免疫球蛋白的结构

1、精品文档第一节免疫球蛋白的结构（ The Structure of Immunoglobulin)B 淋巴细胞在抗原刺激下增殖分化为浆细胞，产生能与相应抗原发生特异性结合的免疫蛋白，这类免疫球蛋白被称为抗体（antibody, Ab）。1937 年， Tiselius用电泳方法将血清蛋白分为白蛋白、1、2、及球蛋白等组分，其后又证明抗体的活性部分是在球蛋白部分。因此，相当长一段时间内，抗体又被称为球蛋白（丙种球蛋白）。实际上，抗体的活性除球蛋白外，还存在于和球蛋白处。1968 年和 1972 年的两次国际会议上，将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白（ immunogl

2、obulin ，Ig ）。Ig 是化学结构的概念，它包括正常的抗体球蛋白和一些未证实抗体活性的免疫球蛋白，如骨髓瘤病人血清中的M蛋白及尿中的本周氏（Bence Jones, BJ）蛋白等。免疫球蛋白可分为分泌型（secreted Ig,SIg）和膜型（ membrane Ig, mIg）。前者主要存在于血清及其他体液或外分泌液中，具有抗体的各种功能；后者是 B 细胞表面的抗原识别受体。相关素材图片正常人血清电泳分离图一 免疫球蛋白的基本结构The basical structure of immunoglobulin免疫球蛋白分子是由两条相同的重链（heavy chain ，H 链）和两条相同

3、的轻链（lightchain ， L 链）通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。X 射线晶体结构分析发现，IgG 分子由 3 个相同大小的节段组成，位于上端的两个臂由易弯曲的铰链区（ hinge region ）连接到主干上形成一个 Y 形分子，称为 Ig 分子的单体，是构成免疫球蛋白分子的基本单位。1 欢迎下载精品文档相关素材图片免疫球蛋白分子的基本结构图片 IgG 分子结构示意图（一）重链和轻链免疫球蛋白重链的分子量约为 50 75kD，由 450550 个氨基酸残基组成。 免疫球蛋白重链恒定区由于氨基酸的组成和排列顺序不同，故其抗原性也不同。据此，可将免疫球蛋白分为五类，或称为免疫球蛋白的

4、同种型（ isotype ），即 IgM、 IgD 、 IgG 、IgA 和 IgE ，其相应的重链分别为链、链、链、链和链。不同的同种型具有不同的特征，包括链内二硫键的数目和位置、连接寡糖的数量、功能区 (functional domain)的数目以及铰链区的长度等。同一类 Ig 根据其铰链区氨基酸组成和重链二硫键的数目和位置的差别，又可分为不同的亚类。如 IgG 可分为 IgG1IgG4 ； IgA 可分为 IgA1 和 IgA2 。IgM、 IgD 和 IgE 尚未发现有亚类。 免疫球蛋白轻链的分子量约 25 kD ，由 214 个氨基酸残基构成。轻链。2 欢迎下载精品文档可分为两型，即

5、 (kappa) 型和 (lambda) 型，一个天然 Ig 分子上两条轻链的型别总是相同的。五类 Ig 中每类 Ig 都可以有链或链，两型轻链的功能无差异。不同种属中，两型轻链的比例不同，正常人血清免疫球蛋白: 约为 2:1 ，而在小鼠则为20:1 。 : 比例的异常可能反映免疫系统的异常， 例如人类免疫球蛋白链过多， 提示可能有产生链的 B 细胞肿瘤。根据链恒定区个别氨基酸的差异，又可分为1、 2、 3 和 4 四个亚型。相关素材图片五类免疫球蛋白结构示意图（二）可变区和恒定区通过分析不同免疫球蛋白重链和轻链的氨基酸序列，发现重链和轻链靠近N 端的约 110 个氨基酸的序列变化很大，称为可

6、变区 （ variableregion,V区），而靠近 C 端的其余氨基酸序列相对稳定，称为恒定区(constant region, C区 ) 。相关素材图片免疫球蛋白的可变区与恒定区 . 可变区重链和轻链的V 区分别称为VH和 VL。比较许多不同抗体V 区的氨基酸序列，发现VH和 VL 各有三个区域的氨基酸组成和排列顺序特别易变化，这些区域称为高变区（ hypervariableregion ，HVR），分别用 HVR1、HVR2和 HVR3表示，一般HVR3变化程度更高。VL 的三个高变区分别位于28 35、49 56 和 91 98 位氨基酸； VH的三个高变区分别。3 欢迎下载精品文档

7、位于 29 31、49 58 和 95 102 位氨基酸。 高变区之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区（framework region,FR ）， VH或 VL 各有四个骨架区，分别用FR1、 FR2、 FR3和 FR4 表示。VH和 VL 的三个高变区共同组成Ig 的抗原结合部位（antigen-bindingsite ），该部位 形 成 一 个 与 抗 原 决 定 簇 互 补 的 表 面 ， 故 高 变 区 又 被 称 为 互 补 性 决 定 区（ complementarity-determiningregion ，CDR），分别用CDR1、 CDR2和 CDR3表示

