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Interacción antígeno-anticuerpo

La interacción antígeno-anticuerpo, o reacción antígeno-anticuerpo , es una interacción química específica entre los anticuerpos producidos por las células B de los glóbulos blancos y los antígenos durante la reacción inmunitaria . Los antígenos y los anticuerpos se combinan mediante un proceso llamado aglutinación. Es la reacción fundamental en el cuerpo mediante la cual el cuerpo se protege de moléculas extrañas complejas, como los patógenos y sus toxinas químicas. En la sangre, los antígenos se unen específicamente y con alta afinidad por los anticuerpos para formar un complejo antígeno-anticuerpo. Luego, el complejo inmunitario se transporta a los sistemas celulares donde puede destruirse o desactivarse.

La primera descripción correcta de la reacción antígeno-anticuerpo fue dada por Richard J. Goldberg en la Universidad de Wisconsin en 1952. [1] [2] Llegó a ser conocida como "teoría de Goldberg" (de la reacción antígeno-anticuerpo). [3]

Existen varios tipos de anticuerpos y antígenos, y cada anticuerpo es capaz de unirse únicamente a un antígeno específico. La especificidad de la unión se debe a la constitución química específica de cada anticuerpo. El determinante antigénico o epítopo es reconocido por el paratopo del anticuerpo, situado en la región variable de la cadena polipeptídica. La región variable a su vez tiene regiones hipervariables que son secuencias de aminoácidos únicas en cada anticuerpo. Los antígenos se unen a los anticuerpos a través de interacciones débiles y no covalentes, como interacciones electrostáticas , enlaces de hidrógeno , fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas . [4]

Los principios de especificidad y reactividad cruzada de la interacción antígeno-anticuerpo son útiles en el laboratorio clínico con fines diagnósticos. Una aplicación básica es la determinación del grupo sanguíneo ABO. También se utiliza como técnica molecular para la infección con diferentes patógenos, como el VIH, microbios y parásitos helmintos .

Base molecular

La inmunidad que se desarrolla cuando un individuo se expone a antígenos se denomina inmunidad adaptativa o adquirida, en contraste con la inmunidad que se desarrolla al nacer, que es inmunidad innata. La inmunidad adquirida depende de la interacción entre los antígenos y un grupo de proteínas llamadas anticuerpos producidos por las células B de la sangre. Existen muchos anticuerpos y cada uno es específico para un tipo particular de antígeno. Por lo tanto, la respuesta inmunitaria en la inmunidad adquirida se debe a la unión precisa de los antígenos al anticuerpo. Solo una zona muy pequeña de los antígenos y las moléculas de anticuerpo interactúan realmente a través de sitios de unión complementarios, llamados epítopos en los antígenos y parátopos en los anticuerpos. [5]

Estructura del anticuerpo

Modelo estructural de una molécula de anticuerpo. Las porciones redondeadas indican los sitios de unión del antígeno.

En un anticuerpo, la región Fab (fragmento, unión al antígeno) se forma a partir del extremo amino-terminal de las cadenas ligera y pesada del polipéptido de inmunoglobulina . Esta región, llamada dominio variable (V), está compuesta por secuencias de aminoácidos que definen cada tipo de anticuerpo y su afinidad de unión a un antígeno. La secuencia combinada de la cadena ligera variable (V L ) y la cadena pesada variable (V H ) crea tres regiones hipervariables (HV1, HV2 y HV3). En V L, estas son aproximadamente de los residuos 28 a 35, de 49 a 59 y de 92 a 103, respectivamente. HV3 es la parte más variable. Por lo tanto, estas regiones pueden ser parte de un parátopo, la parte de un anticuerpo que reconoce y se une a un antígeno. El resto de la región V entre las regiones hipervariables se denominan regiones marco. Cada dominio V tiene cuatro dominios marco, a saber, FR1, FR2, FR3 y FR4. [4] [6]

Estructura del antígeno de lisozima de huevo de gallina (HEL). (A) La estructura tridimensional de HEL (representación CPK) junto con tres anticuerpos (representación en cinta). (B) La estructura de HEL coloreada de acuerdo con los mismos tres epítopos que en (A). (C) La estructura de HEL coloreada de acuerdo con los epítopos predichos por Discotope (azul claro), ellipro (violeta) y seppa (rosa).

Propiedades

Base química de la interacción antígeno-anticuerpo

Los anticuerpos se unen a los antígenos a través de interacciones químicas débiles, y la unión es esencialmente no covalente . Se sabe que las interacciones electrostáticas , los enlaces de hidrógeno , las fuerzas de van der Waals y las interacciones hidrofóbicas están involucradas dependiendo de los sitios de interacción. [7] [8] Los enlaces no covalentes entre el anticuerpo y el antígeno también pueden estar mediados por moléculas de agua interfaciales. Tales enlaces indirectos pueden contribuir al fenómeno de reactividad cruzada, es decir, el reconocimiento de antígenos diferentes pero relacionados por un solo anticuerpo. [9]

Afinidad de la interacción

El antígeno y el anticuerpo interactúan a través de una unión de alta afinidad, como si se tratara de una cerradura y una llave. [10] Existe un equilibrio dinámico para la unión. Por ejemplo, la reacción es reversible y se puede expresar como: [11]

donde [Ab] es la concentración de anticuerpos y [Ag] es la concentración de antígeno , ya sea en estado libre ([Ab],[Ag]) o unido ([AbAg]).

