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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 inmune . Los antígenos y anticuerpos se combinan mediante un proceso llamado aglutinación. Es la reacción fundamental del cuerpo mediante la cual se protege al cuerpo de moléculas extrañas complejas, como los patógenos y sus toxinas químicas. En la sangre, los antígenos se unen específicamente y con alta afinidad a los anticuerpos para formar un complejo antígeno-anticuerpo. Luego, el complejo inmunológico 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]

Hay 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 mediante 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 de diagnóstico. 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 desarrollada cuando un individuo está expuesto a antígenos se llama inmunidad adaptativa o adquirida, en contraste con la inmunidad desarrollada al nacer, que es inmunidad innata. La inmunidad adquirida depende de la interacción entre los antígenos y un grupo de proteínas llamadas anticuerpos producidas por las células B de la sangre. Hay muchos anticuerpos y cada uno es específico para un tipo particular de antígeno. Por tanto, la respuesta inmunitaria en la inmunidad adquirida se debe a la unión precisa de los antígenos a los anticuerpos. Sólo un área muy pequeña de los antígenos y las moléculas de anticuerpos interactúan realmente a través de sitios de unión complementarios, llamados epítopos en los antígenos y paratopos en los anticuerpos. [5]

Estructura del anticuerpo

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

En un anticuerpo, la región Fab (fragmento, unión a antígeno) se forma a partir del extremo amino terminal de las cadenas ligera y pesada del polipéptido de inmunoglobulina . Esta región, denominada 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 cadena ligera variable (V L ) y cadena pesada variable (V H ) crea tres regiones hipervariables (HV1, HV2 y HV3). En V L, estos 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 tanto, estas regiones pueden ser parte de un paratopo, 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 de 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 Abs (representación de cinta). (B) La estructura de HEL coloreada según los mismos tres epítopos que en (A). (C) La estructura de HEL coloreada según los epítopos predichos por Discotope (azul claro), ellipro (púrpura) y seppa (rosa).

Propiedades

Bases químicas de la interacción antígeno-anticuerpo.

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

Afinidad de la interacción

El antígeno y el anticuerpo interactúan a través de una unión de alta afinidad, muy parecida a 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]).

Por tanto , la constante de asociación de equilibrio K a se puede representar 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 sólo a la unión de un único epítopo, es decir, un antígeno en un anticuerpo. Dado que el anticuerpo necesariamente tiene dos paratopos 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 anticuerpo y n es el número máximo de sitios de unión por molécula de anticuerpo (la valencia del anticuerpo). [12] [13]

La fuerza general de 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 fortalezas de las interacciones anticuerpo-antígeno individuales. La fuerza de una interacción individual entre un único sitio de unión de un anticuerpo y su epítopo objetivo se denomina afinidad de esa interacción. [14]

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

Enfermedad autoinmune

Normalmente, los anticuerpos pueden detectar y diferenciar moléculas del exterior del cuerpo y aquellas producidas dentro del cuerpo como resultado de la actividad celular. Automoléculas ignoradas por el sistema inmunológico. Sin embargo, en determinadas condiciones, los anticuerpos reconocen sus propias moléculas como antígenos y desencadenan respuestas inmunitarias inesperadas. Esto da lugar a diferentes enfermedades autoinmunes según el tipo de antígenos y anticuerpos implicados. Estas condiciones son siempre perjudiciales y, a veces, mortales. Aún no se comprende la naturaleza exacta de la interacción anticuerpo-antígeno en las enfermedades autoinmunes. [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 resulta útil para transfusiones de sangre . [19] Las aplicaciones sofisticadas incluyen ELISA , [20] inmunospot ligado 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 pH adecuados para formar un complejo visible insoluble. Esto se llama reacción de precipitación . Se utiliza para la determinación cualitativa y cuantitativa tanto de antígenos como de anticuerpos. Implica la reacción de un antígeno soluble con anticuerpos solubles para formar grandes entrelazados agravados llamados celosías. [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 el diagnóstico del ántrax y la determinación de adulteración en los alimentos. [27] [28]

Reacción de aglutinación

Actúa sobre la reacción antígeno-anticuerpo en la que los anticuerpos entrecruzan los antígenos particulados, lo que da como resultado la agrupación visible de la partícula. Hay dos tipos, a saber, aglutinación activa y pasiva . [29] Se utilizan en análisis de sangre para el diagnóstico de fiebre entérica . [30] [31]

Referencias

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