Anticorpii: producere, structură și clase

Anticorpi⁚ producere, structură și clase

Anticorpii, cunoscuți și ca imunoglobuline, sunt proteine complexe produse de sistemul imunitar pentru a identifica și neutraliza agenții patogeni. Aceștia joacă un rol esențial în apărarea organismului împotriva infecțiilor și a altor amenințări.

Introducere

Anticorpii, componente esențiale ale sistemului imunitar adaptativ, sunt proteine specializate capabile să recunoască și să se lege de antigene specifice. Această legare declanșează o cascadă de evenimente care neutralizează agenții patogeni și protejează organismul de infecții. Sistemul imunitar produce o diversitate uriașă de anticorpi, fiecare cu o specificitate unică pentru un anumit antigen. Această diversitate este esențială pentru a face față unei game largi de amenințări, de la bacterii și viruși la toxine și alergeni.

Rolul anticorpilor în sistemul imunitar

Anticorpii joacă un rol crucial în apărarea organismului împotriva infecțiilor și a altor amenințări, prin diverse mecanisme de acțiune. Aceștia pot neutraliza agenții patogeni prin blocarea atașării acestora la celulele gazdă, pot activa complementul, o cascadă de proteine care lizează celulele patogene, pot facilita fagocitoza, procesul prin care celulele imune înghit și distrug agenții patogeni, și pot induce citotoxicitatea celulară dependentă de anticorpi (ADCC), un mecanism prin care celulele ucigașe naturale (NK) distrug celulele infectate.

Producția de anticorpi

Anticorpii sunt produși de către limfocitele B, un tip de celule imune care se diferențiază în plasmocite. Aceste plasmocite secretă anticorpi specifici pentru antigenul care a inițiat răspunsul imun. Procesul de producție a anticorpilor începe cu activarea celulelor B de către un antigen specific. Acest antigen se leagă de receptorii de pe suprafața celulei B, declanșând o cascadă de semnalizare intracelulară care stimulează proliferarea și diferențierea celulei B în plasmocite. Plasmocitele mature secretă apoi anticorpi specifici pentru antigenul care a inițiat răspunsul imun.

Celulele B și imunoglobulinele

Celulele B sunt limfocite care se diferențiază în plasmocite, responsabile de sinteza și secreția de anticorpi. Anticorpii, cunoscuți și ca imunoglobuline, sunt proteine complexe care se leagă specific de antigeni. Fiecare celulă B poartă pe suprafața sa receptori de imunoglobulină (Ig), care sunt anticorpi legați de membrană. Acești receptori Ig sunt identici cu anticorpii pe care celula B îi va secreta mai târziu. Diversitatea anticorpilor este generată printr-un proces complex de recombinare genetică a genelor Ig, asigurând o gamă largă de specificitate pentru antigeni.

Activarea celulelor B

Activarea celulelor B este un proces complex care implică recunoașterea antigenului și interacțiunea cu alte celule imune. Când o celulă B se întâlnește cu un antigen specific pentru receptorii săi Ig, se activează. Această activare implică o serie de evenimente, inclusiv internalizarea antigenului și prezentarea acestuia altor celule imune, cum ar fi celulele T helper. Celulele T helper secretă citokine care stimulează proliferarea și diferențierea celulelor B activate. Activarea celulelor B are ca rezultat clonarea celulelor B specifice antigenului, conducând la o populație mai mare de celule B capabile să producă anticorpi specifici pentru acel antigen.

Diferențierea celulelor B în plasmocite

Celulele B activate suferă o diferențiere terminală, transformându-se în plasmocite, celule specializate care secretă anticorpi. Această diferențiere este caracterizată de o creștere semnificativă a citoplasmei, dezvoltarea reticulului endoplasmatic rugos și a aparatului Golgi, care sunt esențiale pentru sinteza și secreția anticorpilor. Plasmocitele sunt celule cu o durată de viață scurtă, dar produc cantități mari de anticorpi specifici pentru antigenul care a declanșat activarea lor. Acești anticorpi circulă în sânge și limfă, pregătiți să se lege de antigenul specific și să declanșeze o serie de mecanisme de apărare imună.

