Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 18, 58 – учебник для 8 класса.
Антигены и антитела. Как вам известно из предшествующих курсов биологии, антитела – это особые иммунные белки, способные реагировать на структуры, содержащие чужеродные белки или чужеродную ДНК (или РНК). Именно результат «работы» чужеродных, не характерных для организма генов, и будет называться антигеном. Таким образом, антигеном можно назвать белки пищи, токсины ядовитых животных, целые бактериальные клетки, вирусные частицы, а также донорские клетки, ткани или органы. Это объясняет общность механизмов иммунного ответа против болезнетворных агентов (вирусов, бактерий, простейших или гельминтов) и аллергических реакций.
Механизм взаимодействия между антигеном и антителом уже рассматривался в предыдущих курсах биологии. Как вы помните, на определенные антигены выделяются строго определенные иммунные белки – антитела. Сейчас уже доказан факт существования иммунных клеток, способных вырабатывать только строго определенный тип антител, направленных на уничтожение строго определенного антигена.
Главный принцип взаимодействия «антиген – антитело» заключается в том, что эти две молекулы подходят друг к другу биохимически, как ключ к замку, т. е. их совпадение идеально. При появлении в организме иных антигенов не приспособленные к их опознаванию антитела оказываются совершенно бесполезными. И напротив, строго специфичные антитела оказываются очень эффективны в борьбе с их антигенами.
Как выглядят антитела? Это сложные белковые молекулы, внешне часто напоминающие вилку. За это их также называют γ-глобулинами. Антитела образуются в клетках крови (В-лимфоцитах) только после контакта с антигеном (рис. 1). До этого момента антитела как целостная система не синтезируются. Какая-то часть молекул разных антител может иметь общее строение (рис. 1, 2), но в то же время определенные ее участки являются строго специфичными (рис. 1, 10), подходящими только к своему антигену. Таким образом, антитела получают способность химически связываться своими строго определенными участками с определенными химическими компонентами антигенов (рис. 1, В). В результате этого биохимического механизма «склеивания» («слипания») определенных частей возникает структура, называемая антиген – антитело. В таком соединенном виде антигены теряют способность причинять вред организму. Если в качестве антигена выступают яды, они инактивируются и теряют способность отравлять организм. Если антигеном являются целые бактериальные клетки, то после «приклеивания» к ним антител они чаще всего теряют способность к размножению. Если же это не целые клетки, а какие-либо крупные молекулы, благодаря антителам они могут разрушаться или инактивироваться.
Рис. 1. Схема иммунного ответа организма (изображенные символы не отражают реальных размеров и не передают точной формы объектов, но иллюстрируют процессы).
А – фагоцитоз – неспецифичный клеточный иммунитет; В1 – формирование внутри иммунной клетки специфичного антитела после взаимодействия с антигеном; В2 – реакция «антиген – антитело» – специфичный тканевый иммунитет; С – результат процесса фагоцитоза.
1 – антиген – вирусная частица; 2 – неспецифичные антитела (например, интерферон); 3 – взаимодействие неспецифичного иммунного белка с вирусной частицей (менее эффективен, чем специфичные антитела, но все же подавляет размножение некоторых вирусов); 4 – ядро лейкоцита (сам лейкоцит 9); 5 – лизосомы, готовые стать фагосомами; 6 – фагосомы (лизосомы, разрушившие антигены); 7 – процесс формирования антитела в иммунной клетке (лимфоците); 8 – уничтожение антителом вирусных частиц – реакция «антиген – антитело»; 9 – лейкоциты – иммунные клетки (фагоциты, например нейтрофилы 9(1) и 9(2), и лимфоциты 9(3)); 10 – формирование специфичного участка в антителе.
Антителами и антигенами называют не только свободные молекулы иммунных или чужеродных белков, плавающие в плазме крови. Также антигенами иногда называют специфические сложные белково-углеводные или гликолипидные (углеводно-жировые) компоненты клеточных мембран. В многоклеточных организмах «узнавание» клеток разных тканей и органов происходит с помощью механизмов, основанных на тех же принципах взаимодействия, что и механизмы формирования комплексов «антиген – антитело». Но хотя биохимические процессы и близки, «слипание» компонентов не всегда происходит. Так, например, после операции на печени клетки этой самой крупной железы человеческого организма, как правило, хорошо восстанавливаются – размножаются. Но при этом сама печень никогда не превосходит исходных размеров. Считается, что ее мембранные рецепторы верно воспринимают окружающие клетки и ткани и не переступают за условные границы оптимальных размеров.
Практическое значение изучения механизмов формирования комплексов «антиген – антитело» для современной медицины сложно переоценить. По принципу взаимодействия «антиген – антитело» развиваются очень многие реакции, характерные для организмов животных и человека. В первую очередь принципы узнавания антителами антигенов используются при разработке и применении предупредительных прививок.
Механизмы взаимодействия «антиген – антитело» лежат в основе реакции агглютинации – склеивания эритроцитов при переливании крови не той группы, а также и при развитии резус-конфликта (несовпадении резус-факторов крови матери и плода). Без учета взаимодействия «антиген – антитело» не возможен процесс успешной трансплантации (подбора и пересадки) донорских органов и тканей.
Кроме того, данные механизмы используются и во многих диагностических процедурах, не связанных с иммунным ответом. Например, распространенные тесты на беременность используют механизмы «узнавания» специфических гормонов биохимическими агентами.
Антитела, антиген, реакция «антиген – антитело».
Знание и понимание
1. Что такое антигены?
2. Объясните, почему антигены получили такое название.
Применение
1. Назовите причины, по которым стоит изучать механизмы взаимодействия антигенов и антител.
2. Рассмотрев рисунок, определите связь между антигенами и антителами.
Анализ
1. Изобразите в виде схемы механизм «антиген – антитело» при аллергической реакции и при применении прививок. Будут ли они отличаться?
2. Почему при повреждении кожи иногда образуются шрамы, которые сохраняются много лет, часто на всю жизнь? Противоречит ли этот факт тому, что прооперированная печень не вырастает больше исходного размера? Попытайтесь выдвинуть наиболее убедительную версию, объясняющую это явление с точки зрения изучаемой темы.
Синтез
1. Порассуждайте, как могли бы еще применяться механизмы взаимодействия «антиген – антитело».
2. Смоделируйте ситуацию: «В ближайшем будущем ученым удастся искусственно синтезировать антитела ко всем видам инфекционных и онкологических агентов».
Оценка
1. Напишите реферат о разработке и перспективах применения «волшебных пуль». Воспользуйтесь интернет-ресурсами.
2. Обсудите следующее высказывание: «В основе взаимодействия антител и антигенов лежат механизмы, сходные с теми, что и в химических реакциях при взаимодействии ферментов и субстратов».