Ποιες είναι οι πέντε κατηγορίες ανοσοσφαιρινών;

Οι ανοσοσφαιρίνες, που ονομάζονται επίσης αντισώματα, είναι μόρια γλυκοπρωτεϊνών που αποτελούν σημαντικό μέρος του ανοσοποιητικού συστήματος, το οποίο είναι υπεύθυνο για την καταπολέμηση μολυσματικών ασθενειών και γενικότερα ξένων «εισβολών». Συχνά με συντομογραφία "Ig", τα αντισώματα βρίσκονται στο αίμα και σε άλλα σωματικά υγρά ανθρώπων και άλλων σπονδυλωτών ζώων. Βοηθούν στον εντοπισμό και την καταστροφή ξένων ουσιών όπως τα μικρόβια (π.χ. βακτήρια, πρωτόζωα παράσιτα και ιούς).

Οι ανοσοσφαιρίνες ταξινομούνται σε πέντε κατηγορίες:IgA, IgD, IgE, IgG και IgM. Μόνο τα IgA, IgG και IgM βρίσκονται σε σημαντικές ποσότητες στο ανθρώπινο σώμα, αλλά όλα είναι σημαντικοί ή δυνητικά σημαντικοί συντελεστές στην ανθρώπινη ανοσολογική απόκριση.

Γενικές ιδιότητες των ανοσοσφαιρινών

Οι ανοσοσφαιρίνες παράγονται από τα Β-λεμφοκύτταρα, τα οποία είναι μια κατηγορία λευκοκυττάρων (λευκά αιμοσφαίρια). Είναι συμμετρικά μόρια σε σχήμα Υ που αποτελούνται από δύο μακρύτερες βαριές (Η) αλυσίδες και δύο μικρότερες ελαφριές (L) αλυσίδες. Σχηματικά, το "στέλεχος" του Υ περιλαμβάνει τις δύο αλυσίδες L, οι οποίες χωρίζονται περίπου στα μισά από το κάτω μέρος προς την κορυφή του μορίου της ανοσοσφαιρίνης και αποκλίνουν σε γωνία περίπου 90 μοιρών. Οι δύο αλυσίδες L εκτείνονται κατά μήκος των εξωτερικών πλευρών των «βραχίων» του Υ ή των τμημάτων των αλυσίδων Η πάνω από το σημείο διαίρεσης. Έτσι, τόσο το στέλεχος (δύο αλυσίδες Η) όσο και οι δύο «βραχίονες» (μία αλυσίδα Η, μια αλυσίδα L) αποτελούνται από δύο παράλληλες αλυσίδες. Οι αλυσίδες L διατίθενται σε δύο τύπους, κάπα και λάμδα. Όλες αυτές οι αλυσίδες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους είτε μέσω δεσμών δισουλφιδίου (S-S) είτε μέσω δεσμών υδρογόνου.

Οι ανοσοσφαιρίνες μπορούν επίσης να διαχωριστούν σε σταθερά (C) και μεταβλητά (V) τμήματα. Τα τμήματα C κατευθύνουν τις δραστηριότητες στις οποίες συμμετέχουν όλες ή οι περισσότερες ανοσοσφαιρίνες, ενώ οι περιοχές V συνδέονται με συγκεκριμένα αντιγόνα (δηλαδή πρωτεΐνες που σηματοδοτούν την παρουσία ενός συγκεκριμένου βακτηρίου, ιού ή άλλου ξένου μορίου ή οντότητας). Οι «βραχίονες» των αντισωμάτων ονομάζονται επίσημα περιοχές Fab, όπου «Fab» σημαίνει «θραύσμα δέσμευσης αντιγόνου». το V τμήμα αυτού περιλαμβάνει μόνο τα πρώτα 110 αμινοξέα της περιοχής Fab, όχι ολόκληρο, καθώς τα τμήματα των βραχιόνων Fab που βρίσκονται πιο κοντά στο σημείο διακλάδωσης του Υ είναι αρκετά σταθερά μεταξύ διαφορετικών αντισωμάτων και θεωρούνται μέρος του C περιοχή.

