Seminarium z fizjologii – „Krew”

Antygeny - cząsteczki rozpoznawane przez komórki immunokompetentne jako obce, po wprowadzeniu do organizmu wywołują odpowiedź immunologiczną (produkcja przeciwciał lub odpowiedź komórkowa) lub są to cząsteczki postrzegane przez komórki immunokompetentne jako własne i wtedy brak jest odpowiedzi immunologicznej (tolerancja immunologiczna).

Antygeny cechuje:

à immunogenność - zdolność do wywoływania odpowiedzi immunologicznej (zależy od całej cząsteczki antygenu)

à antygenowość = reaktywność- zdolność do reagowania z wywołanymi przez siebie przeciwciałami (zależy od stanu odporności organizmu)

Białka są pełnowartościowymi antygenami = immunogenami. Są nimi też związki złożone (białka z lipidami,  mukopolisacharydami, kwasami nukleinowymi). W tych cząstkach swoistość antygenowa zależy od części niebiałkowej. Białka tracą immunogenność na skutek np. denaturacji, hydrolizy i in.

Immunogeny niebiałkowe są trudne do oceny  (zanieczyszczone białkami). Podawane w czystej postaci do organizmu absorbują na białkach organizmu – stąd trudno je ocenić. Niektóre polisacharydy mogą być pełnowartościowymi antygenami. Wielkość cząsteczki nie przesadza o immunogenności antygenu. Np. „duża” Hb jest słabo immunogenna, a „małe” albuminy są silnie immunogenne. Na immunogenność wpływa struktura cząsteczki, obcość antygenu (warunek konieczny). Stąd wyróżniamy antygeny:

1 à syngeniczne - wchodzą w skład togo samego organizmu (lub dotyczą bliźniąt jednojajowych)

2 à autogeniczne-tego samego organizmu

3 à allogeniczne = izoantygeny - antygeny osobników tego samego gatunku

4 à ksenogeniczne - pochodzą od różnych gatunków

Za swoistość i antygenowość antygenów (w niewielkim stopniu też immunogenność) odpowiadają determinanty antygenowe = epitopy.

Rodzaje epitopów:

A) immunodominujące - rozmieszczone na powierzchni antygenów, łatwo dostępne, b. aktywne

B) przytłumione- rozmieszczone w głębszych warstwach błony komórkowej – można je ujawnić za pomocą np. nadtrawiania papainą i in.

C) sekwencyjne - swoistość zdeterminowana jest sekwencją aminokwasów

D) konformacyjne - o odpowiedniej strukturze przestrzennej

Swoistość antygenowa:

A) autogeniczne-dotyczy antygenów togo samego osobnika

B) allogeniczna - dotyczy osobników w obrębie gatunku np. antygeny grupowe krwi

C) ksenogeniczna - w obrębie różnych gatunków

D) narządowa - antygeny charakterystyczne dla narządów u różnych osobników

E) funkcjonalna - np. albuminy, immunoglobuliny pełnią podobne funkcje u człowieka i innych ssaków

F) genetyczna heterofilna - wskazuje na podobieństwo antygenów osobników odległych w rozwoju filogenetycznym

np. 1) system genetyczny Forssman : antygen świnki morskiej podaje się królikowi, ten wytwarza przeciwciała odpornościowe, które potrafią reagować z antygenami świnki morskiej, ale hemolizują też antygeny krwinek czerwonych owcy;

np.2) system mononukleozy zakaźnej - jedna z chorób zakaźnych człowieka (wirus Epsteina - Barr), po chorobie – odporność (są przeciwciała, które zwalczają ten sam  wirus, a także aglutynują krwinki czerwone owcy i krowy)

Podział antygenów:

1 - ze względu na charakter chemiczny i biologiczny:

              A - pełnowartościowe:

- ciężar powyżej 10000 Da to białka lub ich połączenia np. glikoproteidy (z polisacharydami), mogą być też polisacharydy (w ABO), lipoproteiny

- każdy antygen ma swoisty układ grup chemicznych- determinanty antygenowe

- jedna cząstka posiada na ogół wiele epitopów

- występują w otoczkach krwinek czerwonych, wszystkich kom. organizmu z wyjątkiem układu nerwowego.

