Что такое антигены и какими свойствами они обладают
План лекции:
1. Антигены: определение, строение, основные свойства.
2. Антигены микроорганизмов.
3. Антигены человека и животных.
4. Антитела: определение, основные функции, строение.
5. Классы иммуноглобулинов, их характеристика.
6. Динамика образования антител.
Антигены (от греч. anti – против, genos – создавать; термин предложил в 1899 г. Дойч) – вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности и при введении в организм вызывающие развитие специфических иммунологических реакций.
Основные функции антигенов:
– Индуцируют иммунологический ответ (синтез антител и запуск реакций клеточного иммунитета).
– Специфически взаимодействуют с образовавшимися антителами (in vivo и in vitro).
– Обеспечивают иммунологическую память – способность организма отвечать на повторное введение антигена иммунологической реакцией, характеризующейся большей силой и более быстрым развитием.
– Обуславливают развитие иммунологической толерантности – отсутствие иммунного ответа на конкретный антиген при сохранении способности к иммунному ответу на другие антигены.
Строение антигенов:
Антигены состоят из 2 частей:
1. Высокомолекулярный носитель (шлеппер) – высокополимерный белок, определяющий антигенность и иммуногенность антигена.
2. Детерминантные группы (эпитопы) – поверхностные структуры антигена, комплементарные активному центру антител или рецептору Т-лимфоцита и определяющие специфичность антигена. На одном носителе может быть несколько разных эпитопов, состоящих из пептидов или липополисахаридов и располагающихся в разных частях молекулы антигена. Их разнообразие достигается за счет мозаики аминокислотных или липополисахаридных остатков, располагающихся на поверхности белка.
Количество детерминантных групп или эпитопов определяет валентность антигена.
Валентность антигена – количество одинаковых эпитопов на молекуле антигена, равное числу молекул антител, которые могут к ней присоединяться.
Основные свойства антигенов:
1. Иммуногенность – способность вызывать иммунитет, невосприимчивость к инфекции (применяется для характеристики инфекционных агентов).
2. Антигенность – способность вызывать образование специфических антител (частный вариант иммуногенности).
3. Специфичность – свойство, по которому антигены различаются между собой и определяющее способность избирательно реагировать со специфическими антителами или сенсибилизированными лимфоцитами.
Иммуногенность, антигенность и специфичность зависят от многих факторов.
Факторы, определяющие антигенность:
– Чужеродность (гетерогенность) – генетически обусловленное свойство антигенов одних видов животных отличаться от антигенов других видов животных (чем дальше друг от друга в фенотипическом отношении находятся животные, тем большей антигенностью по отношению друг к другу они обладают).
– Молекулярный вес должен быть не менее 10000 дальтон, с увеличением молекулярного веса антигенность возрастает.
– Химическая природа и химическая однородность: наибольшей антигенностью обладают белки, их комплексы с липидами (липопротеиды), с углеводами (гликопротеиды), с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), а также сложные полисахариды (при массе более 100000 D), липополисахариды; сами по себе нуклеиновые кислоты, липиды вследствие недостаточной жесткости структуры неиммуногенны.
– Жесткость структуры (помимо определенной химической природы антигены должны обладать определенной жесткостью структуры, например, денатурированные белки не обладают антигенностью).
– Растворимость (нерастворимые белки не могут находиться в коллоидной фазе и не вызывают развитие иммунных реакций).
Факторы, определяющие иммуногенность:
– Свойства антигенов.
– Способ введения антигена (перорально, внутрикожно, внутримышечно).
– Доза антигена.
– Интервал между введением.
– Состояние иммунизированного макроорганизма.
– Скорость разрушения антигена в организме и выведения его из организма.
Иммуногенность и антигенность могут не совпадать! Например, дизентерийная палочка обладает высокой антигенностью, но выраженного иммунитета против дизентерии не вырабатывается.
Факторы, определяющие специфичность:
– Химическая природа антигенной детерминанты.
