Взаимодействие антиген-антитело, или реакция антиген-антитело, представляет собой специфическое химическое взаимодействие между антителами, продуцируемыми В-клетками лейкоцитов и антигенами во время иммунной реакции. Антигены и антитела объединяются в процессе, называемом агглютинацией. Это основная реакция организма, с помощью которой он защищен от сложных чужеродных молекул, таких как патогены и их химические токсины. В крови антигены специфически и с высокой аффинностью связываются антителами с образованием комплекса антиген-антитело. Затем иммунный комплекс транспортируется в клеточные системы, где он может быть разрушен или деактивирован.
Первое правильное описание реакции антиген-антитело было дано Ричардом Дж. Голдбергом в Висконсинском университете в 1952 году. Оно стало известно как «теория Голдберга» (антигена -антитела).
Существует несколько типов антител и антигенов, и каждое антитело способно связываться только с конкретным антигеном. Специфичность связывания обусловлена определенным химическим составом каждого антитела. антигенная детерминанта или эпитоп распознается паратопом антитела, расположенным в вариабельной области полипептидной цепи. Вариабельная область, в свою очередь, имеет гипервариабельные области, которые представляют собой уникальные аминокислотные последовательности в каждом антителе. Антигены связываются с антителами посредством слабых и нековалентных взаимодействий, таких как электростатические взаимодействия, водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные взаимодействия.
Принципы специфичности и перекрестной реактивности взаимодействия антиген-антитело используются в клинической лаборатории для диагностических целей. Одно из основных приложений - определение группы крови ABO. Он также используется в качестве молекулярного метода заражения различными патогенами, такими как ВИЧ, микробы и паразиты-гельминты.
Иммунитет, развивающийся при воздействии антигенов, называется адаптивным или приобретенным. иммунитет, в отличие от иммунитета, выработанного при рождении, который является врожденным иммунитетом. Приобретенный иммунитет зависит от взаимодействия между антигенами и группой белков, называемых антителами, вырабатываемых В-клетками крови. Существует множество антител, и каждое специфично для определенного типа антигена. Таким образом, иммунный ответ приобретенного иммунитета обусловлен точным связыванием антигенов с антителами. Только очень небольшая область антигенов и молекул антител фактически взаимодействует через комплементарные сайты связывания, называемые эпитопами в антигенах и паратопами в антителе.
В антителе область Fab (фрагмент, антигенсвязывающая) образована из аминоконцевого конца как легкой, так и тяжелой цепей полипептид иммуноглобулина. Эта область, называемая вариабельным (V) доменом, состоит из аминокислотных последовательностей, которые определяют каждый тип антитела и их аффинность связывания с антигеном. Комбинированная последовательность вариабельной легкой цепи (V L) и вариабельной тяжелой цепи (V H) создает три гипервариабельные области (HV1, HV2 и HV3). В V L это примерно остатки от 28 до 35, от 49 до 59 и от 92 до 103, соответственно. HV3 - самая изменчивая часть. Таким образом, эти области являются паратопом, сайтом связывания антигена. Остальная часть V-области между гипервариабельными областями называется каркасными областями. Каждый V-домен имеет четыре каркасных домена, а именно FR1, FR2, FR3 и FR4.
Структура антигена лизоцима куриного яйца (HEL). (A) Трехмерная структура HEL (представление CPK) вместе с тремя Abs (представление ленты). (B) Структура HEL, окрашенная в соответствии с теми же тремя эпитопами, что и в (A). (C) Структура HEL, окрашенная в соответствии с эпитопами, предсказанными Discotope (голубой), ellipro (фиолетовый) и seppa (розовый).Антитела связывают антигены посредством слабых химических взаимодействий, и связывание по существу нековалентное. Электростатические взаимодействия, водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные взаимодействия, как известно, в зависимости от участков взаимодействия. Нековалентные связи между антителом и антигеном также могут быть опосредованы межфазными молекулами воды. Такие непрямые связи могут способствовать явлению перекрестной реактивности, то есть распознаванию различных, но родственных антигенов одним антителом.
Антиген и антитело взаимодействуют посредством высокой аффинности привязка очень похожа на замок и ключ. Для связывания существует динамическое равновесие. Например, реакция является обратимой и может быть выражена как:
где [Ab] - концентрация антитела, а [Ag] - концентрация антигена в свободном ([Ab], [Ag]) или связанное ([AbAg]) состояние.
Таким образом, константа равновесной ассоциации может быть представлена как:
где K - константа равновесия.
Взаимно константа диссоциации будет:
Однако эти уравнения применимы только к связыванию одного эпитопа, то есть одного антигена на одно антитело. Поскольку антитело обязательно имеет два паратопа, и во многих случаях происходит сложное связывание, равновесие множественного связывания можно суммировать следующим образом:
где в состоянии равновесия c - концентрация свободного лиганда, r представляет собой отношение концентрации связанного лиганда к общей концентрации антитела, а n - максимальное количество сайтов связывания на молекулу антитела (валентность антитела).
Общая сила связывания антитела с антигеном называется его авидностью для этого антигена. Поскольку антитела бывают двухвалентными или поливалентными, это сумма сил отдельных взаимодействий антитело-антиген. Сила индивидуального взаимодействия между одним сайтом связывания на антителе и его целевым эпитопом называется аффинностью этого взаимодействия.
Авидность и аффинность можно оценить по константе диссоциации для описываемых ими взаимодействий. Чем ниже константа диссоциации, тем выше авидность или аффинность и тем сильнее взаимодействие.
Обычно антитела могут обнаруживать и дифференцировать молекулы извне организма и те, которые вырабатываются внутри организма в результате клеточной активности. Молекулы Я игнорируются иммунной системой. Однако в определенных условиях антитела распознают собственные молекулы как антигены и запускают неожиданные иммунные ответы. Это приводит к различным аутоиммунным заболеваниям в зависимости от типа задействованных антигенов и антител. Такие условия всегда вредны, а иногда и смертельны. Точная природа взаимодействия антитело-антиген при аутоиммунном заболевании еще не выяснена.
Взаимодействие антиген-антитело используется в лабораторных методах для серологического тестирования совместимости крови и различных патогенных инфекций. Самым основным является определение группы крови по системе АВО, которое полезно при переливании крови. Сложные области применения включают ELISA, иммунофлуоресценцию (Elispot), иммунофлуоресценцию и иммуноэлектрофорез.
Растворимые антигены объединяются с растворимыми антителами в присутствии электролита подходящая температура и pH для образования нерастворимого видимого комплекса. Это называется реакцией осаждения. Он используется для качественного и количественного определения как антигена, так и антител. Он включает реакцию растворимого антигена с растворимыми антителами с образованием больших взаимосвязанных узлов, называемых решеткой. Это происходит в две отдельные стадии. Во-первых, антиген и антитело быстро образуют комплексы антиген-антитело в течение нескольких секунд, после чего следует более медленная реакция, в которой комплексы антитело-антиген образуют решетки, которые осаждаются из раствора.
Специальный кольцевой тест полезен для диагностики сибирской язвы и определения фальсификации пищи.
Она действует на реакцию антиген-антитело, в которой антитела сшивают антигены в виде частиц, что приводит к видимому слипанию частицы. Есть два типа: активная и пассивная агглютинация. Их используют в анализах крови для диагностики кишечной лихорадки.