12.2: Antígenos y Epítopos

Objetivos de aprendizaje

1. Definir antígeno e inmunógeno.
2. Afirma en qué antígenos están compuestos químicamente.
3. Enumere 3 características que un antígeno debe tener para ser inmunogénico.
4. Definir epítopo.
5. Describa brevemente cómo el cuerpo reconoce un antígeno como extraño.
6. Comparar los receptores de células B y los receptores de células T en términos de cómo reconocen los epítopos.
7. En cuanto a enfermedades infecciosas, enumere 2 categorías de materiales microbianos que pueden actuar como antígeno.
8. Enumere 3 grupos de materiales no infecciosos que pueden actuar como antígeno.
9. Defina lo siguiente:
   1. antígeno endógeno
   2. antígeno exógeno
   3. autoantígeno
   4. hapteno

Un antígeno se define como una sustancia que reacciona con moléculas de anticuerpos y receptores de antígeno en los linfocitos. Un inmunógeno es un antígeno que es reconocido por el cuerpo como no propio y estimula una respuesta inmune adaptativa. Por simplicidad, tanto los antígenos como los inmunógenos generalmente se denominan antígenos.

Para ser inmunogénico, un antígeno debe poseer tres características:

• ser de alto peso molecular,
• exhiban complejidad química, y
• exhibir extrañeza (reconocida como no-yo por el cuerpo).

Químicamente, los antígenos son proteínas de gran peso molecular (incluidas proteínas conjugadas como glicoproteínas, lipoproteínas y nucleoproteínas) y polisacáridos (incluidos los lipopolisacáridos). Estos antígenos proteicos y polisacáridos se encuentran en las superficies de virus y células, incluyendo células microbianas (bacterias, hongos, protozoos) y células humanas.

Epítopos de un antígeno

Las porciones o fragmentos reales de un antígeno que reaccionan con receptores en linfocitos B y linfocitos T, así como con moléculas de anticuerpos libres, se denominan epítopos o determinantes antigénicos. Generalmente se piensa que el tamaño de un epítopo es equivalente a 5-15 aminoácidos o 3-4 residuos de azúcar.

Algunos antígenos, como los polisacáridos, suelen tener muchos epítopos, pero todos de la misma especificidad. Esto se debe a que los polisacáridos pueden estar compuestos por cientos de azúcares con cadenas laterales de azúcar ramificadas, pero generalmente contienen solo uno o dos azúcares diferentes. Como resultado, la mayoría de las “formas” a lo largo del polisacárido son las mismas (ver Figura\(\PageIndex{1}\)).

Otros antígenos como las proteínas suelen tener muchos epítopos de diferentes especificidades. Esto se debe a que las proteínas suelen tener cientos de aminoácidos de longitud y están compuestas por 20 aminoácidos diferentes. Ciertos aminoácidos son capaces de interactuar con otros aminoácidos en la cadena proteica y esto hace que la proteína se pliegue sobre sí misma y asuma una forma tridimensional compleja. Como resultado, hay muchas “formas” diferentes en la proteína (ver Figura\(\PageIndex{2}\)). Es por ello que las proteínas son más inmunogénicas que los polisacáridos; son químicamente más complejas.

Un microbio, como una sola bacteria, tiene muchas proteínas (y polisacáridos) diferentes en su superficie que forman colectivamente sus diversas estructuras, y cada proteína diferente puede tener muchos epítopos diferentes. Por lo tanto, las respuestas inmunitarias se dirigen contra muchos epítopos diferentes de muchos antígenos diferentes del mismo microbio. (Por ejemplo, una pared celular bacteriana sola puede contener más de 100 epítopos diferentes). Incluso los virus simples poseen muchos epítopos diferentes. (ver Figura\(\PageIndex{3}\)).

Reconocer un antígeno como extraño

Como vimos anteriormente en la Unidad 5, los linfocitos B y los linfocitos T son las células que llevan a cabo las respuestas inmunitarias. El cuerpo reconoce un antígeno como extraño cuando los epítopos de ese antígeno se unen a linfocitos B y linfocitos T por medio de moléculas receptoras específicas de epítopos que tienen una forma complementaria a la del epítopo (similar a las piezas entrelazadas de un rompecabezas).

a. Receptores de células B

Los receptores de antígeno en la membrana citoplasmática de los linfocitos B se denominan receptores de células B y en realidad son moléculas de anticuerpos hechas por esa célula y ancladas a la superficie externa de su membrana citoplásmica. Como se verá en una sección posterior, los anticuerpos son macromoléculas en forma de “Y” compuestas por cuatro cadenas de glicoproteínas conectadas entre sí por enlaces disulfuro (S-S) y enlaces no covalentes (ver Figura\(\PageIndex{4}\)). Los enlaces S-S adicionales pliegan las cadenas de glicoproteínas individuales en varios dominios globulares distintos (ver Figura\(\PageIndex{5}\)).

