فيديو الدرس: تركيب الأجسام المضادة ووظيفتها الأحياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نفرق بين مولد الضد والجسم المضاد، ونصف تركيب الأجسام المضادة. وسنتعرف بعد ذلك على الآليات التي تستخدمها الأجسام المضادة للحد من تأثيرات مسببات الأمراض والسموم.

تخيل أن لديك القوة الخارقة المتمثلة في رؤية الأشياء بدقة المجهر الإلكتروني. باستخدام قوتك الخارقة، ستتمكن من ملاحظة أن جميع الأسطح تقريبًا، بما فيها جلدك، مغطاة بمواد مجهرية، مثل الفيروسات والفطريات والبكتيريا. الغالبية العظمى من هذه الميكروبات غير ضارة، بل قد تكون نافعة، لكن عددًا صغيرًا منها لديه القدرة على أن يسبب أمراضًا. نسمي هذا النوع من الكائنات الحية أو العوامل البيولوجية «مسببات الأمراض». لحسن الحظ، فإن جهازنا المناعي يدافع عنا ضد المواد غير الذاتية، التي لا تشمل مسببات الأمراض فحسب، بل تشمل أيضًا مولدات الحساسية والأجسام الغريبة، مثل الشظايا. بل وبوسعه أيضًا الدفاع عنا ضد المواد الذاتية التي قد تكون ضارة، مثل الخلايا السرطانية.

عندما يكتشف الجهاز المناعي تهديدًا، سواء أكان مادة غير ذاتية أو مادة ذاتية قد تكون ضارة، من الممكن أن يستجيب من خلال نوعين من المسارات وهما: الاستجابة غير المتخصصة، التي تسمى أحيانًا الاستجابة الفطرية، أو الاستجابة المتخصصة، وتسمى أحيانًا الاستجابة التكيفية. تستخدم الاستجابة غير المتخصصة للدفاع السريع ضد جميع أنواع التهديدات تقريبًا. من أمثلة الاستجابات غير المتخصصة الحواجز الطبيعية، مثل الجلد، أو الاستجابة بالالتهاب. أما الاستجابة المتخصصة، فتنشط عندما يكون التهديد من أحد مولدات الضد. قد تكون الاستجابة المتخصصة الأولى أو الأولية بطيئة للغاية، وقد تستغرق ما يصل إلى أسبوعين. لكنها تنتج خلايا بائية خاصة، أو خلايا ليمفاوية بائية، تسمى خلايا الذاكرة. تسمى خلايا الذاكرة بهذا الاسم بسبب تكوينها ذاكرة مناعية خاصة بمولد ضد معين. ومن ثم، إذا واجهت مولد الضد نفسه في وقت لاحق، تكون الاستجابة الثانوية سريعة وقوية.

من أمثلة الاستجابات المتخصصة ما يعرف باسم «المناعة الخلطية». تختص المناعة الخلطية بالدفاع عن أجسامنا ضد أي أجسام غريبة في سوائل الجسم. في الاستجابة الخلطية، تستهدف بروتينات تسمى الأجسام المضادة، وتعرف أيضًا باسم «الجلوبيولينات المناعية»، مولدات الضد الموجودة في سوائل الجسم خارج الخلوية، بما في ذلك البلازما والليمف واللعاب. الجسم المضاد هو بروتين كروي تنتجه الخلايا الليمفاوية البائية. ترتبط الأجسام المضادة بمولدات ضد محددة باعتبارها الخطوة الأولى في الاستجابة الخلطية.

والآن لنلق نظرة فاحصة على هذين النوعين من الجزيئات، ولنبدأ بمولدات الضد. توجد مولدات الضد على أسطح جميع الخلايا تقريبًا، لكن الجهاز المناعي السليم لا يستجيب عادة لمولدات الضد الخاصة به. وهي تعرف بمولدات الضد الذاتية، وتشمل مولدات الضد الموجودة على خلايا الدم الحمراء، التي تحدد فصيلة الدم. في المقابل، يستجيب الجهاز المناعي السليم لمولدات الضد غير الذاتية، بما فيها تلك الموجودة على أسطح مسببات الأمراض أو الأنسجة الغريبة. يمكن لمولدات الحساسية، مثل حبوب اللقاح أو بياض البيض، أن تعمل باعتبارها مولدات ضد غير ذاتية أيضًا، مثل السموم التي تعد مواد ضارة تنتجها بعض الكائنات الحية.

