Антигены. Понятие и их классификация

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное Агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Петрозаводский государственный университет

Медицинский факультет

Контрольная работа по иммунологии

Антигены. Понятие и их классификация

Работу выполнила

Студентка 2 курса

Заочного отделения

Специальность Фармация

Матвеева Ирина

Группа 1

Содержание

Введение

1. Свойства и природа антигенов

2. Антигенные свойства белков

3. Антигенные свойства полисахаридов и липоидов

4. Специфичность антигенов

5. Антигены микроорганизмов

6. Антигены животных организмов

7. Влияние на антигены физических и химических факторов

Введение

Все феномены проявления иммунного ответа обусловлены взаимодействием иммунной системы с антигеном. Антиген является тригерным эффектором, он, как правило, запускает иммунный ответ. Понятие антигена претерпело значительную эволюцию, особенно в связи с работами в области молекулярной биологии, однако нельзя считать, что существующее определение объективно всеобъемлюще.

Антигенами (от греч. аnti - против, genes - род) называются чужеродные для организма сложные органические вещества (белки, нуклеопротеиды, липиды, полисахариды и др.), которые при введении в организм вызывают в нем образование антител и изменяют его иммунологическую реактивность.

К антигенам относят природные вещества, синтетические биополимеры, микроорганизмы, обладающие чужеродностью и способные при введении в организм высших животных или в культуру клеток вызывать иммунный ответ - гуморальный или клеточно-опосредованный. Антигены способны индуцировать различные клеточные реакции, синтез антител, иммунологическую толерантность, иммунологическую память и т.д. Очевидно, что количество антигенов в природе огромно, и они характеризуются как различным биохимическим составом, так и многообразием структур.

Антигенными свойствами обладают микробы и их токсины, клетки животного и растительного происхождения, белки, смеси белков с липидами, полисахаридами, нуклеиновыми кислотами и различные органические вещества сложного и простого химического строения. Антигенами являются не только инфекционные агенты, но и просто чужеродные для данного организма вещества, например яичный белок, сыворотка и др. Однако процессы, возникающие и развивающиеся в организме при введении любых антигенов, протекают одинаково, являясь сложной биологической реакцией, направленной на восстановление физиологических функций организма, нарушаемых проникновением чужеродного агента.

Антигены подразделяют на две группы. Вещества, индуцирующие выработку антител и впоследствии реагирующие с ними, относят к так называемым полным антигенам. Вещества, не способные при парентеральном введении вызывать синтез антител, но специфически соединяющиеся с ними, определяются как неполные антигены или гаптены (что означает "прикрепляю"). Гаптены становятся полными антигенами, индуцируют иммунный ответ и выработку антител только будучи конъюгированными с высокомолекулярными, в основном белковыми, соединениями. Антигены, полученные путем присоединения к молекуле белка-носителя какой-либо химической группировки, называются конъюгированными антигенами. Именно соединение относительно простого вещества с высокомолекулярным носителем определяет иммуногенность и специфичность антигена, которые проявляются на более высоком уровне организации биологических макромолекул. Вещества, которые обладают простой структурой, легко соединяются с белками и вызывают гиперчувствительность, иногда называют протоантигенами. К ним относятся, например, тяжелые металлы (никель, хром, платина и др.), некоторые органические природные и синтетические соединения (лекарственные средства, пенициллин, стрептомицин и др.), ароматические амины (нитрофенолы), эфирные масла растительного происхождения.

Клетки различных организмов, бактерии, вирусы представляют собой сложные антигенные комплексы, содержащие сильные и слабые антигены. Эти сложные белковые, клеточные системы и называют антигенами. Однако каждая такая клетка, отдельные ее субклеточные структуры могут быть расфракционированны на ряд антигенов, каждый из которых может вызвать иммунный ответ. Таким образом, это сложные антигены, включающие различные индивидуальные антигенные детерминанты, которые еще называют эпитопами. Фактически эпитопы, и являются наименьшими структурами, обладающими Антигенными свойствами и определяющими индукцию антител направленной специфичности.

