Antígeno e Anticorpo

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Antígeno e Anticorpo
Os anticorpos são proteínas circulantes produzidas nos vertebrados em resposta à exposição a estruturas estranhas conhecidas como antígenos.
Os anticorpos são altamente diversificados e específicos na sua capacidade de reconhecer antígenos, e constituem os principais mediadores da imunidade humoral contra todas as classes de micróbios.
Os anticorpos, moléculas do complexo principal de histocompatibilidade e receptores dos linfócitos T são três classes de moléculas usadas no reconhecimento antigênico da imunidade adquirida – De todos, os anticorpos ligam a maior variedade de antígenos, mostram maior especificidade e se ligam com maior força. 
Os anticorpos podem estar presentes em duas formas: 
Conectados à membrana da superfície dos linfócitos B, funcionando como receptores de antígenos – com o reconhecimento, há ativação do linfócito B, que inicia a resposta imune humoral. 
Residentes da circulação sanguínea, tecidos e locais mucosos que se ligam aos antígenos – trata-se da fase efetora da imunidade humoral. Os mecanismos efetores normalmente requerem a interação do anticorpo com componentes do sistema imune, como proteínas do sistema complemento, fagócitos, eosinófilos, etc. Há, então, neutralização de organismos ou toxinas, ativação do sistema complemento, opsonização de patógenos que aumenta a fagocitose, citotoxicidade celular (dependendo do anticorpo), hipersensibilidade (quando anticorpos ativam mastócitos), etc.
Distribuição natural e produção de anticorpos
Os anticorpos são distribuídos pelos líquidos do corpo e são encontrados nas superfícies de alguns tipos celulares.
Linfócitos B são as únicas células produtoras de anticorpos. Inicialmente, estas células expressam anticorpos como se fossem receptores celulares, agindo como tal para o linfócito B. Após a exposição ao antígeno, a maior parte da resposta irá ocorrer nos órgãos linfoides periféricos, mas plasmócitos produtores de anticorpos de longa duração podem permanecer em outros tecidos.
Formas secretadas de anticorpos estão presentes no sangue, nas secreções mucosas e no liquido intersticial. Estes anticorpos normalmente se ligam à superfície de uma célula imunológica aquém do linfócito B, como fagócitos mononucleares, linfócitos NK e mastócitos.
Os anticorpos que entram na circulação apresentam meia-vida limitada.
Estrutura molecular dos anticorpos
Anticorpos que respondem a vários epítopos são chamados policlonais.
Anticorpos que respondem a apenas um epítopo são chamados monoclonais.
Características gerais da estrutura dos anticorpos
Separando as proteínas plasmáticas por solubilidade e eletroforese, os anticorpos se encaixam nas gamaglobulinas. O termo imunoglobulina refere-se à imunidade conferida pela fração de gamaglobulina – é sinônimo de anticorpo.
Todas as moléculas de anticorpos apresentam mesmas características estruturais básicas, mas apresentam grande variedade nas regiões que se ligam aos antígenos. Esta variabilidade é responsável pela capacidade dos diversos anticorpos de conectar um numero enorme de antígenos estruturalmente diversos. 
As funções efetoras e as propriedades físico-quimicas dos anticorpos são associadas às regiões que não se ligam a antígenos.
Uma molécula de anticorpo possui uma estrutura básica simétrica composta de duas cadeias leves idênticas e duas cadeias pesadas idênticas. Estas cadeias sofrem dobras independentes de formas globulares chamadas domínio da Ig. Os aminoácidos constituintes destas dobras são, às vezes, essenciais no reconhecimento antigênico.
Tanto as cadeias pesadas como as leves possuem uma região aminoterminal variável (V) que participa do reconhecimento antigênico; e regiões constantes (C) carboxiterminais – as regiões (C) das cadeias pesadas possuem funções efetoras. Na cadeia pesada, a região V é composta de 1 domínio de Ig, tendo a região C 3 ou 4 domínios de Ig. Na cadeia leve, há 1 domínio de Ig em cada região, V e C.
