17. Физико-химические закономерности взаимодействия антиген-антитело.

Реакцию взаимодействия антител – антитело можно рассматривать как частный случай связывания лигандов с макромолекулярными рецепторами. В основе первичного взаимодействия лежат общие принципы любой биомолекулярной реакции. Однако, т. к. в данном случае продуктом биомолекулярной реакции является комплекс антиген – антитело, иммунная реакция является обратимой и описывается теми же кинетическими и термодинамическими параметрами, что и любой другой процесс комплексообразования.

Иммунологическая специфичность.

Образование специфического комплекса антиген-антитело обеспечивается гидрофобными, ионными и вандер-ваальсовыми взаимодействиями, а также водородными связями. Наиболее существенную роль играют силы гидрофобного взаимодействия.

Степень соответствия между антигенной детерминантой и антигенсвязывающей областью активного центра антитела ( иммунологическая специфичность) определяется химической и пространственной комплементарностью, которая обусловлена, с одной стороны, взаимодействием электронных облаков реагирующих химических групп, с другой – стерическими силами отталкивания. Важным моментом в образовании прочных специфических комплексов является наличие множественных контактов, позволяющих, несмотря на слабость отдельных единичных взаимодействий, прочно удерживать антиген в активном центре.

С количественной стороны специфичность взаимодействия антиген-антитело характеризуется через афинность антител или равновесную константу образования иммунокомплекса.

В простейшем случае взаимодействие одного центра связывания антитела с моновалентным антигеном может быть представлено схемой

Аг+Ат ^k1 Аг*Ат

^k2

Где, Аг – свободный антиген; Ат – свободное антитело; Аг*Ат – комплекс антиген- антитело; к1 и к-1 – константы скоростей ассоциации и диссоциации комплекса соответственно.

Равновесная константа образования К_а иммуннокомплекса имеет размерность [л/моль]. На практике часто используют равновесную константу диссоциации комплекса Кd. Кd = 1/ К_а [моль/л].

Константа комплексообразования является термодинамическим параметром, характеризующим изменение свободной энергии взаимодействия антиген-антитело ∆ F, которое может быть рассчитано по следующей формуле:

∆ F = -RT ln К_а,

 Где R – газовая постоянная; T – абсолютная температура.

Общее изменение свободной энергии при комплексообразовании складывается из двух термодинамических величин – изменение энтальпии и энтропии:

∆ F = ∆ Н -Т∆ S.

Определение ∆ Н можно провести экспериментально, либо с помощью прямых калориметрических изменений, либо из зависимости равновесной константы комплексообразования от температуры, описываемой законом Вант-Гоффа:

d ln К_а        = - ∆ H

d (1/T)             R

Зная изменения энтальпии равновесного процесса ∆ Н и свободной энергии ∆ F, при данной температуре изменение энтропии находят из соотношения ∆ S = (∆ H - ∆ F) / T.

Реакция антиген-антитело протекает с выделением теплоты, но, как правило, изменение энтальпии невелико и составляет около 40 кДж/моль. Изменение энтропии в большинстве случаев положительно.

Таким образом, говоря об иммунологической специфичности антител, мы всегда проводим сравнительную оценку эффективности взаимодействия антиген-антитело, которое характеризуется константой равновесия или изменением свободной энергии системы при комплексообразовании.

Если одна и та же популяция антител взаимодействует с двумя различными антигенами Аг1 и Аг2 с константами комплексообразования соответственно К1 и К2 (К1> > К2), то говорят, что данные антитела являются высоко специфическми по отношению к Аг1 и менее специфическими по отношению к Аг2.

Аналогично, если константа комплексообразования антигена с популяцией антител Ат1 много больше, чем с антителами Ат2, то первые являются специфическими по отношению к антигенц, а вторые нет.

На практике часто условно подразумевают, что если константа равновесия процесса комплексообразования больше 10⁸ , то антитела являются высокоаффинными. Обычный диапазон изменения аффинности антител составляет 10 ⁵ – 10 ¹¹ М^-1 ( -24/ -52 кДж/моль).