FUNKCIJA PROTEINA

KOMPLEMENTARNE INTERAKCIJE IZMEĐU PROTEINA I LIGANDA.

IMUNI SISTEM I IMUNOGLOBULINI

IMUNI SISTEM Biohemija I Higijeničar xD

Svi kičmenjaci imaju imuni sistem koji je sposoban da razlikuje “svoje” i “tuđe” molekule i da uništi one jedinke koje je identificirao kao tuđe.

Na taj način imuni sistem eliminira viruse, bakterije i druge patogene i molekule koje predstavljaju prijetnju organizmu.

Na fiziološkom nivou odgovor imunog sistema na invaziju je kompliciran i koordiniran skup reakcija mnogobrojnih klasa proteina, molekula i ćelijskih tipova.

Na nivou jednog individualnog proteina imuni odgovor pokazuje kako se gradi jedan veoma osjetljiv i specifičan biohemijski sistem na osnovi reverzibilnog vezanja liganda za protein.

Naš imuni sistem je sposoban da proizvede više od 108 različitih antitijela i više od 1012 različitih receptora T ćelija.

Sposobnost imunog sistema da se adaptira na praktično neograničen broj potencijalnih patogena zasniva se na veoma zahtijevnom procesu za transformaciju imunih ćelija i molekula.

Ovaj adaptivni proces djeluje kroz principe evolucije, uključujući reprodukciju sa varijacijama, nakon koje slijedi selekcija najpogodnijih članova populacije.

U imunom odgovoru učestvuju različiti tipovi leukocita koji nastaju iz nediferenciranih osnovnih ćelija u koštanoj srži (stem cells).

Leukociti mogu napustiti krvotok i patrolirati unutar tkiva.

Imuni odgovor se sastoji iz dva komplementarna sistema: humoralnog i celularnog.

Humoralni imuni sistem je usmjeren na odbranu od bakterijskih infekcija i ekstracelularnih virusa. Odgovara i na pojedinačne proteine koji se unose u organizam.

Celularni imuni sistem razgrađuje ćelije domaćina koje su inficirane virusima, zatim razgrađuje parazite i strana tkiva.

U središtu humoralnog imunog odgovora nalaze se proteini koji se zovu imunoglobulini (Ig) ili antitijela.

Imunoglobulini vežu bakterije, viruse i velike molekule koje su identificirane kao tuđe. Na taj način ih označavaju za destrukciju.

Imunoglobuline proizvode B limfociti (tako se zovu jer završavaju svoj razvoj u koštanoj srži).

Imunoglobulini čine 20% proteina krvi.

U središtu celularnog imunog odgovora nalazi se klasa T limfocita (tako se zovu jer završavaju svoj razvoj u timusu).

To su Tc, citotoksične T-ćelije ili T-ćelije ubice (killer T-cells).

U prepoznavanju inficiranih ćelija i parazita uključeni su proteini na površini Tc-ćelija koji se zovu receptori T-ćelija.

Osim Tc-ćelija postoje i TH-ćelije ili T-ćelije pomoćnice (helper T-cells).

Ove ćelije proizvode topive signalne proteine-citokine. TH reaguju sa makrofagima i B-limfocitima.

Antigen ili imunogen je bilo koja molekula ili patogen koji mogu izazvati imuni odgovor.

Antigeni mogu biti virusi, ćelijski zid bakterija, jedan protein ili neka druga molekula.

Jedno antitijelo ili receptor T-ćelija se veže samo za određenu strukturu unutar antigena koja se zove antigenska determinanta ili epitop.

Antigen može imati nekoliko epitopa. Molekule sa Mr< 5.000 obično nisu antigeni.

Hapteni su male molekule koje ne podstiču stvaranje antitijela.

Kada se vežu za veće molekule hapteni dovode do imunog odgovora.

Imuni sistem mora identificirati i razoriti patogene, ali mora prepoznati i ne razoriti “svoje”.

Antitijela su efikasna protiv ekstracelularnih patogena, ali su slaba zaštita protiv mikroorganizama koji su locirani u ćeliji.

