הנוגדנים הם חלק ממערכת החיסון הנרכשת. כל נוגדן מסוגל לחבור לאפיטופ (Epitope, דטרמיננטה אנטיגנית) יחיד, וזאת בניגוד לרכיבי מערכת החיסון המולדת, אשר נצמדים ותוקפים כל פתוגן שהוא, ללא אבחנה. האפיטופ הוא אזור של רצף חלבוני קטן באנטיגן, שאליו נקשר נוגדן באופן ייחודי, ובכך מעורר תגובה חיסונית. אנטיגן יכול להיות מורכב מדטרמיננטה אנטיגנית אחת או יותר, בהתאם לגודלו.
הנוגדנים מהווים למעשה את מערכת החיסון ההוּמוֹראלית; מונח זה (מהמילה הלטינית הומור, "נוזל"), מתייחס לתגובה החיסונית נגד פתוגנים הזורמים בדם באופן חופשי; זאת בניגוד למערכת החיסון התאית, המטפלת בפתוגנים שפלשו לתוך תאי הגוף או שנבלעו על ידי פגוציטים. לנוגדנים אין כל מגע ישיר עם פתוגנים שפלשו לתאי הגוף, אך כפי שמוסבר בהמשך, הם תורמים גם לחיסולם של אלו.
קיימים נוגדנים רבים מסוגים שונים הפועלים נגד פולשים מסוגים שונים. הנוגדנים נוצרים על ידי לימפוציטים B. חלקם שוכנים באופן קבוע על-גבי ממברנת תאי ה-B, ובכך מהווים קולטנים; הנוגדנים מופרשים על ידי תאי הפלזמה אל הדם או הלימפה, שם הם נודדים עד שהם פוגשים פתוגן.
מבנה.
הנוגדן בנוי כקומפלקס דמוי האות Y המורכב מארבעה חלבונים: שתי שרשראות קלות ושתי שרשראות כבדות, כשביניהן מחברים קשרי S-S (קשרים דיסולפידיים בין שני אטומי גופרית). צורת ה-Y של הנוגדן מגדירה בו שני אזורים נפרדים:
קומפלקס החלבונים המרכיב את הנוגדן כולל גם שרשראות סוכרים, ולפיכך מהווה הנוגדן גליקופרוטאין (גליקו=סוכר, פרוטאין=חלבון).
יצירת הנוגדנים.
הנוגדנים נוצרים בלימפוציטים-B בלתי בוגרים במח העצמות. במהלך הבשלת הלימפוציט מתרחשים ב-DNA שלו תהליכי שחלוף (ביולוגיה) מקומיים הבוחרים מספר אתרים קטן מבין אפשרויות רבות, ומסדר את ה-DNA כך שייווצר צרוף חומצות אמינו ייחודי, אשר יוצר את החלק המשתנה של הנוגדן, הקושר אליו את האנטיגן. צירוף ייחודי זה שונה בכל תא B, וכך נוצרים תאים בעלי שונות מבחינת יכולת הזיהוי והנטרול של אנטיגנים שונים.
כל לימפוציט מציג על פני קרום התא שלו נוגדן מסוג אחד בלבד. עם הבשלת הלימפוציטים, הם יוצאים ממח העצמות ומשייטים בזרם הדם כ"תאים נאיביים". בעת גירוי הלימפוציט על ידי אנטיגן הנקשר לנוגדן שלו, הוא עובר שורה של תהליכים המשנים אותו ל"תא פלזמה". תא הפלזמה מתרבה למספר רב של תאים, ומפריש כמות גדולה של נוגדנים מהסוג אותו הוא מציג על פני קרום התא שלו.
מאחר שהאנטיגנים האפשריים הם רבים מאוד, יצירת נוגדנים בעלי קישורים ספציפיים וייחודיים מצריכה מנגנון גנטי ייחודי הנקרא רקומבינציה של החלפת סוג הנוגדן: ה-DNA בתא עובר "סידור מחדש" הגורם לשינויים באזור Fv של הנוגדן, וכך נוצרת ספציפיות חדשה בכל פעם.
הנוגדנים נוצרים בתהליך אקראי לחלוטין, ואחר כך, בתהליך של סינון וניטרול, מסולקים מן הגוף נוגדנים בעלי פוטנציאל הרסני לגוף, אשר עשויים לגרום למחלות אוטואימוניות (נוגדנים אוטוראקטיביים), וזאת על-פי תאוריה אימונולוגית מבוססת היטב הנקראת clonal selection.
