42.3: Anticuerpos
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- Explicar la reactividad cruzada
- Describir la estructura y función de los anticuerpos
- Discutir la producción de anticuerpos
Un anticuerpo, también conocido como inmunoglobulina (Ig), es una proteína que es producida por las células plasmáticas después de la estimulación por un antígeno. Los anticuerpos son la base funcional de la inmunidad humoral. Los anticuerpos se presentan en la sangre, en las secreciones gástricas y mucosas, y en la leche materna. Los anticuerpos en estos fluidos corporales pueden unirse a patógenos y marcarlos para su destrucción por los fagocitos antes de que puedan infectar las células.
Estructura de anticuerpos
“Una molécula de anticuerpo está compuesta por cuatro polipéptidos: dos cadenas pesadas idénticas (unidades peptídicas grandes) que están parcialmente unidas entre sí en una formación “" Y "”, que están flanqueadas por dos cadenas ligeras idénticas (pequeñas unidades peptídicas), como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{1}\).” Los enlaces entre los aminoácidos de cisteína en la molécula de anticuerpo unen los polipéptidos entre sí. Las áreas donde se reconoce el antígeno en el anticuerpo son dominios variables y la base del anticuerpo está compuesta por dominios constantes.
En las células B de la línea germinal, la región variable del gen de la cadena ligera tiene 40 segmentos variables (V) y cinco de unión (J). Una enzima llamada ADN recombinasa extirpa aleatoriamente la mayoría de estos segmentos del gen y empalma un segmento V a un segmento J. Durante el procesamiento del ARN, todos menos uno de los segmentos V y J se empalman. La recombinación y el corte y empalme pueden dar como resultado más de 10 6 combinaciones posibles de VJ. Como resultado, cada célula B diferenciada en el cuerpo humano típicamente tiene una cadena variable única. El dominio constante, que no se une al anticuerpo, es el mismo para todos los anticuerpos.
Similar a los TCR y BCR, la diversidad de anticuerpos se produce por la mutación y recombinación de aproximadamente 300 segmentos génicos diferentes que codifican los dominios variables de cadena ligera y pesada en células precursoras que están destinadas a convertirse en células B. Los dominios variables de las cadenas pesada y ligera interactúan para formar el sitio de unión a través del cual un anticuerpo puede unirse a un epítopo específico en un antígeno. Los números de dominios constantes repetidos en las clases de Ig son los mismos para todos los anticuerpos correspondientes a una clase específica. Los anticuerpos son estructuralmente similares al componente extracelular de los BCR, y la maduración de las células B a células plasmáticas se puede visualizar en términos simples a medida que la célula adquiere la capacidad de secretar la porción extracelular de su BCR en grandes cantidades.
Clases de anticuerpos
Los anticuerpos se pueden dividir en cinco clases: IgM, IgG, IgA, IgD, IgE, según sus propiedades fisicoquímicas, estructurales e inmunológicas. Las IgG, que constituyen alrededor del 80 por ciento de todos los anticuerpos, tienen cadenas pesadas que constan de un dominio variable y tres dominios constantes idénticos. IgA e IgD también tienen tres dominios constantes por cadena pesada, mientras que IgM e IgE tienen cada uno cuatro dominios constantes por cadena pesada. El dominio variable determina la especificidad de unión y el dominio constante de la cadena pesada determina el mecanismo inmunológico de acción de la clase de anticuerpos correspondiente. Es posible que dos anticuerpos tengan las mismas especificidades de unión pero estén en diferentes clases y, por lo tanto, estén involucrados en diferentes funciones.
