Вход

Структура иммуноглобулинов

Реферат по биологии
Дата добавления: 05 декабря 2010
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 276 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Содержание 1. Первичная структура Н-и L-цепей иммуноглобулинов 2. Трехмерная структура иммуноглобулинов 3 . Антигенсвязывающие центры антител 1. Первичная структура Н-и L-цепе й иммуноглобулинов При исследовании аминокислотной последовательно сти было обнаружено, что все л егкие и тяжелые цепи имеют одну принципиальную структурную особенност ь: о н и состоят из двух частей — вариабельной и константно й . Вариабельные части легких цепей сильно отличаются друг от друга у всех исследованных иммуноглобу линов, а константные имеют близкую аминокислотную последовательность в пределах одного класса как легких, так и тяжелых цепей. Постоянная или константная часть легких цепей для каждого из х- или Я-типов цепей включает 107 а. о. СОО Н-концевого участка. Исключение составляют различия в нескольких амино кислотных остатках, например в положении 191 и 153 в цепях человека или в поло жениях 190 и 152 в Я-цепях, обусловленные генетическими вариантами. Оставшаяся последовательность аминокислотных остатков в NHa-концевой по ловине легких цепей образует так называемую вариабельную область . Частота замен отдельных аминоки слот в вариабельных областях легких цепей иммуноглобулинов зависит от положения аминокислотного остатка в полипептидной цепи и максимальна около аминокислот в положениях 30, 50 и 95. Эти участки, получившие название ги первариабельных, принимают непосредственное участие в связывании анти гена и входят в состав антигенсвязывающего центра. Вариабельная область Н-цепей в МН2-концевой части несколько длиннее соответствующей области L-цепей и включает 118— 124 а. о. Гипервариабельными участками являются четыре аминок ислотные последовательности: 31— 37, 51— 68, 84— 91 и 101— 110, также непосредственно к онтактирующие с антигеном в антигенсвязывающем центре. Последовательн ости аминокислотных остатков вариабельных областей Н-цепей различных иммуноглобулинов по степени гомологии могут быть разделены на три подгруппы, внутри каждой из котор ых эта величина составляет 8,0— 90%. Константная область тяжелой цепи приблизительно в три раза длиннее вариабельной. 2 . Трехмерная струк тура иммуноглобулинов В каждой из легких цепей молекул антител существую т две внутрицепочечные дисульфидные связи, число таких связей в тяжелых цепях различно . Каждый из вну трицепочечных дисульфидных мостиков образует петлю из 55— 70 а.о. Рис. 1 - Схема расположения внутрицепочечных дисульфидны х связей в легких и тяжелых цепях молекулы IgG человека На рис. 1 приведено схематическое изображение расположения дисульфидных связе й вдоль тяжелых и легких цепей IgG человека с указанием среднего числа амин окислотных остатков в составе каждой из петель. По данным рентгенострук ту р ного анализа, участки пеп тидных цепей вблизи петли образуют глобулу, в которую включается пример но 110 а. о. Такие глобулы получили название доменов. Н2-концевые домены тяжел ых и легких цепей относятся к вариабельным частям, а СООН-концевые домен ы — к константным частям. Было установлено, что аминокислотные последов ательности константных доменов из тяжелых цепей в пределах одного клас са являются весьма сходными между собой. Н2-концевой домен тяжелой цепи обозначают как Ун, а три последующих в конс тантной области тяжелой цепи — как Сн1. Сн2 и СнЗ. А и у т яже лые цепи содержат по 3 константных домена, обозначаемых как Са1, Са2, Са3 для IgA и Cvl, Су2, С Ј для IgG, а более длин ные ц- и е-цепи — по четыре . Рентгеноструктурный анализ, выполненный для нескольких белков — диме ра Я-цепей, двух димеров F-областей Fab-фрагментов IgG и IgA, а также Fc-фрагмента IgG, по зволил установить пространственное расположение отдельных участков п олипептидных цепей и доменов. Домены L- и Н-цепей представляют собой полус феры, соединенные вдоль одной цепи линейными полипептидиыми отрезками, доступными растворителю и действию протеолитических ферментов . Их основным структурным элементом являются два почти параллельных слоя, один из которых состоит из четырех линейных антипараллельных отрезков цепи, второй — из трех. В состав эти х р-слоев входит около 60% антип араллельные сегменты fxl — fx4 и fyl — fy3 обра-ауют два практичес ки параллельных слоя Р-складчатой структуры. Между н и м и лежат сегменты , об раз ующие изгибы цепи, спирали н т. п.; V- н С-домены отличаются частью сегментов ; V-домен имеет добавочную петлю Е; черный прямоугольник соответствует внутрицепочечной дисульфидной свя зи всех аминокислотных остатков области. Боковые заместители гидрофобных аминокислот образуют плотно