Was sind Antikörper und was sind Antigene?
Antikörper sind große Glykoproteine, die auch als Immunglobuline (Ig) bekannt sind und von Immunzellen, insbesondere B-Lymphozyten, produziert, zelloberflächlich exprimiert und sezerniert werden. Antikörper erkennen fremde eindringende Mikroorganismen, indem sie spezifisch an die Proteine oder Antigene eines Pathogens binden und deren Neutralisierung und Zerstörung erleichtern. Antigene sind klassisch definiert als jede Fremdsubstanz, die eine Immunantwort auslöst. Die Antikörperspezifität für ein bestimmtes Antigen wird durch seine einzigartige Struktur unterstrichen, die eine Antigen-Bindung mit hoher Präzision ermöglicht. Da Antikörper hochspezifisch sind, dienen sie als sehr nützliche Werkzeuge in der wissenschaftlichen Forschung, um den Ort, die Häufigkeit und die Funktion von Proteinen in dynamischen biologischen Systemen aufzuklären.
Woher kommen Antikörper?
Die Hauptaufgabe des Immunsystems besteht darin, Schutz vor fremden / infektiösen Krankheitserregern und Gewebeverletzungen zu bieten. Es besteht aus zwei Hauptzweigen: angeborene (unspezifische) und adaptive (erworbene) Immunität. Die Antikörperproduktion und -sekretion hängt von Zellen ab, die zum Zweig der adaptiven Immunität gehören.
Angeborenes Immunsystem
- Stützt sich auf physikalische Barrieren (z. B. Schleimschicht, intaktes Epithel und schlagende Zilien) und chemische Barrieren (z. B. antimikrobielle Peptide, niedriger pH-Wert und hydrolytische Enzyme), um Infektionen und Verletzungen vorzubeugen.
- Bietet eine schnelle generische oder unspezifische Reaktion auf Pathogen- oder schädigende Antigene, die allgemein als Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) und schädigende assoziierte molekulare Muster (DAMPS) bezeichnet werden. Diese Reaktionen werden durch Wechselwirkungen mit Toll-like-Rezeptoren (TLRs) vermittelt.
- Beinhaltet lösliche (z. B. Zytokine / Chemokine und Komplementfaktoren) und zelluläre (z. B. phagozytische, Killer- und Antigen-präsentierende Zellen) Reaktionen.
Adaptives Immunsystem
- Bietet eine pathogenspezifische Immunantwort durch Aktivierung von Lymphozytenrezeptoren (T-Zell-Rezeptoren und B-Zell-Antigenrezeptoren).
- Beinhaltet zelluläre Reaktionen, die durch Effektor-T-Lymphozyten und Antikörper, die von B-Lymphozyten produziert werden, vermittelt werden.
- Führt zu einem Immungedächtnis für spezifische Antigene, das bei erneuter Exposition für eine schnellere und effektivere Reaktion abgerufen werden kann.
Antikörperproduktion durch das adaptive Immunsystem
Das adaptive Immunsystem hat sich weiterentwickelt, um fein abgestimmte Reaktionen auf Krankheitserreger und andere Fremdstoffe zu erzeugen. Die Haupteffektoren adaptiver zellulärer und humoraler Immunantworten sind die T- bzw. B-Lymphozyten entwickeln sich aus hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark, die zu unreifen IgM-exprimierenden B-Zellen führen. Nach der Migration in die Milz differenzieren sich unreife B-Zellen weiter in reife oder naïve B-Zellen, die sowohl IgM- als auch IgD-membrangebundene Immunglobulintypen exprimieren. Reife B-Zellen zirkulieren peripher durch das Lymphsystem, wo sie mit fremden Antigenen interagieren. Sobald eine naïve B-Zelle auf ein Antigen trifft, kann ihre Aktivierung zu einer Plasma-B-Zelle oder einer Gedächtnis-B-Zelle führen. Gedächtnis-B-Zellen haben oberflächengebundene Antikörper, während die Plasma-B-Zellen Antikörper sezernieren, die spezifisch für das aktivierende Antigen sind. Gedächtnis-B-Zellen werden bei erneuter Exposition gegenüber demselben Antigen schnell aktiviert und bieten eine schnellere und effektivere Reaktion.
Was ist der Antikörper- oder Immunglobulintyp?
Antikörperstruktur
Alle Antikörper haben die gleiche Grundstruktur, die aus vier Polypeptidketten, zwei leichten Ketten (L-Ketten) und zwei schweren Ketten (H-Ketten) besteht, die durch Disulfidbindungen zusammengehalten werden. Diese vier Polypeptidketten bilden ein symmetrisches Molekül, das üblicherweise als „Y“ -Form dargestellt wird und aus zwei identischen Hälften besteht, die jeweils identische Antigenbindungsstellen tragen. Basierend auf der Variabilität der Aminosäuresequenz sind zwei Hauptregionen (variabel und konstant) innerhalb jeder Antikörperpolypeptidkette identifizierbar. Diese Regionen werden üblicherweise als variables Licht (VL), konstantes Licht (CL), variables schweres (VH) und konstantes schweres (CH) dargestellt. Antikörper unterscheiden sich am meisten in ihrer Aminosäuresequenz an ihren variablen Regionen, was ihre Antigenspezifität unterstreicht. Antigenbindungsstellen werden aus den Aminoterminals oder variablen Regionen der schweren (VH) und leichten (VL) Ketten gebildet.
