Взаимодействие антител с антигенами на принципе комплементарности. Это общебиологический принцип, что приводит взаимодействие биоорганических молекул. Способность к специфическому взаимного распознавания, как считал М.Ф. Бернет, является важнейшей первичной свойством живой материи. Высокая степень комплементарности молекул, взаимодействующих, создается различными способами: соответствием поверхностей (выступление - углубление), противоположными электрическими зарядами (против положительного размещается негативный), комбинацией электростатической и конформационной комплементарности и размещением друг напротив друга

 

неполярных гидрофобных групп. Стереспецифичне сообщения антиген - антитело гипотетически может быть трех типов: 1) одномоментное взаимодействие по типу «ключ-замок», 2) последовательная взаимодействие лиганд - рецептор, при которой контактирования сначала в одной точке приводит следующие конформационные изменения в рецепторных зонах антител, вследствие чего повышается комплементарность и прочность связи взаимодействующих поверхностей; 3) взаимодействие, в результате которого наступают конформационные изменения лигандов.

 

Кроме непосредственного взаимодействия с антигенами, в результате которого происходит элиминация антигенов из организма, антитела выполняют функции специфических рецепторов, которые воспринимают и передают сигналы в клетку, в результате чего наступает их активация, пролиферация и дифференцировка, или прямая биологическая ответ.

 

Антитела и антигенрозпизнавальни рецепторы иммуноглобулинового природы распознают поверхностные антигенные детерминанты. Для эффективного взаимодействия антитела (их активный центр) и антигены (их детерминантные группы) должны иметь хорошую пространственную соответствие. Считают, что молекулы антигенов и антител имеют шарообразную форму, которая сохраняется и в момент их взаимодействия. На поверхности их молекул является стереохимических комплементарные участки, которые обеспечивают возможность их соединения (рис. 43). По данным Е. tobat и М. Meyer (1971), антигенные детерминанты должны быть выпуклыми, а активный центр - образовывать комплементарную им вогнутость (полость) размером 3,4 х1, 2х0, 7 нм и общей площадью 250 - 300 нм. Исходя из этого, было сделано предположение, что связывание антигенов с антителами происходит по принципу связи ферментов с субстратами. Реакция антиген - антитело является моделью нековалентно связи, наблюдается также при взаимодействии вирусов с клетками, агрегации клеток в процессе оплодотворения и при морфогенезе. К. Ландштейнер считал, что комплекс антиген - антитело по характеру связей подобный ионных и молекулярных соединений больше, чем до соединений, образующихся в результате возникновения ковалентных связей.

 

После связывания антигенов и антител в их молекулах не происходит глубокой перестройки структуры, такой как модификация структуры субстрата при действии фермента, деградации или денатурации их молекул. Выделенные из комплекса антигены и антитела не отличаются от нативных по способности реагировать с соответствующими компонентами in vitro и индуцировать иммунные реакции.

 

Однако есть данные о том, что в процессе взаимодействия антиген - антитело происходит глубокая перестройка третичной структуры. Стереохимических изменения антигена играют важную роль в обеспечении конформационной комплементарности. Эти процессы могут происходить вследствие изменений внутренней энергии при возникновении новых участков связывания.

 

Связь между антигеном и антителом оборотный. Константа диссоциации между ними определяется соотношением комплексов антиген - антитело к свободным компонентов. Константа скорости диссоциации реакции антиген - антитело приближается к скорости реакции фермент-субстрат. Однако, в отличие от последней, реакция антиген - антитело в конечном итоге необратимая и комплексы антиген-антитело, образующиеся в организме, могут быть элиминированы результате длительного и сложного процесса катаболизма.

 

Представление о том, что антитела распознают антиген благодаря взаимной комплементарности, были подтверждены целым рядом экспериментальных исследований, в том числе рентгеноструктурным анализом взаимодействия специфических антител с антигеном. Контактирующие остатки аминокислот размещаются большей частью настолько близко друг от друга, что молекулы воды между ними не проникают. Именно этот факт имеет принципиальное значение для устойчивого связывания антигена с антителами.

 

Известно, что с уменьшением межмолекулярного расстояния сила связывания антигена с антителом возрастает. Силы, удерживающие антиген с антителами, принципиально не отличаются от сил, участвующих в так называемых неспецифических взаимодействиях, которые возникают между любыми макромолекулами. Эти межмолекулярные силы разделяют на следующие группы: 1) электростатические силы, 2) водородные связи, 3, гидрофобные взаимодействия, 4) вандерваальсови силы.

 

Электростатические силы обусловленные притяжением между двумя противоположно заряженными йонизованимы группами, например аминогруппы (-Nft) и карбоксильной (-СОО-) группами белков. Сила притяжения между такими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. При сближении зарядов сила притяжения значительно возрастает: если уменьшить расстояние вдвое, то сила притяжения возрастает вчетверо. Кроме того, поскольку диэлектрическая постоянная воды очень высокая, то удаление молекул воды из пространства между аминокислотными остатками взаимодействуют, приводит к значительному увеличению силы притяжения. Диполи, размещенные на поверхности молекул антигена и антитела, имеют привлекаться друг к другу. Электростатические взаимодействия могут возникать и в результате переноса заряда между молекулами антигенов и антител.