              B - niepełnowartościowe= resztkowe= hapteny:

- związki niebiałkowe, małe cząsteczki- poniżej 10000 Da (80%-90%- poniżej 5000 Da)

- stanowią fragment antygenów pełnowartościowych (są to fragmenty z epitopem)

- same nie są immunogenne, zachowują jednak antygenowość (są zdolne do reagowania)

- są wolnymi składnikami płynów komórkowych i pozakomórkowych

- stanowią składnik płynów u tzw. wydzielaczy bez płynu mózgowo-rdzeniowego

C - autoantygeny:

- niektóre fragmenty tkanek zyskują tę cechę obcości

- leżą u podstawy chorób związanych z autoagresją

2 - ze względu na pochodzenie:

  A- zewnątrzpochodne:

- bakteryjne- składniki struktur komórki bakteryjnej : powierzchniowe (np. antygen               rzęskowy) i z wnętrza lub będące produktami przemiany materii  (np. toksyny)

- wirusowe- stricte „wirusowe” lub związki powstałe po inkorporacji DNA wirusa

- pasożytów człowieka- powierzchniowe, z wnętrza lub produkty przemiany materii

- świata roślinnego - pyłki roślinne (dla niektórych antygeny)

chemiczne-organiczne i nirorganiczne, np.. sole metali ciężkich, związki organiczne wielu leków

B-zewnątrzpochodne:

              - krwinek czerwonych (układy grupowe)

              - krwinek białych

              - płytkowe

              - tkankowe (np. ABO, wszystkie komórki z wyjątkiem nerwowych)

- surowicy krwinek- autoimmunizacyjne (np. tyreoglobulina, śluzówka żołądka, jądra komórkowe , kolagen, fibroblasty )

3 -za względu na źródło, z którego pochodzą:

A- naturalne- ich źródłem są komórki organizmu np. erytrocyty, białka surowicy krwi, bakterii, wirusów  nukleoproteiny, glikoproteiny , endotoksyny bakteryjne, produkty wydzielania, hormony, kwasy nukleinowe

B- sztuczne- nie są immunogenne, stają się takimi po absorbowaniu na drobinach białkowych np. na albuminach

                C-syntetyczne- polimery aminokwasów , linearne, rozgałęzione

Adiuwanty- substancje wzmacniające immunogenność antygenów np. fosforan glinu, wodorotlenek glinu, dwuniciowe kwasy nukleinowe , lipopolisacharydy błon komórkowych bakterii. Ich działanie:

1) à przyczyniają się do zwalniania wchłaniania antygenów

2) à stymulują fagocytozę

3) à wykazują nieswoiste działanie mitogenne

Przeciwciała

Białka syntetyzowane w organizmie pod wpływem bodźcowego działania antygenu, z którym później działają swoiście w różnych reakcjach chemicznych. Cząstka immunoglobuliny ma 4 łańcuchy ( ciężkie, 2 lekkie). Łańcuchy ciężkie determinują przynależność cząsteczki do klasy, mają 55000-75000 Da, a lekkie 24000 Da. Łańcuchy polipeptydowe tworzą trójwymiarowe struktury - obszary lub domeny. Struktura immunoglobulin jest dwufunkcjonalna:

1)    część zmienna – V –  Fab – wiąże antygen

2)    część stała – C - Fc - wiąże się z komórką

Łańcuchy lekkie mają po 2 obszary, ciężkie po 5 domen.

Klasy IgG, IgA, IgD mają po 1 domenie w części V, po 3 w części C łańcucha ciężkiego. Klasa IgM ma 1 domenę w części  V i 4 w części C. Klasy IgD i IgE – prawdopodobnie 4 w części C i 1 domenę  w części V.

Fragmenty stałe stanowią 60-75% funkcjonalnej części cząsteczki. Ich funkcja jest przesunięta w stronę części C. Struktury stałe cząstek Ig określają własności tych cząstek. Dzięki funkcjom części C możliwe są:

1)    łączenie z błonami komórkowymi

2)    przechodzenie przez łożysko i in.

Część C przyłącza fragmenty struktury dopełniacza w pobliżu strefy zawiasowej przeciwciała . Niektóre klasy mają łańcuch łączący , dzięki któremu cząsteczki ulegają polimeryzacji np. IgM jest pentamerem.

