אחד התפקידים המרכזיים של מערכת החיסון הוא להילחם בפולשים זרים שחודרים לגוף ולהשמיד אותם. הפולשים הזרים יכולים להיות גופים גדולים כמו קוצים ותולעים, גופים מיקרוסקופיים כמו חיידקים, פטריות ונגיפים, או מולקולות קטנות כמו אלרגנים. פעמים רבות קיים דמיון כימי רב בין המולקולות של הפולש למולקולות הגוף ומערכת החיסון צריכה להיות רגישה דיה כדי להבחין בין המולקולות הזרות לעצמיות.

משפחת הנוגדנים היא אחד הכלים החשובים בהם משתמשת מערכת החיסון במלחמתה נגד פולשים זרים. תפקידם של של הפרטים במשפחה זו הוא לזהות ולהיקשר אל הפולשים השונים כדי לנטרל את פעילותם באופן ישיר (למשל על ידי חסימת אתר פעיל בהם), או כדי לסמן אותם בצורה שתאפשר לרכיבים אחרים של מערכת החיסון להגיע אליהם ולחסלם.

במקרים אחרים, הנוגדנים צריכים לסמן לא את הפולש עצמו אלא את התא בגוף שאליו הוא חדר (כמו שקורה למשל עם חיידקים ונגיפים) על-מנת לאותת לרכיבים אחרים במערכת החיסון להגיע ולחסל את התאים הנגועים. בנוסף, הנוגדן צריך לאותת לגוף לייצר עוד נוגדנים כמותו אשר ייקשרו ספציפית לבני מינו של הפולש החדש שחדר.

משפחת הנוגדנים צריכה, אם כן, לפעול נגד מגוון עצום של מבנים כימיים שונים מאוד זה מזה ע"י קישור ספציפי לכל אחד ואחד מהם, אבל היא גם חייבת להימנע מלהיקשר בטעות למולקולות עצמיות של הגוף. בו בזמן עליה להפעיל בגוף שרשרת תגובות מתאימה (מתוך כמה אפשריות) שתביא לחיסולו של כל פולש. כיצד היא עושה זאת?

אופן פעולה

המשפחה כוללת נוגדנים רבים שלכולם צורת Y. בכולם, קצות הזרועות של ה-Y משתתפים בקישור למבנים כימיים זרים, והרגל אחראית על הקישור לקולטנים (רצפטורים) תאיים מתאימים או לחלבונים אחרים של מערכת החיסון (ממערכת ה"משלים" ) וכן, לאתחול שרשרת תגובות שתביא לחיסול הגוף הזר. שתי הזרועות של כל נוגדן זהות במבנה וביכולות הקישור שלהן.

נוגדנים נחלקים ל-5 תת-משפחות הנבדלות זו מזו במבנה הכימי של הרגל  (כמפורט בסעיף "סוגים" שבהמשך הכתבה). אולם גם בכל תת-משפחה יש הרבה נוגדנים שונים הנבדלים זה מזה במבנה הכימי של קצות זרועותיהם, באופן  שכל אחד מהם מסוגל להיקשר באפיניות (זיקה) גבוהה למבנה כימי מסוים של פולש, אך לא לאחר, בדומה למפתח שמסוגל לפתוח רק את המנעול המתאים לו.

המבנה הכימי אליו נקשר הנוגדן קרוי אנטיגן. על פני פולש זר יכולים להיות אנטיגנים שונים וכל אחד מהם ייקשר לנוגדן אחר. הקישור הוא מהסוג הלא-קוולנטי ויכול להתבסס על קשרי ואן-דר-ואלס ו/או קשרי מימן ו/או קשרים קוטביים.

כל נוגדן נמצא בדם ברמה נמוכה, וכמותו עולה לרמות גבוהות רק בעקבות קישור חזק דיו לאנטיגן. כל נוגדן שנקשר לאנטיגן גורם להפעלת תאי B שמייצרים עוד נוגדנים זהים לו, וגם הם מתחלקים לתאים חדשים שמייצרים עוד נוגדנים כאלה. כך נוצרת סלקציה לייצור מוגבר של הנוגדנים המתאימים ביותר ככל שמתקדם מאבק הגוף בפולש. ואולם, לאחר שכל מולקולות הפולש סולקו מהגוף, יורדת רמת הנוגדן המסוים. באופן זה הגוף שומר על זיכרון חיסוני לפעם הבאה של פלישה מאותו סוג. הזכרון הזה של הגוף מנוצל ע"י האדם למתן חיסונים מונעי מחלות.