Κατ' αναλογία, λάβετε υπόψη ένα τυπικό κλειδί αυτοκινήτου, το οποίο έχει ένα τμήμα που είναι κοινό για τα περισσότερα κλειδιά ανεξάρτητα από το συγκεκριμένο όχημα που έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί το κλειδί (π.χ. το μέρος που κρατάτε στο χέρι σας όταν το χρησιμοποιείτε) και ένα τμήμα που αφορά μόνο το εν λόγω όχημα. Το τμήμα λαβής μπορεί να παρομοιαστεί με το συστατικό C ενός αντισώματος και το εξειδικευμένο τμήμα με το συστατικό V.

Λειτουργίες των σταθερών και μεταβλητών περιοχών ανοσοσφαιρίνης

Το τμήμα του συστατικού C κάτω από τον κλάδο του Υ, που ονομάζεται περιοχή Fc, μπορεί να θεωρηθεί ως ο εγκέφαλος της λειτουργίας αντισώματος. Ανεξάρτητα από το τι έχει σχεδιαστεί να κάνει η περιοχή V σε έναν δεδομένο τύπο αντισώματος, η περιοχή C ελέγχει τις εκτελέσεις των λειτουργιών της. Η περιοχή C των IgG και IgM είναι αυτή που ενεργοποιεί το μονοπάτι του συμπληρώματος, που είναι ένα σύνολο μη ειδικών ανοσοαποκρίσεων «πρώτης γραμμής άμυνας» που εμπλέκονται στη φλεγμονή, τη φαγοκυττάρωση (στην οποία εξειδικευμένα κύτταρα καταπίνουν ξένα σώματα) και την κυτταρική αποικοδόμηση. Η περιοχή C του IgG συνδέεται με αυτά τα φαγοκύτταρα καθώς και με κύτταρα «φυσικού φονέα» (ΝΚ). η περιοχή C της IgE δεσμεύεται σε μαστοκύτταρα, βασεόφιλα και ηωσινόφιλα.

Όσον αφορά τα στοιχεία της περιοχής V, αυτή η εξαιρετικά μεταβλητή λωρίδα του μορίου της ανοσοσφαιρίνης διαιρείται η ίδια σε υπερμεταβλητές και περιοχές πλαισίου. Η ποικιλομορφία στην υπερμεταβλητή αιτία, όπως πιθανώς υποδηλώνει η διαίσθησή σας, είναι υπεύθυνη για το εκπληκτικό εύρος αντιγόνων που μπορούν να αναγνωρίσουν οι ανοσοσφαιρίνες, σε στυλ κλειδώματος.

IgA

Το IgA αντιπροσωπεύει περίπου το 15 τοις εκατό των αντισωμάτων στο ανθρώπινο σύστημα, καθιστώντας το τον δεύτερο πιο κοινό τύπο ανοσοσφαιρίνης. Ωστόσο, μόνο περίπου το 6 τοις εκατό βρίσκεται στον ορό του αίματος. Στον ορό, βρίσκεται στη μονομερή του μορφή – δηλαδή ως ένα μόνο μόριο σε σχήμα Υ όπως περιγράφεται παραπάνω. Στην έκκρισή του από, ωστόσο, υπάρχει ως διμερές, ή δύο από τα Υ μονομερή συνδεδεμένα μεταξύ τους. Στην πραγματικότητα, η διμερής μορφή είναι πιο κοινή, καθώς το IgA εμφανίζεται σε μια μεγάλη ποικιλία βιολογικών εκκρίσεων, συμπεριλαμβανομένου του γάλακτος, του σάλιου, των δακρύων και της βλέννας. Τείνει να είναι μη ειδικό όσον αφορά τους τύπους ξένων παρουσιών που στοχεύει. Η παρουσία του στις βλεννώδεις μεμβράνες το καθιστά σημαντικό φύλακα πύλης σε σωματικά ευάλωτες τοποθεσίες ή στα σημεία στα οποία τα μικρόβια θα μπορούσαν εύκολα να βρουν τρόπους πιο βαθιά μέσα στο σώμα.

