21 de junho de 2011

Engenharia de Bioprocessos e BiotecnologiaBioquímica 1

Angenor Geovani Auler

IMUNOGLOBULINAS E

SISTEMA ABO

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1° semestre/2011

IMUNOGLOBULINAS

Imunoglobulinas (Ig) são moléculas de glicoproteína com 4 cadeias polipeptídicas. São produzidas pelos plasmócitos em resposta à invasão por compostos estranhos (que podem ser proteínas, carboidratos, e ácidos nucléicos) funcionando como anticorpos.

A sua natureza é de glicoproteínas, sendo de 82% a 96% polipeptídios e 4 a 18% carboidratos.

As imunoglobulinas derivam seu nome da descoberta de que elas migram com as proteínas globulares quando soro contendo anticorpos é colocado em um campo elétrico. (2, 4).

Uma molécula de anticorpo associa-se não covalentemente com a substância estranha (antígeno), iniciando um processo através do qual tal substância pode ser eliminada do organismo. (2).

FUNÇÕES GERAIS DAS IMUNOGLOBULINASImunoglobulinas se ligam especificamente a um ou a alguns

antígenos proximamente relacionados. Cada imunoglobulina liga-se a um determinante antigênico específico. (4)

Ligação a antígeno pelos anticorpos é a função primária dos anticorpos e pode resultar em proteção do hospedeiro. A valência do anticorpo refere-se ao número de determinantes antigênicos que uma molécula individual de anticorpo  pode se ligar. A valência de todos os anticorpos é pelo menos duas, e, em alguns casos mais, considerando-se a sua associação combinatória. (1).

Freqüentemente a ligação de um anticorpo a um antígeno não tem efeito biológico direto. Ao invés disso, os efeitos biológicos significantes são uma conseqüência de “funções efetoras” secundárias de anticorpos. As imunoglobulinas mediam uma variedade dessas funções efetoras. Usualmente a habilidade de carrear uma função efetora particular requer que o anticorpo se ligue a seu antígeno. Nem todas as imunoglobulinas irão mediar todas as funções efetoras. Tais funções efetoras incluem (1):

1. Fixação ao complemento – Isso resulta na lise de células e liberação de moléculas biologicamente ativas;

2. Ligação a vários tipos celulares – Células fagocitárias, linfócitos, plaquetas, células máster, e basófilos têm receptores que se ligam a imunoglobulinas. Essa ligação pode ativar as células que passam a realizar algumas funções. Algumas imunoglobulinas também se ligam a receptores em trofoblastos placentários, o que resulta na transferência da imunoglobulina através da placenta. Como resultado, os anticorpos maternos transferidos provêem imunidade ao feto e ao recém-nascido.

ESTRUTURA BÁSICA DAS IMUNOGLOBULINAS

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Embora diferentes imunoglobulinas possam diferir estruturalmente elas são todas construídas a partir das mesmas unidades básicas. (1).

Todas as imunoglobulinas têm uma estrutura de quatro cadeias como unidade básica. Elas são compostas de duas cadeias leves idênticas (L), apresentando cerca de 250 aminoácidos (23-25 kDa) e duas cadeias pesadas idênticas (H) com cerca de 440 aminoácidos (50-75 kDa). (1).

As 4 cadeias são covalentemente interconectadas, através de pontes dissulfeto intercadeia e por interações não covalentes, formando uma molécula simétrica com forma aproximada de um Y, com a fórmula (LH)2. O número de pontes dissulfeto varia entre as diferentes moléculas de imunoglobulinas. (2, 3)

Dentro de cada uma das cadeias polipeptídicas há também pontes dissulfeto intracadeia. (1).

Existe também uma região de cadeia polipeptídica rica em hidroxiprolina, denominada região da dobradiça. É ela que confere elasticidade à molécula que pode variar da forma Y para a forma T, conforme a necessidade do anticorpo para ligar-se ao antígeno. (1).

Imagens tridimensionais da molécula de imunoglobulina mostram que ela não é reta. Ao contrário, ela é dobrada em regiões globulares, cada uma das quais contém uma ponte dissulfeto intracadeia. Essas regiões são chamadas domínios. (1).

1. Domínios de Cadeia Leve - VL e CL

2. Domínios de Cadeia Pesada - VH, CH1 - CH3 (ou CH4).Os carboidratos são acoplados ao domínio CH2 na maioria das imunoglobulinas. Entretanto, em alguns casos, os carboidratos podem também ser acoplados em outros locais. (1).Comparações entre as seqüências de aminoácidos das regiões variáveis das imunoglobulinas mostram que a maioria das variações reside em três regiões chamadas de regiões hipervariáveis

ou  regiões determinadoras de complementaridade. (1).FIGURA 1: Estrutura geral dos anticorpos (imunoglobulinas). (2).

Esta região variável corresponde ás seqüências da metade NH2

terminal das cadeias L e 1/4 da porção NH2 terminal das cadeias H, chamadas de domínios VH e VL. (2).