Las dos puntas de la “Y” se denominan porciones Fab del anticuerpo (ver Figura\(\PageIndex{4}\) y Figura\(\PageIndex{5}\)). Los primeros 110 aminoácidos o el primer dominio tanto de la cadena pesada como de la cadena ligera de la región Fab del anticuerpo proporcionan especificidad para unirse a un epítopo en un antígeno. Debido a que reconocen formas moleculares que ocurren como resultado del plegamiento tridimensional de un antígeno, los receptores de células B pueden unirse directamente a epítopos en antígenos peptídicos, proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos y lípidos.

La parte inferior de la “Y”, la región C terminal de cada cadena de glicoproteína, se denomina porción Fc. La porción Fc tiene una secuencia constante de aminoácidos que define la clase y subclase de cada anticuerpo. La porción terminal de la región Fc del receptor de células B es la parte que se ancla a la membrana citoplasmática del linfocito B (ver Figura\(\PageIndex{6}\)).

b. Receptores de células T

Los receptores en la membrana de los linfocitos T se denominan receptores de células T o TCR. Son análogas al receptor de células B, pero están compuestas por solo dos cadenas de glicoproteínas, cada una de las cuales tiene un dominio variable y un dominio constante (ver Figura\(\PageIndex{7}\)).

A diferencia de los receptores de células B que pueden unirse directamente a epítopos en antígenos, el receptor de células T o TCR de la mayoría de los linfocitos T4 y linfocitos T8 solo puede reconocer epítopos peptídicos de antígenos proteicos presentados por las propias células del cuerpo a través de moléculas especiales llamadas moléculas MHC como se ve en la Figura\(\PageIndex{6}\). La porción terminal de los dominios variables proporciona especificidad para la unión de péptidos de antígenos proteicos después de que la proteína se haya desplegado, roto en péptidos y unido a una molécula MHC, mientras que el extremo de la región constante se ancla a la membrana citoplasmática del linfocito T.

^{El TCR de linfocitos T CD4 - CD8 - y linfocitos CD4+ y CD8+ no restringidos a MHC pueden reconocer epítopos de antígenos lipídicos o glucolípidos después de haber sido unidos a moléculas CD1 en células presentadoras de antígeno o en algunos casos, epítopos directamente} en antígenos.

Se estima que el cuerpo humano tiene la capacidad de reconocer 10 ⁷ o más epítopos diferentes y componer hasta 10 ⁹ anticuerpos diferentes, cada uno con una especificidad única. Para reconocer este inmenso número de epítopos diferentes, el cuerpo produce 10 ⁷ o más clones distintos tanto de linfocitos B como de linfocitos T, cada uno con un único receptor de células B o receptor de células T. Entre esta gran variedad de receptores de células B y receptores de células T se une a que haya al menos uno que tenga un sitio de unión a epítopos capaz de encajar, al menos en cierta medida, cualquier antígeno que finalmente encuentre el sistema inmune. Con las respuestas inmunes adaptativas, el cuerpo es capaz de reconocer cualquier antígeno concebible que eventualmente pueda encontrar.

Animación flash de epítopos que reaccionan con receptores específicos de células B en linfocitos B.

Versión html5 de animación para iPad que muestra epítopos que reaccionan con un receptor específico de células B en linfocitos B.

Animación flash que muestra epítopos que reaccionan con un TCR específico en un linfocito T8.

Versión html5 de animación para iPad que muestra epítopos que reaccionan con un TCR específico en un linfocito T8.

Para Más Información: Linfocitos B de la Unidad 6

Para Más Información: Linfocitos T4 de la Unidad 6

Para Más Información: Linfocitos T8 de la Unidad 6

Sustancias que actúan como antígenos

En cuanto a las enfermedades infecciosas, pueden actuar como antígenos los siguientes:

a. estructuras microbianas, tales como paredes celulares bacterianas y fúngicas, membranas celulares protozoarias, cápsulas bacterianas y fúngicas, flagelos microbianos, pili bacterianos, cápsides virales, glicoproteínas asociadas a la envoltura viral, etc.; y

b. toxinas microbianas

Ciertos materiales no infecciosos también pueden actuar como antígenos si son reconocidos como “no propios” por el cuerpo. Estos incluyen:

a. alérgenos, incluyendo polvo, polen, pelo, alimentos, caspa, veneno de abeja, drogas y otros agentes causantes de reacciones alérgicas;

b. tejidos extraños y células procedentes de trasplantes y transfusiones; y

c. las propias células del cuerpo que el cuerpo no reconoce como “yo normal”, como las células cancerosas, las células infectadas, las células involucradas en enfermedades autoinmunes.

Existen tres amplias categorías de antígenos: antígenos endógenos, antígenos exógenos y autoantígenos.

