Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

тета, разработке методов лечения инфекционных болезней, изучению химии лекарственных веществ. Основатель химиотерапии, впервые получил препараты сальварсан (1907) и неосальварсан (1912). Описал различные формы лейкоцитов крови и показал значение костного мозга в кроветворении. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1908, совместно с И. И. Мечниковым).

Таким образом, молекула антитела имеет Y-образную форму сдвумя идентичными антигенсвязывающими центрами — по одному на каждом крыле. Благодвря такой структуре антитела могут «сшивать» молекулы антигенов, имеющие две или несколько антигенных детерминант, в большие частицы — агрегаты (рис. I 15), которые после достижения определенных размеров могут выпадать в осадок из раствора.

Успехи, достигнутые в изучении структуры иммуноглобулинов, оказались возможными благодвря установлению того факта, что каждый вид антител продуцируется отдельной популяцией клеток (клоном). Присутствующие в крови нормальных индивидов антитела являются продуктами секреции множества клонов и представляют собой сложнейшую смесь близких по структуре, но не идентичных белков. В связи с этим в квчестве материала для исследования в настоящее время используются иммуноглобулины пациентов, страдающих множественной миеломой — заболеванием, при котором трансформированные клетки выделяют в кровь огромные количества иммуноглобулинов (так называемые миеломные белки). Эти «патологические» иммуноглобулины по структуре и биологическим свойствам являются «нормальными» иммуноглобулинами, однако секретируются одним клеточным клоном и поэтому гомогенны.

Исследование первичной структуры миеломных белков было проведено в конце 60-х годов в лабораториях Р. Портера в Оксфорде и Дж. Эдельмана в Нью-Йорке. Характерной чертой строения молекул иммуноглобулинов является так называемая доменная структура И легкие и тяжелые цепи упакованы в компактные до мены, состоящие примерно из ПО аминокислотных остатков и содержащие внутримолекулярные дисульфидные связи (рис. 116). Легкие (каждая содержит около 220 аминокислот) и тяжелые (каж-

двя содержит около 440 аминокислот) цепи антител имеют по две 213

резко различающихся области: вариабельную (V), локализованную -

в N концевой части пол и пептидной цепи, и следующую за ней кон- Биологическая роль белков стантную (С). Цепи иммуноглобулинов данного класса различаются только по аминокислотным последовательностям V-областей и имеют практически идентичные С области Такая необычная для белков структура связана со свойствами этих систем. В самом деле, функции антител состоят, с одной стороны, во взаимодействии с антигенами, и в этом отношении они должны быть высокоспецифичными, а с другой стороны, самые разные по специфичности антитела должны обладать рядом общих свойств: связывать комплемент, фиксироваться на мембранах, взаимодействовать с некоторыми клетками и т. п. Поэтому вариабельность структуры V-областей обусловливает специфические свойства молекулы, тогда как структуре константной области молекулы обеспечивает реализацию ряда общих качеств.

Рис. 115. Образование агрегатов при свя-

Ш рнирный уча той

Рис. 116. Доменная структура молекулы иммуноглобулинов.

214

Белки и пептиды

Иерне (Jerne) Нильс Кай (р. 1911), датский иммунолог. Образование получил ¦ Копенгагенском университете (1951), основатель и руководитель Базельско-го института иммунологии (1969— I960). Идеи Йерне и его экспериментальные исследования сыграли важную роль в становлении современной молекулярной иммунологии, в частности в формировании представлений об им-м у но регу л яции. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1984).

Вариабельные участки (V, ) — (VM) представляют собой единичные домены (рис. 117). Аминокислотные замены, обусловливающие структурные отличия, обычно группируются в нескольких так называемых гипервариабельных участках. В натинной молекуле иммуноглобулина V-области легкой и тяжелой цепи соединены так, что их гипервариабельные участки образуют единый активный центр. В настоящее время установлено, что антигенсвязывающий участок образован 20 — 30 аминокислотными остатками вариабельной части каждой цепи.

С Область легкой цепи также представлена одним доменом (С, ), тогда как у тяжелых цепей она заметно длиннее и состоит из 3 - 4 линейно расположенных доменов (Сн1 — Сн3), структурно гомологичных С области легкой цепи. Каждый домен упаковывается в отдельную относительно независимую глобулу, причем основной тип вторичной структуры глобулы — а нти параллельна я р-складча-тая (рис. 118). Между глобулами находятся открытые участки полипептидной цепи, особенно чувствительные к действию про-теолитических ферментов. Весьма вероятно, что именно эти участки цепи обеспечивают значительную гибкость всей структуры, позво-тяющей молекуле антитела приспособиться к конфигурации антигена или взаимодействовать с двумя антигенными детерминантами, расстояние между которыми может варьировать.

У позвоночных существует 5 различных классов антител: IgG (мол. масса 150 000), IgM (950 000), IgA (500 000), IgD (175 000) и IgE (200 000), каждый со своим собственным типом тяжелых цепей — а, р, с, у и р, соответственно.