упакованное ядро между р-слоями. Дисульфидная связь между р-слоями, явля ющаяся существенным элементом жесткости структуры доменов, находится в самом гидрофобном ядре и поэтому в водных растворах недоступна для вос станавливающих агентов. Участков с а-спиральной конформацией в структуре доменов практически н е содержится. По сравнению с С-доменами К-обла-сти несколько длиннее и сод ержат дополнительную петлю Е. В К-областях образующие ядро аминокислотн ые остатки с гидрофобными боковыми заместителями, а также остатки в изги бах полипептидной цепи, обеспечивающие ее необходимый поворот, являютс я консервативными или полуинвариантными. Гипервариабельные остатки ра сполагаются на изгибах цепи таким образом, что оказываются пространств енно сближенными. Взаимодействие между Н-цепями в Fab-фрагменте обеспечивается множественн ыми контактами между парами доменов Уъ и. Vn, Cl и Сн1. При ассоциации'Cl и Сн1 доме ны обращены друг к другу четырехцепочечными р-слоями и взаимодействуют вдоль обширной зоны.свободной от растворителя. В контактах, имеющих в ос новном гидрофобный характер, участвует около 30 а. о. Наоборот, Vi, и Ун-домены ориентированы друг к другу трехце-почечными р-слоями. Основную роль в ст абилизации образующейся структуры играют взаимодействия между консер вативными и полуинвариантными аминокислотами с гидрофобными боковыми заместителями. Гипервариабельные участки Vl, и Ун-областей сближены и обр азуют доступную растворителю относительно плоскую область связывания антигена. В Fc-фрагменте lgG Сн2-домены тяжелых цепей ориентированы друг к другу трехце почечными р-слоями, но непосредственно друг с другом не контактируют из- за ограничений, накладываемых наличием межцепочечных дисульфидных свя зей в Н2-конце Су2-доменов; между ними находятся углеводные фрагменты, кова лентно связанные с остатками Asn-297 каждой Ц-цепи. Они состоят главным образо м из остатков глюкозы, г л юкоз амина, фруктозы и сиаловой кислоты. Содержание углеводов и состав сущест венно отличаются у разных классов. Их присоединение является постсинте тическим процессом и происходит упорядоченно во время внутриклеточног о транспорта молекулы иммуноглобулина. До сих пор биологическая роль уг леводного компонента не ясна. СуЗ-домены соседних Н-цёпей IgG обращены друг к другу четырехцепочечными р- слоями, и характер их взаимодействия аналогичен связи между Cvl и Cl. Небольш ая область контакта между Ст2 и СуЗ-доменами охватывает около 12 остатков. В молекулах IgM взаимодействие Су2-доменов, по-видимому, происходит по типу Fab— С, т. е. Су2-домены сближены и контактируют четырехцепочечными р-слоями . Наличие дисульфид-ного мостика на С-конце См2-домена способствует тесно му сближению N-концов СмЗ-доменов, в результате чего непосредственного к онтакта между СмЗ-доменами не происходит. Между Сд1 и Сц2-доменами Н-цепей IgG и IgA и между Сн2 и СнЗ-доменами тяжелых цепей иммуноглобулинов других классов расположен так называемый «шарнирный » участок, создающий высокую степень подвижности между двумя Fab- и Fc-фраг-ме нтами. Длина «шарнирного» участка иммуноглобулинов разных классов и по дклассов варьирует от 15 до 65 а. о. Степень гомологии последовательности «ш арнирных» участков составляет 60— 70%. Имеется зависимость между строение м «шарнирного» участка и подвижностью Fab-фрагментов подклассов IgG-человек а. Наибольшей гибкостью обладает молекула IgG3, у которой «шарнирный» участ ок, состоящий из , 65 а. о., предста вляет довольно жесткий стержень с гибкими концами, примыкающими к Fab-фраг мен-там. У IgM4, обладающего наиболее жесткой структурой, «шарнирный» участ ок содержит всего 13 остатков, среди которых 5 остатков Pro и 2 — Cys, образующих м ежцепочечные дисульфидные связи, IgGl и IgG2 занимают промежуточное положени е. 3 . Ант игенсвязывающие центры антител Согласно рентгеноструктурным исследованиям лексов Fab-фрагментов с антигенами связывание антигена происходит в дост упной растворителю щели активного центра, образованной вариабельными доменами в N-концевой части легкой и тяжелой цепей. Длина щели антител вар ьирует от 0,4 до 3,4 нм, а средние размеры области связывания для полимерных а нтигенов различной природы с оставляют нм. С антигеном час тично контактируют гипервариабельные участки Н- и L-це-пей, расположенны е в местах изгибов полипептидной цепи, а также некоторые из аминокислотн ых остатков, более глубоких внутренних областей цепи . Особую роль в построении анти-генсвязы вающего центра антител играет третий гипервариабельный участок Н-цепи, включающий от 1 до 20 а. о. Длина этого участка и контактирующего с ним первог о гипервариабельного участка L-цепи во многом определяют размеры активн ых центров антител. Способностью связывать