مصطلح «مولد الضد» هو في الواقع صيغة مختصرة لعبارة «مولد الأجسام المضادة»، لأنه عندما تتعرف خلية مناعية على مولد ضد، فإنه يحفز إنتاج أجسام مضادة. يمكن أن توجد الأجسام المضادة على أسطح الخلايا البائية، حيث يشار إليها عادة باسم «الجلوبيولينات المناعية»، أو تنتشر في سوائل الجسم، بما فيها البلازما والليمف واللعاب. ويمكن أن يحتوي سطح الخلية البائية الواحدة على ما يصل إلى 100000 جسم مضاد. لكن جميع الأجسام المضادة الموجودة على خلية بائية معينة تكون متطابقة، ما يعني أنه لا يمكنها الارتباط إلا بمولد ضد واحد محدد، وهي خاصية تعرف باسم «الارتباط المكمل». ونظرًا إلى أن كل خلية من الخلايا البائية التي يبلغ عددها نحو تريليون خلية في جسم الإنسان تنتج جسمًا مضادًّا مميزًا، فإنها تتيح لجهازنا المناعي الاستجابة لعدد هائل من مولدات الضد المختلفة.

عندما يتعرف الجلوبيولين المناعي الموجود على سطح الخلية البائية على مولد ضد محدد، تنشط الخلية البائية لتخضع لدورات عديدة من الانقسام الميتوزي، وهو ما ينتج عنه عدد كبير من الخلايا التي تسمى «الخلايا البلازمية». تعمل الخلايا البلازمية هذه باعتبارها مولدات للأجسام المضادة، إذ تنتج وتفرز أجسامًا مضادة مكملة لمولد الضد الذي حفز الاستجابة في البداية. هذه الأجسام المضادة المفرزة تجول بعد ذلك في السائل خارج الخلوي لتستهدف مولد الضد نفسه.

الآن لنلق نظرة فاحصة على تركيب الجسم المضاد لنرى كيف يحقق الارتباط المكمل مع مولد ضد محدد. الأجسام المضادة هي بروتينات على شكل حرف «‪Y‬‏»، وتحتوي على ثلاث مناطق كروية الشكل. يعتبر هذا الشكل الكروي خير مثال على المفهوم البيولوجي الرئيسي الذي يفيد بأن التركيب يحدد الوظيفة. وذلك لأن الشكل الكروي يبقي الأجزاء الكارهة للماء، أو غير القابلة للذوبان في الماء، في اتجاه مركز الكرة، ويبقي البروتينات المحبة للماء، أو القابلة للذوبان في الماء، في اتجاه الخارج. هذا التركيب يتيح للأجسام المضادة أن تكون قابلة للذوبان في الماء، الأمر الذي يحدد وظيفتها، وهي الانتشار بحرية في سوائل الجسم لمكافحة العدوى.

يتكون التركيب الأساسي للجسم المضاد من أربع سلاسل من عديد الببتيد: سلسلتين متطابقتين ثقيلتين، موضحتين باللون البرتقالي، وسلسلتين متطابقتين خفيفتين، موضحتين باللون الوردي. ترتبط السلاسل معًا بواسطة روابط ثنائية الكبريتيد، موضحة باللون الأخضر، وهذا يشكل حرف الـ «‪Y‬‏» المميز للأجسام المضادة. لكل من السلاسل الثقيلة والخفيفة منطقة ثابتة، وهي تلك التي تحتوي هنا على نقاط وردية وبرتقالية. تتكون المناطق الثابتة من تتابعات متطابقة من الأحماض الأمينية. لكل سلسلة أيضًا منطقة متغيرة، وهي تلك التي تحتوي هنا على خطوط وردية وبرتقالية.

تتكون المناطق المتغيرة من تتابعات أحماض أمينية مختلفة. يوجد في نهاية كل منطقة متغيرة موقع ارتباط مولد الضد. التركيب الفريد لموقع ارتباط مولد الضد هو ما يحدد مولد الضد الذي سيستطيع الجسم المضاد الارتباط به. ويكون موقعا ارتباط مولد الضد الموجودان على جسم مضاد محدد متطابقين، وهذا يعني أن كل جسم مضاد يمكن أن يرتبط بمولدي ضد متطابقين في آن واحد. في قاعدة الجسم المضاد يوجد موقع ارتباط المستقبلات، وهو ما يسمح لمركب الجسم المضاد ومولد الضد بالارتباط بمجموعة متنوعة من الخلايا المناعية. قبل أن نخوض في مزيد من التفاصيل عن وظيفة الأجسام المضادة، من المهم ملاحظة أنها لا تدمر المواد غير الذاتية أو المواد الذاتية التي يحتمل أن تكون ضارة، مثل الخلايا السرطانية مباشرة. بل تعمل على الحد من التأثيرات الضارة لهذه المواد مع تسهيل عمليات الجهاز المناعي الأخرى.