– Строение антигенной детеминанты (вид и последовательность аминокислот в первичной полипептидной цепи).
– Пространственная конфигурация антигенных детерминант.
Виды антигенов по строению:
1. Гаптены (неполноценные антигены) – это чистая детерминантная группа (имеют небольшую молекулярную массу, не распознаются иммунокомпетентными клетками, обладают только специфичностью, т.е. не способны вызывать образование антител, но вступают с ними в специфическую реакцию):
– простые – взаимодействуют с антителами в организме, но не способны реагировать с ними in vitro;
– сложные – взаимодействуют с антителами in vivo и in vitro.
2. Полноценные (конъюгированные) антигены – образуются при связывании гаптена с высокомолекулярным носителем, обладающим иммуногенностью.
3. Полугаптены – это неорганические радикалы (J-, Cr-, Br-, N+), связанные молекулами белка.
4. Проантигены – гаптены, способные присоединяться к белкам организма и сенсибилизировать их как аутоантигены.
5. Толерогены – антигены, способные подавлять иммунологические реакции с развитием специфической неспособности отвечать на них.
Виды антигенов по степени чужеродности:
1. Видовые антигены – антигены определенного вида организмов.
2. Групповые антигены (аллоантигены) – антигены, обусловливающие внутривидовые различия у особей одного вида, разделяющие их на группы (серогруппы у микроорганизмов, группы крови у человека).
3. Индивидуальные антигены (изоантигены) – антигены конкретного индивидуума.
4. Гетерогенные (перекрестнореагирующие, ксеноантигены) антигены – антигены, общие для организмов разных видов, далеко отстоящих друг от друга:
– антигенная мимикрия – длительное отсутствие иммунологической реакции на антигены из-за схожести с антигенами хозяина (микроорганизмы не распознаются как чужеродные);
– перекрестные реакции – образовавшиеся на антигены микроорганизмов антитела вступают в контакт с антигенами хозяина и могут вызывать иммунологический процесс (например: гемолитический стрептококк обладает перекрестнореагирующими антигенами с антигенами миокарда и почечных клубочков; вирус кори имеет перекрестнореагирующие антигены к белку миелину, поэтому иммунная реакция способствует демиелинизации нервных волокон и развитию рассеянного склероза).
Антигены микроорганизмов в зависимости от систематического положения:
1. Видоспецифические – антигены одного вида микроорганизмов.
2. Группоспецифические – антигены одной группы в пределах вида (подразделяют микроорганизмы на серогруппы).
3. Типоспецифические – антигены одного типа (варианта) в пределах вида (подразделяют микроорганизмы на серовары/серотипы).
Источник
Оглавление темы “СD8 лимфоциты. Антиген ( Аг ) представляющие клетки. Классификация антигенов ( Аг ).”:
1. Рецептор Т-клеток. Активация Т-лимфоцитов. Субпопуляции Т-лимфоцитов. СD4+ лимфоциты.
2. СD8 лимфоциты. Т супрессоры. Цитотоксические Т-лимфоциты ( ЦТЛ ). Т-киллеры. Цитотоксический эффект Т-киллеров. Т-клетки памяти.
3. В-лимфоциты. В-клетки. Созревание В-лимфоцитов. Продолжительность жизни B-лимфоцитов. Маркеры В-клеток ( В-лимфоцитов ).
4. Естественные киллеры ( NK-клетки ). Перфорины. Функция естественных киллеров. Задачи NK-клеток.
5. Антиген ( Аг ) представляющие клетки. Иммунные реакции. Классификация имунных реакций. Антигены. Свойства антигенов. Структура антигенов ( Аг ). Валентность Аг.
6. Классификация антигенов ( Аг ). Иммуногены. Гаптены. Непреципитирующие гаптены. Преципитирующие гаптены. Полугаптены. Проантигены.