1. Свойства и природа антигенов

Изучению свойств и природы антигенов посвящено огромное количество исследований. В настоящее время об антигенах известно многое. Мы знаем, какие вещества являются антигенами, их химические свойства и взаимодействие с антителами. Но остается нерешенным важнейший вопрос: от чего зависит антигенность данного вещества для определенного вида животных и почему оно не проявляет антигенного действия в организме другого вида животного?

Известно, что основными условиями, определяющими антигенные свойства различных веществ, являются:

Гетерогенность антигена, т.е. его чужеродность. Чужеродность - основное свойство, характерное для антигенов. Каждому индивидууму присущ свой характерный устойчивый набор антигенов; эта специфичность генетически детерминирована. Иммунная система организма толерантна, невосприимчива, устойчива к собственным антигенам. Всевозможные макромолекулярные соединения, отличные по первичной структуре белков, будут восприниматься организмом как вещества с чужеродной информацией, т.е. как антигены.

Макромолекулярность, т.е. антиген должен иметь молекулы, обладающие достаточной величиной и сложностью строения с молекулярным весом около 10000. Слабое антигенное свойство желатины и протаминов объясняется их простым строениями сравнительно небольшой величиной молекулы. Однако из этого правила имеются исключения. Так, например, глюкоген, гормон поджелудочной железы, молекулярный вес которого равняется 3800, обладает Антигенными свойствами, а декстрин с молекулярным весом 100000 не вызывает образования антител.

Коллоидное состояние и растворимость - антигены должны иметь коллоидное состояние. Кристаллические вещества не являются антигенами. Денатурированные нерастворимые вещества также не индуцируют образование антител.

2. Антигенные свойства белков

Полноценными антигенами являются преимущественно белки и некоторые полисахариды бактерий. Степень антигенной активности белков неодинакова. Одни белки, как, например, сывороточные глобулины, белки бактерий и некоторых растений, обладают высокими Антигенными свойствами. Другие же - желатина, гемоглобин - являются слабыми антигенами.

Различную активность антигенов в известной степени можно объяснить особенностями их физико-химической структуры и, в частности, наличием в их структуре ароматических аминокислот. Желатина, обладающая слабыми Антигенными свойствами, не содержит тирозина и триптофана. Но не всегда наличием или отсутствием ароматических аминокислот можно объяснить антигенность того или другого белка. Некоторые белки, содержащие ароматические радикалы, но не имеющие лизина, глицина и триптофана, также обладают слабыми антигенными свойствами.

Существенное значение для активности антигенов имеют величина боковой молекулы и ее коллоидное состояние. Расщепление крупной молекулы белка на более мелкие и потеря коллоидного состояния сопровождаются потерей антигенных свойств. Продукты распада белка, превращенные в коллоидное состояние, вновь приобретают антигенное действие. Белки, находящиеся в кристаллическом состоянии, проявляют антигенное действие, если они при растворении приобретают коллоидное состояние.

Антигенными свойствами обладают только белки, растворимые в жидкостях и тканях организма. Нерастворимые белки не могут достигнуть в организме места образования антител и поэтому не проявляют своего антигенного действия. Белки, необратимо коагулированные при обработке крепкими растворами кислот, щелочей и других химических веществ, теряют антигенные свойства. Свободные аминокислоты не являются антигенами. При гидролитическом расщеплении белков их антигенная активность утрачивается в процессе распада белка на аминокислоты.

3. Антигенные свойства полисахаридов и липоидов

На протяжении длительного времени считалось, что антигенами являются только белки, антигенные же свойства полисахаридов и липоидов отрицались большинством исследователей. Однако эта точка зрения оказалась неправильной. Убедительные данные об антигенности полисахаридов, выделенных из капсул вирулентных пневмококков, показали Дочез и Эвери. Полисахариды пневмококков в химически чистом состоянии стимулируют образование антител, обладающих высокой специфичностью. Они защищают от гибели мышей, зараженных большими дозами вирулентного пневмококка. В большинстве своем полисахариды являются гаптенами и свойства полноценных антигенов приобретают только в том случае, когда находятся в химической связи с белком. При введении в организм искусственно смешанных полисахаридов и Елков образования антител не происходит.