إحدى الطرق التي تفعل بها الأجسام المضادة ذلك هي «المعالجة بالأبسونين». الأبسونينات هي بروتينات ترتبط بسطح الجسيمات أو الخلايا، والأجسام المضادة هي أبسونينات ترتبط بمسببات الأمراض. عندما ترتبط أجسام مضادة عديدة بسطح أحد مسببات الأمراض، ينتج عن ذلك نوع من التمييز الكيميائي يميز مسبب المرض ليسهل تدميره من خلال عمليات مناعية أخرى. يحدث هذا لأن تكوين مركب من مولد الضد والجسم المضاد على سطح مسبب المرض يسهل وصول الخلايا المناعية الأخرى إلى مواقع ارتباط المستقبلات الموجودة على الأجسام المضادة، مثل الخلايا البلعمية الكبيرة، التي تحتوي على مستقبلات للأجسام المضادة على سطحها.

تؤدي المعالجة بالأبسونين مع وجود الخلايا البلعمية الكبيرة إلى عملية تسمى البلعمة ‪(phagocytosis)‬‏. البادئة ‪phago‬‏ تعني في اليونانية «يأكل» والمقطع ‪cyto‬‏ يعني «خلية»، وهو ما يشير إلى أن البلعمة تحدث عندما تأكل الخلية خلية أخرى أو جسيمًا بابتلاعه في غشائها البلازمي أولًا، ثم تدمج الحويصلة الناتجة مع عضيات تسمى «الأجسام المحللة». الأجسام المحللة هي عضيات تحتوي على إنزيمات هضم. عندما تطلق الأجسام المحللة هذه الإنزيمات، الموضحة هنا في صورة نقاط خضراء صغيرة، فإنها تحلل أو تكسر مسبب المرض داخل الحويصلة. ويمكن بعد ذلك طرد الأجزاء التي تحللت من مسبب المرض من الخلية في صورة فضلات.

بالإضافة إلى تمييز مسبب المرض أو المادة الغريبة ليسهل تدميرهما، فإن تكوين مركب الجسم المضاد ومولد الضد يمكن أن يؤدي إلى حجب مواقع الارتباط الموجودة على مسبب المرض، ومن ثم يمنعه من دخول الخلية العائلة. ويشار إلى ذلك بالمعادلة. وهي طريقة أخرى تعمل بها الأجسام المضادة للحد من التأثيرات الضارة لمسببات الأمراض. لكي يدخل فيروس إلى خلية عائلة، يجب أن يرتبط أولًا بمستقبل على سطحها. بعد ذلك يدخل الفيروس إلى الخلية ويكون تركيبًا يسمى «الجسيم الداخلي». داخل الجسيم الداخلي، يندمج كل من الغشاء الفيروسي وغشاء الخلية العائلة، وهو ما يسمح بإطلاق المادة الوراثية للفيروس في الخلية العائلة. لكن، إذا ارتبط الجسم المضاد المعادل بالفيروس، فإنه يمنع الفيروس من الارتباط بمستقبل الخلية العائلة. في بعض الحالات، قد يظل الفيروس قادرًا على دخول الخلية العائلة. لكن وجود أجسام مضادة معادلة يحول دون اندماج غشاء الخلية العائلة والغشاء الفيروسي، ومن ثم يمنع إطلاق المادة الوراثية للفيروس. وبمجرد معادلة الجسم المضاد للفيروس، فإنه يميز في النهاية ليخضع للبلعمة.

يمكن أن تحدث المعادلة أيضًا عن طريق أجسام مضادة خاصة تسمى مضادات السموم. لعلك تتذكر أن السموم هي مواد ضارة تنتجها بعض الكائنات الحية. يمكن أن تدخل السموم إلى الجسم مباشرة عن طريق الاستنشاق أو البلع أو الحقن أو الامتصاص عبر الجلد أو الأغشية المخاطية. ويمكن أيضًا أن تنتج السموم عن طريق مسبب المرض بعد دخوله إلى جسم العائل. عندما ترتبط السموم التي ينتجها مسبب المرض بمستقبلات السموم على غشاء الخلية العائلة، فإنها قد تتمكن من دخول الخلية، فتتسبب في تلفها وقد تؤدي إلى موتها. لكن إذا ارتبطت مضادات السموم بالسموم أولًا، فإنها تمنعها من الارتباط بمستقبلات الخلية العائلة، ومن ثم تمنع تلف الخلايا أو موتها.

