загрузка...
 
Взаимодействие антигена и антитела
Повернутись до змісту

Взаимодействие антигена и антитела

О том, что антитела способны связывать антиген, известно, можно сказать, со времени их открытия. Но полная картина такого взаимодействия стала понятна только во второй половине ХХ века после выяснения структуры антител и их антигенсвязывающих участков.

Как уже упоминалось выше, в непосредственное взаимодействие вступают не любые участки антитела и антигена, а строго определенные: антигенная детерминанта и антигенсвязывающий участок. Решающим моментом в реализации такого взаимодействия является комплементарное совпадение пространственных конфигураций этих элементов сталкивающихся молекул, т. е. выступ на поверхности антигена (антигенная детерминанта) должен соответствовать по форме впадине (нише) между вариабельными доменами тяжелой и легкой цепи антитела. Необходимость такого пространственного соответствия диктуется тем, что связи, возникающие между образующими паратоп (поверхность ниши в антителе) и эпитоп (поверхность антигенной детерминанты) атомами, не являются ковалентными и формируются только на очень коротких расстояниях. Конкретно такими связями являются (в порядке возрастания необходимых для их образования расстояний между атомами): гидрофобные взаимодействия, ван-дер- ваальсовы силы, электростатические взаимодействия, водородные связи, причем гидрофобное связывание обеспечивает около половины общей энергии (силы) удержания молекул в комплексе.

Как известно, обеспечиваемое такими связями взаимодействие является обратимым и в целом реакция антиген-антитело подчиняется законам, определяющим характер таких химических реакций. Применяя закон действующих масс, можно определять константу равновесия такой реакции по формуле К = [АтАг] / [Ат] • [Аг], где [АтАг] - концентрация комплексов антиген-антитело, [Ат] - концентрация свободных от антигена антигенсвязывающих участков, [Аг] - концентрация

несвязавшихся антигенных детерминант. Значение рассчитанной по такой формуле константы является количественным выражением силы (прочности) связывания одного парапота с одним эпитопом. Эту силу называют сродством, или аффинностью (аффинитетом).

Учитывая, что обычное антитело имеет два антигенсвязывающих участка и антиген может иметь несколько повторяющихся антигенных детерминант, общую силу связывания всего антигена с антителом приходится выражать таким понятием, как авидность. Следует помнить, что реально аффинность антител можно определить только при использовании моновалентных антигенов, чаще всего гаптенов. Поэтому для характеристики содержащих антитела суспензий или сывороток чаще применяется термин «авидность».

Авидность также называют суммарным выражением аффинности, однако необходимо учитывать, что ее значение не является арифметической суммой аффинитетов. По мере возрастания числа эффективных контактов между антигеном и антителом вероятность диссоциации комплекса антиген-антитело при разрыве связей между эпитопом и паратом падает, поскольку для его распада необходимо одномоментное расхождение всех эпитопов и паратопов. Поэтому при одинаковой аффинности авидность димера (например, секреторного IgA) будет превышать авидность мономера (сывороточного IgA) по отношению к четырехвалентному антигену более, чем в два раза.

Анализируя взаимодействие антиген-антитело, можно отметить несколько особенностей.

Оно может реализоваться только в среде электролитов, поскольку часть описанных выше связей между эпитопом и паратопом возникают только в условиях, обеспечивающих формирование несущих заряды поверхностей. Во внутренней среде организма животных такие условия реально присутствуют, но при постановке реакций антиген-антитело in vitro это необходимо учитывать.

Оптимальной концентрацией ионов солей для таких реакций является концентрация 0,85 %, а ионная сила растворов должна быть в пределах 0,5-0,1. Значительное повышение концентрации солей приводит к распаду комплексов антиген-антитело, в частности, 15 % раствор NaCl используют для получения компонентов реакции в свободном состоянии.

Не нарушающие силу связывания значения рН попадают в интервал 6,4-8,6. При изменениях рН до значений более 9,0 или менее 5,0 происходит сдвиг реакции в сторону диссоциации комплексов, что также используется при элюции антител или антигенов.

Оптимальной для взаимодействия температурой является 37°С, но образование комплексов антиген-антитело происходит и при более низких температурах достаточно эффективно. Например, ориентировочные реакции агглютинации ставят при комнатной (18-20°С) температуре. Повышение температуры на несколько градусов (до 40°С) не сказывается на эффективности взаимодействия, но более высокие температуры (60°С) стимулируют распад комплексов антиген-антитело, что также можно применить для получения чистых фракций антигена или антитела. Считается, что температурный параметр реакции в большей степени зависит от антител, чем от антигенов, поскольку у млекопитающих, и в частности у человека, выявлены так называемые холодовые антитела. Они взаимодействуют с антигенами только при температурах ниже 37°С и могут служить причиной развития гемолитической анемии, если являются аутоантителами.