Die Fragment-Antigen-bindende Region oder Fab wird von der vollen leichten Kette (VL und CL) und von der vollen variablen (VH) Region der schweren Kette und einem Teil ihrer konstanten (CH) Region gebildet. Die fragmentkristallisierbare Region oder Fc besteht nur aus konstanten schweren Ketten (CH).
Antikörperklasse
Antikörpermoleküle haben einen von zwei leichten Kettentypen, Lambda (λ) oder Kappa (κ). Der leichte Kettentyp des Antikörpers ist nicht mit Unterschieden in der Antikörperfunktion verbunden, die über die Vermittlung der Antigenspezifität hinausgehen. Im Gegensatz dazu bestimmt die schwere Kettenzusammensetzung eines Antikörpers verschiedene funktionelle Eigenschaften wie seine Wechselwirkung mit anderen Proteinen (Fc-Rezeptorbindung), Komplementaktivierung, Avidität und Halbwertszeit. Die wichtigsten schweren Kettenklassen bei Säugetieren sind m, d, g, a und e, die die Antikörperklassen oder Isotypen IgM, IgD, IgG, IgA bzw. IgE bestimmen. IgM ist der Hauptantikörperisotyp, der während einer primären Immunantwort vorhanden ist. Der IgG-Antikörper-Isotyp überwiegt bei sekundären Immunantworten und ist der häufigste zirkulierende Antikörper im Immunsystem. Antikörperisotypen unterscheiden sich in Struktur und immunologischen Funktionen.
| Antikörperklasse | Schwerkettenklasse | Molekulargewicht (kDa) | % Gesamtserumantikörper | Funktionelle Eigenschaften |
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μ (mu) | 900 | 6 |
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γ (gamma) | 150 | 80 |
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α (alpha) | 385 | 13 |
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ε (epsilon) | 200 | 0.002 |
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δ (delta) | 180 | 1 |
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Antikörperbindung: Antikörper-Antigen-Interaktionen
Wirkmechanismen des Antikörpers
Die Funktion eines Antikörpers im Immunsystem besteht darin, Fremdpartikel spezifisch zu binden und zu eliminieren. Antikörper können fremde Antigene durch mehrere Mechanismen entfernen.
Neutralisation- Die Antikörperbindung dient zur Neutralisierung von Fremdpartikeln, die die Interaktion mit Zellen und die daraus resultierende Zellschädigung und Invasion verhindern.
Opsonisierung- Antikörper können als Tags fungieren, die immunzelluläre Mediatoren rekrutieren, um die Fremdstoffe durch Phagozytose zu eliminieren. Komplement- Antikörper können Fremdpartikel beschichten und das Komplementsystem aktivieren, was zu einer direkten Lyse der Fremdsubstanz führt oder deren Opsonisierung weiter induziert.
Was ist der Unterschied zwischen Antikörperaffinität und Avidität?
Antikörper binden reversibel an einzigartige Regionen oder Epitope innerhalb spezifischer Antigene durch schwache nicht-kovalente Wechselwirkungen, die Wasserstoff-, ionische, hydrophobe und Van-der-Waals-Bindungen umfassen. Die Stärke oder Affinität der Antikörperbindung wird durch die Nettokraft schwacher Wechselwirkungen zwischen einer einzelnen Antikörperbindungsstelle und ihrem Epitop bestimmt.
Antigene können multivalent sein, was sich auf das Vorhandensein mehrerer identischer Epitope pro Antigen bezieht. Multivalente Antigene können mit mehreren Antikörperbindungsstellen interagieren. Für jedes gegebene Antikörpermolekül wird seine Avidität durch die Nettostärke aller Wechselwirkungen mit einem Antigen definiert. Antikörper wie IgG, IgE und IgD binden ihre Epitope mit höherer Affinität als IgM-Antikörper. Jedes IgM-Molekül kann jedoch mit bis zu zehn Epitopen pro Antigen interagieren und daher eine größere Avidität aufweisen. Wegen der hohen Affinität ist der IgG-Antikörper-Isotyp der häufigste Antikörpertyp, der in molekular- und zellbiologischen Methoden verwendet wird.
Wie unterscheiden sich polyklonale und monoklonale Antikörper?
Während einer Immunantwort auf eine fremde Substanz führt die Aktivierung von B-Zellen zu deren Expansion und Bildung von Plasma-B-Zellen, die antigenspezifische Antikörper absondern. Antigene sind jedoch strukturell komplex und bestehen aus mehreren antigenen Determinanten oder Epitopen. In jedem gegebenen Antigen erkennt eine B-Zelle eines von einer Vielzahl von Epitopen, und verschiedene B-Zellklone sezernieren Antikörper, die für verschiedene Epitope innerhalb desselben Antigens spezifisch sind. Antikörper, die von B-Zellen desselben Klons sezerniert werden, sind monoklonale Antikörper, da sie spezifisch an dasselbe Epitop binden. Die gesamte humorale Reaktion enthält jedoch Antikörper, die von mehreren B-Zell-Klontypen sezerniert werden, und ist von Natur aus polyklonal. B-Zell-sezernierte Antikörper finden sich überwiegend in der Serumfraktion des Blutes, und Serum, das Antigen-spezifische Antikörper enthält, wird oft als Antiserum bezeichnet.
Monoklonale und polyklonale Antikörper sind leistungsstarke Werkzeuge, die die Analyse komplexer biologischer Prozesse erleichtern. Mit jeder Art von Antikörper sind mehrere Vor- und Nachteile verbunden, wenn er als molekularbiologisches Werkzeug verwendet wird.
Wahl zwischen polyklonalen und monoklonalen Antikörpern
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