נוגדנים (Immunoglobulin)

1. נוגדנים(Immunoglobulin) למדענים אשר ביקשו לבודד את הנוגדנים ולחקור את הקשר בין מבנם לבין פעילותם הביולוגית היה ידוע כבר משלהי המאה ה- 19, כי הנוגדנים מצויים בסרום, וכי הם מנטרלים רעלן ספציפי. אולם רק לאחר מחקרים שנמשכו כתשעים שנה הגיעו החוקרים למידע על המבנה המדויק של מולקולת הנוגדן. בפרק זה נכיר את מבנה מולקולת הנוגדן, ונדון בקשר בין מבנה זה לתפקודיה. מתוך: http://stwww.weizmann.ac.il/G-Bio/immuno2000/main.htm

2. מבנה הנוגדן • הנוגדן הוא חלבון המורכב מארבע שרשראות פוליפפטידיות. • השרשראות מחוברות ביניהן בקשרי גופרית (S-S) (קוולנטיים) ויוצרות מבנה מרחבי בצורת Y : המבנה בעל 2 "זרועות" ו-"רגל " אחת .

3. מבנה מולקולת הנוגדן • קפיצת הדרך בהבנת המבנה של מולקולת הנוגדן נעשתה בשנים 1959 - 1962, בעקבות פרסום תוצאות מחקרים שעסקו בפירוק מולקולת הנוגדן בעזרת אנזימים. • חוקר בשם פורטר (R. Porter) פירק את מולקולת הנוגדן, באמצעות האנזים פפאין, • חוקר בשם א' ניסונוף (A. Nisonoff) פירק את מולקולת הנוגדן באמצעות האנזים פפסין.

4. עיכול עם פפסין יצר שני חלקים זהים קושרי אנטיגן Fab אזור Fc לא שרד את העיכול עם פפסין עיכול ע"י פפאין יצר שלושה חלקים שנים זהים והשלישי שונה. שני החלקים הזהים הם בעלי יכולת לקשור אנטיגן ולכן נקרא antigen binding fragments או Fab לחלק הנוסף קראו Fc fregment

5. מבנה מולקולת הנוגדן הנוגדן בנוי מ- 4 שרשרות של חלבון שתיים קלות (קצרות בסגול) ושתיים כבדות (ארוכות בירוק) N N N N אזור הקישור לאנטיגן שרשרת קלה קשרים דיסולפידים C C אזור של פעילות ביולוגית שרשרת כבדה C C

6. מבנה מולקולת הנוגדן • הקטע Fab בנוי מן השרשרת הקלה ומחלק של השרשרת הכבדה. הן קשורות ביניהן בקשרי דו-גפרית; • הקטע Fc מורכב משתי שרשרות שמקורן בשתי השרשרות הכבדות. גם הן מחוברות ביניהן בקשרי דו-גפרית. • שים לב: לנוגדן יש שני קטעי Fab וקטע Fc אחד. אתר הקישור לאנטיגן נמצא בקטע Fab שבאמצעותו הנוגדן נקשר לדטרמיננטה האנטיגנית הספציפית.

7. שתי "זרועות" ה- Fab מחוברות ל- Fc באמצעות אזור הקרוי ציר. הציר מאפשר פתיחה וסגירה של זרועות ה- Fab על ידי תנועה סביבו; בהתאם לכך יכול הנוגדן לקשור שתי דטרמיננטות אנטיגניות המרוחקות זו מזו במרחקים שונים.

8. קטע Fab מכיל את האתר האחראי לקשירת האנטיגן, מכיוון שמבנה אתר הקישור תלוי ברצף של החומצות האמיניות הבונות את האתר, ברור שנוגדנים בעלי ספציפיות שונה יהיו שונים במבנם הראשוני. • כזכור, קטע Fab בנוי משרשרת קלה ומחצי השרשרת הכבדה. באיזה חלק מהשרשרות הבונות את קטע Fab נמצא אתר הקישור? כדי לענות על שאלה זאת השוו החוקרים את הרצף של החומצות האמיניות בשרשרות קלות מנוגדנים שונים. תוצאות ההשוואה היו מרתקות. החוקרים הבחינו בהבדלים מובהקים ברצף של השרשרות. • אולם באופן מפתיע התרכזו ההבדלים בקצה האמיני בלבד (החלק שבין החומצה האמינית הראשונה בקצה האמיני לבין החומצה האמינית שמספרה 110 ברצף). הרצפים מעבר לחומצה האמינית שמספרה 110 היו זהים בשרשרות הקלות של הנוגדנים השונים!

9. בהתאם לממצאים אלה כונו שני החצאים בהתאמה "אזור משתנה של השרשרת הקלה", ובקיצור VL, ו"אזור קבוע של השרשרת הקלה", ובקיצור CL • תופעה דומה נתגלתה גם בשרשרות הכבדות: גם השרשרות הכבדות בנויות מאזור קבוע ומאזור משתנה. האזור המשתנה דומה בגודלו (כ- 120 חומצות אמיניות) ובמיקומו (הוא מתחיל בקצה האמיני ) לאזור המשתנה בשרשרת הקלה. הוא כונה בקיצור VH • האזור הנותר בשרשרת הכבדה זהה במבנהו בכל השרשרות הכבדות מאותה מחלקה. הוא מכונה בקיצור CH.