La constante de asociación de equilibrio K a puede por tanto representarse como:

donde k on y k off son las constantes de velocidad de asociación y disociación, respectivamente.

Recíprocamente, la constante de disociación de equilibrio K d será:

La cinética de unión anticuerpo-antígeno se puede describir mediante la ecuación de velocidad de una reacción reversible de segundo orden . Sin embargo, estas ecuaciones son aplicables solo a la unión de un único epítopo, es decir, un antígeno en un anticuerpo. Dado que el anticuerpo tiene necesariamente dos parátopos y en muchas circunstancias se produce una unión compleja, el equilibrio de unión múltiple se puede resumir como:

donde, en equilibrio, c es la concentración de ligando libre, r representa la relación entre la concentración de ligando unido y la concentración total de anticuerpos y n es el número máximo de sitios de unión por molécula de anticuerpo (la valencia del anticuerpo). [12] [13]

La fuerza total de la unión de un anticuerpo a un antígeno se denomina avidez por ese antígeno. Dado que los anticuerpos son bivalentes o polivalentes, esta es la suma de las fuerzas de las interacciones individuales anticuerpo-antígeno. La fuerza de una interacción individual entre un único sitio de unión en un anticuerpo y su epítopo diana se denomina afinidad de esa interacción. [14]

La avidez y la afinidad se pueden juzgar por la constante de disociación de las interacciones que describen. Cuanto menor sea la constante de disociación, mayor será la avidez o la afinidad y más fuerte la interacción. [15] [16]

Enfermedad autoinmune

Normalmente, los anticuerpos pueden detectar y diferenciar moléculas externas al cuerpo y aquellas producidas dentro del cuerpo como resultado de actividades celulares. Las moléculas propias son ignoradas por el sistema inmunológico. Sin embargo, en ciertas condiciones, los anticuerpos reconocen las moléculas propias como antígenos y desencadenan respuestas inmunológicas inesperadas. Esto da lugar a diferentes enfermedades autoinmunes según el tipo de antígenos y anticuerpos involucrados. Estas condiciones son siempre dañinas y, a veces, mortales. La naturaleza exacta de la interacción anticuerpo-antígeno en la enfermedad autoinmune aún no se entiende. [17] [18]

Solicitud

La interacción antígeno-anticuerpo se utiliza en técnicas de laboratorio para pruebas serológicas de compatibilidad sanguínea y diversas infecciones patógenas. La más básica es la determinación del grupo sanguíneo ABO , que es útil para la transfusión sanguínea . [19] Las aplicaciones sofisticadas incluyen ELISA , [20] inmunoelectroforesis ligada a enzimas ( Elispot ), inmunofluorescencia e inmunoelectroforesis . [21] [22] [23]

Reacción de precipitación

Los antígenos solubles se combinan con anticuerpos solubles en presencia de un electrolito a una temperatura y un pH adecuados para formar un complejo visible insoluble. Esto se denomina reacción de precipitación . Se utiliza para la determinación cualitativa y cuantitativa tanto del antígeno como del anticuerpo. Implica la reacción del antígeno soluble con los anticuerpos solubles para formar grandes complejos entrelazados llamados red. [24] Ocurre en dos etapas distintas. En primer lugar, el antígeno y el anticuerpo forman rápidamente complejos antígeno-anticuerpo en unos pocos segundos y a esto le sigue una reacción más lenta en la que los complejos anticuerpo-antígeno forman redes que precipitan de la solución. [25] [26]

Una prueba de anillo especial es útil para diagnosticar el ántrax y determinar la adulteración en los alimentos. [27] [28]

Reacción de aglutinación

Actúa sobre la reacción antígeno-anticuerpo en la que los anticuerpos se entrecruzan con los antígenos particulados dando lugar a la aglutinación visible de las partículas. Existen dos tipos, a saber, aglutinación activa y pasiva . [29] Se utilizan en análisis de sangre para el diagnóstico de la fiebre tifoidea . [30] [31]

Referencias

  1. ^ Goldberg, Richard J. (1952). "Una teoría de las reacciones entre anticuerpos y antígenos. I. Teoría de las reacciones de antígenos multivalentes con anticuerpos bivalentes y univalentes". Journal of the American Chemical Society . 74 (22): 5715–5725. doi :10.1021/ja01142a045.
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