Иммуноглобулины IgG являются основным классом иммуноглобулинов крови. В отличие от них, IgM белки представляют собой класс антител, продуцируемых В-клетками первыми в процессе развития иммунного ответа. Непосредственные предшественники В-клеток, так называемые пре-В-клетки. синтезируют только

Рис. 117. Строение молекулы иммуноглобулина.

[А-цепи, которые накапливаются внутри клеток. Когда пре-В-клетки начинают синтезировать также и легкие цепи, они соединяются с и.-цепями и образуют молекулы IgM, которые встраиваются в плазматическую мембрану, где выступают в качестве антигенраспознаю-щего рецептора. С этого времени клетки становятся зрелыми В-лимфоцитами и могут отвечать на антигенный стимул. Хотя все классы антител могут существовать в мембрано связанном виде (в качестве антигенспецифических рецепторов клеточной поверхности) или в форме водорастворимых секретируемых молекул, IgM являются основным классом антител, обнаруженным на поверх-

215

Биологическая роль белков

Рис. 118. Вторичная структура легкой цепи иммуноглобулина.

ности большинства В-клеток. В секретируемой форме IgM-белки представляют собой пентамеры, построенные из 5 мономерных иммуноглобулинов, и имеют 10 антигенсвяэывающих центров. Кроме того, каждый пентамер содержит одну копию полипептида. названного J-цепью (20 ООО), который синтезируется антителообра-зующей клеткой и ковалентно встраивается между двумя соседними Fc-областями.

Иммуноглобулины IgA являются основным классом антител в секретах (молоке, слизи, слезах, секретах дыхательных путей и кишечника). Эти белки существуют либо в виде мономера (как IgG), либо чаще в виде димера, содержащего дополнительно одну J-цепь и еще одну полипептидную цепь, называемую секреторным компонентом (рис. 119). Секреторный компонент синтезируется эпителиальными клетками и первоначально находится на внешней поверхности этих клеток, где он служит в качестве рецептора для связывания IgA из крови. Образующийся комплекс (IgA — секреторный компонент) поглощается клетками путем эндоцитоза, переносится через цитоплазму эпителиальных клеток и выделяется в секреты. Дополнительно к этой транспортной роли секреторный компонент может также предохранять молекулу IgA от деградации протеолитическими ферментами в секретах.

Иммуноглобулины IgD и IgE являются минорными компонентами сыворотки крови — их концентрация не превышает 0,3 мг мл и 0,0001 мг/мл соответственно. Белки типа IgD выполняют функцию

II

Рис. ПУ, Схема строения иммуноглобулина А:

СК — секреторный компонент;

L — легкая цепь:

<х — тяжелая цепь IgA.

216 рецепторов и имеют высокий процент связанных Сахаров; их роль

-- окончательно не выяснена. Иммуноглобулины IgE, осуществляю-

Белки и пептиды щие в норме защиту от паразитарных инфекций, обусловливают

многие аллергические реакции. Они связываются с высоким сродством (I0'"M ) с поверхностью тучных клеток, и присоединение к ним антигена вызывает дегрануляцию и выброс в кровь биоактивных аминов, прежде всего гистамина и серотонина.

Наряду с пятью классами тяжелых цепей, высшие позвоночные имеют два типа L-цепей, а именно у (каппа) и X(лямбда) каждая из которых может быть ассоциирована с любой из Н-цепей. Индивидуальная молекула антитела всегда состоит из идентичных L-цепей и идентичных Н-цепей, благодаря чему ее антигенсвязывающие центры всегда одинаковы.

Сейчас считается установленным, что организм животного может синтезировать от If/ до I0*1 различных молекул антител. Этот набор, по-видимому, достаточен для того, чтобы для любой антигенной детерминанты нашелся соответствующий антигене визывающий центр. Поскольку антитела являются белками, а их структура кодируется генами, встает вопрос о том, каким образом такое громадное количество различных антител может кодироваться в геноме. В 1965 г. В. Дреиером и Ж. Беннетом была сформулирована гипотеза, впоследствии блестяще подтвердившаяся, что вариабельные и константные участки цепей иммуноглобулинов кодируются разными генами. Все гены вариабельных участков расположены кластером в одной области генома, а гены константных участков — в другой, далеко отстоящей от первой. Выяснилось также, что имеются еще две группы генов J и D (для тяжелых цепей), кодирующие Рис. 120. Схема сборки структурного небольшие участки (несколько аминокислот) полипептидной цепи гена тяжелой цепи IgM. иммуноглобулинов, лежащие между V- и С-областями. В таком виде

L —лидерная последовательность. гены находятся в зародышевой ДНК: в процессе дифференцировки

В-лимфоцитов начинается перегруппировка генома. Первоначально, в процессе превращения клетки-предшественника в пре- В-лимфоцит, происходит перемещение определенного VH- гена к Jh-h D-гену с образованием генного сегмента Vh—D—Jh. Этот сегмент транскрибируется с находящимся теперь по соседству С„-геном, в результате чего пре-В-лимфоциты синтезируют р,-цепи. В зрелом В-лимфо-ците может происходить еще одна транспозиция, и Vh—D—J ь присоединяется к какому-либо другому Си-гену, приводя к экспрессии иммуноглобулина другого класса. В дальнейшем, в процессе транскрипции ДНК, а затем созревания мРНК из гена вырезаются лишние участки, после чего V-, D-, J-, и Н-гены оказываются соединенными в непрерывную последовательность, которая и транслируется (рис. 120). Аналогичным образом собирается ген легкой цепи, который кодируется своими VL- и С|_-генами.

В геноме имеется множество V-генов, некоторое количество J- и D генов и по одному гену каждого субкласса тяжелых цепей. Как следствие такого не совсем обычного способа кодирования иммуно1 лобулиновых молекул возникает возможность появления громадного разнообразия антител с различающимся строением и свойствами. Действительно, в результате перестройки генома получаются всевозможные комбинации указанных генов, что приводит к созданию молекул, каждвя из которых обладает уникальной структурой. Строение (и значит, специфичность) активного центра варьируется в зависимости от строения образующих его VL- и Ун-обла-стей, а также сочетания их с разными J- и D участками

Изучение строения генов константных областей тяжелых цепей иммуноглобулинов показывает, что они состоят из ряда экзонов, каждый из которых кодирует отдельный домен молекулы. Принимая во внимание тот факт, что каждый из V-генов и CL-генов кодирует один домен, а также структурную гомологию между домена-

217

Биологическая роль белков

Рис. 121. Пространственное строение иммуноглобулина С.

218

Белки и пептиды

Колер IKohler) Джон (р. 1946), немецкий биохимик. Образование получил во Фрайбурге (ФРГ) и Базеле (Швейцария), с 1985 г.— директор Института иммунобиологии Общества М. Планка во Фрайбурге. Занимается проблемами экспрессии генов иммуноглобулинов, выполнил основополагающие исследования по получению гибридом для производства моноклонельных антител. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1984).

Доссе (Dausset) Жан Батист Габриэль Иовим (р. 1916), французский иммунолог. Окончил Парижский университет (1945), с 1968 г.— профессор этого же университета. Основные труды посвящены иммуногематологии. Впервые описал антиген лейкоцитов (1958) и антигенную систему лейкоцитов (1965). Выявил связь между антигенными свойствами лейкоцитов и тканевой совместимостью. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1980, совместно с Б. Бенасеррефом и Дж. Снеллом).

ми, можно предположить, что все они возникли в процессе эволюции путем серии дупликаций генов, начиная с предкового гена, кодирующего белок размером 110 аминокислот.

На основании рентгеноструктуриого анализа выяснено пространственное строение как целой молекулы IgG, так и ее фрагментов (А. Эдмонсон, 1973). Установлено, что все домены иммуноглобулинов имеют очень похожую трехмерную структуру, получившую название иммуноглобупиновой упаковки (рис. 121). Каждый домен похож на «сэндвич», образованный двумя слоями белка: один слой содержит три витка полипептидной цепи, а другой — четыре. В каждом слое соседние витки являются антипараллельными и образуют fJ-структуру (рис. 118). Два слоя располагаются примерно параллельно друг другу и соединяются одной внутрицепочечной S—S-связью.

Структура вариабельных доменов такова, что гипервариабельные участки L- и Н-цепей объединяются вместе и образуют антиген-связывающий центр. Хотя изменение отдельных остатков в гипервариабельной части и приводит к образованию новых антигенсвязы-вающих центров, общая структура домена остается неизменной.

Антигены тканевой совместимости

Как уже отмечалось, в основе процессов отторжения пересаженных тканей лежат иммунные реакции. В настоящее время установлено, что причиной отторжения является генетическое несоответствие клеток донора и реципиента. Обнаружены специальные участки генома, контролирующие этот процесс. Общее число их достигает нескольких десятков, но только один из них, называемый главным комплексом гистосовместимости, определяет быстрое отторжение. Продукты главного комплекса гистосовместимости, вызывающие реакцию отторжения и участвующие в иммунологическом узнавании, экспрессированы иа поверхности клеток и называются антигенами гистосовместимости. В 1980 г. работа трех ученых, внесших решающий вклад в развитие представлений об антигенных главных комплексах гистосовместимости.— Ж. Доссе (Франция), Дж. Д. Снелл (США) и Б. Бенасерраф (США),— была отмечена Нобелевской премией. Принято различать антигены гистосовместимости I, II и III классов. Наиболее изучены антигены гистосовместимости I класса — основные трансплантационные антигены, по которым Т киллеры изучают чужеродные клетки. Антигены гистосовместимости I класса есть на всех ядерных клетках организма. Они состоят из двух нековалентно связанных субъединиц: интегрального мембранного гликопротеина с молекулярной массой 45 ООО (тяжелой субъединицы), имеющего три надмембранных домена (а, — аз). 11 р2-микР°гло^>Улина РэМ — неполиморфного полипептида с мо

страница 29
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.10.2017)