Os ¾ COOH terminais das cadeias H e a metade COOH terminal das cadeias L são homólogos, em seqüência a outras cadeias H e L, da mesma classe. Essas regiões constantes (C), com estrutura primária homóloga, são denominadas CH e CL. (2).

Dentro de cada cadeia polipeptídica da molécula de anticorpo, há um padrão repetitivo na seqüência de aminoácidos, por possuírem cadeias laterais não polares ou polares semelhantes. A repetição das seqüências homólogas ocorre 4 vezes ao longo de uma cadeia de H de imunoglobulina. Com base nesse padrão de seqüência, a cadeia é

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dividida em uma região VH e três regiões CH. A cadeia L, é dividida em uma região VL e uma região CL. Cada uma destas seqüências repetidas contém uma ponte dissulfeto intra-cadeia, que liga 2 cisteínas. (2)

Anticorpos com especificidades diferentes (diferentes sítios de combinação) têm diferentes regiões determinadoras de complementariedade, enquanto que anticorpos de exatamente mesma especificidade têm regiões determinadoras de complementariedade idênticas (CDR é o sítio de combinação do anticorpo). Regiões determinadoras de complementariedade são encontradas em ambas as cadeias H e L. (1)

As regiões CH determinam a classe do anticorpo, possibilitam a ligação de proteínas do complemento e são as regiões necessárias para que os anticorpos atravessem a membrana placentária. As regiões V determinam a especificidade a antígeno da molécula de anticorpo. (2).

Cada um dos segmentos de aminoácidos forma domínios estruturais separados, com estruturas terciárias semelhantes. Cada segmento de aminoácidos das cadeias H e L dobra-se em uma estrutura super-secundária , com um arranjo singular, mas parecido com folhas ß-pregueadas antiparalelas, que geram um motivo conhecido como dobra de imunoglobulina. Esse motivo consiste de 7 a 9 cadeias polipeptídicas que formam 2 folhas ß-pregueadas antiparalelas, alinhadas face a face. (2)

Domínios globulares resultam da interação forte entre 2 dobras de imunoglobulina, em 2 cadeias separadas. A estrutura do anticorpo apresenta 6 domínios, cada um com devido á associação de 2 dobras de imunoglobulina. (2).

As regiões entre as regiões determinadoras de complementariedade na região variável são chamadas regiões framework. Com base nas similaridades e diferenças nas regiões framework as regiões variáveis da cadeia pesada e leve da imunoglobulina podem ser divididas em grupos e subgrupos. (1).

CLASSES DE IMUNOGLOBULINAS HUMANAS E SUAS FUNÇÕES

As imunoglobulinas podem ser divididas em cinco classes diferentes, com base nas diferenças em seqüências de aminoácidos na região constante das cadeias pesadas (CH). Todas a imunoglobulinas de uma mesma classe tem regiões constantes de cadeia pesada muito similares. (2).

As classes de imunoglobulinas podem ser divididas em subclasses baseadas em pequenas diferenças nas seqüências de aminoácidos na região constante das cadeias pesadas. (1).

Imunoglobulinas podem ser também classificadas pelo tipo de cadeia leve que possuem. Tipos de cadeia leve são baseados na diferença de seqüência de aminoácidos na região constante da cadeia leve (CL). (2).

1. IgG – Cadeias pesadas gama (γ), mais duas cadeias leves do tipo kappa (κ) ou do tipo lambda (λ). Todas IgG's são monômeros (imunoglobulina 7S). As subclasses diferem no número de pontes

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dissulfeto e comprimento da região da dobradiça. É a mais versátil imunoglobulina porque é capaz de realizar todas as funções das moléculas de imunoglobulinas. É a imunoglobulina mais encontrada no plasma. Atravessa a placenta e mucosas, fixa o complemento (IgG1, IgG3), neutraliza toxinas, é bloqueadora circundando certos antígenos e aglutinadora unindo microorganismos entre si. (1, 2, 4).

2. IgM - Cadeias pesadas mu (μ), mais duas cadeias leves do tipo kappa (κ) ou do tipo lambda (λ). Normalmente existem como um pentâmero (imunoglobulina 19S) mas ela pode também existir como um monômero. Na forma pentamérica todas as cadeias pesadas são idênticas e todas as cadeias leves são idênticas. Assim, a valência é teoricamente 10. IgM tem um domínio extra na cadeia mu (CH4) e ela tem outra proteína covalentemente ligada via uma ponte S-S chamada cadeia J. Esta cadeia funciona em polimerização da molécula a um pentâmero. É a mais eficiente contra microorganismos, sendo a primeira a ser excretada em resposta a um antígeno. É muito eficiente contra as bactérias Gram-negativas, fixa o complemento, além de ser aglutinadora formando agregados incapazes de atravessar mucosas e possui capacidade citolítica determinando a lise direta em algumas bactérias. (1, 3, 4).

