Antigen-Erkennung

Hier ist ein Fab-Antikörperfragment zu sehen, das "sein" Antigen erkannt und gebunden hat. Das Antigen ist Lysozym - ein Enzym, das Kohlenhydratketten spalten kann (und somit für einen fremden Organismus eine Gefahr bedeuten kann). Um die Bindungsverhältnisse zwischen Antikörper und Antigen zu untersuchen, wechseln wir vom komplexen Wireframe (Drahtgitter-) Modell zu anderen Darstellungsformen:

• Die macht die Oberfläche des Komplexes sichtbar. Mit der Farbgebung können zunächst die einzelnen Strukturen lokalisiert werden: Die schwere Kette des Antikörperfragments ist blau, die leichte Kette gelb, und das Lysozym als Antigen grün eingefärbt. Spacefill-Darstellungen bilden die Wirkungssphäre ("Grösse") von Molekülen gut ab, sind aber für die Darstellung der inneren Strukturen nicht gut geeignet.

• Mit der wird die Sekundärstruktur der Proteine sichtbar: Lysozym enhält mehrere Helixbereiche, und im Antikörperfragment sind deutlich die beta-Faltblätter der Globulinfaltungen zu erkennen. Die variable Domäne, die das Antigen gebunden hat, besteht aus dem variablen Teil der schweren und der leichten Kette. (siehe auch Kapitel "Funktion durch Struktur").

• Mit der roten Einfärbung der wird die entscheidende Bedeutung dieser drei hochvariablen Proteinschleifen für die Antigen-Bindung deutlich: Sie sind dem Antigen direkt entgegengerichtet. Allerdings scheinen die CDR's vom Antigen weit entfernt zu sein, was allerdings täuscht: Die Wirkungssphäre der Atome ist bedeutend grösser als die Cartoon-Darstellung vermuten lässt.

• Die zeigt die grosse Nähe zwischen CDR's und Antigen. Allerdings ist die Kontaktfläche zu klein dargestellt, um Details zu sehen.

• Mit einem Zoom wenden wir uns der eigentlichen Bindungsstelle des Antigen-Antikörpers zu: Wir sehen uns aber nicht die gesamte Kontaktfläche aller 6 CDR's an, sondern beschränken uns auf .

• Untersucht man die Kräfteverhaltnisse zwischen den Nachbaratomen von Antigen und Antikörper, die zu einer Bindung führen können sind zwei Arten von zwischen molekularen Kräften entscheidend:

  • (dauert lange): Die Atome, welche an den Wasserstoffbrücken zwischen Antigen und Lysozym beteiligt sind, wurden in dieser Darstellung vergrössert und hervorgehoben.

  • : Die Spacefill-Darstellung der unmittelbar benachbarten Aminosäuren macht deutlich, wie gut die Oberflächen von Antigen und Antikörper aufeinanderpassen, was zu optimalen Van-der-Waals-Wechselwirkungen führt.

Antikörper können sich zwar in sehr beschränktem Rahmen einer fremden Oberflächenstruktur anpassen, da die CDR's leicht beweglich sind. Dieser als "induced fit" bezeichnete Mechanismus ist jedoch bei der Antigen-Antikörperbindung sekundär, da die Wahrscheinlichkeit für eine genügend starke Bindung viel zu gering ist. Letztlich ist das Zusammenpassen zwischen Antigen und Antikörper bei der Immunabwehr ein Selektionsprozess, bei dem ein Organismus eine riesige Anzahl Antikörper mit verschiedenen Bindungsepitopen produzieren muss, damit die Wahrscheinlichkeit genügend gross wird, dass gegen alle eindringenen fremden Strukturen ein passender Antikörper zur Verfügung steht.

Nächster Teil: Wie erreicht ein Organismus die notwendige Antikörper-Vielfalt?