1. Los antígenos endógenos son proteínas que se encuentran dentro del citosol de las células humanas. Los ejemplos de antígenos endógenos incluyen:

1. proteínas virales producidas durante la replicación viral;
2. proteínas producidas por bacterias intracelulares tales como Rickettsias y Chlamydias durante su replicación;
3. proteínas que han escapado al citosol desde el fagosoma de los fagocitos como las células presentadoras de antígeno;
4. antígenos tumorales producidos por células cancerosas; y
5. autopéptidos de proteínas celulares hospedantes.

2. Los antígenos exógenos son antígenos que ingresan desde fuera del cuerpo, como bacterias, hongos, protozoos y virus libres. Estos antígenos exógenos ingresan a macrófagos, células dendríticas y linfocitos B a través de fagocitosis o pinocitosis.

3. Los autoantígenos son cualquiera de los antígenos propios de un organismo (autoantígenos) que estimulan una reacción autoinmune, es decir, inmunidad humoral o mediada por células contra uno mismo.

Un hapteno es una molécula pequeña que por sí misma no es inmunogénica sino que puede actuar como antígeno cuando se une a una molécula de proteína más grande. El hapteno actúa entonces como un epítopo sobre la proteína. Por ejemplo, con las alergias a la penicilina y a la hiedra venenosa, las moléculas de penicilina y el urushiol oleoso de la planta de hiedra venenosa funcionan como haptenos, uniéndose a proteínas tisulares para formar un antígeno y estimulando una respuesta inmune alérgica.

Ejercicio: Preguntas de Pensar-Par-Compartir

1. ¿Cómo es capaz el cuerpo de distinguir epítopos de microorganismos de epítopos “propios” presentes como parte de nuestro cuerpo?
2. ¿Cuál es la diferencia entre cómo los linfocitos B y los linfocitos T reconocen los antígenos?

Resumen

1. Un antígeno se define como una sustancia que reacciona con moléculas de anticuerpos y receptores de antígeno en los linfocitos.
2. Un inmunógeno es un antígeno que es reconocido por el cuerpo como no propio y estimula una respuesta inmune adaptativa.
3. Químicamente, los antígenos son proteínas y polisacáridos de gran peso molecular.
4. Las porciones o fragmentos reales de un antígeno que reaccionan con receptores en linfocitos B y linfocitos T, así como con moléculas de anticuerpos libres, se denominan epítopos.
5. Generalmente se piensa que el tamaño de un epítopo es equivalente a 5-15 aminoácidos o 3-4 residuos de azúcar.
6. Los antígenos de polisacáridos suelen tener muchos epítopos pero todos de la misma especificidad.
7. Los antígenos proteicos suelen tener muchos epítopos de diferentes especificidades.
8. Las respuestas inmunitarias se dirigen contra muchos epítopos diferentes de muchos antígenos diferentes del mismo microbio.
9. El cuerpo reconoce un antígeno como extraño cuando los epítopos de ese antígeno se unen a linfocitos B y linfocitos T por medio de moléculas receptoras específicas de epítopos que tienen una forma complementaria a la del epítopo.
10. Los receptores de antígeno en la membrana citoplasmática de los linfocitos B se denominan receptores de células B y en realidad son moléculas de anticuerpos hechas por esa célula y ancladas a la superficie externa de su membrana citoplásmica y se compone de cuatro cadenas de glicoproteínas interconectadas.
11. Los receptores en la membrana de los linfocitos T se denominan receptores de células T o TCR y están compuestos por solo dos cadenas de glicoproteínas.
12. Durante su desarrollo, cada linfocito B y linfocito T diferentes se programa genéticamente para producir un receptor de células B o receptor de células T con una forma tridimensional única.
13. El cuerpo produce 107 o más clones distintos tanto de linfocitos B como de linfocitos T, cada uno con un único receptor de células B o receptor de células T y con esta gran variedad de receptores de células B y receptores de células T se une para que haya al menos uno que tenga un sitio de unión al epítopo capaz de encajar, al menos en cierto grado, cualquier antígeno que eventualmente encuentre el sistema inmune.
14. En cuanto a enfermedades infecciosas, las estructuras microbianas y las toxinas microbianas actúan como antígenos.
15. Ciertos materiales no infecciosos también actúan como antígenos, incluyendo alérgenos, tejidos extraños y células de trasplantes y transfusiones, y las propias células del cuerpo que el cuerpo no reconoce como “yo normal”, como las células cancerosas, las células infectadas y las células involucradas en enfermedades autoinmunes.
16. Los antígenos endógenos son antígenos que se encuentran dentro del citosol de células humanas como proteínas virales, proteínas de bacterias intracelulares y antígenos tumorales.
17. Los antígenos exógenos son antígenos que ingresan desde fuera del cuerpo, como bacterias, hongos, protozoos y virus libres.
18. Los autoantígenos son cualquiera de los antígenos propios de un organismo (autoantígenos) que estimulan una reacción autoinmune.