Anticuerpos. Estructura.

Inmunoglobulinas. Estructura básica de las inmunoglobulinas Estructura molecular de las inmunoglobulinas. Configuración de los dominios de las inmunoglobulinas. Epítopos de las inmunoglobulinas
INMUNOGLOBULINAS
Los anticuerpos son moléculas de glicoproteínas producidas por los linfocitos B en respuesta a un estímulo antigénico. Estas moléculas posee la capacidad de reaccionar “in vivo” e “in vitro” especialmente y de manera selectiva con los determinantes antigénicos que han inducido su formación; pero también, aunque de manera mas débil, con desterrantes antigénicos relacionados.
Los anticuerpos son inmunoglobulinas, así denominados porque electroforéticamente emigran en la fracción de las  globulinas. Las inmunoglobulinas se encuentran en la sangre y en otros fluidos biológicos como LCR (liquido cefalorraquídeo ) orina, lágrimas saliva y órganos como el bazo y los ganglios linfáticos.
También pueden encontrarse en la membrana de los linfocitos B (en forma de IgM monomérica), constituyendo el BCR, receptor de los linfocitos B (B Cell Receptor). Las inmunoglobulinas libres (secretadas por las células plamáticas) son los anticuerpos propiamente dichos.
Algunos anticuerpos son designados por su reacción “in vitro”. Así se habla de aglutininas (anticuerpos que reaccionan con bacterias, partículas de látex, produciendo su aglutinación en solución acuosa). Hemolisinas (anticuerpos que lesionan la membrana de los hematíes haciendo que su contenido salga al exterior), precipitinas (anticuerpos que producen inmunoprecipitación en medio líquido o semi-solido), inmovilísimas (anticuerpos contra epítopos flagelares que producen inmovilidad en las bacterias móviles), etc.
Actualmente se denomina a todos los anticuerpos genéricamente con el nombre de inmunoglobulinas.
Se admite que, en un organismo adulto, hay, en un momento dado, del orden de 1020 moléculas de Igs, de las cuales, 1010 son especies moleculares diferentes.
Estructura general de las inmunoglobulinas
Las moléculas de anticuerpos poseen una estructura compuesta por cuatro cadenas polipeptídicas. Cada molécula está formada por dos cadenas ligeras L (Light), idénticas, polipéptidos con un peso molecular de 25.000, cada una y dos cadenas pesadas H (Heavy) también idénticas, con un peso molecular de 50.000 cada una.
Cada cadena ligera está unida a una cadena pesada por un puente disulfuro, que forma una unión covalente fuerte entre dos polipéptidos, y por un conjunto de uniones no covalentes, tales como uniones salinas, puentes hidrógeno y uniones hidrófobas. Estas uniones mantienen la cohesión molecular y la estructura final de la inmunoglobulina.
Los 110 primeros aminoácidos de la región amino terminal (NH2) de una cadena ligera y una cadena pesada, varían de unos anticuerpos a otros en función de la especificidad del anticuerpo. Estas zonas de secuencias variables se denominan segmentos V: VL para la cadenas ligeras y VH para las cadenas pesadas.
Las diferencias entre unos anticuerpos y otros de la misma clase, se encuentran en estas zonas variables. Dentro de la zona variable existen unas zonas especiales denominadas CDR, regiones determinantes de compatibilidad (Complementary Determining Region), que constituyen los lugares de unión de los anticuerpos con los antígenos. Esta región constituye el parátopo del anticuerpo (zona de unión con el epítopo antigénico).
El resto de la molécula ofrece pocas variaciones, pues es muy uniforme. Las regiones con secuencias constantes, que se encuentran a continuación de las zonas variables se denominan regiones constantes C: CL en el caso de las cadenas ligeras y C:CH en el de las zonas de la cadena pesada.
Las inmunoglobulinas son glicoproteínas, en las que, con alguna excepción, los hidratos de carbono está en la zona constante.
No se conoce con precisión cual es el papel de los hidratos de carbono en las inmunoglobulinas, pero parece que estaría relacionado con la velocidad de degradación de los anticuerpos en el
Anticuerpos. Estructura 3
Inmunología 2012-2013 2
torrente circulatorio, y con el aumento de su solubilidad.
Estructura básica de las inmunoglobulinas
Gracias a los trabajos de Porter y Edelman, se llegó establecer la estructura de una inmunoglobulina monomérica. La molécula se compone de dos cadenas pesadas idénticas (H, heavy) y dos cadenas ligeras idénticas, (L, light) unidas por puentes disulfuro, intercadena, (dos entre las cadenas pesadas y uno entre la cadena ligera y la pesada).