3. IgA - Cadeias pesadas alfa (α), mais duas cadeias leves do tipo kappa (κ) ou do tipo lambda (λ). A IgA do soro é um monômero mas a IgA encontrada em secreções é um dímero. Quando IgA sai do dímero, uma cadeia J se associa a ela. Quando IgA é encontrada em secreções também tem outra proteína associada a ela chamada de peça secretora T. IgA é às vezes referida como imunoglobulina 11 S. IgA é a principal imunoglobulina em secreções – lágrimas, saliva, colostro, muco. É importante na imunidade local (de mucosa), ocorrendo de modo predominante no trato intestinal. (1, 3, 4).

4. IgD - Cadeias pesadas delta (δ), mais duas cadeias leves do tipo kappa (κ) ou do tipo lambda (λ). Existem somente como um monômeros. Sua função biológica normal não é conhecida. (1, 2, 3, 4)

5. IgE - Cadeias pesadas épsilon (ε), mais duas cadeias leves do tipo kappa (κ) ou do tipo lambda (λ). IgE existe como um monômero e tem um domínio extra na região constante. Envolvida em reações alérgicas, também participa contra doenças parasitárias por helmintos. (1, 3, 4).

SISTEMA ABO

No corpo dos seres vivos, uma substância estranha pode desencadear a produção de anticorpo (proteínas de defesa).

Antígenos são as substâncias que estimulam a produção de um anticorpo. A reação entre o antígeno e o anticorpo é específica. Os antígenos do sistema ABO são denominados por aglutinogênio A e aglutinogênio B, sendo encontrados nas hemácias; os anticorpos correspondentes são a aglutinina anti – A e aglutinina anti – B, sendo encontrados no plasma do sangue. Esses anticorpos são naturais, isto é,

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não necessitam da presença do antígeno para ser produzido. Conforme os aglutinogênios, que estão presentes nas hemácias, as pessoas são classificados em quatro grupos: A, B, AB e O. (1).

A especificidade dos principais grupos sanguíneos é determinada por carboidratos. (2).

Antígenos do sistema ABO de grupos sanguíneos são componentes oligossacarídeos de glicolipídeos na superfície das células de um indivíduo. Os oligosídeos são sintetizados pela ação de enzimas específicas, as glicosiltransferases, que catalizam a formação das ligações glicosídicas. (1).

Indivíduos com sangue tipo A, possuem o antígeno A na superfície das suas células, e carregam anticorpos anti-B no plasma sanguíneo. Indivíduos com células tipo B, carregam a aglutinina anti-B no plasma sanguíneo. Aqueles com células tipo AB, possuem ambos os aglutinogênios (A e B), e não carregam anti-corpos, nem anti-A, nem anti-B. Já os indivíduos com sangue do tipo O, não possuem nenhum dos antígenos, e ambas as aglutininas (anti-A e anti-B). (3).

Para ocorrer uma transfusão de sangue bem sucedida, deve haver compatibilidade entre as hemácias do doador e o plasma do receptor, isto é, o receptor não tem aglutinina contra os aglutinogênios do sangue que está recebendo.

Se não houver compatibilidade entre as hemácias do doador e o plasma do receptor, resulta em uma reação anticorpo, que aglutina (coagula) os eritrócitos transferidos, resultando em um bloqueio quase sempre fatal, do sistema circulatório. (3).

Os glicídios estão unidos a glicoproteínas e glicolipídeos nas superfícies das hemácias. Para cada um dos tipos de grupo sanguíneo, uma das três diferentes estruturas (A, B, H) pode estar presente. (1).

Os oligossacarídeos encontrados nos antígenos A, B, e H (indivíduos do grupo O possuem antígeno H) aparecem nas extremidades não redutoras dos componentes oligossacarídeos dos glicolipídeos. O antígeno H é o precursor dos demais. (3).

Indivíduos do tipo A possuem uma glicosil-transferase, que adiciona especificamente um resíduo N-acetilgalactosamina à posição terminal do antígeno H. em indivíduos com sangue tipo B, essa enzima, que se difere em 4 resíduos da enzima dos indivíduos do tipo A, adiciona resíduos de galactose. Em indivíduos do tipo O, a enzima é inativa. (3).

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OOH

OH

OH

OO

OHOHOH

CH3

O

O

HH

OH

H

OH

O

R

NH

OCH3

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FIGURAS 2, 3 e 4: Acima, à esquerda, ligações glicosídicas correspondentes ao Grupo sanguíneo O, e, à direita, ligações glicosídicas correspondentes ao Grupo sanguíneo A. Ao lado, ligações correspondentes ao Grupo sanguíneo B. (1).

BIBLIOGRAFIA

1) Berg, J. M., Stryer, L., Tymoczco, J. L. Bioquímica 5a edição. Rio de Janeiro, 2004. Editora Guanabara Koogan. Pag. 103-106, 318-320, 945-971;

2) Devlin, T.M. Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas. Traduzido por Yara M. Michelacci. 4a edição, editora Blücher. São Paulo, 1998. Pág. 72-79, 288;

3) Pratt, C. W., Voet, D., Voet, J. G. Fundamentos de Bioquímica. 1a

edição, editora Artmed. Pág. 186-192, 214-216;4) http://pathmicro.med.sc.edu/portuguese/immuno-port-

chapter4.htm

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