Detekciju proteinskih antigena u domaćinu vrše proteini MHC (major histocompatibility complex).

MHC proteini vežu peptidne fragmente svarenih proteina i izlažu ih na površinu ćelije.

T-ćelije kontinuirano skeniraju površinu svih ćelija.

Receptori T-ćelija vežu izložene peptidne fragmente i započinju imuni odgovor.

Dvije klase MHC proteina razlikuju se po distribuciji u tipovima ćelija i po izvoru probavljenih proteina čiji su

fragmenti izloženi.

MHC I proteini imaju nevarijabilni β lanac (β2-mikroglobulin) i varijabilni α lanac. Oba su smještena ekstracelularno. Svaki čovjek stvara 6 različitih α lanaca za klasu MHC I proteina.

U klasi MHC II oba lanca, i α i β, imaju područja velike varijabilnosti u blizini amino terminusa.

MHC proteini klase I nalaze se na površini gotovo svih ćelija u vertebrata. Ovaj protein je najpolimorfniji od svih proteina.

Intracelularni patogeni su zaštićeni od antitijela ćelijskom membranom domaćina.

Digestija vlastitih i tuđih proteina odvija se u citosolu-u proteasomu. U endoplazmatskom retikulumu peptidi se kombiniraju sa MHC I i ovi kompleksi se vežu za plazmatsku membranu.

Strani peptidi vezani za MHC proteine klase I signaliziraju da je ćelija inficirana i markiraju je za destrukciju pomoću citotoksičnih T-ćelija.

Kompleks:strani peptid, MHC I, receptori T-ćelija i koreceptori (CD8) započinju kaskadu u kojoj se lizira inficirana ćelija. Stvaraju se velike pore (protein perforin) u plazmatskoj membrani ćelije domaćina.

Intracelularni patogen. Mikobakterije (strelice) unutar makrofaga.

Prezentacija peptida nastalih od citosolnih proteina

Na slici je prikazana struktura humanog MHC proteina klase I.

Vezani ligand-protein dobijen iz HIV označen je crvenom, α lanac sivom, β lanac

plavom, a disulfidne veze žutom bojom.

Tc ćelije započinju i proces koji se zove apoptoza ili programirana smrt ćelije.

Posljedice djelovanja citotoksičnih T-ćelija.

Pore na membrani ćelije nastale usljed polimerizacije perforina, proteina koji luče Tc ćelije.

Struktura humanog MHC proteina klase I. Pogled odozgo.

HIV peptid okupira mjesto reakcije MHC I i receptora T-ćelija.

MHC proteini klase II nalaze se na površini nekoliko tipova specijaliziranih ćelija koje imaju ulogu u preuzimanju stranih antigena.

To su makrofagi, B-limfociti i dendritske ćelije.

T-ćelije pomoćnice stimuliraju makrofage, B-limfocite i dendritske ćelije da izlože strane peptide vezane za MHC II.T-ćelije pomoćnice stimuliraju proliferaciju specifičnih B-limfocita i kao partneri limfocitima određuju koju će vrstu antitijela limfociti proizvesti.Peptidi koje prezentiraju MHC proteini klase II ne dolaze iz citosola nego se unose u ćeliju putem endocitoze.Citosolni proteini ne dolaze u kontakt sa MHC II. Asocijacija peptida sa MHC II signal je da je ćelija susrela patogena i ovo je poziv u pomoć.

Prezentacija peptida nastalih od proteina ubačenih u ćeliju

Receptori T-ćelija su slični antitijelima; sadrže konstantnu i varijabilnu regiju.

Varijabilne i konstantne regije Tα, i Tβ homologne su u sekvenci i 3D strukturi V i C regija imunoglobulina.

Kombinirano mjesto koje tvore α i β lanci T-receptora prepoznaje epitop tj strani peptid vezan za MHC I ili MHC II.

Tc i TH imaju iste receptore. Molekule koje usmjeravaju T-ćelije prema različitim MHC proteinima su integralni membranski proteini CD8 i CD4 koji služe kao koreceptori.CD-cluster of differentiation-skupina za diferencijaciju.