 

Водородные связи. Образование слабых водородных связей между гидрофильными группами, например ОН-, NH2 и СОО, зависит прежде всего от пространственного сближения молекул, имеющих эти группы. Водородные связи относительно слабые, поскольку имеют чисто электростатическую природу, однако удаление молекул воды из зоны, где находятся боковые группы аминокислот, взаимодействующих, значительно увеличивает энергию связывания, поскольку при этом резко уменьшается диэлектрическая постоянная. Гидрофобные взаимодействия. Неполярные гидрофобные группы, например боковые группы валина, лейцина или фенилаланина, в водной среде стремятся сблизиться между собой. Такая гидрофобное взаимодействие обусловлено определенными причинами. Молекулы воды образуют между собой сетку водородных связей, и если в воду ввести гидрофобные молекулы, то количество конфигураций, при которых образовываться водородные связи, уменьшается по сравнению с чистой водой. В результате энтропия такой системы ниже. Чем больше площадь поверхности между гидрофобными молекулами и контактирующими с ними молекулами воды, тем меньше энтропия и тем выше энергия системы. Если гидрофобные группы двух белков настолько приближаются друг к другу, что между ними не остается молекул воды, то общая площадь их контакта с водой уменьшается и энергия системы ниже, чем к их взаимодействию. Другими словами, можно говорить о привлечении между белками. Гидрофобные связи могут обеспечивать до 50% всей родства между антигенами и антителами.

 

Силы Ван дер Ваальса. Эти силы возникают в результате взаимодействия поверхностных электронных слоев контактирующих участков молекул. Известно, что различия между свойствами реальных и идеальных газов, согласно кинетической теории, обусловленные ван-дерваальсовим притяжением между молекулами. Этот факт имеет чисто математическое объяснение. Однако описательно можно представить, что в результате флуктуации электронной плотности в одной молекуле она приобретает свойства диполя. Такой диполь индуцирует перераспределение электронной плотности и образования диполя в другой молекуле, и эти два диполи взаимно притягиваются. Смещены электроны, возвращаясь в положение равновесия, проскакивают его, т.е. диполи осциллируют. Сила притяжения между диполями обратно пропорциональна расстоянию между ними в 7-й степени, то есть она быстро растет при сближении молекул, которые взаимодействуют.

 

Силы, стабилизирующие комплекс антиген-антитело, имеют общее свойство: только при значительном сближении двух молекул и особенно в том случае, когда в зону контакта уже не могут проникать молекулы воды, эти силы приобретают высоких значений. Взаимно комплементарные формы электронных слоев антигензвьязу тельного центра антитела и поверхностной антигенной детерминанты дают возможность этим двум молекулам сблизиться. Чем больше площадь контакта, тем сильнее взаимное притяжение между антигеном и антителом.

 

Реакция антиген - антитело является экзотермической, и повышение температуры способствует диссоциации комплекса антиген-антитело. Поскольку взаимодействие антиген - антитело связана с электростатическими взаимодействиями, то диссоциации комплекса способствует высокий уровень рН и изменения ионной силы раствора, поскольку при этом теряются как положительные, так и отрицательные ионы. Аффинность антител важна для понимания механизмов реакции антиген - антитело и функциональной роли антител. Она является суммой межмолекулярных сил притяжения и отталкивания, действующие между активным центром антитела и специфическим лигандом, т.е. аффинность антител - это степень прочности, или величина взаимосвязи, между одновалентным лигандом и одним антигензвьязувальним центром антител. По определению Научной группы ВОЗ, или аффинитетом (сродством), понимают активность антител в расчете на активный центр антитела (или средний активный центр гетерогенной популяции) независимо от количества активных центров в молекуле. Антитело класса G (двухвалентное) и его Fab-фрагменты (одновалентные) должны иметь одинаковую аффинность. Последнюю обычно оценивают, измеряя степень обратной связывания одновалентного лиганда. Аффинность выражают в виде среднего константы равновесия. Этот показатель соответствует концентрации свободного лиганда (или ее обратной величине), по которой занята половина всех активных центров антител. По сути, аффинность является величиной силы взаимодействия между антигеном и антителами.

 

Результаты исследований с применением динитрофенильних конъюгатов с антителами методами электронной микроскопии свидетельствуют о том, что каждая ДНФ-группа контактирует с одним антигензвьязувальним центром и является моновалентной. Во время диализа смеси гаптенов со специфическими антителами показано, что их взаимодействие обратима и скорость диссоциации комплекса антиген - антитело зависит от аффинности.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+