מבנה כימי

הנוגדן הוא חלבון כבד בעל משקל מולקולרי של כ-150,000 גרם למול. הוא מורכב מארבע שרשראות פוליפפטידיות (כלומר: שרשראות ארוכות שבנויות מחומצות אמיניות הקשורות ביניהן בקשרים אמידיים):
שתי שרשראות כבדות זהות שכל אחת מהן מורכבת מכ-440 חומצות אמיניות,                                     ושתי שרשראות קלות זהות שכל אחת מהן מורכבת מ מכ-220 חומצות אמיניות.                       השרשראות מחוברות ביניהן בקשרים דיסולפידיים (S-S) שתורמים ליציבות המולקולה.                           כל אחת מהשרשראות מורכבת מאזור בעל מבנה קבוע (Constant) ואחיד בין נוגדנים בעלי אותו תפקוד ביולוגי, שמסומל כ-Fc, ומאזור משתנה (Variable) מנוגדן לנוגדן שמסומל כ-Fv.

 

מבנה ה-Y של הנוגדן | תרשים מכון דוידסון לחינוך מדעי

 

בקצה האזור המשתנה מופיע אזור שבו נמצא השוני הרב ביותר (Hypervariable) בין הנוגדנים. הוא מורכב משלוש לולאות בשרשרת הכבדה ומשלוש לולאות בשרשרת הקלה. כל לולאה מכילה 10-5 חומצות אמיניות והן מסומלות באותיות CDR. לולאות אלו הן שיוצרות את אתר הקישור לאנטיגן               (Antigen Binding Site) והשונות ביניהן בנוגדנים שונים מאפשרת את הקישור של כל נוגדן לאנטיגנים שונים.

במהלך הקישור לאנטיגן יכולות הלולאות הקושרות לשנות קלות את מיקומן היחסי במרחב כדי להתאים את עצמן לקישור אופטימלי. כך יכול הנוגדן לווסת את עצמו ולקשור כמה אנטיגנים שונים בעלי מאפיינים דומים.


אנטיגן קשור לקצה זרוע הנוגדן | התמונה לקוחה מוויקיפדיה

מולקולת ה-Y של הנוגדן בנויה כ-6 כדורים. כל כדור בנוי משני משטחי בטא ( משטחים הנוצרים משרשראות פוליפפטידיות המקושרות ביניהן בקשרי מימן והקרויים בלועזית β-sheets).  משטחי β בכל איזור כדורי (גלובולרי) בנוגדן חופפים והתווך ביניהם הוא בעל  אופי הידרופובי (דוחה מים). המבנה הזה תורם מאוד ליציבות הנוגדן. בין הרגל לבין כל אחת מן הזרועות מחבר מפרק עשוי משרשרת פוליפפטידית. מפרק זה מאפשר לזרוע גמישות תנועה.

 

האזורים הגלובולריים של הנוגדן | תרשים מכון דוידסון לחינוך מדעי

האזורים הגלובולריים של הנוגדן בנויים מזוגות של משטחי בטא  | תמונה בתלת-מימד, לקוחה מויקיפדיה

לרגל של הנוגדן קשור שייר סוכרי, כך שהנוגדן הוא בעצם גליקו-חלבון ולא חלבון פשוט. נמצא שהסוכר תורם ליציבות החלבון ומעורב בפעילותו הביולוגית.

סוגים

משפחת הנוגדנים נחלקת ל-5 תת-משפחות הנבדלות ביניהן בתפקוד הביולוגי:

IgG: נוגדנים שמופרשים מתאי B לזרם הדם ונקשרים לאנטיגנים שמוכרים כבר לגוף מחשיפה קודמת. אלה הם הנוגדנים הנפוצים ביותר בדם (80%  מכלל הנוגדנים) והם מספקים את ההגנה מבוססת הנוגדנים הטובה ביותר. אלו גם הנוגדנים היחידים שמסוגלים לעבור מהאם אל העובר דרך השליה ולהקנות הגנה חיסונית לרך הנולד. המשפחה הזו מורכבת מ-4 סוגי נוגדנים הנבדלים ביניהם במבנה ה-Fc ובתפקיד הביולוגי.