As regiões variáveis são assim chamadas pois possuem variações nas sequencias de aminoácidos, distinguindo, assim, anticorpos provenientes de uma linhagem de clones de linfócitos B, de outra linhagem. 
A região V de uma cadeia leve é justaposta à região V de uma cadeia pesada, formando um local de ligação a antígenos – como um anticorpo possui 2 cadeias leves e 2 pesadas, todo anticorpo possui 2 sítios de ligação com antígenos.
A região C das cadeias pesadas não participa do reconhecimento antigênico, mas interage com outras moléculas efetoras e células da imunidade. Além disso, em anticorpos de membrana, a região C das cadeias pesadas é que ancora as regiões V à superfície celular. A região C das cadeias leves não tem função aparente.
A região Fab é aquela capaz de se ligar aos antígenos (fragment antigen-binding).
A região Fc é aquela capaz de se auto-associar e cristalizar em uma trama (fragment crystallizable)
Características estruturais das regiões constantes e seu relacionamento com as funções efetoras
Moléculas de anticorpos podem ser divididas em classes e subclasses distintas com base nas diferenças na estrutura das regiões C das cadeias pesadas. 
As classes de anticorpos, ou isótipos, são denominadas: IgA, IgD, IgE, IgG e IgM. No homem, IgA e IgG pode ser divididas em subclasses: IgA1 e IgA2; e IgG1, IgG2, IgG3 e IGg4.
As regiões C das cadeias pesadas de um isótipo são essencialmente iguais na sequência de aminoácidos, que são diferentes das regiões C das cadeias pesadas de outro isótipo. Assim, as cadeias pesadas recebem nomes específicos para cada classe e subclasse de Imunoglobulina.
IgA1: α1	IgA2: α2	IgD: δ
IgE: ε	IgG1: γ1	IgG2: γ2
IgG3: γ3	IgG4: γ4	IgM: μ
Nas IgM e IgE humanos, as regiões C apresentam 4 domínios Ig por cadeia.
Nas IgG, IgA e IgD humanos, as regiões C apresentam 3 domínios Ig por cadeia.
Os diversos isótipos e subtipos de anticorpos desempenham funções efetoras diferentes. A função efetora de um anticorpo é determinada pela ligação de sua região C da cadeia pesada a receptores a Fc em várias células, como fagócitos, linfócitos NK e mastócitos; e proteínas plasmáticas, como as do sistema complemento. Por cada isótipo e subclasse de imunoglobulina apresentar estrutura diferente na região C da cadeia pesada, só serão reconhecíveis por certas células ou proteínas.
Anticorpos são moléculas flexíveis que conseguem se ligar a antígenos de diversas formas. Cada anticorpo possui pelo menos 2 sítios de ligação a antígenos – muitas imunoglobulinas podem direcionar estes sítios, de modo a interagir com 2 (ou mais, dependendo da imunoglobulina) antígenos ao mesmo tempo. Além disso, pode haver rotação do domínio V no domínio C. Esta flexibilidade é propriedade conferida pela região da dobradiça. 
A região da dobradiça varia em extensão dependendo da imunoglobulina – algumas das maiores diferenças entre as subclasses estão concentradas na região da dobradiça.
Os anticorpos secretados e associados a superfícies celulares diferem na sequencia de aminoácidos da porção C da cadeia pesada. 
A forma secretada, encontrada no sangue e outros líquidos corporais, possui região C hidrofílica.
A forma de membrana possui, no segmento C, uma âncora transmembrana em α-hélice hidrofóbica seguida por um segmento justamembranar intracelular positivo.
As IgD e IgM de membrana possuem segmento intracelular curto, enquanto as IgG e IgE possuem segmento intracelular bem maior.
Exceto IgM e IgA secretadas, as imunoglobulinas (secretadas ou de membrana) são monoméricas (possuem apenas 2 cadeias leves e 2 pesadas).