Structura anticorpilor

Anticorpii sunt proteine complexe cu o structură caracteristică, formată din două lanțuri polipeptidice identice, numite lanțuri grele, și două lanțuri polipeptidice identice, numite lanțuri ușoare. Aceste lanțuri sunt legate între ele prin legături disulfurice, formând o structură Y. Fiecare braț al structurii Y conține o regiune variabilă (V) și o regiune constantă (C). Regiunea variabilă este responsabilă de recunoașterea și legarea specifică a antigenului, în timp ce regiunea constantă determină funcția efectorie a anticorpului. Structura anticorpilor le permite să se lege de o gamă largă de antigeni, contribuind la diversitatea răspunsului imun.

Structura de bază a imunoglobulinei

Structura de bază a imunoglobulinelor este formată din două lanțuri polipeptidice identice, numite lanțuri grele, și două lanțuri polipeptidice identice, numite lanțuri ușoare. Aceste lanțuri sunt legate între ele prin legături disulfurice, formând o structură Y. Fiecare braț al structurii Y conține o regiune variabilă (V) și o regiune constantă (C). Regiunea variabilă este responsabilă de recunoașterea și legarea specifică a antigenului, în timp ce regiunea constantă determină funcția efectorie a anticorpului. Structura anticorpilor le permite să se lege de o gamă largă de antigeni, contribuind la diversitatea răspunsului imun.

Regiunea variabilă

Regiunea variabilă (V) a anticorpului este situată la capătul brațelor structurii Y și este responsabilă de recunoașterea și legarea specifică a antigenului. Această regiune este extrem de variabilă între diferiți anticorpi, reflectând diversitatea antigenilor pe care îi pot recunoaște. Variabilitatea regiunii V este concentrată în trei bucle hipervariabile, numite regiuni determinante de complementaritate (CDR), care formează o suprafață de legare a antigenului. CDR-urile se leagă de epitopul specific al antigenului, o secvență de aminoacizi sau o structură tridimensională a antigenului, cu o afinitate ridicată. Această legare specifică este crucială pentru funcția anticorpului de a neutraliza antigenii și de a activa alte componente ale sistemului imunitar.

Regiunea constantă

Regiunea constantă (C) a anticorpului este situată în partea inferioară a structurii Y, unde lanțurile grele și ușoare se unesc. Această regiune este relativ constantă în cadrul unei anumite clase de imunoglobulină, dar variază între diferite clase. Regiunea C are o funcție importantă în determinarea funcției efectorului anticorpului. De exemplu, regiunea C a imunoglobulinei G (IgG) interacționează cu receptorii Fc de pe celulele imune, cum ar fi neutrofilele și macrofagele, stimulând fagocitoza și distrugerea antigenilor. De asemenea, regiunea C poate activa complementul, o cascadă de proteine ​​care ajută la eliminarea antigenilor; Diversitatea funcțiilor efectorilor anticorpilor este determinată de structura specifică a regiunii C, care variază între clasele de imunoglobuline.

Lanțurile grele și ușoare

Structura de bază a unui anticorp este formată din două lanțuri polipeptidice⁚ un lanț greu (H) și un lanț ușor (L). Lanțurile grele sunt mai mari decât lanțurile ușoare și determină clasa de imunoglobulină. Există cinci clase principale de lanțuri grele⁚ µ (IgM), γ (IgG), α (IgA), δ (IgD) și ε (IgE). Fiecare lanț greu are o regiune variabilă (VH) la capătul N-terminal și o regiune constantă (CH) la capătul C-terminal. Lanțurile ușoare sunt mai mici și au o regiune variabilă (VL) și o regiune constantă (CL). Un anticorp este format din două lanțuri grele și două lanțuri ușoare, legate prin legături disulfurice, formând o structură Y caracteristică. Fiecare braț al structurii Y este format dintr-un lanț greu și un lanț ușor, iar baza Y este formată din cele două lanțuri grele.

Fragmentele Fab și Fc

Structura Y a unui anticorp poate fi divizată în două fragmente principale⁚ fragmentul antigen-legător (Fab) și fragmentul cristalizabil (Fc). Fragmentul Fab este format din regiunile variabile (VH și VL) ale lanțurilor grele și ușoare, precum și din prima constantă a lanțului greu (CH1). Acesta este responsabil pentru recunoașterea și legarea antigenului. Fragmentul Fc este format din porțiunile constante ale celor două lanțuri grele (CH2 și CH3). Acesta este responsabil pentru interacțiunea cu alte componente ale sistemului imunitar, cum ar fi celulele fagocitare, complementul și receptorii Fc de pe suprafața celulelor. Diversitatea fragmentelor Fab permite anticorpilor să recunoască o gamă largă de antigene, în timp ce diversitatea fragmentelor Fc permite o varietate de mecanisme de acțiune imunitară.