При постановке реакций антиген-антитело in vitro видимые результаты реагирования проявляются не сразу после смешивания растворов реагентов, а по истечении определенного времени. В связи с этим реакцию антиген-антитело условно разделяют на фазу взаимодействия и фазу проявления. Условность такого разделения заключается в том, что собственно взаимодействие между паратопом и эпитопом при их правильном расположении друг относительно друга осуществляется мгновенно, однако до фазы проявления может проходить от нескольких минут до нескольких суток. Следует также помнить, что в зависимости от свойств и концентраций взятых в реакцию антител и антигенов проявление результатов взаимодействия может существенно различаться.

Наиболее показательными в плане визуализации являются реакции агглютинации и преципитации, при которых образуются фиксируемые невооруженным взглядом агрегаты, состоящие из множества единиц антигенов и антител. Их образование и выпадение в осадок определяется, прежде всего, наличием в молекуле антитела как минимум двух антигенсвязывающих участков. В свою очередь участвующий в реакциях антиген должен иметь более чем одну антигенную детерминанту. Если эти два условия имеются, время и степень визуализации будут зависеть от концентраций реагентов, размеров несущих антигенные детерминанты частиц и однородности взятых в реакцию антител.

Собственно феномен агглютинации (преципитации) заключается в следующем. При случайных столкновениях антигенов и антител в растворе возможны ситуации, когда одна молекула антитела присоединяется одним из своих антигенсвязывающих участков к антигенной детерминанте на одной антигенной частице, а вторым - к такой же, но находящейся на другой частице. Тем самым две такие антигенные частицы оказываются связанными в агрегат. Поскольку антигены в таком агрегате поливалентны, возможны реализующиеся по такой же схеме взаимодействия с новыми молекулами антител, а значит, укрупнение уже существующих агрегатов и постепенное выпадение их в осадок. Характер выпадающего осадка, прежде всего, зависит от свойств антигенной частицы. Чем большие она имеет размеры, тем короче будет фаза взаимодействия и тем более выраженным будет осадок. Кроме того, важным является количество доступных для связывания антигенных дерминант. При наличии двух детерминант образуются агрегаты в виде цепочек или небольших колец (слабо видимый, медленно образующийся осадок). При увеличении количества детерминант возрастает вероятность образования агрегатов в виде трехмерных решеток (сеток), имеющих гораздо большие размеры. Соответственно скорость образования и выраженность осадков увеличиваются.

Существенным для проявления результатов агглютинации и преципитации является и состав участвующих в реакции антител. Если суспензия антител включает антитела различной специфичности, а антиген имеет несколько разновидностей комплементарных этим антителам антигенных детерминант, вероятность образования осадков возрастает. Поэтому так называемые поликлональные антитела, получаемые из сывороток иммунизированных конкретным поливалентным антигеном животных, являются более предпочтительными в подобных реакциях, чем обладающие только одним типом специфичности моноклональные антитела.

Кроме того, в каждой конкретной реакции проявляется влияние относительных количеств (концентраций) взаимодействующих агентов (ил. 47). При избытке любого из них вероятность образования агрегатов падает, поэтому кривая, графически отображающая изменение количества осадка в зависимости от концентраций антигенов или антител, имеет форму параболы. Соотношение концентраций антигенов и антител, при котором количество осадка максимально, называется точкой эквивалентности реакции. Минимальные и максимальные значения соотношений антиген : антитело, в пределах которых еще образуются видимые глазом осадки, определяют так называемую зону эквивалентности.

Все описанные выше особенности в равной мере касаются и агглютинации и преципитации, поскольку принципиальных различий между ними нет. Применение этих двух терминов сложилось исторически и сохраняется, скорее, как дань традициям. Агглютинацией принято считать осаждение антителами корпускулярных антигенов (клеток, вирусных частиц или состоящих из множества молекул их фрагментов), преципитацией - осаждение молекул, обладающих антигенными свойствами.

Агрегирование антигенов и антител имеет значение не только при постановке реакций in vitro. Наличие в молекуле иммуноглобулинов как минимум двух идентичных антигенсвязывающих фрагментов явно не является случайностью. Происходящая в организме агглютинация усиливает иммобилизацию активно двигающихся чужеродных агентов (например, бактерий) и значительно ускоряет их уничтожение путем фагоцитирования. То же самое можно отнести и к диффузионно двигающимся чужеродным молекулам (например, обладающим антигенными свойствами токсинам), которые, входя в состав преципитата, как правило, утрачивают вредные для организма свойства и с большей вероятностью обнаруживаются и уничтожаются фагоцитами. В обоих случаях будет иметь место наиболее эффективный иммунный фагоцитоз, при котором достаточно взаимодействия одного из вошедших в агрегат иммуноглобулинов с рецепторами фагоцитирующей клетки, чтобы все находящиеся в агрегате чужеродные агенты были уничтожены.

 



загрузка...