7. Адъюванты. Адъювант Фройнда. Толерогены. Природа антигенов (Аг). Происхождение антигенов. Молекулярная масса антигенов (Аг).
8. Специфичность антигенов (Аг). Видовые антигены. Групповые антигены (Аг). Гетерогенные антигены (Аг). Антиген Форссмана. Аллоантигены ( изоантигены ).
9. Патологические антигены. Аутоантигены. Врождённые аутоантигены. Приобретённые аутоантигены. Суперантигены.
10. Антигены ( Аг ) микроорганизмов. Антигены бактерий. Капсульные антигены ( К-антигены ( Аг )). Соматические антигены ( O-антигены ( Аг )). Жгутиковые антигены ( H-антигены ( Аг )). Vi-Ar ( Антиген вирулентности ).
Антиген ( Аг ) представляющие клетки. Иммунные реакции. Классификация имунных реакций. Антигены. Свойства антигенов. Структура антигенов ( Аг ). Валентность Аг.
Важную роль в индукции и регуляции иммунного ответа играют мононуклеарные фагоциты. Участие макрофагов в иммунных реакциях включает неспецифическое поглощение Аг, их «переработку» (то есть расщепление на меньшие фрагменты) и представление Аг Т-лимфоцитам, образование ИЛ-1, а также других цитокинов (см. табл. 10-7). Помимо макрофагов, представлять Аг способны В-лимфоциты, фолликулярные клетки лимфатических узлов и селезёнки, клетки Лангерханса кожи и воздухоносных путей, М-клетки лимфатических фолликулов пищеварительного тракта, дендритные эпителиальные клетки вилочковой железы. Наряду с нейтрофилами и эозинофилами, макрофаги участвуют в антителозависимом клеточно-опосредованном цитолизе (имеют поверхностный рецептор к Fc-фрагменту IgG, представляющий CD 16).
Иммунные реакции. Классификация имунных реакций
Большинство иммунных реакций требует взаимодействия Аг-распознающих, Аг-представляющих, эффекторных и регуляторных клеток. Иммунные реакции традиционно разделяют на гуморальные (реализуются циркулирующими в средах организма AT) и клеточные (реализуются при непосредственном контакте иммунокомпетентных клеток). Вместе с тем все иммунокомпетен-тные клетки — компоненты единой иммунной системы. Поэтому такое разделение носит условный характер, тем более, что AT синтезируются клетками (плазмоцитами), а Т-лимфоциты проявляют свою активность через различные растворимые факторы (цитокины и хемокины).
Антигены. Свойства антигенов. Структура антигенов ( Аг )
Антигены — вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродное™ и вызывающие развитие иммунных реакций (гуморальных, клеточных, состояние иммунной толерантности, индуцирование иммунной памяти). Свойства Аг определяются комплексом признаков: иммуногенность, антигенность, специфичность, чужеродность.
• Иммуногенность — способность индуцировать иммунный ответ.
• Антигенность — способность Аг избирательно реагировать со специфичными к нему AT или Аг-распознающими рецепторами лимфоцитов. С понятием «антигенность» связан другой термин «чужеродность»: без чужеродности нет антигенности применительно к конкретному организму. Например, альбумины мыши не проявляют антигенные свойства по отношению к другим мышам, но являются Аг для морской свинки.
• Специфичность — структурные особенности, отличающие один Аг от другого.
Способностью вызывать развитие иммунного ответа и определять его специфичность обладает фрагмент молекулы Аг — антигенная детерминанта (эпитоп), избирательно реагирующая с Аг-распознающими рецепторами и AT. Антигенные детерминанты располагаются в областях Аг, обращенных к его микроокружению.
Эпитоп — наименьшая распознаваемая единица Аг; молекула Аг может иметь несколько эпитопов, то есть быть поливалентной. Чем сложнее молекула Аг и чем больше у неё эпитопов, тем больше вероятность развития иммунного ответа. Структура многих антигенных детерминант известна. Например, в полипептидной последовательности эпитопом может быть фрагмент из 7-8 аминокислотных остатков; свойства антигенности и специфичности определяются также пространственной конфигурацией фрагмента.