Clasificarea imunoglobulinelor

Imunoglobulinele sunt clasificate în cinci clase principale, denumite IgG, IgM, IgA, IgD și IgE, pe baza structurii lanțului greu. Fiecare clasă are o funcție specifică în sistemul imunitar și este caracterizată printr-o structură unică a lanțului greu. De exemplu, IgG este cea mai abundentă clasă de imunoglobuline și joacă un rol crucial în imunitatea umorală, oferind protecție împotriva infecțiilor bacteriene și virale. IgM este primul anticorp produs în răspunsul imun primar și este eficient în activarea complementului. IgA este găsită în mucoase, protejând organismul de infecții. IgD este exprimată pe suprafața limfocitelor B și joacă un rol în activarea acestora. IgE este implicat în reacțiile alergice și în apărarea împotriva paraziților.

Imunoglobulina G (IgG)

Imunoglobulina G (IgG) este cea mai abundentă clasă de imunoglobuline din serul uman, reprezentând aproximativ 75% din totalul anticorpilor. IgG este un anticorp monomeric, format dintr-o singură unitate de bază a imunoglobulinei, cu două lanțuri grele γ și două lanțuri ușoare. IgG are o durată de viață lungă în ser, persistând timp de aproximativ 21 de zile, ceea ce îi conferă o capacitate de a oferi protecție imunitară pe termen lung. IgG este capabil să traverseze placenta, oferind imunitate pasivă nou-născutului. IgG este implicat în diverse funcții imunitare, inclusiv neutralizarea toxinelor bacteriene, opsonizarea agenților patogeni, activarea complementului și citotoxicitatea celulară dependentă de anticorpi (ADCC).

Imunoglobulina M (IgM)

Imunoglobulina M (IgM) este o imunoglobulină pentamere, formată din cinci unități de bază a imunoglobulinei, legate între ele prin punți disulfidice. IgM are o structură complexă, cu 10 situsuri de legare a antigenului, ceea ce îi conferă o afinitate ridicată pentru antigeni. IgM este prima clasă de anticorpi produsă în timpul răspunsului imun primar. IgM este prezentă în principal în sânge și limfă, dar poate fi găsită și în alte fluide corporale. IgM este un activator eficient al complementului, contribuind la eliminarea agenților patogeni prin liza celulară. De asemenea, IgM joacă un rol important în aglutinarea antigenilor, facilitând astfel fagocitoza de către celulele imunitare.

Imunoglobulina A (IgA)

Imunoglobulina A (IgA) este o imunoglobulină dimeră, formată din două unități de bază a imunoglobulinei, legate între ele printr-o proteină numită lanț J. IgA este principala imunoglobulină din secrețiile mucoase, cum ar fi saliva, lacrimile, mucusul nazal și laptele matern. IgA joacă un rol crucial în imunitatea mucoasei, prevenind aderarea și invazia agenților patogeni la suprafețele mucoase. IgA este o imunoglobulină foarte rezistentă la degradare enzimatică, ceea ce o face ideală pentru a acționa ca o barieră imunitară în medii dure, cum ar fi tractul gastrointestinal. De asemenea, IgA poate neutraliza toxinele bacteriene și virale, contribuind la prevenirea infecțiilor.

Imunoglobulina D (IgD)

Imunoglobulina D (IgD) este o imunoglobulină monomerică, prezentă în concentrații foarte mici în serul sanguin. Rolul exact al IgD în sistemul imunitar nu este pe deplin elucidat, dar se crede că joacă un rol important în activarea și diferențierea celulelor B. IgD este exprimată pe suprafața celulelor B naive, unde acționează ca receptor pentru antigen. Legarea antigenului la IgD poate induce activarea celulelor B și declanșarea răspunsului imun. De asemenea, IgD poate participa la reglarea homeostaziei celulelor B și la dezvoltarea toleranței imunologice.

Imunoglobulina E (IgE)

Imunoglobulina E (IgE) este o imunoglobulină monomerică, prezentă în concentrații foarte scăzute în serul sanguin. IgE joacă un rol crucial în apărarea organismului împotriva paraziților, dar este și responsabilă pentru reacțiile alergice. IgE se leagă de mastocite și bazofile, celule care conțin histamină și alte mediatori ai inflamației. Când IgE se leagă de un alergen, declanșează degranularea mastocitelor și bazofilelor, eliberând mediatori care provoacă simptomele alergice, cum ar fi mâncărime, urticarie, dificultăți de respirație și șoc anafilactic.