Липоиды, как и большинство полисахаридов, являются гаптенами, но в отличие от полисахаридов приобретают свойства полноценных антигенов в простой смеси с белками.

Антигены, состоящие из белка и гаптена, называются комплексными антигенами. Эти антигены широко распространенны в природе. К ним относятся сыворотки животных, различные секреты и жидкости животных, антигены микроорганизмов растений и т.д. Специфичность комплексных антигенов чаще всего определяется гаптенами. Белок комплексного антигена играет роль активатора гаптенов.

4. Специфичность антигенов

Специфичность - понятие, которое выделяют особо, но оно взаимосвязано с антигенностью и генетической чужеродностью. Под специфичностью понимают такие физико-химические особенности макромолекул или структур организма, благодаря которым антигены отличаются друг от друга. Наибольшей функциональной нагрузкой, в смысле антигенной специфичности, обладают белки. Специфичность антигенов и их взаимодействие с антителами определяются особенностями и различиями их белковых молекул, особенностями их структуры. Связь между химическим строением и специфичностью антигенов наиболее детально и подробно была изучена в исследованиях с искусственными химическими комплексными антигенами, не встречающимися в естественных условиях. Обермейер и Пик изучали антигенные свойства белков, в молекулу которых они искусственно вводили различные химические радикалы. При иммунизации животных антигенами, содержащими в больших количествах йод, образуются антитела, которые дают специфическую реакцию с любыми йодированными белками, но не дают реакции с нативным белком и с белками, обработанными другими химическими веществами. Введение в белок йода снимает его видовую специфичность и приводит к появлению новой групповой специфичности, обусловленной химическим радикалом, а не белком.

Другой вид изменения специфичности наблюдается при введении в молекулу белка диазобензола. При иммунизации животных комплексным антигеном с диазобензолом образуются антитела, специфичные в отношении как комплексного антигена, так и видового белка, т.е. в данном случае сохраняется видовая специфичность и возникает новая специфичность, называемая структурной, обусловленная особенностями строения химической группы и ее реакции с белком.

Специфичность антигенов определяется также взаимным расположением химических групп в бензольном ядре и пространственной конфигурацией комплексного антигена.

Изучение комплексных, искусственно полученных антигенов дало возможность более детально выяснить структуру и специфичность природных антигенов. Природные антигены, так же как и искусственные, являются комплексом веществ, состоящих из двух компонентов. Одно из них - высокомолекулярное вещество, определяющее коллоидную природу антигена и антитгенных функций комплекса. В большинстве случаев у природных антигенов эта часть представлена белком. Второй компонент антигена определяет его специфичность. Этот компонент Ландштейнер назвал фактором специфичности, а Марек - детерминантной группой антигена.

Детерминантная группа может быть отделена от белкового носителя, и тогда она не вызывает образования антител, но обладает способностью специфически реагировать с ними. Детерминантная группа антигена функционирует как гаптен. В естественных антигенах, и в частности у микробов, в качестве гаптенов функционируют полисахариды и липоиды. На поверхности частицы антигена находиться несколько детерминантных групп, что обуславливает многовалентность антигена и его способность стимулировать образование родственных антител, обладающих групповой специфичностью. Такие антигены способны реагировать не только со специфической для них иммунной сывороткой, но и с сыворотками, полученными при иммунизации антигенами, близкими по своему химическому строению.

5. Антигены микроорганизмов

Мир микроорганизмов чрезвычайно многообразен, многообразны и антигены, входящие в их структуру. Каждый микроб, как бы примитивно он ни был утроен, состоит не из одного, а из многих антигенов. И чем сложнее морфология микробов, тем больше антигенов они содержат. В некоторых случаях микробы представляют собой "мозаику" антигенов.