تحمل مضادات السموم أهمية طبية حيث يمكن إنتاجها وبيعها لمعالجة الأمراض التي تسببها السموم. على سبيل المثال، تنتج جراثيم بكتيريا ‪Clostridium botulinum‬‏ سمًّا عصبيًّا قويًّا. وإذا تناول الشخص طعامًا يحتوي على هذه الجراثيم، فإن ذلك السم العصبي قد يؤدي إلى إصابته بمرض التسمم الوشيقي (البوتيوليني). وإذا لم يعالج التسمم الوشيقي، فقد يؤدي إلى فشل الجهاز التنفسي والشلل وربما الموت. يمكن استخدام مضاد سم البوتيولينيوم (سم الوشيقية) للوقاية من التسمم الوشيقي أو علاجه. كما تخزنه حكومات بعض الدول، تحسبًا لاستخدام البوتيولينيوم في هجوم إرهابي بيولوجي.

يصف التلازن كيفية تجمع مسببات الأمراض التي تحمل مركبات مولد الضد والجسم المضاد معًا. يعد تكوين التجمعات ممكنًا نظرًا لوجود موقعين متطابقين من مواقع ارتباط مولدات الضد على الجسم المضاد، وهو ما يسمح له بالارتباط بمولد الضد نفسه على مسببي مرض منفصلين وربط مسببات الأمراض معًا. على الرغم من أن جميع أنواع الأجسام المضادة قادرة على ربط مسببات الأمراض معًا في تجمعات، فإن بعض الأنواع تتميز بفعالية خاصة. على سبيل المثال، هناك نوع من الأجسام المضادة يسمى الجلوبيولين المناعي ‪M‬‏، أو ‪IgM‬‏ اختصارًا، وهو يكون بشكل طبيعي أشكالًا خماسية أو مجموعات من خمس وحدات فرعية. مواقع ارتباط مولدات الضد العشرة الناتجة الموجودة على كل شكل خماسي تعني أن الجلوبيولين المناعي ‪IgM‬‏ بإمكانه أن يربط بسهولة العديد من مسببات الأمراض معًا في تجمعات كبيرة. ويؤدي تكوين التجمعات إلى إبطاء انتشار مسببات الأمراض في أنحاء الجسم، كما يزيد سرعة البلعمة عن طريق السماح للخلايا البلعمية الكبيرة بابتلاع العديد من مسببات الأمراض في وقت واحد.

يمكن استخدام التلازن لتحديد فصيلة الدم بسرعة عن طريق خلط دم المريض بأجسام مضادة لمولد الضد ‪A‬‏ وأجسام مضادة لمولد الضد ‪B‬‏. ترتبط الأجسام المضادة لمولد الضد ‪A‬‏ بمولد الضد ‪A‬‏ الموجود على سطح بعض خلايا الدم الحمراء، في حين ترتبط الأجسام المضادة لمولد لضد ‪B‬‏ بمولد الضد ‪B‬‏. بعد إضافة دم المريض إلى كلا الأنبوبين، نلاحظ عدم حدوث تلازن في أنبوب الأجسام المضادة لمولد الضد ‪A‬‏، في حين أنه حدث تلازن في أنبوب الأجسام المضادة لمولد الضد ‪B‬‏، وهو ما يشير إلى أن خلايا الدم الحمراء للمريض تنتج مولدات الضد ‪B‬‏ فقط، وأن فصيلة دمه هي ‪B‬‏. ونظرًا إلى أن الأجسام المضادة قابلة للذوبان، فإنها توجد عادة في محلول ولا يمكن رؤيتها. بعض مولدات الضد قابلة للذوبان أيضًا. لكن، في ظل الظروف المناسبة، يمكن لمركبات الجسم المضاد ومولد الضد أن ترتبط معًا لتكوين تركيب شبكي غير قابل للذوبان. نسمي هذا الناتج المرئي غير القابل للذوبان راسبًا، وتعرف عملية تكوين راسب من خلال الارتباط المكمل لمولدات الضد والأجسام المضادة باسم «الترسيب».

الترسيب يشبه التلازن، لكن مولدات الضد فيه تكون قابلة للذوبان وأكبر حجمًا عادة، أما في التلازن تكون مولدات الضد غير قابلة للذوبان وأصغر حجمًا عادة. ولكي يحدث الترسيب، يجب أن تقع نسبة مولد الضد إلى الجسم المضاد في نطاق معين يسمى «نطاق التكافؤ». في نطاق التكافؤ، تكون نسبة مولد الضد إلى الجسم المضاد واحدًا إلى واحد تقريبًا. وكما هو موضح في التمثيل البياني، هنا سيحدث الحد الأقصى من الترسيب. وجود فائض من الأجسام المضادة أو مولدات الضد يمنع ارتباط مركبات الجسم المضاد ومولدات الضد معًا بشكل فعال، وهو ما يؤدي إلى انخفاض تكون الراسب أو انعدامه.