IgM: נוגדנים שפועלים במהלך המפגש הראשון של הגוף עם אנטיגן לא מוכר (שהגוף נחשף אליו לראשונה). הנוגדנים הללו אינם ספציפיים במיוחד, אלא מהסוג ה"נדבק", ולכן יכולים להיקשר לטווח רחב יותר של אנטיגנים. רמתם של נוגדני ה-IgM בדם אינה גבוהה (כ-6% בלבד) והם מופיעים כקולטנים בודדים (מונומרים) על גבי ממברנה של תאי B, או לחילופין כחמישייה (פנטמר) שמסתובבת במחזור הדם. ריבוי הזרועות של החמישייה מגביר את יעילותם.

IgA: נוגדנים הנפוצים בעיקר במערכות הריריות של הגוף, כמו העיניים, מערכת העיכול, מערכת הנשימה ומערכת הרבייה, וניתן למצוא אותם גם בחלב האם. הם הנוגדנים הראשונים שנתקלים בפתוגנים שחודרים דרך המערכות האלה ומכאן נובעת חשיבותם הרבה לגוף. נוגדני ה-IgA נחלקים לשני סוגים ורמתם הכוללת בדם עומדת על כ-13%. כאשר הם מופיעים כדימרים (זוגות), הם מיוצבים ע"י פקטור חלבוני מיוחד (Secretory Component) המגן עליהם מפירוק אנזימטי בתנאים הקיצוניים של מערכת העיכול, וכן מפני חיידקים למיניהם.

IgD: נוגדנים הנמצאים כמונומרים על פני תאי B שלא נחשפו לאנטיגנים. הם משמשים בעיקר כקולטנים שגורמים לתאים מיוחדים של מערכת החיסון לשחרר חומרים אנטי-מיקרוביאליים. את הנוגדנים הללו מוצאים  בעיקר במערכת הנשימה ורמתם נמוכה (1% בלבד מכלל הנוגדנים).

IgE: נוגדנים אלה קושרים אלרגנים וגורמים לשחרור היסטמינים, כלומר מעורבים בתגובה אלרגית. בנוסף הם גם משתתפים בתגובה חיסונית נגד תולעים שחדרו לגוף. רמתם של הנוגדנים הללו נמוכה מאוד: 0.002%  מכלל הנוגדנים בגוף.



מבנים אוליגומרים של נוגדנים | תרשים מאת Martin Brändli, נלקח מוויקיפדיה.

כך מאפשר מבנה הנוגדנים ספציפיות גבוהה מחד ורבגוניות רבה מאידך, בהליך ההכרה והקישור של אנטיגנים זרים, ובו-זמנית מאפשר גם את הפעילות הביולוגית המתאימה ביותר לחיסול הפולש. המבנה הזה גם מבטיח יציבות גבוהה לאורך זמן.

סכנות

לפעמים שוגה מערכת החיסון ונוגדנים מזהים ונקשרים למולקולות עצמיות כאילו היו הללו אנטיגנים זרים. ההליך ההרסני הזה חל במחלות אוטואימוניות שבהן הגוף תוקף את עצמו. דוגמאות למחלות כאלה הן סכרת נעורים, טרשת נפוצה, זאבת ועוד.

שימושים

האדם למד לנצל את הנוגדנים למטרות רפואיות ומחקריות שונות:                                                    בדיאגנוסטיקה - לדוגמה שיטת ELISA.                                                                                            בריפוי - לדוגמה על-ידי שימוש בנוגדנים לנשיאת רעלנים היישר אל תאים סרטניים, שימוש בהם להרעבת גידולים סרטניים, או ניצול של הנוגדנים לנטרול מהיר של רעלנים בהליך של חיסון סביל.                          כמו כן, למד האדם להנדס נוגדנים וחלקי נוגדנים כך שיתאימו לצרכיו ובכך הגדיל מאוד את קשת היישומים הרפואיים והמחקריים האפשריים.

ד"ר מיכל קם
בוגרת מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

תגובה אחת

  • ד"ר איל אלעד

    כתבה טובה מאוד, נעזרתי בה

    כתבה טובה מאוד, נעזרתי בה רבות.