Klasy immunoglobulin:

1)IgG - najbardziej powszechna, równomiernie rozmieszczona, 50% wewnątrznaczyniowo, 50% w płynach ustrojowych. Może występować wewnątrzkomórkowo.

à przechodzi przez łożysko, co stanowi podstawę odporności noworodka,

à ma 4 podklasy,

à ciężar : 160000 Da, z wyjątkiem podklasy IgG2 są zdolne do wywoływania reakcji anafilaktycznej,

à ma właściwości opsonizujące (ważne w procesie fagocytozy),

à może wiązać się z makrofagami,

àmoże aktywować dopełniacz

2) IgA:

àimmunoglobulina wydzielnicza, powstaje w komórkach plazmatycznych okołogruczołowych, na powierzchni błon śluzowych migdałków podniebiennych, węzłów chłonnych przewodu pokarmowego,

à występuje jako monomer, dimer, polimer,

à może występować w surowicy

à może być  w wydzielinach (łzy, ślina, siara)

à ciężar : 300000 Da

à ma dodatkową glikoproteinę (m= 58000 Da) o funkcji ułatwiającej transport cząsteczki na powierzchnię ślinianek, stanowi osłonę przed trawiącym działaniem enzymów,

à ma 2 podklasy

à nie wiąże dopełniacza,

à może uczestniczyć w alternatywnej drodze aktywacji dopełniacza,

à nie ma silnych właściwości bakteriobójczych,

à neutralizuje wiele wirusów , a także toksyn bakteryjnych.

3) IgM:

à makroglobulina

àpowstaje w odpowiedzi na antygeny, mające liczne determinanty

à występuje wewnątrznaczyniowo

à nie przenika przez śródbłonek, ani łożysko

à ciężar : 900000 Da

à uruchamia klasyczną drogę aktywacji dopełniacza

à jest pentamerem , zawiera łańcuch łączący J

à należą tu np. izoaglutyniny układu ABO, antyglutyniny, przeciwciała przeciwpłytkowe, przeciwaglutynowe

4) IgD:

à struktura 4 łańcuchów

à170000 Da

àwystępuje na powierzchni limfocytów B, w śladowych ilościach w surowicy, w moczu - fragmenty, jest nietrwała

àtu należą przeciwciała przeciw penicylinie, przeciwjądrowe, przeciwtarczycowe

à występuje głównie wewnątrznaczyniowo związana z reakcjami anafilaksji

5) IgE

à struktura 4 łańcuchów

à 200000Da

à występuje przede wszystkim na powierzchni mastocytów, u osób alergicznych w wydzielinach

àna powierzchni migdałków podniebiennych, węzłów chłonnych okołooskrzelowych, trzewnych dróg chłonnych podskórnych

à gdy jest ich dużo np. u alergików nazywamy  je reaginami

Plazmocyty- produkują przeciwciała, wywodzą się z plazmoblastów ( z1 powstaje ok. 500 komórek potomnych), a 1 plazmocyt produkuje 2000 immunoglobulin na sek. Plazmoblast powstaje z pobudzonego limfocytu B. 1 rodzaj komórek produkuje 1 rodzaj przeciwciał.

Komórka produkuje fragmenty łańcuchów, a te później asocjują na powierzchni komórki, wewnątrz lub na zewnątrz (różne teorie). Strukturalne geny dla przeciwciał w 3 niepowiązanych autosomalnych loci – translokonach. Są oddzielne translokony dla łańcuchów kappa, lambda i dla łańcuchów ciężkich. Loci zawiera różne geny - egzony i introny. łańcuchy immunoglobulin są produkowane przez 3 oddzielne egzony: dla części zmiennej, stałej i łańcucha

Swoistość izotypowa immunoglobulin - klasy i podklasy różnicuje budowa C - końcowej części łańcucha ciężkiego. Jest to swoistość, która umożliwia rozróżnienie immunoglobulin w obrębie gatunku.

Swoistość allotypowa - w obrębie gatunku różnicuje immunoglobuliny

Swoistość idiotypowa - determinuje zmienną sekwencję w częściach zmiennych lub nadzmiennych immunoglobulin. Jest to cecha różnicująca na miliony rodzajów przeciwciał produkowanych na różna alergeny.

Alergizacja naszego życia postępuje ( chemia, kosmetyki i inne).