يمكن أيضًا أن تدافع بعض الأجسام المضادة ضد مسببات الأمراض من خلال استخدام آلية التحلل. يحدث هذا عندما تنشط مركبات الجسم المضاد ومولد الضد جهاز المتممات، الذي يعد جزءًا من الاستجابة المناعية غير المتخصصة. عند تنشيط جهاز المتممات، ترتبط البروتينات المتممة أو المتممات بمواقع المستقبلات على مركبات الجسم المضاد ومولد الضد. وينشط ارتباط البروتينات المتممة بدوره تكوين بروتينات تهاجم الأغشية، تدخل هذه البروتينات في أغشية خلايا مسببات الأمراض أو أغلفتها، وتصنع ثقوبًا تسمى مسام. يتدفق الماء عبر المسام إلى مسبب المرض، ما يتسبب في انتفاخه وقتله في النهاية عن طريق التحلل.

والآن بعدما ناقشنا تركيب الجسم المضاد ووظيفته باستفاضة، دعونا نتناول سؤالًا تدريبيًّا.

يمثل الشكل الآتي تركيب جسم مضاد. ما موقع ارتباط مولد الضد؟

لتحديد موقع ارتباط مولد الضد بالجسم المضاد، لنلق أولًا نظرة على مكوناته المختلفة. الجسم المضاد، الذي يسمى أحيانًا الجلوبيولين المناعي، هو بروتين قابل للذوبان يتكون من أربع سلاسل من عديدات الببتيد. توجد سلسلتان متطابقتان طويلتان، تعرفان بالسلسلتين الثقيلتين، تكونان الجزء المركزي من الجسم المضاد، وسلسلتان متطابقتان أقصر منهما تكونان الجزء الخارجي، وتعرفان بالسلسلتين الخفيفتين. ترتبط السلاسل معًا بواسطة روابط ثنائية الكبريتيد، ويشار إلى إحداها هنا بالحرف (أ). هذه الروابط الثنائية الكبريتيد تربط السلاسل معًا في شكل حرف «‪Y‬‏» مميز. وفي قاعدة الحرف «‪Y‬‏» يوجد موقع الارتباط بالمستقبلات، وهو يسمح للجسم المضاد بالارتباط بالمستقبلات الموجودة على أسطح الخلايا، لا سيما خلايا الجهاز المناعي الأخرى، مثل الخلايا البلعمية الكبيرة. وأعلى كل طرف من طرفي الشكل «‪Y‬‏» للجسم المضاد، يوجد موقع ارتباط مولد الضد. يرتبط كل من موقعي ارتباط مولد الضد بمولد ضد واحد محدد وفقًا لشكلهما، تمامًا مثلما يوجد مفتاح محدد لكل قفل. ونظرًا لوجود موقعي ارتباط مولد ضد متطابقين، يمكن للجسم المضاد الواحد أن يرتبط بمولدي ضد متطابقين في آن واحد. وعليه، فإنه في هذا الشكل، تقع مواقع ارتباط مولدات الضد عند النقطتين (ب) و(ج).

والآن لنراجع بعض النقاط الرئيسية في الفيديو ونلخصها. مولدات الضد هي جزيئات تحفز استجابة مناعية متخصصة. ومن أمثلة الاستجابة المتخصصة المناعة الخلطية، التي تنتج أجسامًا مضادة. الأجسام المضادة هي بروتينات قابلة للذوبان تتكون من أربع سلاسل من عديدات الببتيد: سلسلتين ثقيلتين متطابقتين، وسلسلتين خفيفتين متطابقتين. تتخذ الأجسام المضادة شكل حرف «‪Y‬‏» مميز. وأعلى كل طرف من طرفي الحرف «‪Y‬‏» توجد المناطق المتغيرة، التي تتيح الارتباط بمولد ضد واحد محدد. لا تدمر الأجسام المضاد مولدات الضد أو مسببات الأمراض التي تنتج مولدات الضد مباشرة. بل تستخدم آليات مثل المعالجة بالأبسونين، والتلازن، والترسيب لتسهيل عملية البلعمة. يمكن للأجسام المضادة أيضًا معادلة مسببات الأمراض أو السموم للحد من تأثيراتها الضارة، أو تكوين مركبات من شأنها تنشيط جهاز المتممات، مما يؤدي إلى تحلل مسببات الأمراض.