38. Строение иммуноглобулинов (Ig). Характеристика основных классов Ig - (IgA, IgD, IgE, IgG, IgM). Регуляция экспрессии генов Ig и причины их разнообразия.

Все молекулы иммуноглобулинов состоят из 2 идентичных легких (L) цепей (молекулярная масса 23000) и 2 идентичных тяжелых (H) цепей (молекулярная масса 53,000-75,000) связанных в форме тетрамера (L₂H₂) дисульфидными мостиками.

Строение иммуноглобулинов (Ig).

В каждой цепи можно выделить специфические домены, или области, характеризующиеся структурными и функциональными особенностями. Аминокислотная последовательность С-концевого отдела цепи легкой цепи (108-214 аминокислотный остаток) постоянная (константная) –С_L-область. N-концевой отдел легких цепей (1-107 –й аминокислотный остаток) вариабельная (меняющаяся ) V_L-область цепи. Одна четверть тяжелых (H) цепей (около 120 аминокислот) со стороны N -концевой аминокислоты названа переменной (вариабельной) областью (V_H), а остальная часть тяжелой цепи (свыше 300 аминокислот) состоит из нескольких константных областей (C_H1, C_H2, C_H3). N-концевые вариабельные участки легких (V_L) и тяжелых(V_H) цепей молекулы иммуноглобулина формируют домен молекулы, который связывает специфический антиген – активный центр антитела.

Характеристика основных классов Ig - (IgA, IgD, IgE, IgG, IgM).

Исследования аминокислотного состава С_Н областей тяжелых цепей у людей позволило выделить пять типов тяжелых цепей обозначенных -, -,  - ,- и  , имеющих молекулярную массу от 50 000 до 70 000. Тип Н цепей определяет класс иммуноглобулина и его функциональные особенности. Выделяют 5 классов иммуноглобулинов: IgG, IgA, IgM, IgD и IgЕ. Структурные особенности С_Н областей тяжелых цепей позволяет в каждом классе выделить отдельные подклассы иммуноглобулинов.

Регуляция экспрессии генов Ig и причины их разнообразия.

Каждый человек способен к образованию антител, направленных против возможно более миллиона различных антигенов. Порождение такого огромного разнообразия антител зависит от комбинаций различных структурных генов, способствующих формированию каждой цепочки иммуноглобулина и высокой частоты соматических мутационных событий в перестраиваемых генах V_Н и V_L.

Рассмотрим этот вопрос на примере рекомбинации генов, кодирующих тяжелые цепи. В ДНК лимфоцитов содержаться гены константных областей пяти классов и гены вариабельных областей трех типов: 300-400 разных генов V, около 20 разных генов D и 4 разных гена J. Эти группы генов расположены в разных участках ДНК. В результате транспозиции происходит объединение трех разных генов V, D и J в полный ген вариабельной области цепи Н. При этом выбор каждого гена из группы соответствующих генов происходит случайно: любой ген V_i из сотен генов V может оказаться объединенным с любыми генами D_i и J_i из групп соответственно D и J. Далее, также путем транспозиции, полный ген вариабельной области может объединиться с любым из генов константной области, в результате получается полный ген соответствующей Н-цепи. Общее число вариантов полного гена Н-цепи равно примерно 4000. Сходным путем образуются и гены легких цепей; их тоже может быть около 4000 вариантов. При образовании иммуноглобулинов цепи Н и L могут соединяться в разных сочетаниях, поэтому общее число разных иммуноглобулинов достигает порядка 10⁷ (4000*4000=1,6*10⁷).

Поскольку распределение генов при транспозиции имеет случайный характер, в разных лимфоцитах образуются разные сочетания генов V, D, J и С в полном гене иммуноглобулиновой цепи, т.е. происходит дифференциация лимфоцитов и образование клонов, различающихся генотипически. Соответственно, они различаются и фенотипически – по способности синтезировать антитела определенной специфичности.

Регуляция экспрессии генов Ig:

Для многих регуляторных белков биосинтез ограничен клетками строго определенных типов. Например, октамерсвязывающий белок Oct-2 , участвующий в активации экспрессии генов иммуноглобулинов в B-лимфоцитах, обнаруживают только в клетках, синтезирующих иммуноглобулины. Экспрессия рекомбинантного гена, кодирующего Oct-2, в клетках HeLa приводит к активации экспрессии генов иммуноглобулинов на уровне транскрипции. Таким образом, для осуществления тканеспецифической регуляции экспрессии генов в этом примере необходим тканеспецифический синтез белка-активатора транскрипции.

39. Патология белкового обмена. Нарушение переваривания и всасывания, последствия ахилии. Белковое голодание, квашиоркор, их последствия и основные проявления. Биосинтез дефектных белков. Первично - и вторично-дефектные белки. Относительно патологические белки. Поврежденные белки.

Патология белкового обмена.

В организме практически нет депо белков. Источником аминокислот для их синтеза служат компоненты пищи. При нарушении переваривания и всасывания белков развивается алиментарная белковая недостаточность. Нарушения белкового обмена возможны на всех этапах, начиная с всасывания и заканчивая выведением из организма конечных продуктов обмена. Кроме того, при повреждении генетического аппарата изменяется синтез белков или синтезируются белки с измененной структурой.

Нарушение переваривания и всасывания, последствия ахилии.