A IgM secretada forma complexos multiméricos nos quais duas ou mais unidades estruturais básicas (2 cadeias leves e 2 cadeias pesadas) estão ligadas de forma covalente. A IgA secretada atua da mesma forma, mas pode apenas formar complexos diméricos. Estes complexos são fruto de interações das regiões caudais das regiões C das cadeias pesadas α (IgA) e μ (IgM). As IgA e IgM multiméricas possuem um polipeptídeo adicional chamado cadeia de ligação J (joining), que confere estabilidadeaos multímeros.
Conexão dos anticorpos aos antígenos
Características dos antígenos
Um antígeno é qualquer substância que pode ser especificamente conectada por um anticorpo ou por um receptor antigênico de linfócitos T. Os anticorpos podem reconhecer qualquer tipo de molécula biológica, incluindo metabólitos, açúcares, lipídios, hormônios, carboidratos, fosfolipídios, etc. (linfócitos T reconhecem preferencialmente peptídeos).
Embora todo antígeno seja reconhecido por linfócitos ou anticorpos, apenas alguns antígenos são capazes de ativar linfócitos – os imunógenos.
Somente macromoléculas são capazes de estimular linfócitos B a iniciar respostas imunes humorais – portanto, pequenas moléculas antigênicas, ainda que capazes de se ligar a anticorpos, são incapazes de, por si sós, ativar linfócitos B.
As macromoléculas normalmente são maiores que a região de ligação a antígenos de um anticorpo – portanto, um anticorpo se liga apenas a uma parte da macromolécula, chamada determinante (= epítopo). A presença de vários epítopos iguais caracteriza uma molécula polivalente (= multivalente). As superfícies celulares de micro-organismos são bons exemplos de moléculas polivalentes (portanto, podem ativar linfócitos B).
A configuração espacial dos epítopos de uma molécula pode influenciar na ligação dos anticorpos. Quando os epítopos estão muito separados, varias moléculas de anticorpos podem se ligar a cada epítopo sem atrapalhar umas as outras – neste caso, os epítopos não estão sobrepostos. Quando os epítopos estão muito próximos, a ligação de um anticorpo pode impedir a ligação de um segundo anticorpo ao próximo epítopo – neste caso, os epítopos estão sobrepostos. 
Ainda, em alguns casos, a ligação de um anticorpo a um determinante pode causar mudança de conformação dos demais antígenos, influenciando, positivamente ou negativamente, a ligação de outro anticorpo – trata-se de um efeito alostérico. 
Epítopos formados por vários aminoácidos adjacentes são chamados “determinantes lineares” – se estes aparecerem na superfície externa, ou em uma região de conformação prolongada, eles podem ser acessíveis aos anticorpos. Alguns podem ser inacessíveis na proteína nativa, mas acessíveis quando a proteína é desnaturada.
Determinantes conformacionais são formados por aminoácidos que não estão em sequência, mas se tornam espacialmente justapostos na proteína dobrada. Na proteína desnaturada, há espaçamento entre os aminoácidos que formavam o determinante conformacional, portanto, há perda do determinante.
Determinantes neoantigênicos são aqueles que aparecem numa proteína após modificações que alteram suas ligações covalentes. (ex: glicosilação, fosforilação, proteólise, etc.).
Bases estruturais e químicas da ligação de anticorpos com antígenos
O reconhecimento do antígeno pelo anticorpo envolve uma ligação não-covalente reversível, isto inclui vários tipos de interações (ex: forças eletrostáticas, pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, etc.). A importância de cada uma depende da estrutura do local de ligação de cada anticorpo e das características do determinante antigênico. 
A força da interação final entre determinante e anticorpo é a afinidade do anticorpo por aquele determinante. Como anticorpos possuem mais de um sítio de ligação com determinantes, um anticorpo pode se ligar mais de uma vez ao antígeno – avidez é a força total da ligação entre o antígeno e um anticorpo, e é maior que a afinidade.
Características relacionadas com o reconhecimento de antígenos
Os anticorpos são capazes de reconhecer uma grande variedade de antígenos com afinidades variadas. Todas as características do reconhecimento antigênico refletem as propriedades da porção V do anticorpo.
