­чать только на чужеродные антигены. Связывание чужеродного антигена с лимфоцитом вызывает иммунный ответ, направленный против этого анти­гена. При этом некоторые из лимфоцитов пролиферируют и дифференцируют­ся в клетки памяти, так что при вторичном воздействии того же антигена иммунный ответ развивается быстрее и оказывается гораздо более сильным.

1.1. Функциональные свойства антител

Единственная известная функция В-лимфоцитов – выработка антител. Уни­кальная особенность антител, отличающая их от всех других известных бел­ков, состоит в том, что они могут существовать в миллионах разновид­ностей – каждая со своим уникальным участком для связывания антигена. В совокупности называемые иммуноглобулинами(сокращенно Ig) антитела образуют один из основных классов белков крови, составляя по весу пример­но 20% суммарного белка плазмы.

Как и предсказывала гипотеза клональной селекции, все молекулы антител, производимые какой-то одной В-клеткой, имеют одинаковый антиген-связывающий участок. Первые антитела, синтезированные вновь образовавшейся В-клеткой, не секретируются; вместо этого они встраиваются в плазматическую мембрану, где служат рецепторами для антигена. Каждая В-клетка имеет на своей плазматической мембране приблизительно 10⁵ таких молекул. Когда антиген присоединяется к молекулам антител на поверхности покоящейся В-клетки, это обычно инициирует сложную и малоизученную цепь событий, приводящую к клеточной пролиферации и дифференцировке с образованием клеток, секретирующих антитела. Такие клетки, вырабатывают большие количества растворимых (не связанных с мембраной) антител с таким же антиген-связывающим участком, что и у антител на поверхности клеток, и выделяют эти антитела в кровь. Активированные В-клетки могут начать секретировать антитела, будучи еще малыми лимфоцитами; конечная стадия этого пути дифференцировки - большая плазматическая клетка, которая выделяет антитела со скоростью около 2000 молекул в секунду. По-видимому, плазматические клетки используют для производства антител столь значительную часть мощности своего белоксинтезирующего аппарата, что не способны к дальнейшему росту и делению и погибают после нескольких дней секреции антител.

Простейшие молекулы антител имеют форму буквы Y с двумя идентичными антиген-связывающими участками – по одному на конце каждой из двух «ветвей» (рис. 1). Поскольку таких участков два, эти антитела называют ва­лентными. Такие антитела могут сшивать молекулы антигена в обширную сеть, если каждая молекула антигена имеет три или большее число анти­генных детерминант. Достигнув определенных размеров, та­кая сеть выпадает из раствора. Как мы увидим позже, тенденция больших иммунных комплексов к осаждению (преципитации)удобна для выявления ан­тител и антигенов. Эффективность реакций связывания и сшивания антигена антителами значительно возрастает благодаря гибкому шарнирному участкув месте соединения обеих «ветвей» с «хвостом»: этот участок позволяет изме­нять расстояние между двумя антиген-связывающими участками (рис. 2). Защитное действие антител объясняется не просто их способностью связы­вать антиген. Они выполняют и целый ряд других функций, в которых уча­ствует «хвост». Эта область молекулы определяет, что произойдет с антигеном, если он оказался связанным. Антитела с одинаковыми антиген-связывающими участками могут иметь весьма разные «хвостовые» области, а потому и разные функциональные свойства.

Очень интересно - Реферат: Генно-модифицированные объекты

Рисунок 1. Сильно упрощенная схема молекулы антитела с двумя идентичными антиген-связываю щими участками.

Рисунок 2. Шарнирный участок молекулы антитела повышает эф­фективность связывания молекул антигена и сшивания их друг с другом.