антигены с той же эффективностью, что и нативные молекулы антител, обладают Fab- и Р2-фраг-менты иммуноглобулинов. Изолирова нные Н- и L-цепи имеют весьма низкое сродство к антигену, однако способност ь к специфическому узнаванию соответствующих антигенов у них сохраняе тся. Во взаимодействии с антигеном участвует большое количество аминокисло тных остатков обеих цепей молекулы антител, хотя, как правило, большая фу нкциональная нагрузка приходится на Н-цепи. Основным принципом организации антигенсвязывающих центров иммуногло булинов является полицентровая структура. Малые антиг енные детерминанты связываются н а огра ниченном участке активного центра, комплементарном данной детерминант е. Большие детерминанты могут занимать практически всю область связыва ния. Убедительные доказательства существования пространственно разделен ных участков связывания антигена были получены для белка миеломы мыши IgA МОРС 460, конкурентно взаимодействующего с 2,4-динитрофенолом и 2-метил-1,4-нафтохиноном : В антигенсвязывающем цент ре антител расположена сульфгид рильная группа, модификация которой приводит к потере иммуноглобулино м способности связывания с менадионом, но никак не сказывается на эффект ивности взаимодействия с ДНФ. Антиген-связывающие свойства белка меняю тся после его частичной денатурации в растворе гуанидингидрохлорида и последующей ренатурации. С использованием флуоресцентных зондов было определено расстояние меж ду подцентрами связывания менадиона и ДНФ, составившее 1,2— 1,4 нм. Этот резу льтат был подтвержден в экспериментах по сорбции IgA на носителях, содержа щих связанные через «ножки» различной длины ДНФ и менадион. С помощью рентгенострукт урного анализа комплекса миелом ного белка IgGl человека с оксипроизводным витамина Кь состоящего из нафто хиноновой группировки и гидрофобной фитильной цепи, установлено, что мо лекула антигена локализована в полости, образованной вариабельными об ластями легкой и тяжелой цепей . В ней можно выделить два подцентра связывания отдельных час тей молекулы KiOH. В подцентр связывания нафтохиноновой части входят амино кислотные остатки Туг-90, Gly-29, Asn-30 L-цепи, пептидная связь и боковой заместитель Cys-104 Н-цепи. Менадион, представляющий собой часть молекулы KiOH без фитильног о хвоста, а также орцеин и уридин взаимодействуют с IgG именно в этом подцентре. Фитильная цепь KiOH, изгибаясь, контактирует с пептидной связью между остатками 29 и 30, а такж е Ser-93 и Leu-94 L-цепи и константным Тгр-54 Н-цепи. В пользу полицентровой организации антигенсвязывающего центра свидет ельствуют данные по рентгеноструктурному анализу димеров Я-цепей белк а Бенс-Джонса Мс, характеризующихся наличием, по крайней мере, трех участ ков связывания. По своей структуре антигенсвязывающий центр представл яет коническую впадину глубиной 1,7 нм с диаметром у поверхности 1,5 нм, а у ос нования 0,6 нм и полости на дне размером 0,8X1,0 нм. Два участка находятся на стен ках конической впадины, а третий — на дне полости. В первом участке связы ваются ДНФ-лиганды, е-дан-силлизии, колхицин, 1,10-фенантролин. Во втором цент ре связываются также ДНФ-лиганды, метадои, морфин, кофеин, теофиллин. Бис лизин своими динитрофеиильн ыми кольцами одновременно взаимодействует с первым и вторым участками, что свидетельствует о наличии в них общих структур. Третий центр связыва ет менадион, производные пиримидина, фен илртуть и нитро фе-нилфосфохолин. Исключительная физиологическая значимость полицентровой организаци и антигенсвязывающего центра антител определяется, по-видимому, следую щими причинами. Во-первых, взаимодействие больших антигенных детермина нт одновременно с несколькими подцентрами резко повышает прочность св язывания. Так, энергия связывания KiOH с IgG почти на 12,5 кДж/моль превышает - энергию связывания менадиона, что обусловлено наличием в мо лекуле KiOH дополнительного фитильного остатка. Во-вторых, если бы молекула антитела обладала бы только одной антигенной специфичностью, то благод аря чрезвычайно большому числу разнообразных антигенных детерминант л имфоидных клеток оказалось бы недостаточно для выработки антител, напр авленных исключительно против данного антигена. Поэтому благодаря спе цифичности резко сокращается объем генетического материала, кодирующе го вариабельные части L- и Н-цепей иммуноглобулинов. В-третьих, синтез анти тела, связывающего несколько неродственных антигенов, может индуциров аться любым из них, благодаря чему лишь одна антигенная детерминанта обе спечивает сохранение комплементарности к целому ряду неродственных ан тигенов. Такая «память» антитела повышает готовность организма к иммун ному ответу сразу на большое число различных антигенов.
© Рефератбанк, 2002 - 2017