CD8 se nalazi na citotoksičnim T-ćelijamaCD4 se nalazi ne T-ćelijama pomagačima.

Nakon eliminacije antigena imuna ćelija umire na način programirane ćelijske smrti.Ipak, jedan broj stimuliranih T i B ćelija sazrije u memorijske ćelije. To su dugoživuće ćelije koje ne učestvuju direktno u primarnom imunom odgovoru.One se nalaze u krvi i čekaju ponovnu pojavu istog antigena. Kada ga susretnu izazivaju sekundarni imuni odgovor koji je mnogo brži i snažniji usljed ranije klonske ekspanzije. Ovo je osnova dugotrajnog imuniteta izazvanog vakcinama ili prirodnog imuniteta na ponovljenu infekciju istim sojem virusa.

HIV slabi imuni sistem razgradnjom helper T ćelija.

Protein gp120 koji je sastavni dio membranskog omotača HIV-1 veže se za CD4 na površini helper ćelija izazivajući fuziju i ulazak virusa u ćeliju domaćina.

Struktura IgG

H lanac sadrži 440 aminokiselinskih ostataka (50 kDa)

L lanac sadrži 220 aminokiselinskih ostataka (25 kDa)

Ukupna molekularna masa 150.000.

2 identične kopije 2 neidentična lanca.

Trakasti model prve kistalizirane IgG molekule.

Imunoglobulini su glikoproteini.

Pepsin hidrolizira IgG na dva fragmenta Fab i Fc

Fab je mjesto vezanja antigena

Fc je fragment koji lako kristalizira

Fab fragment čini VHCH1 + čitav L lanac

Fc fragment je sastavljen iz C- terminalne polovine teških lanaca

2 VLVH su mjesta vezanja antigena

.

Hipervarijabilne sekvence-CDR (complementarity determining region) obrazuju mjesto vezanja antigena koje je komplementarno topologiji strukture antigena

Konstantne regije

½ L od C terminusa,

¾ H od C terminusa su homologni sa sekvencom drugih H ili L lanaca iste klase.

Molekula IgG sadrži 6 domena. Jedan domen predstavlja asocijaciju 2 imunoglobulinska svijanja.

Shematski prikaz imunoglobulinskog svijanja.

Ovaj motiv sastoji se od dvije plohe povezane disulfidnim vezom.

C domeni sadrže 3 β niti u

jednoj plohi i 4 β niti u drugoj.

Domen varijabilne regije sadrži i

dvije dodatne β niti i

hipervarijabilne petlje.

Dijagramski prikaz strukture imunoglobulinskog domena u različitim proteinima koji pripadaju superfamiliji imunoglobulina.

Konstantne regije CL,CH1,CH2,CH3 su odgovorne za:

1. Vezanje komplementa C1q

2. Prolazak antitijela kroz membranu placente

3. Vezanje makrofaga za FcCH2

IgM je antitijelo koje predstavlja prvu liniju odbrane. IgG učestvuje u sekundarnom imunom odgovoru.

Klase imunoglobulina

Približna molekularna

masaIzotip H lanca

Procenat karbohidrata u

odnosu na težinu

Koncentracija u serumu g/L

IgG 160 000 γ, 53 000 2-3 8-18

IgA 170 000-720 000 α, 64 000 7-12 0,8-4,5

IgD 160 000 δ, 58 000 0,03

IgE 190 000 ε, 75 000 10-12 0,0003

IgM 900 000 μ, 70 000 10-12 0,6-2,5

Vezanje IgG za antigen

IgM je pentamer imunoglobulinskih podjedinica.

Pentamer je poprečno povezan disulfidnim vezama.

J lanac je polipeptid sa Mr od 20.000.Ovaj lanac se nalazi u IgM i

u IgA.

Makrofag fagocitira virus koji je vezan za antitijelo.

Inducirano prilagođavanje antigena imunoglobulinu G.

Inducirano prilagođavanje antigena imunoglobulinu G.

Inducirano prilagođavanje antigena imunoglobulinu G.