Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 65
Текст из файла (страница 65)
33.14). В 1970 г. Элвин Кабат (Elwin Kabat) предположил, чтоэти гипервариабельные участки образуютобласть, связывающую антиген, и что именно от природы составляющих их аминокислот зависит специфичность антитела.Для проверки этой гипотезы были проведены опыты с использованием аффиннойметки. Гаптены, содержащие реакционноспособные группы, синтезируются просто.Реакционноспособный гаптен специфическисвязывается с антиген-связывающим участком антитела и далее образует ковалентнуюсвязь с ближайшим подходящим остаткомв молекуле данного белка.
Например, антитела против ДНФ можно пометить по антиген-связывающему участку гаптеном нитрофенилдиазонием:Диазониевая группа высокореакционноспособна и образует диазосоединенияс остатками тирозина, гистидина и лизина.Модифицированные таким образом антитела содержат метку и в L-цепях и в Н-цепях.При этом меченые остатки оказались лока-Рис. 33.14.Гипервариабельныеучасткилегких (А) и тяжелых (Б) цепей.Степень вариабельности в последовательности аминокислот отложена как функция положенияаминокислоты.(Capra J.
D., Edmundson А. В.,The antibody combining site,Scientific American, Inc., 1976.)лизованными в гипервариабельных участках этих цепей. Следовательно, участкисвязывания антигена формируются гипервариабельными остатками аминокислот какL-цепей, так и Н-цепей. При последующемрентгеноструктурном анализе были получены более прямые данные в пользу этогоположения; мы их обсудим ниже.33.13. Вариабельная и константная областивыполняют разные функцииN-концевые части легких и тяжелых цепейсодержат вариабельные области, ответственные за связывание антигена.
Различиями в последовательности аминокислотобусловленоформированиеучастков,связывания антигена, различающихся поспецифичности. Остальная часть каждой изцепей - константная; она осуществляет такие эффекторные функции, как связываниекомплемента и перенос антител через плацентарную мембрану. Одни и те же эффекторные функции свойственны антителам33. Иммуноглобулины243Рис. 33.15.Структура IgG. Показано расположение дисульфидных мостиков и участки г о м о л о гичных последовательностей.(Edelman G. M., The structureand function of antibodies,Scientific American, Inc., 15,70.)самой разной специфичности.
Таким образом, антитела состоят из участка с уникальной последовательностью аминокислот,определяющей специфичность связыванияантигена, и из участка с постоянной последовательностью, осуществляющего общиеэффекторные функции. Поразительная особенность структуры иммуноглобулинов состоит в том, что вариабельный и константный области в легких и тяжелых цепяхимеют четкую границу раздела.33.14.
Молекулы антител уложеныс образованием компактных доменов,имеющих гомологичные последовательностиПоследовательность аминокислот в молекуле иммуноглобулина полностью раскрылв1968 г. Джералд Эделман (GeraldEdelman). Самая интересная особенностьэтой последовательности состоит в периодичности расположения внутрицепочечныхдисульфидных связей и в легких, и в тяжелых цепях (рис. 33.15). Кроме того, имеется сходство в последовательности аминокислот разных частей молекулы иммуноглобулина. Так, вариабельная область легкой цепи (VL) гомологична вариабельнойобласти тяжелой цепи ( V H ) ; константнаяобласть тяжелой цепи (С H ) состоит из трехравных частей (СH1 СH2 и С H 3), обладающих сходными последовательностями; на244Часть V.Молекулярная физиологияконец, константная область легкой цепи(С L ) гомологична трем доменам константной области тяжелой цепи.Эта очевидная гомология последовательностей аминокислот свидетельствует о том,что молекулы иммуноглобулинов свернутыс образованием компактных доменов,каждый из которых содержит область, гомологичную по крайней мере одному активному участку, выполняющему определенную функцию, свойственную молекуле иммуноглобулина в целом (рис.
33.16). Представляется вероятным, что домены сходныпо четвертичной структуре, посколькусходны их последовательности аминокислот. Данные рентгеноструктурного анализаподтвердили гипотезу доменов. РобертоПоляк (Roberto Poljak) раскрыл пространственную структуру при разрешении 2,0 Афрагмента F ab' (практически идентичногофрагменту F ab ) человеческого иммуноглобулина. Фрагмент F a b ' состоит из четырехрасположенных в виде тетраэдра глобулярныхсубъединиц VL,VH, CL иСH1 - поразительно сходных по пространственной структуре (рис. 33.17).
Общаяструктурная особенность четырех доменовсостоит в наличии двух широких антипараллельных β-складок (рис. 33.18). Между нимирасполагаются плотно упакованные боковые цепи многих гидрофобных остатков.Указанный повторяющийся элемент структуры назван иммуноглобулиновой складкой.Трехмерную структуру интактного иммуноглобулина G раскрыл Дэвид Дэвис (DavidDavies).
Анализ карты электронной плотности с разрешением 6 А показал, что молекулаIgGимеетТ-образнуюформу(рис. 33.19). Домены в фрагменте F c , такжекак и в фрагменте Fab, имеют характернуюиммуноглобулиновую складку. Углеводныйкомпонент, ковалентно связанный с остат-Рис. 33.16.Схема, иллюстрирующая гипотезу доменов.ком аспарагина в СH2-домене, расположенмежду доменами СH1 и СH2 (рис. 33.19)и составляет значительную часть областиконтакта между единицами Fab и F c . Сравнение взаимной ориентации прилегающихдруг к другу доменов в разных иммуногло-Рис.