1.2. Строение антител и их многообразие

Основную структурную единицу молекулы антитела образуют четыре поли­пептидные цепи – две идентичные легкие (L-цепи, каждая примерно из 220 аминокислот) и две идентичные тяжелые (Н-цепи, каждая примерно из 440 аминокислот). Все четыре цепи соединены между собой с помощью некова-лентных взаимодействий и ковалентных связей (дисульфидных мостиков). Молекула состоит из двух одинаковых половинок, в которых L- и Н-цепи вносят почти равный вклад в построение двух идентичных антиген-связываю-щих участков (рис. 3).

Вам будет интересно - Реферат: О вреде пищи ГМО 2

Рисунок 3. Схематическое изобра­жение типичной молекулы антите­ лу состоящей из двух идентичных тяжелых (Н) и двух идентичных лёгких ( L ) цепей. Антиген-связывающие участки формируются за счет комплекса N -концевых областей L - и Н-цепей, а область «хвоста» образуют только Н-цепи. Каждая цепь содержит одну или неск олько олигосахаридных цепочек, фу нкция которых не известна.

Протеолитические ферменты папаин и пепсин расщепляют молекулы ан­тител на различные характерные фрагменты: папаиндает два отдельных идентичных Fab-фрагмента, каждый из которых обладает одним антиген- связывающим участком, и один Fc-фрагмент (Fab - сокращение слов fragmentantigenbinding; Fc означает «кристаллизующийся фрагмент» (от crystallizable).; пепсиндает один Р(аb')₂ -фрагмент, состоящий из двух ковалентно связанных Р(аb')-фрагмент (каждый из которых немного больше, чем Fab-фрагмент), и много более лёгких фрагментов (рис. 4). Поскольку Р(аb')₂ -фрагменты бивалентны в отличие от моновалентных Fab-фрагментов сохраняют способность связывать антигены и образовывать преципитаты. Ни один из этих фрагмент обладает другими биологическими свойствами нативных молекул антигенов поскольку они не содержат «хвостовой» (Fc) области, определяющей их свойства.

Рисунок 5 . Различные фрагменты, образующиеся при расщеплении молекул антител двумя различны­ми протеолитическими фермента­ми (папаином и пепсином), помогли исследователям в выяс­нении четырехцепочечной струк­туры антител.

Существует пять разных классов Н-цепей, каждый

со своими особыми биологическими свойствами

У высших позвоночных существуют пять разных классов антител – IgAIgE, IgG и IgM, каждый со своим классом Н-цепей – a, b, е, g, и m соответственно. Молекулы IgA содержат a-цепи, молекулы IgG-g-цепи. Кроме того, имеется ряд подклассов IgG и некоторых других иммуноглобулинов. Разные Н-цепи придают «хвостовым» областям антител различную конформацию и определяют характерные свойства каждого класса.

Похожий материал - Реферат: Доядерные организмы

IgG-антитела составляют основной класс иммуноглобулинов, находящийся в крови. Они производятся в больших количествах при вторичномиммунном ответе. Fc-область молекул IgG связывается со специфическими рецепторами фагоцитирующих клеток, таких как макрофаги и полиморфноядерные лейкоциты, и в результате эти клетки могут более эффективно поглощать и разрушать внедрившиеся микроорганизмы, покрытые IgG-антителами (рис. 6).

Молекулы IgG-единственные антитела, которые могут переходить от ма­тери к плоду. Клетки плаценты, соприкасающиеся с материнской кровью, имеют рецепторы, связывающие Fc-области молекул IgG и обеспечивающие тем самым их переход в плод. Антитела сначала поглощаются путем эндоци-тоза при участии рецепторов, а затем транспортируются через клетку и выво­дятся путем экзоцитоза в кровь плода. Антитела других классов не связы­ваются с этими рецепторами и поэтому не могут проходить через плаценту.

Рисунок 6. Эта схема показывает, как бактерия, покрытая антитела­ми IgG , эффективно фагоцити­руется макрофагами, имеющими на своей поверхности рецепторы, способные связывать Fc -область молекулы IgG . Связывание бакте­ рии с этими рецепторами активи­ рует процесс фагоцитоза.