Especificidade
Os anticorpos podem apresentar uma especificidade enorme para um antígeno, o distinguindo por apenas minúsculas diferenças químicas de sua composição. Esta propriedade se aplica a todas as classes de moléculas.
Como os constituintes dos organismos vivos são fundamentalmente semelhantes, é preciso que haja este alto grau de especificidade para que os anticorpos não ataquem o próprio organismo que habitam.
Em alguns casos, um anticorpo específico para um antígeno pode ser ligar a outro antígeno, de estrutura parecida – isto se chama reação cruzada.
Diversidade
Os mecanismos genéticos que geram o repertório de anticorpos ocorrem exclusivamente nos linfócitos. Eles se baseiam na recombinação aleatória de um numero limitado de sequencias de DNA, herdadas da linhagem germinativa em genes funcionais que codifica as regiões V das cadeias pesadas e leves. 
Amadurecimento por afinidade
A habilidade dos anticorpos de neutralizar toxinas e micro-organismos infecciosos depende de uma forte ligação aos anticorpos. Esta forte ligação é proveniente de interações de alta afinidade e avidez.
Um mecanismo de geração de anticorpos de alta afinidade envolve alterações sutis nas regiões V dos anticorpos durante respostas humorais dependentes de linfócitos B. Estas alterações ocorrem por um processo de mutação somática em linfócitos B estimulados por antígenos, gerando novas estruturas para as regiões V – alguns se ligando aos antígenos com mais afinidade que a região V original. Estes linfócitos B que produzem anticorpos de maior afinidade são preferidos para conexões com o referido antígeno, e, então, tornam-se os linfócitos B dominantes nas respostas posteriores ao mesmo antígeno. Isto se chama amadurecimento por afinidade.
Características relacionadas com as funções efetoras
Várias funções efetoras das imunoglobulinas são mediadas pelas porções Fc das moléculas – portanto, os isótipos que diferem nestas regiões desempenham funções distintas.
Para que os anticorpos desencadeiem funções efetoras, é preciso que sua região Fc se ligue a um receptor celular ou a uma proteína plasmática.
Por exemplo, a IgG recobre micro-organismos e os torna alvo de fagocitose, por que a porção Fab está ligada ao antígeno do micro-organismo e a porção Fc pode se ligar a receptores específicos para a cadeia pesada γ nos fagócitos.
Outro mecanismo efetor da imunidade humoral dependente da porção Fc dos anticorpos é a ativação do sistema complemento. Este sistema gera produtos de inflamação e promove a fagocitose e a destruição dos micro-organismos. Neste caso, a primeira proteína da cascata do complemento interage com a porção Fc de uma IgG ou IgM, tornando-se ativada.
As funções efetoras dos anticorpos só são iniciadas pelos anticorpos que estão ligados a antigenos, e não pela imunoglobulina livre. Isto ocorre por que é necessária a presença de pelo menos duas porções Fc adjacentes para conectar e iniciar os vários sistemas efetores.
Alterações nos isótipos durante a resposta humoral influenciam em como e quando as respostas irão reagir para erradicar o antígeno. Após a estimulação antigênica, um linfócito B pode produzir vários isótipos de Imunoglobulinas, porém todas possuirão a mesma região V, portanto, todas serão específicas para um mesmo antígeno. Contudo, quando um linfócito B naive, que produz IgG e IgM, é estimulado por um antígeno, ela pode passar por um processo chamado recombinação de troca, em que há alteração de parte da região C, e, portanto, há alteração nos isótipos produzidos pelo linfócito B (note que as regiões V não se alteram) – isto pode levar a célula a produzir anticorpos mais eficazes no combate a aquele antígeno específico. Isto explica por que a resposta a bactérias e vírus normalmente é dominada por IgGs, e a resposta a helmintos normalmente é dominada por IgEs.
A região C das cadeias pesadas dos anticorpos determina sua distribuição tecidual. Depois da estimulação antigênica, linfócitos B tendem a expressar menos anticorpos de membrana e mais anticorpos secretórios. Isto ocorre por receptores específicos que capturam estes anticorpos.