8、。不同的抗体其CDR序列不相同，并因此决定抗体的特异性。相关素材图片抗体的互补决定区与抗原表位结合示意图2. 恒定区重链和轻链的C 区分别称为CH和 CL。不同类 Ig 重链 CH长度不一，有的包括CH1、CH2和 CH3；有的更长，包括CH1、CH2、CH3和 CH4。同一种属动物中，同一类别Ig 分子其 C区氨基酸的组成和排列顺序比较恒定。例如： 针对不同抗原的人 IgG 抗体，它们的 V 区不相同， 只能与相应的抗原发生特异性结合，但其C 区的抗原性是相同的，应用抗人IgG 抗体（第二抗体），均能与不同人的IgG结合。3. 铰链区铰链区位于 CH1与 CH2之间，含有丰富的脯氨酸，因此易

9、伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。铰链区连接抗体的Fab 段和 Fc 段，使两个 Fab 段易于移动和弯曲，从而可与不同距离的抗原部位结合。五类 Ig 或亚类的铰链区不尽相同，例如 IgG1、IgG2、 IgG4 和 IgA 的铰链区较短，而 IgG3 和 IgD 的铰链区较长。IgM 和 IgE 无铰链区。相关素材图片免疫球蛋白铰链区的结构及其功能。4 欢迎下载精品文档二 免疫球蛋白的功能区：The domain of immunoglobulinIg分子的每条肽链可折叠为几个球形的功能区，或称结构域，这些功能区的功能虽不同，但其结构相似。 每个功能区约由110 个氨基酸组成，

10、其氨基酸的序列具有相似性或同源性。免疫球蛋白的每个功能区的二级结构是由几股多肽链折叠一起形成的两个反向平行的片层（ anti-parallel sheet ），例如CL 的两个片层分别为4 股与 3 股， VL 为 5 股与 4 股。两个片中心的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，具有稳定功能区的作用，因而形成一个“桶状( barrel)”或“三明治( sandwich)”的结构。免疫球蛋白肽链的这种折叠方式称为免疫球蛋白折叠（immunoglobulin folding）。轻链有VL和 CL 两个功能区； IgG、 IgA 和 IgD 重链有 VH、CH1、 CH2和 CH3四个功能区

11、； IgM 和 IgE重链有五个功能区，比IgG 多一个 CH4。功能区的作用为：VH和 VL 是结合抗原的部位，其中HVR（ CDR）是V 区中与抗原表位互补结合的部位；CH 和 CL 上具有部分同种异型（allotype）的遗传标志；IgG 的 CH2和 IgM 的 CH3具有补体C1q结合位点，可启动补体活化经典途径；IgG 可通过胎盘；IgG 的 CH3可与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、B细胞和 NK 细胞表面的IgG Fc 受体（ FcR）结合， IgE 的 CH2和 CH3可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE Fc受体（ Fc R）结合。相关素材图片Ig轻链 V 区和 C 区结构与

12、折叠。5 欢迎下载精品文档图片 3-1-9免疫球蛋白的功能区三 免疫球蛋白的水解片段：The hydrolyzed fragment of immunglobulin（一）木瓜蛋白酶水解片段木瓜蛋白酶 （papain ）水解 IgG 的部位是在铰链区二硫键连接的2 条重链的近N端，裂解后可得到三个片段：2 个相同的Fab 段即抗原结合片段（fragment antigen binding, Fab）, 相当于抗体分子的两个臂， 每个 Fab 段由一条完整的轻链和重链的 VH和 CH1功能区组成。 Fab 段为单价，与抗原结合后，不能形成凝集反应或沉淀反应； 1 个 Fc 段（ fragment

13、 crystallizable,Fc），即可结晶片段。Fc 段相当于IgG 的CH2 和 CH3 功能区，无抗原结合活性，是抗体分子与效应分子和细胞相互作用的部位。Ig同种型的抗原性主要存在于Fc 段。（二）胃蛋白酶水解片段胃蛋白酶（ pepsin ）在铰链区连接重链的二硫键近C 端水解 IgG ，获得一个F(ab)2片段， 由于抗体分子的两个臂仍由二硫键连接，因此 F(ab)2片段为双价， 与抗原结合可发。6 欢迎下载精品文档生凝集反应和沉淀反应。Ig 的 Fc 段被胃蛋白酶裂解为若干小分子片段，被称为pFc ，失去生物学活性。胃蛋白酶水解IgG 后的 F(ab)2片段，保留了结合相应抗原的

14、生物学活性，又避免了Fc 段抗原性可能引起的副作用，因而作为生物制品有较大的实际应用价值，例如白喉抗毒素、破伤风抗毒素经胃蛋白酶消化后精制提纯的制品，因去掉Fc 段而减缓发生超敏反应。相关素材图片免疫球蛋白水解片段四 J 链和分泌片： Joining chain and secretory piece（一） J 链 J链（ joining chain）是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成。J链可连接Ig单体形成二聚体、五聚体或多聚体。两个单体IgA 由 J 链连接形成二聚体，五个单体 IgM 由二硫键相互连接，并通过二硫键与J 链连接形成五聚体。IgG、 IgD 、IgE 为单体，无 J 链。（二）分泌片分泌片（ secretorypiece,SP ）又称为分泌成分（secretorycomponent,S