Tipos de estructuras moleculares
- Existen 9 tipos diferentes de cadenas pesadas (isotipos): μ, , 1, 2, 3, 4, 1, 2, 
- Dos tipos diferentes de cadenas ligeras: , 
Los tipos de las cadenas pesadas se dividen en clases y subclases.
Las moléculas de anticuerpos, son simétricas en su estructura y responden a la formula (H2k2)n para una inmunoglobulinas con cadena ligera kappa, o (H22)n para una inmunoglobulina con cadenas ligera lambda.
El valor de (n) es igual a 1 en el caso de la IgM de membrana, IgD, IgG, IgE, IgA monomérica.
El valor de n es igual a 1, 2, 3, o 4 en el caso de la IgA, monomérica, dimérica, trimérica o tetramérica.
El valor de n es igual a 5 en el caso de la IgM plasmática.
La IgM plasmática y la IgA secretora llevan una cadena J que está asociada a los extremos C-terminales de las cadenas pesadas H.
La IgA secretora dimérica tiene una formula (H2L2)2JS, siendo J la pieza J y S el componente secretor.
Clase
Cadena pesada
Subclases
Cadena ligera
Fórmula
IgG
1, 2, 3, 4
 o 
22
22
IgM
No
 o 
(22)
(22)
(22)5
(22)5
IgA
1, 2
 o 
(22)
(22)2
(22)3
(22)4
(22)
(22)2
(22)3
(22)4
IgE
No
(22)
(22)
IgD
No
(22)
(22)
La estructura de las inmunoglobulinas se determinó con experimentos en los que se sometió a la molécula de inmunoglobulina a la acción de diversas enzimas proteolíticos:
Reducción y alquilación
La acción del 2-mercaptoetanol, agente reductor de los puentes disulfuro, seguida de una alquilación1, para evitar la reasociación, permite obtener, a partir de una IgG de masa molecular 150.000, dos polipéptidos, formados cada uno por una cadena pesada de 450 (aa) de masa molecular, 50.000 y otro fragmento una cadena ligera de 212 (aa) de masa molecular 25.000.
Acción de la papaína
La papaína es un enzima proteolítico que divide a las inmunoglobulinas en tres fragmentos. La
1 Proceso de síntesis orgánica por el que se introducen uno o más grupos alquilo en un compuesto químico. Grupo alquilo: grupo funcional orgánico formado por la eliminación de un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo
Anticuerpos. Estructura 3
Inmunología 2012-2013 3
papaína corta la cadena pesada después del aminoácido 224 y antes de los dos puentes disulfuro ínter cadenas pesadas. Produce dos fragmentos idénticos denominados Fab, fracción de unión al antígeno (Fragment antigen binding) por ser esta la zona que se pone en contacto con el antígeno; y un fragmento Fc, fragmento cristalizable.
Si tomamos como modelo la estructura de la IgG, los dos fragmentos idénticos contienen una cadena, L, intacta, unida a la parte H-C1 de la cadena pesada. El tercer fragmento contiene los dominios C2 y C3, unidos a la región bisagra.
Acción de la pepsina
La pepsina es una enzima proteolítica que rompe la IgG por debajo de la región bisagra, cerca del dominio CH2
La pepsina corta la cadena pesada después del aminoácido 234, es decir, después de los dos puentes disulfuro y en diferentes sitios: aa 23 y aa 333. El resultado es un grueso fragmento F(ab)2 dos polipéptidos y un fragmento pFc, correspondiente al último dominio CH3. La región bisagra queda incorporada en el dominio F(ab). El Fc queda degradado.
Los fragmentos (Fab) configuran el parátopo, VL + VH
El fragmento Fc se une a receptores Fc repartidos por numerosas células y es capaz de activar el complemento por la unión con C1q y posee las siguientes propiedades:
- El catabolismo de la molécula
- El paso a través de la placenta
- El transporte a través de los epitelios, por unión a un receptor de las Igs poliméricas.
- La activación del complemento (Dominio CH2)
- La unión a las membranas celulares
Las cadenas pesadas de las inmunoglobulinas están glicosiladas en diferentes sitios; se trata de oligosacáridos, con residuos de ácido siálico. El tipo de glicosilación puede variar en una misma cadena pesada, lo que crea un nivel suplementario de heterogeneidad para estas moléculas. Anomalías de glicosilación de las Igs pueden existir en algunas enfermedades autoinmunes, como en el caso de la diabetes.