Mecanismele de acțiune ale anticorpilor

Anticorpii își exercită funcțiile de apărare prin intermediul unor mecanisme specifice, care vizează eliminarea agenților patogeni și a altor amenințări. Aceste mecanisme includ activarea complementului, citotoxicitatea celulară dependentă de anticorpi (ADCC), neutralizarea, opsonizarea, aglutinarea și precipitare. Activarea complementului implică o cascadă de proteine plasmatice care lizează celulele țintă. ADCC implică distrugerea celulelor țintă de către celulele NK (natural killer) și macrofage. Neutralizarea blochează capacitatea agenților patogeni de a se lega de celulele gazdă. Opsonizarea facilitează fagocitoza prin legarea la receptorii de pe fagocite. Aglutinarea aglutinează agenții patogeni, facilitând eliminarea lor. Precipitare formează complexe imune insolubile, care sunt eliminate din organism.

Activarea complementului

Sistemul complementului este o componentă importantă a imunității innăscute, constând dintr-o cascadă de proteine plasmatice care se activează secvențial, amplificând răspunsul imun. Anticorpii pot activa complementul prin legarea la antigeni de pe suprafața celulelor țintă, declanșând o cascadă de evenimente care conduc la liza celulelor, opsonizarea și recrutarea celulelor inflamatorii. Calea clasică a complementului este activată de complexele antigen-anticorp, în timp ce calea alternativă este activată de suprafețele celulare microbiene. Indiferent de calea de activare, rezultatul final este formarea complexului de atac al membranei (MAC), care formează pori în membrana celulară a celulei țintă, conducând la liza acesteia.

Citotoxicitatea celulară dependentă de anticorpi (ADCC)

Citotoxicitatea celulară dependentă de anticorpi (ADCC) este un mecanism important al imunității adaptative, în care celulele imune, cum ar fi celulele ucigașe naturale (NK), distrug celulele țintă care exprimă antigeni specifici. Acest proces este mediat de anticorpii care se leagă de antigeni de pe suprafața celulelor țintă; Anticorpii legați de antigen acționează ca un semnal pentru celulele NK, care exprimă receptori Fc, care se leagă de regiunea Fc a anticorpilor. Această legare activează celulele NK, declanșând eliberarea de substanțe citotoxice, cum ar fi granzimele și perforinele, care induc apoptoza celulelor țintă.

Neutralizarea

Neutralizarea este un mecanism esențial prin care anticorpii blochează capacitatea agenților patogeni de a infecta celulele gazdă. Anticorpii se leagă de antigenele de pe suprafața agenților patogeni, cum ar fi virușii sau bacteriile, blocând astfel accesul acestora la receptorii celulari necesari pentru infecție. De exemplu, anticorpii pot bloca legarea virusului de celulele gazdă, împiedicând intrarea acestuia în celulă și replicarea sa. Neutralizarea este deosebit de importantă în apărarea împotriva infecțiilor virale, deoarece previne răspândirea virusului în organism.

Opsonizarea

Opsonizarea este un proces prin care anticorpii facilitează fagocitoza, adică ingestia și distrugerea agenților patogeni de către celulele imune, cum ar fi neutrofilele și macrofagele. Anticorpii se leagă de antigenele de pe suprafața agenților patogeni, marcându-i astfel pentru fagocitoză. Fagocitele posedă receptori specifici pentru porțiunea Fc a anticorpilor, permițând recunoașterea și înglobarea agenților patogeni opsonizați. Opsonizarea îmbunătățește eficiența fagocitozei, stimulând distrugerea agenților patogeni și contribuind la eliminarea infecției.

Aglutinarea

Aglutinarea este un proces prin care anticorpii aglutinează, adică adună, particule antigenice, cum ar fi bacteriile sau virusurile, formând aglomerări. Această aglutinare se datorează capacității anticorpilor de a lega simultan mai multe antigene, formând punți între particulele antigenice. Aglutinarea are un impact semnificativ asupra răspunsului imun, deoarece imobilizează agenții patogeni, împiedicând răspândirea lor și facilitând fagocitoza de către celulele imune. De asemenea, aglutinarea poate contribui la eliminarea agenților patogeni din organism prin mecanisme precum filtrarea renală sau expulzarea prin tuse.

