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Domänenbewegung bei Proteinen: Scher- und Scharnierbewegungen

Die Immunglobuline

Immunoglobuline oder Antikörper sind Glycoproteine, die im Serum und der Gewebsflüssigkeit von Säugern vorkommen und die mit hoher Spezifität an antigene Epitope binden können. Man nimmt an, dass etwa eine Millionen verschiedener Antigene von diesen Immunglobulinen erkannt werden können- eine ganz erstaunliche Zahl! Immunglobuline haben zwei Aufgaben im Organismus: ein Teil des Moleküls bindet ein bestimmtes Antigen, während der andere Teil mit Zellen der Immunantwort in Wechselwirkung tritt.

Die fünf Immunglobulinklassen höherer Säuger (IgG, IgA, IgM, IgD und IgE) unterscheiden sich zwar im Hinblick auf ihre Größe, Ladung und Aminosäurezusammensetzung, sind aber im Hinblick auf den Aufbau der Moleküle sehr ähnlich. Jedes divalente Ig-Molekül besteht aus vier Polypeptidketten, die sich in je zwei Paaren leichter und schwerer Ketten (light chain und heavy chain) unterscheiden lassen (3D-Struktur eines IgG-Antikörpers). Leichte und schwere Ketten sind durch nicht-kovalente Wechselwirkungen und über Disulfid-Brücken miteinander verbunden. Die Ketten selbst sind wiederum aus einzelnen Domänen aufgebaut, die über flexible Linkerbereiche miteinander verbunden sind. So besitzt die leichte Kette eine variable Domäne (VL) und eine konstante Domäne (CL); die schwere Kette besitzt eine variable Domäne (VH) und drei konstante Domänen (CH1, CH2, CH3). Im Molekül liegen die variablen und die konstanten Domänen der leichten und schweren Ketten nebeneinander. Die variablen Bereiche am N-Terminus bilden die Bindungsstelle für das Antigen, während die konstanten Bereiche der C-terminalen Region des Antikörpers für bestimmte Funktionen bei der Immunantwort relevant sind (z.B. bei der Komplementreaktion die Bindung von Komplementfaktoren).

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Immunglobuline bestehen aus zwei leichten (L) und zwei schweren (H) Ketten.

Die Antigen-Bindung

Antigene binden an einen bestimmten Bereich der V-Domäne, der eine besonders heterogene Aminosäurezusammensetzung hat und als hypervariable Region bezeichnet wird. Die Bindung von Antigen und Antikörper erfolgt über viele nicht-kovalente Bindungen, deren Stärke maßgeblich vom Abstand bestimmt wird (proportional zu 1/r2 bei elektrostatischen Kräften und proportional zu 1/r7 bei Van-der-Waals-Kräfte (mit r = Radius). Das bedeutet, dass Antigen und Antikörper möglichst nah beieinander sein müssen, damit die Bindungsstärke maximal wird. Antigen und Antigen-Bindungsstelle im Antikörper müssen also komplementär zueinander sein, damit eine Bindung zustande kommt. So erklärt sich die hohe Spezifität der Antikörper für ein bestimmtes Antigen.

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ad 1: Antigene Determinante und Antigen-Bindungsstelle passen zueinander. ad 2: Antigene Determinante und Antigen-Bindunggstelle passen nicht zueinander.

Die Antikörperantwort

Viele niedermolekulare Moleküle sind selbst zu klein, um eine Antikörperantwort hervorzurufen. Wenn gegen diese Moleküle (so genannte Haptene) Antikörper erzeugt werden sollen, müssen die Moleküle an ein größeres Trägermolekül (ein so genanntes Carrier-Protein) kovalent gebunden werden. Als Trägermoleküle werden häufig das KLH (keyhole limpet hemocyanin) oder BSA (bovine serum albumin, Rinderserumalbumin) verwendet. Um eine Antikörperantwort auszulösen, wird das Antigen oder das Konjugat (in Mengen von 0,001 bis 1 mg) mit einem so genannten Adjuvans emulgiert und dem Tier (häufig einem Kaninchen) in bestimmten zeitlichen Abständen injiziert. Das Adjuvans fördert dabei die antigene Reaktion im Versuchstier. Ein typisches Adjuvans, das in Deutschland allerdings aus Tierschutzaspekten nicht mehr eingesetzt werden soll, ist das Komplette Freud'sche Adjuvans (FCA), das aus Dianhydro-D-mannitol-monooleat, Paraffinöl und hitzeinaktivierten Mycobakterien (Mycobacterium tuberculosis) besteht.

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