33.17.Структура Fab'-фрагмента; показаны только α-углеродныеатомы. L-цепи изображены синим цветом, Н-цепи - красным.[Poljak R. L., Amzel L. M, AveyН. P., Chen B.L., Phizackerley R. P., Saul F., Proc. Nat.Acad. Sci., 70, 3306 (1973).]булинах и их фрагментах показало, что полипептидные цепи между доменами обладают значительной гибкостью.33.15. Рентгеноструктурный анализсвязывающих участков антител показал,как происходит связывание некоторыхгаптеновРентгеноструктурный анализ комплексовгаптенов с фрагментами Fab позволил определитьприродуантиген-связывающихучастков антител и структурную основу ихспецифичности.
Подтвердилось предсказание, сделанное на основании сопоставленияпоследовательностей аминокислот, а такжеопытов с аффинной меткой, что антиген33. Иммуноглобулины245Таблица 33.1. Свойства иммуноглобулинов разных классов 1 .КлассIgGIgAIgMIgDIgE1Концентрация всыворотке,мг/млМасса,12310,10,001150кДаКоэффициентседиментации,S180-50095017520077, 10, 1318-2078ЛегкаяцепьТяжелаяцепьСубъединичныйсоставχ или λγαμδεχ2γ2 или λ2γ2(χ2α2)n или (λ2α2)n(χ2μ2)5или (λ2μ2)5χ2δ2 или λ2δ2χ2ε2 или λ2ε2То же»»»n = 1,2 или 3.
IgM и олигомеры IgA содержат также цепь J, которая соединяет между собой молекулы иммуноглобулина. Секретируемый IgA имеет дополнительный секреторный компонент.связывающий участок антитела сформирован остатками гипервариабельных областейкак L-цenu, так и Н-цепи. Это хорошо виднона примере связывания производного витамина К1 (рис. 33.20). Аналогично происходит связывание фосфорилхолина в полости, выстланной остатками, принадлежащими пяти гипервариабельным сегментам:двум L-цепи и трем Н-цепи (рис. 33.21).Этот гаптен наиболее прочно связываетсяс остатками Н-цепи.
Его положительно заряженная триметиламмониевая группа уходит в глубь клинообразной полости, гдеэлектростатически взаимодействует с двумяотрицательно заряженными боковыми цепями глутамата. Отрицательно заряженнаяфосфатная группа фосфорилхолина связывается с положительно заряженной гуанидиниевой группой аргининового остаткав устье щели. Кроме того, фосфатная группаобразует водородные связи с гидроксиломтирозинового остатка и с аминогруппой боковой цепи аргинина.
Многочисленные вандерваальсовы взаимодействия, в том числес боковой цепью триптофана (рис. 33.21),также вносят свой вклад в стабильность этого комплекса.33.16. Разные классы иммуноглобулиновразличаются по биологической активностиДо сих пор мы рассматривали иммуноглобулин G. Однако существует 5 классов иммуноглобулинов (табл. 33.1), и все они состоят из тяжелых и легких цепей. Константные области тяжелых цепей у иммуноглобулинов разных классов неодинаковы,246Часть V.Молекулярная физиологиятогда как легкие цепи одни и те же: либо λ,либо χ. Тяжелые цепи иммуноглобулинаG называются γ-цепями, а тяжелые цепи иммуноглобулинов А, М, D и Е - соответственно α-, μ-, δ- и ε-цепями. Различие тяжелыхцепей обусловливает и различие биологических свойств у пяти классов иммуноглобулинов.
Как уже упоминалось выше, иммуноглобулин М (IgM) - это класс антител,которые первыми появляются в сывороткеРис. 33.18.Два слоя антипараллельныхβ-складок (показаны зелеными желтым цветом) составляютосновной структурный мотивдоменов в иммуноглобулинах.(Capra J. D.. Edmundson А. В.,The antibody combining site,Scientific American, Inc., 1976.)Рис.
33.19.Схематическоеизображениетрехмерной структуры молекулы IgG. Каждый аминокислотный остаток изображенв виде шарика. Одна из Н-цепей показана красным цветом,другая синим. Одна из L-це-пей показана розовым цветом,другая голубым. Углеводнаяцепь присоединена к доменуСН2 (показана желтым цветом).[Silverton E. W.,Navia М.А., Davies D. R., Proc.Nat. Acad. Sci..
74, 5142 (1977).]33.17. Молекулы антител возниклив результате дупликации и последующейдивергенции геновРис. 33.20.Способ связывания производного витамина К 1 (показаножелтым цветом) в участкесвязывания антигена. Остаткиаминокислот гипервариабельного участка Н-цепи изображены розовым цветом, а остатки, принадлежащие L-цепи,—синим. [Amzel I. M., Poljak R.,Saul F., Varga J., Richards F.,Proc. Nat.
Acad. Sci., 71, 1427(1974).]после введения антигена, тогда как иммуноглобулин G (IgG) - основной класс антителсыворотки. На протяжении многих лет IgGназывали γ-глобулином, исходя из его электрофоретических характеристик и растворимости. Иммуноглобулин А (IgA) - это основной классе антител, секретируемых с различного рода продуктами внешней секреции(слезная жидкость, слизь бронхиальногои кишечного эпителия). Таким образом, IgAслужит первой линией зашиты против бактериальных и вирусных антигенов. Каковафункция иммуноглобулинов D (IgD) иЕ (IgE), пока не известно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