У различных микроорганизмов, в особенности генетически связанных между собой, имеются общие групповые и специфические антигены. Общие антигены в отличие от специфических характеризуют видовые свойства микроорганизмов. Индивидуальные особенности отдельных штаммов микробов в пределах одного и того же вида обуславливаются типовыми антигенами.

Жгутиковые Н-антигены и соматические О-антигены. Как показывает само название, эти антигены входят в состав определенных морфологических структур микроорганизмов. Одни из них связаны с жгутиками и поэтому называются жгутиковыми, или Н-антигенами. Другие заключены в содержимом клетки, в ее соме и называются соматическими, или О-антигенами.

При детальном изучении антигенной структуры бактерий было установлено, что они могут содержать несколько О- и Н-антигенов. Тифозно-паратифозные бактерии могут иметь два соматических антигена и 5 или 6 жгутиковых антигенов. Жгутиковый антиген является белком. Соматический антиген у большинства бактерии представлен полисахаридо-липидо-белковым комплексом, который иначе называется полным антигеном. У грамотрицательных бактерий О-антигены высокотоксичны и рассматриваются как эндотоксины этих бактерий.

В антигенной функции микроорганизмов большое значение имеют полисахариды и липоиды. Полисахариды обладают иногда Антигенными свойствами в чистом виде и в комплексе с липоидами. Полисахариды как собственная часть клетки и ее О-антигены выделены у многих видов патогенных микроорганизмов: у возбудителей кокковых инфекций и бактерий кишечно-тифозной группы, холерных вибрионов, возбудителей бруцеллеза, туберкулеза и у некоторых анаэробов. Полисахариды этих бактерий, как правило, определяют типовую специфичность бактерий.

Vi-антиген. Он был обнаружен у бактерий S.typhosa, обладающих высокой вирулентностью. Поэтому Vi-антиген получил название антигена вирулентности. Штаммы, содержащие Vi-антиген, действительно более вирулентны по сравнению со штаммами, лишенными Vi-антигена. Они быстрее распространяются в организме при инфицировании животных и дают более тяжелое клиническое течение болезни.

По химическому составу Vi-антиген мало отличается от соматического О-антигена. В связи с этим возник вопрос о тождестве этих антигенов. Но в дальнейшем было показано, что они обладают различными свойствами. Vi-антиген термолабилен, разрушается при температуре 60о, менее токсичен по сравнению с соматическим О-антигеном и отличается от него в реакциях иммунитета. Vi-антиген, как и О-антиген, обладает высокими иммунизирующими свойствами. Наиболее высокая степень защиты наблюдается при иммунизации смесью Vi- и О-антигена.

Протективный антиген.

Этот антиген был обнаружен Байлем. В 1904 году Байль показал, что экссудаты животных, больных сибирской язвой, обладают высокими иммунизирующими свойствами. Первоначально предполагалось, что иммунизирующее свойство экссудатов обуславливается наличием в них полисахаридных капсульных антигенов. Позже было установлено, что экссудат содержит особый антиген, который образуется микробом в организме животного. Этот антиген обладает высокими иммунизирующими свойствами. Он не является постоянной и необходимой структурной частью бактериальной клетки.

6. Антигены животных организмов

Белковые антигены животных характеризуются видовой специфичностью. На основании данных о видовой специфичности антигенов можно судить о родстве и эволюции различных видов животных и растений. Сыворотки, получаемые в результате иммунизации животных различными белками, реагируют только с гомологичным белком или с белком животных родственного вида, но не дают реакции иммунитета с белками животных, далеко отстоящих от них в эволюционном развитии. Антигенная специфичность белков столь высока, что позволяет обнаружить их различие у видов, очень близких друг другу по своему происхождению. Альбумины куриного и утиного белка различны между собой, хотя на основании химических исследований отличить их не представлялось возможным. Лишь после применения реакций иммунитета удалось обнаружить у этих белков наличие видовой специфичности.