11. מבנה רביעוני של הנוגדן

12. G: 3-5 complementarity of binding site VL VH antigen antibody

13. G: 3-5 complementarity of binding site VL VH antigen antibody

14. תפקודן של מולקולות הנוגדן בגוף • 1. אתר הקישור לאנטיגן נמצא בקטע Fab שבאמצעותו הנוגדן נקשר לדטרמיננטה האנטיגנית הספציפית. כאשר הדטרמיננטה האנטיגנית שאליה נקשר הנוגדן חיונית לפעילותו של האנטיגן, קישור זה מנטרל את פעילות האנטיגן. דוגמה לנטרול היא חסימת הפעילות של רעלן על ידי נוגדן

15. 2. הפעלה של תאים בלעניים. • ל- Fc המצוי בקרום התא של מקרופג. • הנוגדן נקשר לאנטיגן דרך אתר הקישור שבקטעי ה- • Fab ולמקרופג דרך קטע Fc • הנוגדן מגשר, אם כן, בין האנטיגן לבין התא הבולעני. • הסיכוי של אנטיגן המוקף בנוגדנים להיבלע ע"י מקרופג' גדולה יותר מאשר נוגדן חופשי.

16. תפקיד חלקי הנוגדן בסילוק האנטיגן הזר התקשרות + תצמיד נוגדן-אנטיגן אנטיגן נוגדן גורל האנטיגן שבתצמיד : 2 1 3 הפעלת מערכות הרג וסילוק ע"י זרוע ה Fcשל הנוגדן שבתצמיד הצמתה של האנטיגן ( חיידקים . תאים זרים ) נטרול ישיר של האנטיגן ע"י זרועות ה Fab של הנוגדן ( טוקסינים ,נגיפים ) הפעלת מאקרופג'ים הגברת כושר הבליעה (אופסוניזציה) והגברת ייצוג האנטיגן מעצימים את התגובה נגדו הפעלת מערכת חלבוני המשלים משלימים את פעולת הנוגדנים ע"י המסת האנטיגן שבתצמיד הפעלת מערכת תאי הרג ציטוטוקסיים להרג תאים זרים 9 גורל האנטיגן תלוי : בסוג האנטיגן עצמו ובסוג הנוגדנים שהוא משרה

17. תגובת הצמתה תגובה צולבת דטרמיננטה ספציפית זהה יכולה להופיע על האנטיגן במספר רב ( אנטיגן רב-ערכי)ובנוכחות נוגדן הספציפי לדטרמיננטות תתקבל תגובת הצמתה (אגלוטינציה) של מספר רב של מולקולות האנטיגן ע"י הנוגדן דטרמיננטה ספציפית זהה יכולה להופיע על שני אנטיגנים שונים ובנוכחות נוגדן הספציפי לדטרמיננטה המשותפת תתקבל תגובה-צולבת של שני האנטיגנים השונים ע"י הנוגדן המשותף שני אנטיגנים שונים בעלי דטרמיננטה זהה אנטיגן רב – ערכי Y Y אנטיגן ב אנטיגן א Y Y Y נוגדן להרבה אפיטופים על אנטיגן יכול לחבר ביניהם ולשמש " גשר " בין מולקולות זהות של אנטיגנים נוגדן משותף לשני אנטיגנים שונים יכול לחבר ביניהם ולשמש " גשר " בין מולקולות שונות של אנטיגנים 16

18. קבוצות הנוגדנים • לנוגדנים יש תפקודים רבים . • מילוים קשור בהתפתחות האבולוציונית של חמש מחלקות הנבדלות זו מזו • המחלקות סומנו באותיות A, D, E, G, M; ומכיוון שהאימונוגלובולינים נקראים בקיצור Ig, המחלקות השונות נקראות IgA, IgD, IgE, IgG, IgM בהתאמה.

20. הקולטן לאנטיגן על תאי B • הקולטן של תא B הוא אימונוגלובולין: המחקרים הראשונים שהוכיחו זאת נעשו על ידי שימוש בנוגדנים נגד אימונוגלובולינים . כדי לקבל נוגדנים כאלה הוזרקו לארנבת אימונוגלובולינים של עכבר. כעבור זמן-מה לקחו מהארנבת דגימת דם, ובודדו ממנה את הנוגדנים הספציפיים לאימונוגלובולינים של העכבר. נוגדני הארנבת סומנו באיזוטופ רדיואקטיבי. הנוגדנים המסומנים הודגרו עם תאי B ועם אוכלוסיות תאים נוספות. נמצא, כי נוגדנים נגד אימונוגלובולינים נקשרים לקרום התא של תאי B (ואינם נקשרים לאוכלוסיות תאים אחרות.