היצירה האקראית של נוגדנים באה בסתירה לתאוריות מיושנות ואף למה שניתן לצפות בדבר "התאמה מושכלת" של מערכת החיסון של נוגדן למחלה. הנוגדן אינו תוצר של המחלה אלא תוצר המקרה.
האופי האקראי של מערכת הנוגדנים מהווה אחת מהדרכים של מערכת החיסון להתמודדות עם השינוי המהיר של המיקרואורגניזמים שבהם היא נלחמת, וזאת על ידי סריקה של מרחב אפשרויות מולקולריות גדול בזמנים קצרים.
קיימות מספר תסמונות של חסך חיסוני המתבטאות בירידה בייצור הנוגדנים, או בהיעדר מוחלט של נוגדנים בגוף, כמו התסמונת התורשתית XLA.
חמש מחלקות.
הנוגדנים נחלקים, כאמור, לחמש מחלקות, לפי ההרכב הכימי של אזור ה-Fc. כל מחלקה (Class) מסומנת ב-Ig (קיצור של אימונוגלובולין) בתוספת אות גדולה המציינת את המחלקה:
החלפת המחלקה נעשית בתהליך ההיפרמוטציה של תאי הגוף, תוך כדי התחלקות שבט תאי ה-B.
אפיניות.
האנטיגן נקשר לנוגדן באמצעות קשרים לא-קוולנטיים חלשים יחסית (קשרי מימן, בין השאר). האפיניות היא מידת הנטייה של הנוגדן לקשור אליו אנטיגנים, והיא נמדדת כריכוז האנטיגן בתמיסה הנדרש כדי להיקשר למחצית הנוגדנים.
אחד המאפיינים של מערכת החיסון הנרכשת הוא התגברות האפיניות לאחר המפגש הראשון עם הפתוגן. כשאדם נדבק באותו הפתוגן בפעם השנייה, התגובה החיסונית חזקה, יעילה ומהירה יותר; אחד הגורמים לכך הוא התגברות האפיניות בין הנוגדנים והאנטיגנים. במפגש ראשון עם אנטיגנים, האפיניות של הנוגדנים המופרשים לדם נעה בין 6- 10 ו-9- 10 מולר. במפגש השני עולה האפיניות לבין 8- 10 ו-11- 10 מולר (כלומר, ריכוז האנטיגן הנדרש יורד).
האפיניות של נוגדנים לאנטיגנים גדולה בהרבה (לפחות פי 100) מזו של קולטני תאי ה-T. בנוסף, מגוון האנטיגנים שהנוגדנים מסוגלים לזהות גדול אף הוא בהרבה מהמגוון שתאי ה-T מזהים (תאי T מסוגלים לזהות בעיקר אנטיגנים חלבוניים). התגובה החיסונית ההומוראלית היא, לפיכך, חזקה ואינטנסיבית הרבה יותר מהתגובה החיסונית התאית, לה אחראים תאי ה-T.
עקרון פעולה.
הנוגדנים תורמים לניטרול פתוגנים ולמניעת זיהומים בכמה דרכים:
שימושים לצורכי רפואה ומחקר.
קיים מספר רב של שימושים בנוגדנים לצורכי רפואה ומחקר. העיקריים שבהם:
תנועה (פיזיקה)
תנועה היא מושג מרכזי בפיזיקה, שמשמעותו שינוי במיקום של גוף במהלך הזמן ביחס לסביבתו, כפי שהמיקום נמדד על ידי צופה במערכת ייחוס מסוימת.
מהי תנועה.
מהותה של התנועה העסיקה כבר את היוונים הקדמונים, כפי שניתן לראות בפרדוקסים של זנון, מהמאה החמישית לפני הספירה, ובמטאפיזיקה של אריסטו, מהמאה הרביעית לפני הספירה, שהתנועה (במשמעות הרחבה של מושג זה) מהווה מושג מרכזי בה.
ביסוס פורמלי למושג התנועה ניתן רק בשלהי המאה ה-17, באמצעות חוקי התנועה של ניוטון. עד לסוף המאה ה-19 היוו חוקי ניוטון את הבסיס למכניקה הקלאסית. חישובים המבוססים על חוקי ניוטון היו מדויקים מאוד, עד לרגע שבו הגיעו הפיזיקאים ליכולת לערוך ניסויים בתנועה במהירות גבוהה.
במהירויות גבוהות, חוקי התנועה של ניוטון חדלו לספק תוצאות מדויקות. לפתרון בעיה זו פיתח אלברט איינשטיין את תורת היחסות. בעוד שחוקי ניוטון הניחו ערכים מוחלטים של מרחב וזמן, תורת היחסות הניחה שאלה מושגים יחסיים, התלויים במערכת הייחוס. תורת היחסות מספקת תוצאות מדויקות יותר, אך לצרכים מעשיים, שבהם מדובר במהירויות נמוכות, פשוט יותר להשתמש בחוקי ניוטון, שרמת הדיוק שלהם מספיקה לצרכים אלה.