Белковые антигены животных тканей и клеток обладают также органной и тканевой специфичностью. При иммунизации животных этими антигенами сыворотки содержат большее количество антител по отношению к белкам собственной ткани и органа, чем к белку другой ткани того же вида животного. При иммунизации животных белками печени и почек получаются сыворотки, реагирующие в большем разведении с этими же антигенами, чем с белками, полученными из костного мозга, лейкоцитов и других органов и тканей. Антигены, имеющие органную или тканевую специфичность, вместе с тем сохраняют и видовую специфичность.

Наряду с наличием специфических, видовых, органных и тканевых антигенов у различных видов организмов, не связанных между собой генетически, существуют и общие антигены, которые называются гетерогенными.

Антигены, возникающие непосредственно в самом организме, называются аутоантигенами. Под влиянием этих антигенов образуются антитела, называемые аутоантителами и вызывающие в организме патологические процессы. В настоящее время установлено, что аутоаиммунные процессы имеют существенное значение в развитии таких заболеваний, как приобретенная гемолитическая анемия, ревматизм, ревмокардит, системная красная волчанка и т.д.

Кроме перечисленных антигенов, различают группу антигенов, получившую название изоантигенов. Эти антигены обнаруживаются только у отдельных индивидуумов определенного вида животных. Впервые эти антигены были обнаружены Эрлихом и Моргенротом. При иммунизации коз гомологичными эритроцитами эти авторы получили сыворотки, растворявшие некоторых, но далеко не всех коз. На основании этих данных, подтвержденных многочисленными экспериментами, было сделано заключение, что эритроциты одного и того же вида животных имеют индивидуальные особенности. Эти исследования послужили основой для изучения индивидуальных антигенных особенностей эритроцитов человека и разделения людей по группам крови.

В эритроцитах человека найдено два антигена - А и В; соответственно этому в сыворотках людей обнаружено два агглютинина - б и в. Особый интерес представляет антиген, открытый в 1940 году Ландштейнером и Винером. Эти авторы иммунизировали кроликов эритроцитами обезьян Macacus rhesus и получали сыворотки, которые агглютинировали эритроциты только некоторых особей обезьян. Антиген, обусловливающий эту агглютинацию, был назван Rh (резус)-фактором. Rh-фактор является термолабильным липопротеином, имеет 6 различных вариантов.

антиген полисахарид липоид

7. Влияние на антигены физических и химических факторов

Изучение свойств антигенов, их функций в организме и взаимодействия с антителами имеет существенное значение для разработки мер специфической профилактики, терапии и диагностики инфекционных заболеваний. В связи с этим очень важно знать, как влияют различные физические и химические факторы на антигены, на их способность стимулировать защитные реакции организма. Действие этих факторов, вызывающих денатурацию белка, всегда сопровождается значительным снижением или даже полной потерей антигенной иммунизирующей активности антигенных комплексов.

Из факторов физического порядка необходимо, прежде всего, сказать о температуре. Температура, вызывающая денатурацию белка, значительно снижает или полностью инактивирует его активность.

Белки, подвергнутые нагреванию и сохраняющие свойства нативного белка, не теряют присущие им антигенные свойства. НЕ все белковые антигены одинаково чувствительны к нагреванию. Жгутиковый антиген разрушается при нагревании 56-58о, а соматический антиген при этой температуре полностью сохраняется. Высокая температура, оказывая большое влияние на антигенные свойства белков, в меньшей степени действует на антигенные функции гаптенов. Антигенная специфичность полисахаридов пневмококка и туберкулезной микобактерии не изменяется даже при кипячении, в то время как белковые антигены при этой температуре обычно разрушаются.

Аналогичное действие на антигены оказывают ультрафиолетовые лучи: при высоких дозах лучей активность антигенов падает, слабые же дозы не оказывают существенного влияния.

Большое количество исследований было посвящено изучению влияния на антигены химических факторов. Препараты, вызывающие глубокую деструкцию антигена, лишают его функциональной активности и специфичности. На этом принципе основан метод приготовления анатоксинов.

Размещено на Allbest.ru