кокков и других микроорганизмов, также являются антигенами. Кроме того, антигенные свойства проявляют нуклеиновые кислоты и сложные липиды. Специфические антитела могут образоваться также и к низкомолекулярным веществам, таким, как стероиды, некоторые лекарственные вещества и т. д., если они были предварительно ковалентно связаны с белком-носителем, например альбумином. Рассматриваемые низкомолекулярные вещества называют гаптенами. Одна популяция образующихся антител специфична к гаптену, другая — к носителю. При взаимодействии антител с антигенами может образовываться видимый осадок; отсюда термин — реакция преципитации. Антитела, вырабатываемые при введении токсинов, называют антитоксинами. Если антигенами служат клетки, например эритроциты животного другого вида или бактерии, и если взаимодействие с соответствующими антителами приводит к склеиванию клеток, то такие антитела называют агглютининами. Если при взаимодействии с антителами клетки лизируются, то антитела называют лизинами. Каждый антиген вызывает образование специфических антител.

Антитела образуются в клетках ретикулоэндотелиальной и лим-фоидной систем (см. ниже). Поскольку индивидуум на протяжении своей жизни встречается с множеством разных микроорганизмов и антигенов, то в норме в плазме содержится огромное число различных антител. Иммунитет к определенным патогенным вирусам или бактериям обусловлен наличием соответствующих специфических антител.

Активный искусственный иммунитет создается при введении в организм непатогенного антигена, например убитых бактерий Hemophilus pertussis (микроорганизма,вызывающего коклюш), или

1196

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

токсоида, получаемого путем обработки формальдегидом токсинов дифтерийной или столбнячной палочки. После прививки у человека вырабатываются специфические антитела, способные реагировать с живым микроорганизмом или естественным токсином, т. е. возникает активный иммунитет. Временный пассивный иммунитет обеспечивается введением антител, выработанных другим, иммунным организмом животного того же или даже другого вида. Для лечения дифтерии и столбняка используют плазму иммунизированных лошадей, содержащую антитела к соответствующим токсинам.

Плазма здорового человека, не болевшего в последнее время инфекционными заболеваниями, содержит сотни различных антител (каждое в относительно небольших количествах), что является следствием происходивших ранее контактов со многими чужеродными белками. Если в организм попадает антиген, с которым ранее не было контакта, то антитела к нему появляются в крови через несколько дней. Повторный контакт с антигеном приводит к увеличению количества антител в плазме. Систематическое введение антигена, с которым организм уже встречался ранее, вызывает быстрое появление в плазме больших количеств антител. Подобную ответную реакцию наблюдали при введении бесчисленного множества природных и синтетических антигенов. Каждый антиген инициирует синтез строго специфических антител. Все антитела являются белками. Естественно возникает ряд вопросов. Сколько различных белков-антител вырабатывается в ответ на введение одного антигена? Какова структура антитела? Как оно реагирует с антигеном? Каким образом антиген стимулирует образование специфических антител?

Данный антиген вызывает образование не одного, а нескольких реагирующих с ним антител. В общем чем сложнее антиген (сложным антигеном является, например, большой белок), тем больше число образующихся в ответ на его введение различных антител. Однако и простые антигены также вызывают образование семейства антител. Каждая молекула антитела бифункциональна, т. е. имеет два связывающих антиген участка. Если антиген также бифункционален, то его реакция с антителом может привести к преципитации. В отношении природы взаимодействия антигена и антитела можно только констатировать, что, поскольку связывающий участок антитела образован аминокислотными остатками, это взаимодействие аналогично образованию фермент-субстратного комплекса и может осуществляться за счет электростатических сил, водородных связей и гидрофобных сил. Так как большинство антигенов являются относительно крупными молекулами (во всяком случае, не меньше тетрасахарида или низкомолекулярного белка), между антигеном и антителом могут возникать множественные контакты.

30. ИММУНОХИМИЯ

1197

30.1. Иммуноглобулины

30.1.1. Номенклатура и первичная структура

Антитела — это белки плазмы, входящие в группу иммуноглобулинов (однако не все иммуноглобулины являются антителами). Номенклатура иммуноглобулинов приведена в табл. 30.1. Выделяют три основных класса иммуноглобулинов: IgG, IgA, IgM; минорные классы иммуноглобулинов плазмы человека обозначаются как IgD и IgE. Иммуноглобулины разных классов дифференцируют по седиментационным и электрофоретическим характеристикам, а также по появлению необычно больших количеств определенного класса иммуноглобулинов при некоторых состояниях организма. Аналогичные классы обнаружены и у других млекопитающих; они, вероятно, гомологичны соответствующим иммуноглобулинам человека.