Η IgA έχει χρόνο ημιζωής πέντε ημερών. Η εκκριτική μορφή ως σύνολο τεσσάρων θέσεων στις οποίες δεσμεύονται αντιγόνα, δύο ανά Υ μονομερές. Αυτές ονομάζονται σωστά θέσεις δέσμευσης επιτόπου, καθώς ο επίτοπος είναι το συγκεκριμένο τμήμα οποιουδήποτε εισβολέα που πυροδοτεί μια ανοσολογική αντίδραση. Επειδή βρίσκεται σε βλεννογόνους που εκτίθενται σε υψηλά επίπεδα πεπτικών ενζύμων, το IgA έχει ένα εκκριτικό συστατικό που εμποδίζει την αποικοδόμησή του από αυτά τα ένζυμα.

IgD

Το IgD αποτελεί περίπου το 0,2 τοις εκατό των αντισωμάτων του ορού, ή περίπου 1 στα 500. Είναι μονομερές και έχει δύο θέσεις δέσμευσης επιτόπων.

Η IgD βρίσκεται συνδεδεμένη στην επιφάνεια των Β-λεμφοκυττάρων ως υποδοχέας Β-κυττάρων (ονομάζεται επίσης sIg), όπου πιστεύεται ότι ελέγχει την ενεργοποίηση και την καταστολή των Β-λεμφοκυττάρων ως απόκριση σε σήματα από ανοσοσφαιρίνες που κυκλοφορούν στο πλάσμα του αίματος. Η IgD μπορεί να είναι ένας παράγοντας στην ενεργό αποβολή των Β-λεμφοκυττάρων με τη δημιουργία αυτοαντιδραστικών αυτο-αντισωμάτων. Αν και φαίνεται περίεργο το γεγονός ότι τα αντισώματα θα επιτεθούν ποτέ στα κύτταρα που τα παράγουν, μερικές φορές αυτή η εξάλειψη μπορεί να ελέγχει μια υπερβολική ή εσφαλμένη ανοσολογική απόκριση ή να απομακρύνει τα Β-κύτταρα από τη δεξαμενή όταν είναι κατεστραμμένα και δεν συνθέτουν πλέον χρήσιμα προϊόντα.

Εκτός από το ρόλο της ως de facto υποδοχέας της κυτταρικής επιφάνειας, η IgD βρίσκεται σε μικρότερο βαθμό στο αίμα και στο λεμφικό υγρό. Θεωρείται επίσης ότι σε μερικούς ανθρώπους αντιδρούν με ορισμένα απτένια (αντιγονικές υπομονάδες) στην πενικιλίνη, και αυτό είναι πιθανόν γιατί μερικοί άνθρωποι είναι αλλεργικοί σε αυτό το αντιβιοτικό. μπορεί επίσης να αντιδράσει με συνηθισμένες, αβλαβείς πρωτεΐνες του αίματος με τον ίδιο τρόπο, προκαλώντας έτσι μια αυτοάνοση απόκριση.

IgE

Η IgE είναι η σπανιότερη από τις πέντε κατηγορίες ανοσοσφαιρινών, αντιπροσωπεύοντας μόνο περίπου το 0,002 τοις εκατό των αντισωμάτων ορού ή περίπου το 1/50.000 του συνόλου των κυκλοφορούντων ανοσοσφαιρινών. Ωστόσο, παίζει ζωτικό ρόλο στην ανοσολογική απόκριση.