תנועה מוגדרת במונחי מרחב וזמן, ולכן מרחב וזמן יחסיים מובילים לתנועה יחסית.
תנועה מוטורית.
תנועה מוטורית מתייחסת ליכולת של אורגניזם כמו בעלי חיים ובני אדם להזיז את מערכת השרירים שלהם. היא משקפת את ההתנהגות הניצפת.
התנועה המוטורית מאפשרת לשנות את המיקום במרחב על ידי פעולות כמו זחילה, הליכה וריצה. במקרה זה האורגניזם כולו זז ממקום אחד לשני. עם זאת, תנועה מוטורית יכולה להתרחש גם כאשר האורגניזם נשאר במקומו. במקרים אלו מיקומים של חלקי גוף שונים (כמו גפיים) משנים את מיקומם אחד ביחס לשני. לדוגמה: קשקוש בזנב או שימוש בשפת סימנים.
התנועה מתאפשרת בעקבות פעולתה של המערכת המוטורית, שהיא חלק ממערכת העצבים.
המוח וחוט השדרה כוללים מנגנונים מוטוריים שונים, אשר כל אחד מהם יכול לשלוט על סוג מסוים של תנועה בו זמנית. היכולת לשלוט על מספר תנועות במקביל מאפשרת התמודדות עם ריבוי משימות כמו ניהול דיאלוג במהלך טיול רגלי עם ידיד.
יכולת התנועה המוטורית משתפרת לאורך התפתחות גוף האדם. היא מאפשרת לאדם לרכוש מיומנויות החיוניות להישרדות והשתלבות בחברה. לדוגמה: שמירה על שיווי משקל וכתיבה.
צילום התנועה.
היכולת לשמר דמות של עצמים סטטיים התקיימה משחר ההיסטוריה באמצעות הציור, ולאחר מכן באמצעות הצילום. בשלהי המאה ה-19 נוספה יכולת לצלם את התנועה, עם המצאת הראינוע. פיתוח יכולת צילום במהירות גבוהה מאוד נתנה אפשרות להבחין בפרטים של תנועה מהירה, כגון מעוף קליע של רובה או ריצה של סוס, שקשה להבחין בהם ללא מכשור זה.
פרולין
פרולין (Proline) היא אחת מ-20 חומצות האמינו הנפוצות בטבע.
אין הכרח לקבלה מהמזון מכיוון שהיא מסונתזת בגוף מחומצת האמינו חומצה גלוטמית. כמו כן היא עשויה להיות תוצר של גלוטמין או אורניטין. חומצה זו, ביחד עם הנגזרת שלה, הידרוקסיפרולין, מהוות 21% מהקולגן, החלבון הסיבי של רקמת חיבור.
פרולין משמשת גם לבניית רקמות עצם, סחוס ועור. היא נחוצה לשמירה על המפרקים והגידים ולתפקודם התקין. כמו כן היא משמשת לריפוי פצעים ונחוצה לחיזוק שריר הלב. ברקמות יונקים מצויה החומצה רק בצורת הסטריאואיזומרית L.
פרולין שכיחה במיוחד במוצרי חלב ובביצים. ניתן למצוא אותה גם בנבטי חיטה ובבשר, בריכוזים נמוכים יותר.
פרולין ייחודית בהיותה חומצת אמינו שניונית ולא חומצת אמינו ראשונית כמו כל שאר חומצות האמינו שיוצרות חלבונים, היות שהשייר שלה (R) מחובר אל הקצה האמיני (NH) שלה. מבנה מיוחד זה גורם לפרולין "לשבור" (מבחינה מרחבית) שרשראות פפטידיות ארוכות. לכן היא משמשת לעיתים בנקודות קיפול חדות של חלבונים, ובהם במבני סיבובי בטא (beta-turns). מכאן חשיבותה העליונה של חומצה זו למבנה השניוני והשלישוני של החלבונים. מטעמי נוחות אין מקפידים לקרוא לפרולין חומצת אימינו ומונים אותה בין עשרים חומצות האמינו המקודדות על ידי הקוד הגנטי. קשרים פפטידיים לפרולין יכולים להיות הן בצורת ציס והן בטראנס.
ציסטאין
ציסטאין (Cysteine) היא אחת מ-20 חומצות האמינו הנפוצות בטבע.