Funkcje fragmentu stałego immunoglobulin:

à dzięki niemu następuje wiązanie z receptorem Fc na powierzchni komórek

à może następować aktywacja dopełniacza na drodze klasycznej

à dzięki niemu przeciwciało bierze udział w reakcji cytotoksycznej zależnej od przeciwciał

à umożliwia transport immunoglobulin przez łożysko

à dzięki niemu następuje opsonizacja i uzbrojenie komórek

à do niego zależy czas przeżycia immunoglobulin

à dzięki niemu dokonuje się sprzężenie zwrotne dotyczące produkcji następnych porcji immunoglobulin (inhibuje produkcję następnych przeciwciał tego samego rodzaju).

Przeciwciała są niejednolite czynnościowo, różnią się swoistością immunologiczną, posiadają różna siłę wiązania z antygenami, wykładnikiem siły wiązania jest awitność przeciwciał.

Przeciwciała tworzą widzialne reakcje przy  połączeniu z antygenami. Ich przebieg in vitro ma 2 fazy:

1)    niewidzialna- pierwotne połączenia między przeciwciałami, a antygenami

2)    widzialna- jest wiele determinant antygenowych, na cząsteczce przyłącza się wiele przeciwciał, a to powoduje spolimeryzowanie reakcji. Ta faza jest widzialna pod mikroskopem, a później gołym okiem.

Rodzaje reakcji antygen-przeciwciało:

1)    precypitacja- przebiega w środowisku płynnym, powstają połączenia, później zwielokrotnienie reakcji; występują precypitaty w środowisku płynnym (zmętnienie); po dalszym dodawaniu antygenu zmętnienie znika.

Zasada ekwiwalencji- za małe i za duże stężenie antygenu nie sprzyja zajściu reakcji. Siłę precypitacji można zmierzyć np. za pomocą przejścia światła (turbidymetria) lub rozproszenia światła (neferometria).

2)    Aglutynacja- biorą w niej udział przeciwciała kompletne, dwuwartościowe.

Antydeterminanty- jeśli przeciwciało ma je2 czynne-->jest dwuwartościowe, kompletne; jeśli ma 1 jest jednowartościowe, niekompletne.

Powstawanie pierwotnych wiązań między erytrocytem, a przeciwciałem - tworzą się mikromostki. Później powstaje skupisko erytrocytów - aglutyna i zachodzi aglutynacja. Może przebiegać w każdym środowisku (soli fizjologicznej też).

Koaglutynacja- reakcja erytrocytów z determinantami antygenowymi, biorą w niej udział przeciwciała niekompletne, jednowartościowe. W soli fizjologicznej determinanty opłaszczają erytrocyty, ale brak objawów reakcji. W środowisku sprzęgającym te przeciwciała (np. żelatyna, guma arabska, surowica krwi - koloid!) - reakcja zachodzi, powstają skupiska erytrocytów i następuje ich wytrącenie.

Liza - reakcja polega na zaktywowaniu komplementów dopełniaczy (system ok. 20 białek osocza syntetyzowanych w wątrobie, erytrocytach i in.).Aktywacja ich jest aktywacją kaskadową; dopełniacz związany jest przez część C immunoglobuliny strefy zawiasowej, a to powoduje aktywację białek perforyn i dalej uszkodzenie błony komórkowej à zawartość komórki wylewa się na zewnątrz (liza).

Erytrocyty - hemoliza

Bakterie - cytoliza (bakterioliza)

Cechy charakterystyczne przeciwciał:

A) kompletnych:

- naturalne, klasy IgM, np. izoaglutyniny układu ABO

- dwuwartościowe

- aglutynujące w każdym środowisku (również w soli fizjologicznej)

- optimum aktywności: +4 stopnie C, aktywność ograniczona w temp. powyżej 70 stopni C (są ciepłochwiejne)

- duże cząsteczki (ok.900 000 Da)

- głównie występują wewnątrznaczyniowo

- nie przechodzą przez śródbłonek naczyń

B) niekompletnych:

- jednowartościowe, odpornościowe

- koaglutynujące, kummosowskie i blokujące

- optimum aktywności +37 stopni C (są ciepłostałe)

- ciężar: 130 000- 190 000 Da

- równomiernie rozmieszczone w organizmie

- pr...