Όπως το IgD, το IgE είναι ένα μονομερές και έχει δύο αντιγονικές θέσεις δέσμευσης, μία σε κάθε «βραχίονα». Έχει σύντομο χρόνο ημιζωής δύο ημερών. Συνδέεται με τα μαστοκύτταρα και τα βασεόφιλα, τα οποία κυκλοφορούν στο αίμα. Ως εκ τούτου, είναι μεσολαβητής αλλεργικών αντιδράσεων. Όταν ένα αντιγόνο δεσμεύεται στο τμήμα Fab ενός μορίου IgE που είναι συνδεδεμένο σε ένα μαστοκύτταρο, αυτό αναγκάζει το ιστιοκύτταρο να απελευθερώσει ισταμίνη στην κυκλοφορία του αίματος. Η IgE συμμετέχει επίσης στη λύση, ή χημική αποδόμηση, των παρασίτων της ποικιλίας των πρωτοζώων (σκεφτείτε τις αμοιβάδες και άλλους μονοκύτταρους ή πολυκύτταρους εισβολείς). Η IgE δημιουργείται επίσης ως απάντηση στην παρουσία ελμινθών (παρασιτικών σκουληκιών) και ορισμένων αρθρόποδων.

Κατά καιρούς, το IgE παίζει επίσης έμμεσο ρόλο στην ανοσολογική απόκριση γαλβανίζοντας άλλα ανοσοσυστατικά σε δράση. Το IgE μπορεί να προστατεύσει τις επιφάνειες του βλεννογόνου με την έναρξη της φλεγμονής. Μπορεί να πιστεύετε ότι η φλεγμονή υποδηλώνει κάτι ανεπιθύμητο, καθώς τείνει να προκαλεί πόνο και πρήξιμο. Όμως, η φλεγμονή, μεταξύ πολλών άλλων πλεονεκτημάτων του ανοσοποιητικού, επιτρέπει στο IgG, που είναι πρωτεΐνες από τις οδούς του συμπληρώματος, και στα λευκά αιμοσφαίρια να εισέλθουν στους ιστούς για να αντιμετωπίσουν τους εισβολείς.

IgG

Το IgG είναι το κυρίαρχο αντίσωμα στο ανθρώπινο σώμα, αντιπροσωπεύοντας το επιβλητικό 85 τοις εκατό όλων των ανοσοσφαιρινών. Μέρος αυτού οφείλεται στον μεγάλο, αν και μεταβλητό χρόνο ημιζωής του από επτά έως 23 ημέρες, ανάλογα με την εν λόγω υποκατηγορία IgG.

Όπως τρεις από τους πέντε τύπους ανοσοσφαιρίνης, το IgG υπάρχει ως μονομερές. Βρίσκεται κυρίως στο αίμα και τη λέμφο. Έχει τη μοναδική ικανότητα να διασχίζει τον πλακούντα σε έγκυες γυναίκες, επιτρέποντάς του να προστατεύει το αγέννητο έμβρυο και το νεογέννητο μωρό. Οι κύριες δραστηριότητές του περιλαμβάνουν την ενίσχυση της φαγοκυττάρωσης σε μακροφάγα (εξειδικευμένα κύτταρα «τρώγων») και ουδετερόφιλα (άλλος τύπος λευκών αιμοσφαιρίων). εξουδετέρωση τοξινών? και αδρανοποιώντας τους ιούς και σκοτώνοντας βακτήρια. Αυτό δίνει στο IgG μια ευρεία παλέτα λειτουργιών, που ταιριάζει σε ένα αντίσωμα που είναι τόσο διαδεδομένο στο σύστημα. Είναι συνήθως το δεύτερο αντίσωμα στη σκηνή όταν υπάρχει εισβολέας, ακολουθώντας στενά πίσω από το IgM. Η παρουσία του είναι πολύ αυξημένη στην αναμνησιακή απόκριση του σώματος. Το "Anamnestic" μεταφράζεται σε "να μην ξεχνάς" και το IgM απαντά σε έναν εισβολέα που έχει συναντήσει στο παρελθόν με μια άμεση άνοδο στους αριθμούς του. Τέλος, το τμήμα Fc του IgG μπορεί να συνδεθεί με κύτταρα ΝΚ για να τεθεί σε κίνηση μια διαδικασία που ονομάζεται κυτταροτοξικότητα που προκαλείται από αντισώματα ή ADCC, η οποία μπορεί να σκοτώσει ή να περιορίσει τα αποτελέσματα των μικροβίων εισβολής.