Моноклональные AT специфически распознают только одну Аг-детерминанту и связываются с ней. Поликлональные AT, как правило, распознают несколько антигенных детерминант в составе Аг.
Валентность Аг
Белки содержат несколько Аг-детерминант. Количество молекул AT, связывающих все эпитопы, определяет валентность Аг (возрастает пропорционально увеличению молекулярной массы белковой молекулы).
– Также рекомендуем “Классификация антигенов ( Аг ). Иммуногены. Гаптены. Непреципитирующие гаптены. Преципитирующие гаптены. Полугаптены. Проантигены.”
Источник
Различают полные и неполные антигены, или гаптены. Последние – относительно простые вещества, способные участвовать в иммунологических взаимодействиях, но не способные активировать АПК и самостоятельно индуцировать иммунный ответ. Лишь после присоединения к крупным, обычно белковым молекулам (носителям), гаптен может приобрести свойства полного антигена.
Антигенными свойствами обладают биополимеры – белки, их комплексы с углеводами (гликопротеиды), липидами (липопротеиды) нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), а также сложные полисахариды, липополисахариды. Для проявления антигенных свойств имеет значение размер молекулы. Молекулы с молекулярной массой более 10 000, как правило, антигенны, а при меньшей молекулярной массе чаще обладают свойствами гаптенов. Полисахариды антигенны при молекулярной массе выше 100 000. Полипептиды, состоящие из Lаминокислот, антигенны, а состоящие из D-аминокислот, лишены этого свойства. Белки при денатурации утрачивают свои антигенные свойства. Например, белки, коагулированные кипячением, обработкой крепкими растворами кислот или щелочей, перестают быть антигенами. Проявления антигенного действия связано с катаболическим разрушением антигенов в организме. Так, D-полипептиды медленно и не полностью разрушаются ферментами организма и не проявляют антигенных свойств.
Практически все природные субстраты, обладающие антигенными свойствами, являются комплексами нескольких антигенов. Ниже будет показано, что микробная клетка обладает множеством антигенов, свойственных отдельным ее структурам. Даже индивидуальные молекулы могут обладать несколькими антигенами.
Основными свойствами антигена являются: специфичность, чужеродность, иммуногенность или толерогенность.
Специфичность. Антигенная специфичность представляет собой уникальное биологическое явление, которое лежит в основе иммунологических взаимодействий в организме, а также лабораторных методов определения разных антигенов, серодиагностики, методов специфической профилактики и терапии инфекционных заболеваний.
Структура, обладающая индивидуальной антигенной специфичностью, называется антигенным детерминантом, или эпитопом. Последнее название отражает то, что антигенной активностью обладают только структуры лежащие на поверхности молекулы, а глубокие проявляют антигенность лишь при изменении конформации или разрушении молекулы. Разнообразие белковых эпитопов достигается за счет мозаики аминокислотных остатков, расположенных на глобулярной поверхности молекулы белка.
Эпитопы, определяющие антигенность белковой молекулы, состоят из 625 аминокислот и располагаются в разных частях молекулы, разделяясь неантигенными структурами. При этом эпитопы одной молекулы не обязательно должны иметь одинаковый состав и одинаковую специфичность. Количество одинаковых эпитопов на молекуле определяет число молекул антител, которые могут к ней присоединиться, т.е. валентность данного антигенного субстрата. Валентность антигенов возрастает с их молекулярной массой. Так, валентность яичного альбумина с молекулярной массой 45 000 равна 5, а валентность гемоцианина с мол. массой 6,5 млн. – 231. Эпитоп, отделенный от молекулы, может иметь только одну валентность и обладать свойствами гаптена, а вся молекула для данного эпитопагаптена играет роль носителя.