Las moléculas de inmunoglobulinas (Igs) son termoestables a 56ºC, con la excepción de la IgE que es termolábil y se inactiva en esas condiciones.
La acción de las enzimas proteolíticas anteriormente descritas producen, pues, los siguientes fragmentos a partir de una molécula de inmunoglobulina:
Fragmento Fab
El fragmento Fab, que está constituido por la primera mitad de una cadena pesada (CH1+VH) y la cadena ligera completa (CL+VL, unidos ambos por puentes disulfuro. Lleva un solo sitio anticuerpo.
Contienen el idiotipo.
Fragmento F(ab)2
Constituido por dos fragmentos Fab y la región bisagra (CH1+ VH y CL+VL+ mas la zona bisagra). Este fragmento obtenido por la acción de la pepsina, constituye un fragmento ligeramente superior a dos Fab. Contiene dos sitios anticuerpo y el idiotipo.
Fragmento Fc
En este fragmento residen las propiedades biológicas de la inmunoglobulina (CH2+CH3). Contiene el alotipo y determina la clase de cadena pesada. Está integrado por las dos mitades terminales de las cadenas pesadas, unidas por puentes disulfuro intercadena.
Fragmento pFc
Está integrado por los fragmentos peptídicos, después de la acción de la pepsina con el dominio CH3 completo posterior al aminoácido aa 333 de la cadena pesada.
Anticuerpos. Estructura 3
Inmunología 2012-2013 4
Fragmento Fd
Comprende la parte variable de la cadena pesada y el primer dominio de la cadena constante de la cadena pesada (VH + CH1)
Fragmento Fv
Corresponde a las partes variables de la cadena ligera y la cadena pesada (VH+VL).
Estructura molecular de las inmunoglobulinas
La configuración de una molécula de inmunoglobulina viene determinada por las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de la proteína. La estructura primaria tiene su traducción en la secuencia de aminoácidos de las regiones constantes de las cadenas ligeras y pesadas.
La estructura secundaria se forma por el repliegue sobre sí misma de la cadena polipeptídica en forma de hoja (repliegue antiparalelo). Esta configuración antiparalela es seguidamente replegada en una estructura terciaria formada por dominios globulares compactos, conectados a los dominios vecinos por segmentos de cadenas polipeptídicas situados fuera de las hojas plegadas.
Un dominio es un repliegue de una cadena polipeptídica que forma una unidad estructural en el seno de una proteína. Las inmunoglobulinas están constituidas por varios dominios denominados dominios tipo inmunoglobulinas. Todas las moléculas que presentan esta estructura pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas.
Finalmente, los dominios globulares de las cadenas pesadas y ligeras adyacentes entran en interacción en la estructura cuaternaria para formar los dominios funcionales que permitirán a la molécula unirse de manera especifica al antígeno y, al mismo tiempo, realizar numerosas funciones inmunológicas efectoras.
Configuración de los dominios de las inmunoglobulinas
Un análisis de la secuencia de los aminoácidos de las cadenas ligeras y de las cadenas pesadas ha demostrado que las inmunoglobulinas contienen varias unidades homólogas de alrededor de 110 residuos aminoácidos. En el seno de cada unidad, denominada dominio, una unión por puentes disulfuro intracadena forma un bucle de unos 60 aminoácidos.
Las cadenas ligeras contiene un dominio variable (VL) y un dominio constante (CL). Las cadenas pesadas contienen un dominio variable (VH) y tres o cuatro dominios constantes (CH1, CH2, CH3 o CH4) según la clase de inmunoglobulina de que se trate.
Dominios de la región variable
El estudio de la secuencia de aminoácidos de las regiones VL y VH, revela que existen zonas hipervariables (HV). Estas zonas suponen un 15%-20% del total de la región variable. El resto de esta zona tiene menos variaciones. Estas zonas menos variables de la región variable se denominan fragmentos Fr (Región soporte, framework región).
Las zonas hipervariables constituyen los lugares de la inmunoglobulina para la unión con el antígeno. Estas zonas son denominadas regiones de complementariedad, que determinan la complejidad del CDR (Complementary Determining Region). (anteriormente mencionadas)
Cadena pesada
Zona variable (VH)
Esta zona contiene:
- Tres partes hipervariables (CDR1, CDR2 y CDR3, determinantes de regiones complementarias)
- Cuatro partes relativamente constantes (FR1, FR2, FR3 y FR4, regiones estructurales) son poco variables, con zonas de homología frecuentes, entre ellas.