Después de que se produce una defensa adaptativa contra un patógeno, normalmente las células plasmáticas primero secretan IgM en la sangre. Los BCR en las células B sin tratamiento previo son de la clase IgM y ocasionalmente de la clase IgD. Las moléculas IgM constituyen aproximadamente el diez por ciento de todos los anticuerpos. Antes de la secreción de anticuerpos, las células plasmáticas ensamblan moléculas IgM en pentámeros (cinco anticuerpos individuales) unidos por una cadena de unión (J), como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). La disposición pentámera significa que estas macromoléculas pueden unirse a diez antígenos idénticos. Sin embargo, las moléculas IgM liberadas temprano en la respuesta inmune adaptativa no se unen a antígenos tan establemente como las IgG, que son uno de los posibles tipos de anticuerpos secretados en grandes cantidades tras la reexposición al mismo patógeno. La figura\(\PageIndex{2}\) resume las propiedades de las inmunoglobulinas e ilustra sus estructuras básicas.
Los IGAs pueblan la saliva, las lágrimas, la leche materna y las secreciones de moco de los tractos gastrointestinal, respiratorio y genitourinario. Colectivamente, estos fluidos corporales recubren y protegen la mucosa extensa (4000 pies cuadrados en humanos). El número total de moléculas de IgA en estas secreciones corporales es mayor que el número de moléculas de IgG en el suero sanguíneo. También se secreta una pequeña cantidad de IgA en el suero en forma monomérica. Por el contrario, algunas IgM se secretan a los fluidos corporales de la mucosa. Similar a IgM, las moléculas de IgA se secretan como estructuras poliméricas unidas con una cadena J. Sin embargo, las IgAs se secretan principalmente como moléculas diméricas, no como pentámeros.
La IgE está presente en el suero en pequeñas cantidades y se caracteriza mejor por su papel como mediador de alergia. La IgD también está presente en pequeñas cantidades. Similar a IgM, los BCR de la clase IgD se encuentran en la superficie de las células B sin tratamiento previo. Esta clase apoya el reconocimiento de antígenos y la maduración de las células B a células plasmáticas.
Funciones de anticuerpos
Las células plasmáticas diferenciadas son actores cruciales en la respuesta humoral, y los anticuerpos que secretan son particularmente significativos contra patógenos y toxinas extracelulares. Los anticuerpos circulan libremente y actúan independientemente de las células plasmáticas. Los anticuerpos pueden transferirse de un individuo a otro para proteger temporalmente contra enfermedades infecciosas. Por ejemplo, una persona que recientemente ha producido una respuesta inmune exitosa contra un agente de enfermedad en particular puede donar sangre a un receptor no inmune y conferir inmunidad temporal a través de anticuerpos en el suero sanguíneo del donante. Este fenómeno se denomina inmunidad pasiva; también ocurre de forma natural durante la lactancia, lo que hace que los lactantes sean altamente resistentes a las infecciones durante los primeros meses de vida.
Los anticuerpos recubren patógenos extracelulares y los neutralizan, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{3}\), bloqueando sitios clave en el patógeno que potencian su infectividad (como los receptores que “acogen” patógenos en las células hospedadoras). La neutralización de anticuerpos puede evitar que los patógenos entren e infecten las células hospedadoras, a diferencia del enfoque mediado por CTL de matar células que ya están infectadas para prevenir la progresión de una infección establecida. Los patógenos neutralizados recubiertos con anticuerpos pueden ser filtrados por el bazo y eliminados en orina o heces.
Los anticuerpos también marcan patógenos para su destrucción por células fagocíticas, como macrófagos o neutrófilos, porque las células fagocíticas son altamente atraídas por macromoléculas complejadas con anticuerpos. La potenciación fagocítica por anticuerpos se llama opsonización. En un proceso llamado fijación del complemento, IgM e IgG en suero se unen a antígenos y proporcionan sitios de acoplamiento a los que se pueden unir proteínas secuenciales del complemento. La combinación de anticuerpos y complemento mejora aún más la opsonización y promueve la rápida eliminación de patógenos.
Afinidad, avidez y reactividad cruzada
No todos los anticuerpos se unen con la misma fuerza, especificidad y estabilidad. De hecho, los anticuerpos presentan diferentes afinidades (atracción) dependiendo de la complementariedad molecular entre las moléculas de antígeno y anticuerpo, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{4}\). Un anticuerpo con una mayor afinidad por un antígeno particular se uniría de manera más fuerte y estable, y por lo tanto se esperaría que presentara una defensa más desafiante contra el patógeno correspondiente al antígeno específico.