IgM

Το IgM είναι ο κολοσσός των ανοσοσφαιρινών. Υπάρχει ως πεντάμετρο, ή μια ομάδα πέντε δεσμευμένων μονομερών IgM. Το IgM έχει σύντομη ημιζωή (περίπου πέντε ημέρες) και αποτελεί περίπου το 13 έως 15 τοις εκατό των αντισωμάτων ορού. Είναι σημαντικό ότι είναι επίσης η πρώτη γραμμή άμυνας μεταξύ των τεσσάρων αδερφών αντισωμάτων της, καθώς είναι η πρώτη ανοσοσφαιρίνη που παράγεται κατά τη διάρκεια μιας τυπικής ανοσολογικής απόκρισης.

Επειδή το IgM είναι πενταμερές, έχει 10 θέσεις δέσμευσης επιτόπων, γεγονός που το καθιστά σκληρό αντίπαλο. Τα πέντε τμήματα Fc του, όπως αυτά των περισσότερων άλλων ανοσοσφαιρινών, μπορούν να ενεργοποιήσουν την οδό συμπληρώματος-πρωτεΐνης και ως «πρώτος ανταποκρινόμενος» είναι ο πιο αποτελεσματικός τύπος αντισώματος από αυτή την άποψη. Το IgM συγκολλεί το υλικό εισβολής, αναγκάζοντας τα μεμονωμένα κομμάτια να κολλήσουν μεταξύ τους για ευκολότερη απομάκρυνση από το σώμα. Προάγει επίσης τη λύση και τη φαγοκυττάρωση των μικροοργανισμών, με ιδιαίτερη συγγένεια για την εξώθηση των βακτηρίων.

Μονομερείς μορφές IgM υπάρχουν και βρίσκονται κυρίως στην επιφάνεια των Β-λεμφοκυττάρων ως υποδοχείς ή sIg (όπως με το IgD). Είναι ενδιαφέρον ότι το σώμα έχει ήδη παράγει επίπεδα IgM σε ενήλικες μέχρι την ηλικία των εννέα μηνών.

Σημείωση σχετικά με την ποικιλομορφία αντισωμάτων

Χάρη στην πολύ υψηλή μεταβλητότητα του υπερμεταβλητού τμήματος του συστατικού Fab καθεμιάς από τις πέντε ανοσοσφαιρίνες, μπορεί να δημιουργηθεί ένας αστρονομικός αριθμός μοναδικών αντισωμάτων στις πέντε επίσημες κατηγορίες. Αυτό ενισχύεται από το γεγονός ότι οι αλυσίδες L και H έρχονται επίσης σε έναν αριθμό ισοτύπων, ή αλυσίδες που είναι επιφανειακά ίδιες σε διάταξη αλλά περιέχουν διαφορετικά αμινοξέα. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν 45 διαφορετικά γονίδια αλυσίδας L "kappa", 34 γονίδια αλυσίδας L "λάμδα" και 90 γονίδια αλυσίδας Η για συνολικά 177, που με τη σειρά τους αποδίδουν πάνω από τρία εκατομμύρια μοναδικούς συνδυασμούς γονιδίων.

Αυτό είναι λογικό από την άποψη της εξέλιξης και της επιβίωσης. Όχι μόνο πρέπει το ανοσοποιητικό σύστημα να είναι προετοιμασμένο να αντιμετωπίσει εισβολείς που ήδη «γνωρίζει», αλλά πρέπει επίσης να είναι προετοιμασμένο να δημιουργήσει μια βέλτιστη απάντηση σε εισβολείς που δεν έχει δει ποτέ ή, εν προκειμένω, που είναι ολοκαίνουργιοι στη φύση, όπως ως ιοί γρίπης που έχουν εξελιχθεί οι ίδιοι μέσω μεταλλάξεων. Η αλληλεπίδραση ξενιστή-εισβολέα με την πάροδο του χρόνου και μεταξύ των μικροβιακών και σπονδυλωτών ειδών δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένας συνεχής, ατελείωτος "αγώνας εξοπλισμών".