Precipitare

Precipitarea este un proces similar aglutinării, dar implică antigeni solubili, nu particule. Când anticorpii se leagă de antigeni solubili, formează complexe imune insolubile care precipită din soluție. Această precipitare poate fi observată ca o linie vizibilă într-un test de precipitare, cum ar fi testul de precipitare în gel. Precipitarea joacă un rol important în eliminarea antigenilor solubili din organism, cum ar fi toxinele bacteriene. De asemenea, este utilizată în diagnosticul infecțiilor, deoarece formarea de precipitare indică prezența antigenilor specifici în organism.

Afinitatea și aviditatea anticorpilor

Afinitatea și aviditatea sunt doi parametri importanți care descriu puterea legăturii dintre un anticorp și antigenul său. Afinitatea se referă la forța de legătură a unui singur situs de legare al anticorpului la un singur epitop al antigenului. Se exprimă de obicei ca o constantă de disociere ($K_d$), care reprezintă concentrația la care jumătate din antigeni sunt legați de anticorpi. O afinitate mai mare corespunde unei valori mai mici a $K_d$. Aviditatea, pe de altă parte, reflectă forța totală de legătură a tuturor situsurilor de legare ale unui anticorp la un antigen. Aviditatea este influențată de afinitate, dar și de numărul de situsuri de legare implicate. Un anticorp cu afinitate scăzută poate avea aviditate ridicată dacă are mai multe situsuri de legare.

Afinitatea

Afinitatea unui anticorp pentru un antigen reflectă puterea de legătură dintre un singur situs de legare al anticorpului și un singur epitop al antigenului. Este o măsură a interacțiunii non-covalente dintre cele două molecule. Afinitatea este exprimată de obicei ca o constantă de disociere ($K_d$), care reprezintă concentrația la care jumătate din antigeni sunt legați de anticorpi. O afinitate mai mare corespunde unei valori mai mici a $K_d$. Un $K_d$ mic indică o legătură puternică între anticorp și antigen, în timp ce un $K_d$ mare indică o legătură slabă. Afinitatea este determinată de structura regiunii variabile a anticorpului, care este specifică pentru un anumit epitop al antigenului. Afinitatea joacă un rol crucial în eficacitatea răspunsului imun, deoarece o afinitate mai mare permite anticorpilor să se lege mai strâns de antigeni și să neutralizeze mai eficient agenții patogeni.

Aviditatea

Aviditatea unui anticorp reflectă puterea totală de legătură dintre un anticorp și un antigen, ținând cont de toți situsurile de legare ale anticorpului și de toți epitopii antigenului. Este o măsură a stabilității complexe antigen-anticorp. Aviditatea este influențată atât de afinitatea fiecărui situs de legare, cât și de numărul de situsuri de legare. Un anticorp cu o afinitate mare pentru un antigen poate avea o aviditate scăzută dacă are doar un singur situs de legare, în timp ce un anticorp cu o afinitate mai mică poate avea o aviditate mare dacă are mai multe situsuri de legare. Aviditatea este importantă pentru funcția anticorpilor, deoarece o aviditate mai mare permite anticorpilor să se lege mai strâns de antigeni și să neutralizeze mai eficient agenții patogeni. Aviditatea poate fi măsurată prin tehnici de legare specifice, cum ar fi ELISA (enzima-linked immunosorbent assay) sau flow cytometry.

Tipuri de anticorpi

Anticorpii pot fi clasificați în două categorii principale⁚ anticorpi monoclonali și anticorpi policlonali. Anticorpii monoclonali sunt produși de un singur tip de celulă B și sunt identici în ceea ce privește structura și specificitatea lor pentru un anumit antigen. Aceștia sunt obținuți prin tehnologia hibridoamelor, prin fuzionarea unei celule B cu o celulă de mielom. Anticorpii monoclonali au o specificitate ridicată, omogenitate și pot fi produși în cantități mari. Anticorpii policlonali sunt produși de o populație diversă de celule B și recunosc mai multe epitopi pe un antigen. Aceștia sunt obținuți prin imunizarea unui animal cu un antigen specific. Anticorpii policlonali sunt mai puțin specifici decât cei monoclonali, dar pot fi mai eficienți în unele aplicații, cum ar fi imunoterapia.