Anticuerpos. Estructura 3
Inmunología 2012-2013 5
Cadena ligera
V/V
Existen 3 regiones hipervariables para cada cadena ligera: CDR1, CDR2 y CDR3, para la cadena kappa, y otros tres para la cadena lambda. CDR1, CDR2, CDR3. Estas zonas son semejantes a las de las cadenas pesadas. Estas regiones distantes en la estructura primaria, se encuentran próximas en función de los puente disulfuro y el plegamiento de la cadena.
Dominios de la región constante
Los dominios de las regiones constantes de las inmunoglobulinas realizan diversas funciones, gracias a las secuencia de aminoácidos de cada uno de ellos.
Dominios CH1 y CL
Los dominios CH1 y CL facilitan la extensión del fragmento Fab de la inmunoglobulina, logrando llevar a cabo de esta manera la interacción con los antígenos y permitiendo la rotación necesaria para su ajuste con el antígeno. Además, y por la unión de los puentes disulfuro intercadena, este dominio ayuda a mantener los dominios VH y VL juntos.
Los dominios CH1 y CL pueden contribuir a la diversidad de los anticuerpos permitiendo asociaciones al azar entre los dominios VH y VL, de una manera mas eficaz que si esta diversidad dependiese solamente de los dominios VH/VL. Este hecho tiene importancia para la constitución de un importante repertorio de anticuerpos distintos.
Dominios CH2 y CH3
En estas zonas se encuentran las variaciones alotípicas Gm, para las subclases IgG1 IgG2 e IgG3. El dominio CH2 fija el componente del complemento C1q. Esta fijación dispara la vía clásica del complemento.
Región bisagra
Las cadenas pesadas , , , contienen entre los dominios CH1 y CH2, una zona con una secuencia de aminoácidos que no tiene homología con el resto de los aminoácidos de la molécula. Es la denominada región bisagra. En esta zona hay muchos restos cisteína prolina, aminoácido flexible, lo que confiere flexibilidad a ciertos segmentos de las inmunoglobulinas, IgG, IgD e IgA.
La cisteina y la prolina son aminoácidos predominantes en la región bisagra, por lo que la hacen especialmente sensible a las enzimas proteolíticos, como la pepsina y la papaína. Los residuos cisteina forman puentes disulfuro intracadena que mantienen las dos cadenas pesadas unidas. El número de puentes disulfuro varía de unos anticuerpos a otros y entre los anticuerpos de diferentes especies.
Dado que las cadenas μ (IgM) y  (IgE) no tienen región bisagra, poseen un dominio mas suplementario de 110 aminoácidos, que hace las veces de bisagra.
El análisis cristalográfico de los dominios CH2 de la IgA e IgG, y los dominios CH3 de IgE e IgM, demuestra que ambos están separados por cadenas laterales de oligosacáridos, por lo que estos dos dominios globulares de la inmunoglobulina resultan más accesibles que los otros al ambiente acuoso. Esta accesibilidad es una de las causa que contribuye a la actividad biológica de estos dominios en la fijación del complemento por la IgG y la IgM.
El dominio carboxi-terminal se denomina CH3/CH3 en la IgG, IgD e IgA y dominio CH4/CH4 en la IgE e IgM.
Las inmunoglobulinas pueden ser producidas en dos formas: secretadas (sIg producidas por los plasmocitos) o de membrana (mIg producidas por los linfocitos).
Epítopos de las inmunoglobulinas
Las moléculas de anticuerpos y los receptores de los linfocitos T y B son antigénicas. Los anticuerpos dirigidos contra estas moléculas depende del organismo que produce estos anticuerpos y de las diferencias estructurales entre el antígeno utilizado para la inmunización y las moléculas homólogas en el animal inmunizado. Esto es especialmente cierto en el caso de las inmunoglobulinas.
El estudio de los anticuerpos contra inmunoglobulinas obtenidos en diferentes situaciones
Anticuerpos. Estructura 3
Inmunología 2012-2013 6
experimentales o clínicas permite definir tres tipos de epítopos o dominantes antigénicos en la molécula de un anticuerpo:
- Isotipos
- Alotipos
- Idiotipos
Isotipo
Los isotipos son epítopos codificados por segmentos genéticos idénticos en todos los individuos de la misma especie. Estos epítopos se localizan en los dominios constantes de las cadenas pesadas y ligeras y en algunos casos en las regiones constantes de VH y VL.