Из данных табл. 30.1 видно, что молекулярная масса большинства антител характеризуется величинами либо порядка 150 000, либо (в случае IgA и IgM) кратными величинами. Все иммуноглобулины состоят из субъединиц, соединенных дисульфидными связями, которые могут быть восстановлены реагентами типа мер-каптоэтанола (гл. 6); при этом освобождаются субъединицы двух типов: L (легкие цепи, ? 23 000) и ? (тяжелые цепи, ? 50 000— 70 000). Каждый из 5 классов иммуноглобулинов содержит по крайней мере две L- и две ?-цепи, соединенные дисульфидными связями, как показано на рис. 30.1. IgA и IgM представляют собой олигомеры, повторяющейся единицей которых является четырех-цепочечная структура. В состав иммуноглобулинов человека может входить один из двух типов L-цепей: либо ? (каппа), либо ? (лямбда); эти цепи имеют различные, однако гомологичные аминокислотные последовательности. Каждый класс иммуноглобулинов имеет определенную ?-цепь: у в IgG, ? в IgA, ? в IgM, 6 в IgD и ? в IgE. Так же как у ?- и ?-цепей, аминокислотные последовательности ?-цепей различаются, но гомологичны. Кроме того, у тяжелых цепей известно несколько подклассов; для -у-цепей их четыре: yl, у2, уЗ и у4, а соответствующие иммуноглобулины — IgGI, IgG2 и т. д. В пределах подкласса первичные структуры ?-цепей также различаются, однако обнаруживают очень высокую степень гомологии. Известны также ??- и а2-цепи подклассов IgA. Все ковалентно связанные углеводные фрагменты иммуноглобулинов входят в состав Н-цепей.

Термин иммуноглобулины относится не только к нормальным классам антител (рис. 30.1), но и к большому числу патологических белков, обычно называемых миеломными белками. Эти белки синтезируются в большом количестве при множественной миело-ме, злокачественном заболевании, при котором переродившиеся

Таблица 30.1 Классы иммуноглобулинов человека3

IgQ IgM IfrE

Тяжелые цепи: класс подклассы ? V Vl. ?-'. ?3, ?4 53.000 ? ??, ?2 64 000 ? 70 000 б 58 000 8 75 000

Легкие цепи: ?? 22 500 ?, ? ?, ? ?, ? *,· ?

Формула (?2?2)„ или (?2?2)„, где ? = 2,4 (*2?2)„ или (?2?2)?. где ? = 5 или кратно 5 ?262 или ?2?2 ?2?2 или ?2?2

Sso, ту 6,5-7,0 18-20 6,2-6,8 7,9

? 150 000 360 000—720 000 950 000 160 000 190 000

Углеводы, % 2,9 7,5 11,8 — 10,7

Концентрация, г/100 мл 0,6-1,7 0,14—0,42 0,05—0,19 0,003-0,04 0,0(Ш—0,00014

Период полураспада (дни) 23 5,8 5,1 2,8 2,5

Доля белка (%), катаболи-зкруемая за сутки 6,7 25 18 37 89

Скорость синтеза, мг/кг мас- 33 24 6,7 0,4 0,016

сы/сутки

а По данным разных авторов.

Белки Нормальные иммуноглобулины человека

ХипиДа ?272 (?2?2)„ (hvi)n ?2?2 ?2?2

Рис. 30.1. Субъединичная структура основных и минорных нормальных иммуноглобулинов человеческой плазмы. Легкие цепи ? и ? и тяжелые цепи ?, ?, ?, б и е образуют субъединнчные структуры, формулы которых написаны под каждой молекулой. Большинство молекул IgA и IgM являются олигомерами с п=2 или 4 для IgA и я=5 (или кратное 5) для IgM. Третья цепь J, входящая в состав IgA и IgM, имеет молекулярную массу 15 000; ранее предполагали, что она соединяет (отсюда и обозначение J — от английского join) ?- или ?-цепи мономеров IgM и IgA, однако число остатков полуцистииа в этой цепи недостаточно для выполнения такой функции. Действительно, удаление J-цепей из пентамера IgM не приводит к его диссоциации на субъединицы. [Putnam F. р. 121 in F. W Putnam ed., The Plasma Proteins, 2d ed. vol. I, Academic Press, Inc., New York, 1975.]

1200

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

Рис. 30.2. Схема расположения цепей ? и L в IgGl. Цепи ? и L связаны между собой дисульфидной связью, а две Н-цепи—двумя дисульфидными связями. В цепях L и ? имеются соответственно 2 и 4 внутрицепочечные дисульфидные связи; образующиеся петли, содержащие приблизительно 70 аминокислотных остатков, расположены симметрично. При частичном протеолизе папаином или пепсином расщепление происходит в области шарнирного участка, где молекула обладает повышенной подвижностью, в результате образуются Fab- и Fc-фрагмен-ты. V и С обозначают соответственно вариабельные и постоянные участки цепей (см. также рис. 30.3). [Davies D. R., Padlan ?. ?., Segal D. ?., Annu. Rev. Biochem., 44, 641 (1975).]

специфические клетки антителообразующей системы продуцируют большие количества определенных белков, например белки Бенс-Джонса, миеломные глобулины, фрагменты иммуноглобулинов различных классов. Белки Бенс-Джонса представляют собой либо одиночные ?- или ?-цепи, либо димеры из двух одинаковых цепей, связанных одной дисульфидной связью (рис. 30.1); они экскрети-руются с мочой. Миеломные глобулины содержатся в высокой концентрации в плазме больных множественной миеломой (рис. 29.2); их Н- и L-цепи имеют уникальную последовательность. Одно время предполагали, что миеломные глобулины представляют собой патологические иммуноглобулины, характерные для опу