Поскольку эпитопы, определяющие антигенные свойства молекулы расположены на одних участках, а токсические свойства микробных токсинов определяют другие участки, могут быть приготовлены анатоксинымолекулы, лишенные токсических свойств, но сохранивших антигенные. Анатоксины служат основой вакцинных препаратов для создания антитоксического иммунитета.
Чужеродность. Антиген вызывает позитивный иммунный ответ (образование антител и активных лимфоцитов) только в тех случаях, когда он чужероден, т.е. обладает стектурами, отсутствующими в данном организме. К собственным антигенам организм толерантен. Только при изменениях, придающих антигену признаки чужеродности, он приобретает способность индуцировать позитивный иммунный ответ.
Строение антигенов отражает эволюционную близость обладающих ими организмов. Существуют общие антигены, свойственные представителям разных семейств, родов, видов. Имеются вариантные антигены, различные для особей одного и того же вида. Определение антигенного состава используется для классификации разных групп живых существ и выявления эволюционных связей между ними.
В ходе эволюции микроорганизмы, инфицирующие человека и животных, приобретают антигены, сходные с антигенами хозяина, что называется антигенной мимикрией. Это способствует тому, что к таким антигенам долго не возникает иммунологической реакции, и микроорганизмы получают дополнительный шанс для выживания в организме хозяина, поскольку они не распознаются как чужеродные. Чужеродные антигены, обладающие структурами, сходными с антигенами хозяина, получили название перекрестнореагирующих антигенов (ПРА). Однако, поскольку ПРА находятся в комплексе с другими высокоиммуногенными для организма антигенами, иммунный ответ на них может возникнуть. В этом случае образовавшиеся гуморальные и клеточные антитела вступают в контакт с антигенами хозяина и могут вызвать иммунопатологический процесс. Известно, что некоторые штаммы гемолитических стрептококков могут обладать ПРА с антигенами эндокарда, почечных клубочков и нервной ткани человека, что способствует развитию ревматизма, гломерулонефрита и хореи. Соответственно вирус кори имеет ПРА с основным белком миелина, и иммунная реакция способствует демиелинизации нервных волокон и развитию рассеянного склероза.
Антигены нервной системы, глаз, репродуктивных органов отделены от внутренней среды физиологическими барьерами. Их антигены не индуцируют полноценную толерантность и не вызывают в здоровом организме аутоиммунной реакции, поскольку не проникают в органы иммуногенеза. Такие антигены называют забаръерными. В случаях повреждения барьеров при травме или заболевании забарьерные антигены поступают в общую циркуляцию и могут вызвать иммунопатологический процесс.
Собственные антигены организма могут подвергнуться модификации при действии внешних химических или физических факторов или вступить в контакт с чужеродными веществами гаптенной природы. В результате формируются антигены, гаптенная часть которых – чужеродная структура, а носитель – собственный антиген. Такие модифицированные антигены часто служат причиной развития аллергических реакций.
Иммуногенность и толерогенность – альтернативные свойства каждого антигенного субстрата. Для индукции иммунного ответа и толерантности необходимо воздействие антигена на лимфоцит, обладающий рецепторами для данного антигена – антигенреактивную клетку (АРК). Отличия состоят в том, что при индукции позитивной иммунной реакции АРК получают стимулы от цитокинов, обеспечивающие их пролиферацию и формирование клона эффекторных клеток. При индукции иммунологической толерантности АРК не подвергается дальнейшей стимуляции и либо погибает, либо лишается рецепторов к антигену.
Формирование иммунологической толерантности Т и В-лимфоцитов к собственным антигенам, как уже отмечалось, происходит в организме постоянно и созревающие лимфоциты, обладающие рецепторами к аутоантигенам, гибнут в результате контакта с ними в тимусе или в костном мозге. Чужеродные антигены в иммунологически полноценном организме встречают преимущественные условия для иммуногенного действия и лишь в особых ситуациях проявляют толерогенные свойства. Это наблюдается:
Источник