En la especie human hay dos isotipos de cadena ligera (, ) y cinco isotipos de cadena pesada (, , , , )
Los isotipos corresponden a epítopos propios de la región constante de las dos cadenas ligeras y de las 9 cadenas pesadas.
Los anticuerpos contra isotipo reconocen determinantes antigénicos en la zona constante, de las clases y las subclases de las cadenas ligera y pesada.
Personas que tienen un déficit de IgA, y son sometidos a una transfusión, pueden hacer anticuerpos contra IgA. Estos anticuerpos, raros, pueden ser considerados como anticuerpos contra isotipo.
Los isotipos son reconocidos por anticuerpos producidos en una especie animal distinta. Para obtener anticuerpos contra un isotipo dado hay que inmunizar a un animal de una especie distinta. Por ejemplo anticuerpos contra inmunoglobulinas de ratón obtenidos en cabra ( de gran importancia en el laboratorio)
Alotipo
Los alotipos son epítopos codificados por genes alélicos, es decir por formas alternativas, naturalmente exclusivas, de algunos genes CL o CH. Estos alelos han surgido por mutaciones germinales estables, sobre algunos codones del gen original. Los alotipos son, pues, marcadores antigénicos de las inmunoglobulinas, genéticamente determinados y transmitidos de manera codominante. Estos epítopos están presentes en una parte de los individuos.
Los alotipos son reconocidos por anticuerpos anti-alotipo, presentes en algunos seres humanos. Para obtener anticuerpos contra alotipo hay que inmunizar a un individuo que no posea el alotipo.
El alotipo es un carácter antigénico que, desde el punto de vista molecular, tiene diferencias de 1-3 aminoácidos entre la proteína que lo posee y la que no. El alotipo corresponde a una variación aparecida dentro de la especie. Anticuerpos contra alotipo se pueden producir en un individuo cuyas inmunoglobulinas no contengan el alotipo en concreto.
De forma natural, se encuentran anticuerpos contra alotipo en personas que no tengan el alotipo correspondiente, (1% de los sujetos normales y 3-5% en la artritis reumatoide).
Sistemas alotípicos
Sistema Gm.
Se encuentra sobre la parte constante de la cadena pesada de las subclases IgG1, IgG2 e IgG3, que corresponde a las especificidades G1m, G2m y G3m. No se ha encontrado ningún alotipo sobre la IgG4.
Los caracteres Gm se codifican por los genes IgG1, IgG2 e IgG3, que se encuentran muy próximos y se heredan conjuntamente como un haplotipo. Para un plasmocito o para una inmunoglobulina, existe un haplotipo funcional, que hace que uno solo de los dos cromosomas se exprese, gracias a un mecanismo denominado restricción alotípica. Los caracteres Gm muestran diferencias importantes según las razas, lo que permite los estudios antropológicos.
Sistema A2m
La subclase IgA2 posee dos caracteres alotípicos: A2m1 y A2m2
Sistema Km
La cadena ligera kappa posee 3 caracteres Km1, Km2 y Km3, reconocidos por anticuerpos
Anticuerpos. Estructura 3
Inmunología 2012-2013 7
específicos. La especificidad Km2 está asociada a Km1, solamente se encuentran las 3 posibilidades siguientes: Km(1), Km(1,2), Km(3). Las diferencias provienen de dos aminoácidos en posición 153 y 191.
Idiotipo
Los idiotipos son epítopos localizados en el fragmento Fv (dominio VH y VL) de las inmunoglobulinas y en los dominios variables de las cadenas del TCR. Los idiotipos están, o no, asociados a los parátopos. El conjunto de los idiotipos de una misma molécula constituye lo que denominamos el idiotipo de la inmunoglobulina.
En su definición original, este carácter antigénico es propio de una inmunización, el idiotipo se localiza junto al parátopo del anticuerpo.
Los estudios realizados sobre los idiotipos han permitido sacar algunas ideas respecto a estas zonas de las inmunoglobulinas:
- Cada inmunoglobulina puede ser considerada como una molécula con una zona de unión con el antígeno (parátopo) y con zonas inmunogénicas (idiotipos).
- Para una determinada inmunoglobulina puede haber (x) parátopos y (x) idiotipos.
- Los sucesivos anticuerpos contra los nuevos idiotipos forman una red.

Figura 1 Estructura de una inmunoglobulina
Etiquetas: