thumb|Kaavakuva. Yllä: antigeenejä. Alla: yksinkertaisten vasta-aineiden perusrakenne. Kuten kuvassa, vain tietyt antigeenit pystyvät sitoutumaan jompaankumpaan vasta-aineen identtisistä antigeeniä sitovista alueista. Vasta-aine eli immunoglobuliini (lyhenne Ig) tai antibodi on nimi joukolle immuunijärjestelmän plasmasoluissa, B-soluissa ja muisti-B-soluissa olevia vesiliukoisia proteiineja. Plasmasolut erittävät vasta-aineita muun muassa vereen, imunesteeseen, sylkeen, kyynelnesteeseen ja maitoon.Nelson, s. 170–175 Vain leualliset selkärankaiset tuottavat vasta-aineita. Ihmisillä ja useimmilla muilla selkärankaisilla vasta-aineiden päätyyppejä eli isotyyppejä on 5. Nämä ovat IgA, IgD, IgE, IgG ja IgM. Ihmisillä IgG:t jakautuvat alatyyppeihin IgG1, IgG2, IgG3 ja IgG4. IgA:t jakautuvat alatyyppeihin IgA1 ja IgA2. Ihmisillä IgG1:t ovat immuunipuolustuksen kannalta keskeisimpiä ja yleisimpiä veren vasta-aineista.
Vasta-aineita käytetään monien sairauksien niin sanottuna biologisena hoitona.
Kunkin vasta-aineen toiminto on sitoutua vain tietynlaiseen virukseen, bakteeriin tai johonkin muuhun vasta-aineita tuottaneelle eliölle tuntemattomaan taudinaiheuttajaan, myrkkyyn tai muuhun haittatekijään. Sitoutuminen ei ole kovalenttista. Sitoutuminen voi estää haittatekijän toiminnan. Sitoutuminen voi tämän sijaan tai lisäksi myös merkitä haittatekijän tuhottavaksi. Esimerkiksi makrofagit tunnistavat tiettyjä vasta-aineita ja tuhoavat niiden sitomia haittatekijöitä ottamalla niitä sisäänsä. Koska vasta-aineita on kehon nesteissä, niiden sanotaan olevan osa humoraalista immuunijärjestelmää (neste on latinaksi humor).
Vasta-aineiden sitoutuminen voi myös olla haitallista. Ne voivat sitoutua vaarattomiin kehonulkoisiin aineisiin aiheuttaen allergioita tai vasta-aineita tuottaneen eliön omiin rakenneosiin aiheuttaen autoimmuunisairauksia. Vasta-aineet aiheuttavat myös hyljintäreaktioita elinsiirroissa ja keskenään epäsopivien verenluovuttajien välillä. Vasta-aineita käytetään myös lääketieteellisissä testeissä ja hoidoissa yleensä monoklonaalisten vasta-aineiden muodossa.
Yksinkertaisimpien vasta-aineiden Y-kirjaimen muotoisen rakenteen kärjissä on kaksi identtistä aluetta, jotka sitoutuvat taudinaiheuttajaan tai johonkin muuhun aineeseen. Monimutkaisemmissa vasta-aineissa alueita tosin on enemmän. Näitä sitoutuvia alueita kutsutaan nimellä paratooppi. Paratoopin sitomaa ainetta, kuten taudinaiheuttajaa, sanotaan kokonaisuudessaan nimellä antigeeni. Yksittäistä antigeenin kohtaa, johon paratooppi sitoutuu, kutsutaan nimellä epitooppi tai antigeeninen determinantti.
Rakenne ja luokittelu Perusrakenne thumb|IgA-, IgE- ja IgG-vasta-aineiden perusyksikköjen eli monomeerien rakenne. 1. Fab-alueet 2. Fc-alue 3. raskasketju (siniset, vaaleasävyisimmät ovat vaihtelevia domeeneita) 4. kevytketju (vihreät, vaaleasävyisimmät ovat vaihtelevia domeeneita) 5. paratooppi eli antigeenin epitoopin sitova alue 6. sarana-alueet -S-S-: disulfisidoksia. NH2: N-terminaali. COOH: C-terminaali. Ihmisillä ja useilla muilla selkärankaisilla vasta-aineiden päätyyppejä on 5: IgA, IgD, IgE, IgG ja IgM. Osa näistä on jaettavissa vielä useaan alatyyppiin. Näistä IgD, IgE ja IgG koostuvat neljästä proteiinista: kahdesta yleensä identtisestä kevyt- eli L-ketjusta (eng. light) ja kahdesta yleensä identtisestä raskas- eli H-ketjusta (eng. heavy). Ketjut eivät ole täysin identtisiä eri vasta-ainetyyppien välillä. Raskasketjuissa on ne kahtia jakava taipunut "sarana-alue" (kuva, numero 6). Kevyt- ja raskasketjut ovat kiinni toisissaan disulfidisidoksin Y-kirjaimen muotoisena rakenteena. thumb|Tyypillisen vasta-aineen kolmiulotteinen rakenne. PDB: 1IGT. Sininen ja keltainen: kevytketjuja. Punainen ja sininen: raskasketjuja. IgA ja IgM ovat samantapaisia kuin edellä kuvatut vasta-aineet, mutta IgA:t esiintyvät joko yksittäisinä Y:n muotoisina proteiineina (monomeereinä), kahden Y:n pareina (dimeereinä), kolmen Y:n rakenteina (trimeereinä) tai neljän Y:n rakenteina (tetrameereinä). IgM:t ovat kiinni solukalvoissa yksittäisinä monomereinä, solujen erittäminä viiden Y:n rakenteina (pentameereinä) tai harvoin kuuden Y:n rakenteina (heksameereinä).
Vasta-aineet ovat glykoproteiineja. Ne siis sisältävät erilaisia hiilihydraatteja, joiden sijainti vasta-aineen rakenteessa riippuu vasta-ainetyypistä. Vasta-ainetyypistä riippuen hiilihydraatit voivat estää vasta-aineiden hajoamista vakauttamalla niiden rakennetta tai olla välttämättömiä sille, että Fc-reseptorit sitoutuvat vasta-aineiden Fc-alueeseen.
Kevyt- ja raskasketjut Vasta-aineiden luokittelu päätyyppeihin perustuu vain niiden raskasketjuihin. Ihmisten vasta-aineissa kevytketjut ovat joko κ- tai λ-ketjuja. κ-ketjut ovat ihmisveren kaikista vasta-aineissa noin 1.5–2-kertaa yleisempiä kuin λ-ketjut, mutta suhdeluku vaihtele vasta-aineesta riippuen. IgA:issa esimerkiksi pääosa on λ-ketjuja.
Ihmisillä raskasketjutyyppejä on 5 ja vasta-aineen
IgA raskasketjut ovat α-ketjuja IgD raskasketjut ovat δ-ketjuja IgE raskasketjut ovat ε-ketjuja IgG raskasketjut ovat γ-ketjuja IgM raskasketjut ovat μ-ketjuja
Kevyt- ja raskasketjuissa on vakiorakenteisia osia ja rakenteeltaan vaihtelevia osia. Nämä osat ovat proteiinidomeeneita. Vakiodomeenit eivät sitoudu antigeeneihin ja niiden rakenne on nimensä mukaisesti muuttumaton: ne ovat samanlaisia esimerkiksi kaikissa κ-ketjuissa. Vaihtelevat domeenit sisältävät antigeeniin sitoutuvan alueen ja siksi pelkästään vaihtelevan domeenin rakenne määrittää mihin antigeeniin vasta-aine sitoutuu. Vaihtelevat domeenit voivat olla erilaisia esimerkiksi eri vasta-aineiden κ-ketjuissa. Vakiodomeenien lukumäärä riippuu vasta-ainetyypistä (taulukko alla). + Kevyt- ja raskasketjujen ominaisuudet ihmisilläKetjuTyyppiVasta-aine, jonka osa ketju onVaihtelevien domeenien lukumääräVakiodomeenien lukumääräκkevytIgA, IgD, IgE, IgG tai IgM11λkevytIgA, IgD, IgE, IgG tai IgM11αraskasIgA13δraskasIgD13εraskasIgE14γraskasIgG13μraskasIgM14
Fab- ja Fc-alue Kunkin vasta-aineen Y:n muotoisessa rakenteessa on kaksi Fab-aluetta ja yksi Fc-alue. Raskasketjujen sarana-alue erottaa alueet nimellisesti. Muun muassa IgG:ssä alueet voidaan varsinaisesti irrottaa toisistaan käsiteltäessä IgG esimerkiksi papaiinientsyymillä.
Fab tulee englanninkielen sanoista fragment-antigen-binding, "osa-antigeeni-sitova", sillä nämä osat sisältävät antigeeniä sitovat alueet. Fab-alueet sisältävät antigeeniä sitovat alueet ja ne koostuvat osin kevyt- ja raskasketjuista. Fc tulee sanoista fragment-crystallize, "osa-kiteytyä", sillä tämä osa kiteytyy helposti muiden Fc-alueiden kanssa, jos Fc-alueet on irrotettu Fab-alueista. Fc-alueet koostuvat pelkästään raskasketjuista. Fc-alueet sitoutuvat erilaisiin Fc-reseptoreihin, joita on muun muassa tiettyjen immuunijärjestelmän solujen, kuten makrofagien, pinnoilla.
Ihmisten vasta-aineet Ihmisten vasta-aineiden päätyypit ovat A, D, E, G ja M. Immunoglobuliini A:ta esiintyy etenkin hengitysteiden ja suolen limakalvoilla, joissa ne suojaavat yksilöä hengitystie- ja vatsasuolikanavan infektiolta.
Immunoglobuliini A jaetaan kahteen alatyyppiin, jotka ovat IgA1 ja IgA2. Veressä IgA:ista yli 90 % on IgA1:iä loppujen ollessa IgA2:ia. IgA2:t taas ovat yleisempiä limakalvojen eritteissä. IgA1:ssä raskasketjun sarana-alue on pidempi ja siksi tietyt bakteerien proteaasit pystyvät katkaisemaan sen helpommin kuin IgA2:ssa. IgG:t taas jaetaan neljään alatyyppiin, jotka ovat IgG1, IgG2, IgG3 ja IgG4. Veressä yleisin on IgG1. Pienten rakenne-erojen takia nämä alatyypit sitoutuvat parhaiten eri antigeeneihin.
IgG2 ja IgG4 ovat jaettavissa sarana-alueensa disulfidisidosten puolesta edelleen eri alatyyppeihin. IgG2:n alatyyppejä on 3: IgG2-A/A, IgG2-B/B ja IgG2-A/B. IgG2-A/A:ssa sarana-alueella raskasketjujen välillä disulfidisidoksia on 4, IgG2-B/B:ssä niitä on 2 ja IgG2-A/B:ssä niitä on 3.
IgG4:stä on 2 alatyyppiä, joista ensimmäinen on sitoo yhdenlaisia epitooppeja. Se on siis "monospesifinen", kuten vasta-aineet yleensä. Toinen tyyppi taas sitoo poikkeuksellisesti kahdenlaisia epitooppeja, eli se on "bispesifinen". Kuten muutkin ihmisten vasta-aineet, IgGA:t koostuvat kahdesta puolikkaasta. Puolikkaista kummassakin on yksi raskas- ja yksi kevytketju. Puolikkaat ovat kiinni sarana-alueelta kahdella disulfidisidoksella, mutta sidokset voivat välillä katketa ja muodostua uudelleen eräänlaisessa kehossa vallitsevassa tasapainoreaktiossa. Sidosten katketessa puolikkaat voivat irrota toisistaan täysin ja vaihtua toisen puolikkailtaan irtonaisen IgG4:n kanssa. Tällöin muodostuu bispesifinen IgG4. +TyyppiKvaternääninen rakenneKuvausFc-reseptori, joka voi sitoa vasta-aineenIgA1monomeeri, dimeeri ja joskus trimeeri tai tetrameeriSuojaa limakalvoja taudinaiheuttajilta. IgA1 on tosin harvinaisempi limakalvoilla kuin IgA2. IgA1 on IgA2:ta yleisempi veressä.CD89 (FCAR)IgA2monomeeri, dimeeri ja joskus trimeeri tai tetrameeriSuojaa limakalvoja taudinaiheuttajilta. Yleinen limakalvoilla ja eritteissä, kuten syljessä ja maidossa. IgA2 on paljon yleisempi limakalvoilla kuin IgA1.CD89 (FCAR)IgDmonomeeriMuodostuu IgM:n