Теория и практика иммуноферментного анализа - Егоров А.М.
ISBN 5-06-000644-1
Скачать (прямая ссылка):
2
Физико-химические закономерности взаимодействия антиген-антитело
Реакцию взаимодействия антиген — антитело можно рассматривать как частный случай связывания лигандов с макромолеку-лярными рецепторами. В основе- первичного взаимодействия лежат общие принципы любой бимолекулярной реакции. Однако, так как в данном случае продуктом бимолекулярной реакции является комплекс антиген— антитело, иммунная реакция является обратимой и описывается теми же кинетическими и термодинамическими параметрами, что и любой процесс комплексо-образования. В данной главе будут рассмотрены теоретические вопросы связывания антигенов с антителами и некоторые экспериментальные подходы, позволяющие следить за ходом взаимодействия и рассчитывать его количественные характеристики.
§ 1. Иммунологическая специфичность
Антитела, образуемые в ответ на введение в организм антигенов, специфически взаимодействуют с этими антигенами. Образование специфического комплекса антиген — антитело обеспечивается гидрофобными, ионными и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, а также водородными связями. Наиболее существенную роль играют силы гидрофобного взаимодействия. Неполярное (гидрофобное) связывание возникает в результате стремления гидрофобных групп в водном растворе к ассоциации друг с другом, что сопро-
вождается стабилизацией всей системы (уменьшением ее свободной энергии при одновременном увеличении энтропии). Эффективность таких взаимодействий возрастает с повышением температуры.
Меньший вклад в связывание антигена с активным центром антитела вносят водородные и ионные взаимодействия. Водородные связи образуются при взаимодействии атома водорода, ковалентно связанного с каким-либо отрицательно заряженным атомом, с неподеленной парой электронов другого отрицательно заряженного атома. В реакции антиген — антитело в качестве таких групп обычно выступают аминогруппы и гидроксильные группы, Электростатические силы возникают при взаимодействии сильно заряженных ионизированных групп, таких, как ионизированная аминогруппа (—NH3+) и ионизированная карбоксильная группа (СОО-).
Степень соответствия между антигенной детерминантой и анти-генсвязывающей областью активного центра антитела (иммунологическая специфичность) определяется химической и пространственной комплементарностью, которая обусловлена, с одной стороны, взаимодействием электронных облаков реагирующих химических групп, с другой — стерическими силами отталкивания. Если структуры антигена и активного центра не соответствуют друг другу, то их притяжение будет слабым, а отталкивание сильным. Важным моментом в образовании прочных специфических комплексов является наличие множественных контактов, позволяющих, несмотря на слабость отдельных единичных взаимодействий, прочно удерживать антиген в активном центре. Замена отдельных атомов или групп в молекуле антигена или в антигенсвязываклцих центрах приводит к ухудшению связывания.
Вполне понятно, что один и тот же антиген могут узнавать антитела, имеющие комплементарные ему структуры, но несколько отличающиеся по составу аминокислотных остатков в антигенсвя-зывающем центре. Например, антигенсвязывающая область анти-декстраноього антитела человека в одном случае представляет собой неглубокий «желобок», в который укладывается до 6 остатков изомальтозы, в другом — состоит из глубокой полости, куда помещается 1-—2 остатка, и более мелкой выемки для 2—4 остатков изомальтозы.
С другой стороны, антигенсвязывающий центр молекулы антитела определенной специфичности обладает способностью связывать антигены, отличные по структуре от основного. Можно представить себе, что в таком случае в связывании принимают участие как часть общих аминокислотных остатков в антигенсвязЫ-вающих центрах, так и отличающихся по своей локализации и Природе.
С количественной стороны специфичность взаимодействия антиген— антитело характеризуется через аффинность антител или
равновесную константу образования иммунокомплекса. В простейшем случае взаимодействие одного центра связывания антитела с моновалентным антигеном может быть представлено схемой
Аг-|- Ат^гг^- Аг-Ат, (3.1)
*-i
где Аг — свободный антиген; Ат — свободное антитело; Аг-Ат — комплекс антиген — антитело; k\ и k-\ — константы скоростей ассоциации и диссоциации комплекса соответственно.
С учетом закона действующих масс в условиях равновесия можно записать
^1[Аг][Ат] = ^_1 [Аг-Ат], (3.2)
где [Аг], [Ат], [Аг-Ат]—равновесные концентрации Аг, Ат и комплекса Аг-Ат, соответственно, или при переходе к константе равновесия или внутренней аффинности (Ка):
_А_=АГ (3.3)
[Аг]-[Ат] v ’
Равновесная константа образования Ка иммунокомплекса имеет размерность [л/моль]. На практике часто используют равновесную константу диссоциации комплекса Kd, связанную с Ка простым соотношением
Kd=Wa (3.4)