El término avidez describe la unión por clases de anticuerpos que se secretan como estructuras unidas multivalentes (como IgM e IgA). Aunque la avidez mide la fuerza de unión, así como lo hace la afinidad, la avidez no es simplemente la suma de las afinidades de los anticuerpos en una estructura multimérica. La avidez depende del número de sitios de unión idénticos en el antígeno que se está detectando, así como de otros factores físicos y químicos. Por lo general, los anticuerpos multiméricos, como IgM pentamérica, se clasifican como que tienen menor afinidad que los anticuerpos monoméricos, pero alta avidez. Esencialmente, el hecho de que los anticuerpos multiméricos puedan unirse a muchos antígenos simultáneamente equilibra su fuerza de unión ligeramente menor para cada interacción anticuerpo/antígeno.
Los anticuerpos secretados después de unirse a un epítopo en un antígeno pueden exhibir reactividad cruzada para los mismos epítopos o similares en diferentes antígenos. Debido a que un epítopo corresponde a una región tan pequeña (la superficie de aproximadamente cuatro a seis aminoácidos), es posible que diferentes macromoléculas exhiban las mismas identidades y orientaciones moleculares en regiones cortas. La reactividad cruzada describe cuando un anticuerpo no se une al antígeno que provocó su síntesis y secreción, sino a un antígeno diferente.
La reactividad cruzada puede ser beneficiosa si un individuo desarrolla inmunidad a varios patógenos relacionados a pesar de haber estado expuesto o vacunado contra uno de ellos. Por ejemplo, la reactividad cruzada de anticuerpos puede ocurrir contra las estructuras superficiales similares de varias bacterias Gram-negativas. Por el contrario, los anticuerpos producidos contra componentes moleculares patógenos que se asemejan a automoléculas pueden marcar incorrectamente las células huésped para su destrucción y causar daño autoinmune. Los pacientes que desarrollan lupus eritematoso sistémico (LES) suelen exhibir anticuerpos que reaccionan con su propio ADN. Estos anticuerpos pueden haber sido inicialmente producidos contra el ácido nucleico de microorganismos pero posteriormente reaccionaron de forma cruzada con autoantígenos. Este fenómeno también se llama mimetismo molecular.
Anticuerpos del Sistema Inmune Mucoso
Los anticuerpos sintetizados por el sistema inmunitario mucoso incluyen IgA e IgM. Las células B activadas se diferencian en células plasmáticas de la mucosa que sintetizan y secretan IgA dimérica y, en menor medida, IgM pentamérica. La IgA secretada es abundante en lágrimas, saliva, leche materna y en secreciones del tracto gastrointestinal y respiratorio. La secreción de anticuerpos da como resultado una respuesta humoral local en las superficies epiteliales y previene la infección de la mucosa mediante la unión y neutralización de patógenos.
Resumen
Los anticuerpos (inmunoglobulinas) son las moléculas secretadas por las células plasmáticas que median la respuesta inmune humoral. Hay cinco clases de anticuerpos; una clase de anticuerpo determina su mecanismo de acción y sitio de producción pero no controla su especificidad de unión. Los anticuerpos se unen a antígenos a través de dominios variables y pueden neutralizar patógenos o marcarlos para fagocitosis o activar la cascada del complemento.
Glosario
- afinidad
- atracción de complementariedad molecular entre moléculas de antígeno y anticuerpo
- anticuerpo
- proteína que es producida por las células plasmáticas después de la estimulación por un antígeno; también conocida como inmunoglobulina
- avidez
- Fuerza de unión total de un anticuerpo multivalente con antígeno
- reactividad cruzada
- unión de un anticuerpo a un epítopo correspondiente a un antígeno que es diferente de aquel contra el que se generó el anticuerpo
- inmunidad pasiva
- transferencia de anticuerpos de un individuo a otro para proporcionar protección temporal contra patógenos