ГАПТЕНЫ

ГАПТЕНЫ (греч, haptein привязывать, прикреплять; син. неполноценные антигены) — химические вещества, способные к специфическому взаимодействию с гомологичными антителами, но, в отличие от полноценных антигенов, не вызывающие антителообразования при введении в организм иммунореактивных животных. Термин предложен К, Ландштейнером в 1921 г.

Свойства Г. были обнаружены у представителей самых различных классов биологически важных веществ: углеводов, пептидов, оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот, липидов, стероидов, витаминов, антибиотиков и др. Существуют Г. (напр., некоторые антибиотики), которые способны соединяться с белком и приобретать таким образом свойства полного антигена не только in vitro, но и in vivo. Введение таких Г. в организм может привести к образованию направленных против них антител (см.) и при неоднократном употреблении вызвать аллергическую реакцию.

Г. следует разделить на простые и сложные. Под простыми Г. понимают низкомолекулярные соединения, по хим. строению и пространственной структуре аналогичные детерминантным группам антигенов (см;). Сложные Г. содержат, кроме иммуноспецифических групп, также и неспецифические. Примером сложных Г. могут служить некоторые выделяемые из природных антигенов липополисахаридные комплексы, липидный компонент которых не имеет иммунол, специфичности. Присоединением Г. к белку можно получить антиген, на введение к-рого животное будет отвечать выработкой антител, направленных не только против детерминантных групп белкового носителя, но и против конъюгированного с ним Г. Белок-носитель, сообщающий всему комплексу свойства полноценного антигена, называют шлеппером (нем. Schlepper буксир). Это обстоятельство послужило предпосылкой для широкого методического использования простых F. в иммунохимии как моделей антигенных детерминант. Были получены антитела к самым разнообразным хим. соединениям, благодаря чему удалось установить природу высокой специфичности иммунол, реакций и определить характер сил, принимающих участие во взаимодействии антигенов с антителами. Оказалось, что даже небольшая модификация Г. (напр., введение галогена в бензольное кольцо) существенно изменяет его сродство к антителу. С помощью ‘антител удалось отдифференцировать L- и D-изомеры (в частности, винной и яблочной кислот), стереоизомеры углеводов, орто-, мета- и параизомеры бензольного кольца и даже цис- и трансизомеры, напр, фумаровую и малеиновую кислоты. В результате подобных исследований был сделан вывод, что основная причина высокой специфичности иммунол. реакций кроется во взаимном пространственном соответствии (стерической комплементарности) детерминантной группы антигена и активного центра антитела. Взаимная комплементарностъ этих двух структур способствует их тесному сближению, благодаря чему оба реагента удерживаются вместе короткодействующими силами — универсальными ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, а также водородными связями (см. Молекула).

В случае, если антигенная детерминанта (гаптен) несет заряженную группировку, комплементарный участок активного центра антитела обычно имеет противоположный заряд, и электростатические силы, т. о., также принимают участие в реакции антиген — антитело. Т. к. при комплексообразовании антитела с Г. суммарная гидрофобная поверхность обоих реагентов сокращается, образовавшийся комплекс стабилизируется взаимодействиями, имеющими гидрофобную природу. Относительный вклад тех или иных сил во взаимодействие антител с антигенами (гаптенами) различен для разных систем и зависит от их структурных особенностей.

Простые одновалентные Г. нашли применение в иммунохим. исследованиях— в реакциях задержки преципитации, пассивной гемагглютинации и связывания комплемента. Реакции задержки основаны на том, что вследствие конкуренции между антигеном и Г. за активный центр антитела видимое проявление серол, реакции в гомологичной системе антиген — антитело тормозится в присутствии соответствующего Г. Варьируя структуру прибавляемого Г. и добиваясь максимальной задержки, можно достаточно точно установить структуру антигенной детерминанты. Последовательно уменьшая размер добавляемого Г., можно определить его минимальный размер, который еще в полной мере эффективен в реакции задержки. Этот минимальный размер Г., очевидно, соответствует размеру активного центра антитела. Таким путем Клерици, Шехтер и Села (E. Clerici, I. Schechter, М. Sela, 1970), напр., обнаружили, что размер активного центра антител, направленного против чисто белковых антигенных детерминант, соответствует пептиду из 4—5 аминокислот, а Кабат (Е. Kabat, 1957) установил, что активный центр антидекстрановых антител адекватен олигомеру, состоящему из 5—6 остатков глюкозы.

Специально синтезированные Г. позволили исследовать активный центр антитела и более тонкими физ. методами. Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), напр., была произведена оценка глубины активного центра антител к Г., которые в своем составе содержали спиновую метку, сигнал ЭПР к-рой зависит от ее собственной подвижности. Регистрируя подвижность метки после ее удаления от детерминантной группы посредством наращивания алифатической вставки, Ксия и Пиэтте (J. С. Hsia, L. H. Piette, 1969) показали, что средняя глубина активного центра антидинитрофенильных антител равна 10А (1 нм). При анализе флюоресцентных свойств диметиламинонафтализина в процессе его специфического связывания антителами было найдено, что спектр флюоресценции этого красителя испытывает коротковолновый сдвиг, а квантовый выход флюоресценции резко возрастает. Такие же изменения флюоресцентных параметров диметиламинонафтализин претерпевает при понижении полярности среды, напр, при его переводе из водного раствора в диоксан [Паркер (С. W. Parker), 1967, и др.]. На основании этих фактов был сделан вывод о гидрофобном характере активного центра антител.

Поскольку комплексообразование антител с одновалентными Г. лишено неспецифических эффектов, свойственных реакции с участием высокомолекулярных антигенов (и обусловленных гл. обр. образованием межмолекулярных агрегатов антиген — антитело во второй фазе реакции и их взаимодействием с растворителем), использование таких Г. вместо полных антигенов при исследовании прямой иммунол, реакции дало возможность получить точные кинетическую и термодинамическую характеристики ее первой специфической фазы (см. Антиген-антитело реакция). Многовалентные Г., образуя при взаимодействии с гомологичными антителами достаточно большие агрегаты гаптен — антитело, способны довести серол, реакцию и до второй неспецифической фазы: видимой преципитации и связывания комплемента.

См. также Антигены.

Библиография: Clerici E., Schechter I. a. Sela M. Haemagglutination-inhibition studies of the combining sites of anti-peptide antibodies in mice and rates, Immunology, y. 19, p. 267, 1970; Hsia J. C. a. Piette L. H. Spin-labeling as a general method in studying antibody active site, Arch. Biochem., v. 129, p. 296, 1969; Rabat E. A. Size and heterogeneity of the combining sites on an antibody molecule, J. cell. comp. Physiol., v. 50, suppl. 1, p. 79, 1957, bibliogr.; LandsteinerK. tiber heterogenetisches Antigen und Hapten, Biochem. Z., Bd 119, S. 294, 1921; о н ж e, The specificity of serological reactions, Springfield, 1936; он же, The specificity of serological reactions, Cambridge, 1946; Parker C. W. a. o. Fluorescent probes for the study of the antibody-hapten reaction, Biochemistry (Wash.), v. 6, p. 3408, 1967; Pressman D. a. Gross-b e r g A. L. The structural basis of antibody specificity, N. Y., 1968.

С. С. Шанин.