При заболеваниях пищевода и кишечника (рак пищевода, непроходимость пищевода или кишечника и т.д.) возникает проблема введения белков в организм. Введение белков парэнтерально, т.е. минуя желудочно-кишечный тракт, вызывает сенсибилизацию организма, а при повторном введении может развиться анафилаксия. Для предотвращения указанных реакций принято вводить парэнтерально (минуя ЖКТ) смеси аминокислот, которые не обладают специфичностью и их можно долго применять без значительных осложнений.

Кроме того проблемы с пищеварением белков могут возникнуть на стадии переваривания в желудке из-за уменьшения секреции либо отсутствия секреции соляной кислоты. Ахилия (Achylia) - отсутствие секреции HCl. Данный термин применяется обычно по отношению к желудку, не вырабатывающему желудочный сок - желудочная ахилия (achylia gastrica), вследствие атрофии его слизистой оболочки. Отсутствие HCl может обуславливать процессы бактериального гниения в кишечнике, в результате чего иногда возникает диарея.

Из-за хронического энтерита (хроническое воспалительное заболевание тонкой кишки) развивается гипопротеинемия. Ее наличие объясняется не только нарушением гидролиза белков и всасывания аминокислот кишечной стенкой, но и повышенной экссудацией белков, в основном альбуминов, в просвет кишки при ее воспалительных поражениях.

Белковое голодание, квашиоркор, их последствия и основные проявления.

В настоящее время идентифицировано более 200 различных белков в плазме клеток крови, биологических жидкостей и тканей. Это позволяет понять, почему дефицит белка дает многочисленные дефекты.

Следствием белкового голодания является белковая недостаточность, которая может быть следствием не только дефицита белка, но и ряда заболевания, на фоне достаточного поступления белка с пищей. Белковая недостаточность развивается как при наличии, и при частичном голодании, а также при приеме однообразного белкового питания, когда в диете преобладают белки растительного происхождения. Результатом этого является развитие гипоальбуминемии, нарушение осмотического давления (вследствие дефицита альбуминов, которые связывают воду). Осмотическое давление при этом падает, и жидкость уходит в ткани, вызывая отеки. Такой формой пищевой дистрофии при белковой патологии является квашиоркор. Заболевание распространенно в развивающихся странах. Причина квашиоркора - дефицит белков в пище. Новорожденный ребенок до 3-х летнего возраста вскармливается только молоком матери, потом потребляет низкобелковую диету (вода, рис, фрукты). В результате уровень поступающего в организм белка снижен, снижается соответственно уровень и активность протеаз, вследствии этого белок плохо усваивается. Белки необходимы организму как главные пластические элементы, поэтому при квашиоркоре наблюдается остановка роста, атония мышц, нарушения репарации и регенерации почки, почка имеет вид красной корочки, как после ожога.

Т.к. белки необходимы для образования транспортных форм липидов (ЛП), то их дефицит приводит к дефициту синтеза ЛП и нейтральный жир (ТГ) накапливается в ткани, вызывая жировую дегенерацию.

Белок необходим для синтеза гемоглобина, и дефицит белка проявляется в виде анемии.

Белки необходимы для иммунологической защиты, их дефицит приводит к развитию вторичного иммунодефицита.

Одним из более ранних нарушений азотистого обмена при белковой недостаточности является резкое снижение интенсивности дезаминирования, трансаминирования и биосинтеза аминокислот, а также биосинтеза мочевины. Эти нарушения обусловлены недостаточным синтезом белковой части ферментов, катализирующих эти реакции. Исключение составляет аргиназа, активность которой не нарушается. Следствием этих нарушений является увеличение концентрации а/к в крови (до 10-25%, в норме 1-2%) и уменьшении концентрации мочевины.

При белковой недостаточности отмечены также специфические изменения обмена отдельных а/к. В частности нарушения обмена ТРП (триптофана) сопровождается накоплением ксантуреновой кислоты, которая оказывает токсическое действие на бета-клетки островков Лангерганса pancreas, являясь тем самым одним из этиологических факторов диабета.

Биосинтез дефектных белков.

Измененный синтез белков может быть результатом

• нарушений в работе белоксинтезирующей системы – аппарата трансляции или посттрансляционной модификации молекул. С увеличением частоты ошибок трансляции в процессе жизни связывают старение организма.

• дефекта регуляции; на клеточном уровне – это воздействие метаболитов, на уровне организма – гормоны и нервная система.

Первично - и вторично-дефектные белки.

Все патологические белки делятся на 2 группы.

1. Первично – патологические синтезированы за счет дефектного генома:

• фенилкетонурия;

• болезнь Леха-Нихана;

• серповидно-клеточная анемия (нарушение синтеза Hb)

• болезнь Вильсона-Коновалова (проявляется в 10-12 лет; причина - отсутствие церулоплазмина-Cu-переносящего белка; Cu накапливается в печени, роговице, почках, узлах нервной системы, вызывая дегенерацию).

1. Вторично – патологические: возникают благодаря постороннему воздействию:

• введение антибиотиков на этапе трансляции белка;

• нарушение процессинга коллагена при гиповитаминозе С;

• извращение процессинга при воздействии токсических веществ (например, возникновение гликозилированного Hb при сахарном диабете обусловлено тем, что альдегидная группа глюкозы взаимодействует с аминогруппой глобина).

Кроме дефектов белков - ферментов могут возникать дефекты белков неферментной природы: индивидуальных белков плазмы ( альбуминов, ЛП), белков системы свертывания крови, Hb, Ig, белков комплемента, калликреин-кининовой системы.

~ 6~