ohella luuytimessä vastamuodostuneissa B-soluissa ennen B-solujen läpikäymää luokanvaihtoa. IgD:n biologinen merkitys tunnetaan huonosti.FcδRIgEmonomeeriSuojaa eritoten loisina eläviltä madoilta. Osallistuu usein allergisten reaktioiden syntyyn näitä reaktioita estivällä tavalla.FCER1 tai II (CD32)IgG1monomeeriYleinen veressä. Läpäisee istukan tehokkaasti ja voi siirtyä sikiöön. Sitoutuu lähinnä proteiineihin. Aktivoi komplementtijärjestelmän C1q-välitteisesti, muttei yhtä tehokkaasti kuin IgG3.I (CD64), II (CD32) tai III (CD16)IgG2monomeeriYleinen veressä. Läpäisee istukan ja voi siirtyä sikiöön, mutta huonommin kuin muut IgG:t. Sitoutuu eritoten hiilihydraatteihin. Muodostaa pääasiallisen vasta-ainevälitteisen suojan sellaisia bakteereita vastaan, joilla on hiilihydraatteja pinnallaan.II (CD32)IgG3monomeeriYleinen veressä. Läpäisee istukan tehokkaasti ja voi siirtyä sikiöön. Sitoutuu lähinnä proteiineihin ja suojaa eritoten viruksilta. Aktivoi tehokkaasti komplementtijärjestelmän C1q-välitteisesti. Järjestelmä edistää muun muassa kalvotuhokompleksin muodostumista taudinaiheuttajan solukalvoon.I (CD64), II (CD32) tai III (CD16)IgG4monomeeriYleinen veressä. Läpäisee istukan ja voi siirtyä sikiöön. Sitoutuu lähinnä proteiineihin. IgG4-vasta-aineita muodostuu pitkäaikaisessa altistuksessa tartuntatauteihin liittymättömille antigeeneille. Näin voi käydä esimerkiksi immunoterapiassa, jonka aineille henkilö on allerginen.I (CD64), II (CD32)IgMmonomeeri, pentameeri tai harvoin heksameeriMuodostuu IgD:n ohella luuytimessä vastamuodostuneissa B-soluissa ennen solujen läpikäymää luokanvaihtoa. IgM toimii varhaisessa vasta-ainevälitteisessä immuunipuolustuksessa ennen kuin muita vasta-aineita ehtii muodostumaan.FcμR
Muiden eliöiden vasta-aineet Eliöistä vain leualliset selkärankaiset tuottavat vasta-aineita. Esimerkiksi leuattomat kalat käyttävät variaabeleja lymfosyyttireseptoreita mukautuvaan immuunipuolustukseensa vasta-aineiden sijaan. Vasta-ainetyypit vaihtelevat eliöiden välillä, joten myös tyypin määrittävät raskasketjut vaihtelevat. Vasta-aineiden päätyypit ovat yleensä nisäkkäillä IgA, IgD, IgE, IgG ja IgM linnuilla IgA, IgM ja IgY (tämän raskasketju on ν) matelijoilla IgA, IgD, IgM, IgY ja joillakin myös IgD2 (tämän raskasketju on δ2) sammakkoeläimillä IgD, IgM, IgX (tämän raskasketju on χ) ja joillakin myös IgF (tämän raskasketju on ϕ) luukaloilla IgD, IgM ja joillakin yös IgT (tämän raskasketju on τ) rustokaloilla IgM, IgW (tämän raskasketju on ω) ja joillakin myös IgNAR (tämän raskasketju on NAR)
Myös kevytketjut vaihtelevat. Nisäkkäillä ja matelijoilla kevytketjuja on yleensä 2: κ- ja λ-ketjut. Luukaloilla ja sammakkoeläimillä kevytketjuja on 3: κ-, λ- ja σ-ketjut. Linnuilla on vain κ-kevytketjuja. Kamelieläimillä on vasta-aineita, joissa ei ole lainkaan kevytketjuja.
Biologinen toiminta