抗体结构与功能

1、抗体结构与功能第一页，共55页。1890年德国学者 Behuing 和日本学者北里用脱毒的白喉杆菌外毒素免疫动物，在动物的血清中产生一种能中和外毒素毒性的物质，称为抗毒素，这是在血清中发现的第一例抗体。1938年，Tiselius和Kabat用电泳技术发现，血清中的抗体活性存在于 区，故抗体又称 球蛋白或丙种球蛋白。因而曾称其为丙种球蛋白。现已证明抗体主要存在于 区，有的抗体延至甚至a区。位于 区的球蛋白也不一定都具有抗体活性。抗体 Antibody第二页，共55页。第三页，共55页。第四页，共55页。抗体：机体在抗原物质刺激下，由B细胞分化成的浆细胞所产生的、可与相应抗原发生特异性结合反应的

2、免疫球蛋白。免疫球蛋白（immunoglobulin， Ig): 1964年世界卫生组织：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。 第五页，共55页。Ab与Ig概念的异同:Ig是结构与化学的概念，包含的内容更广泛。Ab是生物学和功能的概念，是抗原的对立面。简单的讲，所有抗体都是免疫球蛋白，而免疫球蛋白并非都是抗体。IgAb第六页，共55页。Ig可分为两种类型：分泌型Ig: 存在于血清、体液及分泌液中，具有抗体的各种 功能。膜型Ig：位于B淋巴细胞表面，即膜免疫球蛋白（mIg）， 是B淋巴细胞的抗原识别受体。第七页，共55页。mIgM第八页，共55页。第九页，共55页。一、

3、免疫球蛋白的基本结构 1963年，Porter对IgG的化学结构提出了一个模式图，后证实各类免疫球蛋白均具有与IgG相似的基本结构。 免疫球蛋白的结构与功能区第十页，共55页。1.重链（heavy chain, H链） 含450550个氨基酸残基，分子量约为55或75kD。根据H链抗原性的差异可将其分为5类：链、链、链、链和 链，由它们组成的Ig分别称为IgM、 IgG、 IgA、 IgD和IgE。 IgG有四个亚类IgG1 IgG4； IgA由两个亚类IgA1 和IgA2；其他的未发现有亚类。2.轻链（light chain, L链） 轻链大约由214个氨基酸残基组成，分子量约为24kD。L

4、链共有 两型：kappa()与lambda ()，同一个天然Ig分子上L链的型总是相同的。（一）重链和轻链第十一页，共55页。第十二页，共55页。重链糖基铰链区轻链第十三页，共55页。第十四页，共55页。 通过对Ig H链或L链的氨基酸序列比较分析，发现其氨基端（N-末端）氨基酸序列变化很大，称此区为可变区，而羧基末端（C-末端）则相对稳定，变化很小，称此区为恒定区。1.可变区（variable region, V区） 位于L链靠近N端的1/2和H链靠近N端的1/4 或1/5 。H链和L链的可变区分别称为VH和VL。高变区（hypervariable region, HVR) 骨架区（fram

5、ework region, FR)互补决定区(complementaritydetermining region, CDR) 2.恒定区（constant region, C区） 位于L链靠近C端的1/2和H链靠近C端的3/4区域或4/5区域 ， H链和L链的恒定区分别称为CH和CL。 （二）可变区和恒定区第十五页，共55页。第十六页，共55页。第十七页，共55页。第十八页，共55页。抗体的CDR直接接触抗原表位（Epitope）第十九页，共55页。第二十页，共55页。第二十一页，共55页。 位于CH1和CH2之间，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。该区连接

6、抗体的Fab段和Fc段，使两个Fab段易于移动和弯曲，进而可与不同距离的抗原表位结合。IgE和IgM无铰链区。（三）铰链区（hinge region）第二十二页，共55页。第二十三页，共55页。二、免疫球蛋白的其它成分1连接链（joining chain，J链） 存在于二聚体分泌型IgA和五聚体IgM中。由于124个氨基酸组成的酸性糖蛋白，分子量约为15kD，由浆细胞合成。它将Ig单体连接成二聚体、五聚体或多聚体。第二十四页，共55页。第二十五页，共55页。2分泌成分（secretory component, SC） 又称分泌片（secretory piece），是分泌型IgA（sIgA）上的

7、一个辅助成分，分子量约为75kD的糖蛋白，由上皮细胞合成，以非共价形式结合到Ig分子，并一起被分泌到黏膜表面。SC的存在对于sIgA抵抗外分泌液中蛋白水解酶的降解具有重要作用，并介导sIgA从黏膜下到黏膜表面的转运。第二十六页，共55页。第二十七页，共55页。三、免疫球蛋白的功能区 Ig分子的H链与L链可通过链内二硫键折叠成若干球形结构，称为功能区或结构域，每一功能区约由110个氨基酸组成。在功能区中氨基酸序列有高度同源性。1.L链功能区分为L链可变区（VL）和L链恒定区（CL）两功能区。2.H链功能区IgG、IgA和IgD的H链各有一个可变区（VH）和三个恒定区（CH1、CH2和CH3）共四

8、个功能区。IgM和IgE的H链各有一个可变区（VH）和四个恒定区（CH1、CH2、CH3和CH4）共五个功能区。第二十八页，共55页。四、免疫球蛋白的水解片段1.木瓜蛋白酶水解片段裂解部位：铰链区二硫键连接的两条重链的近N端。所得片段：两个抗原结合片段(fragment antigen binding, Fab) 一个结晶片段（fragment crystallizable, Fc)2.胃蛋白酶水解片段裂解部位：铰链区二硫键连接的两条重链的近C端。所得片段： 一个F（ab)2 若干个小分子肽碎片，称为pFc ，无任何生物 学活性。第二十九页，共55页。第三十页，共55页。第三十一页，共55页。

9、免疫球蛋白的功能 免疫球蛋白所具有的功能是由其分子中不同功能区的特点所决定的。一、V区的功能特异性结合抗原第三十二页，共55页。二、C区的功能1.激活补体2.结合细胞表面Fc受体，表现为：（1）调理作用 （opsonization） ：是指抗体、补体C3b、C4b等调理素(opsonin)促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用。 第三十三页，共55页。（2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC）：指表达Fc受体的细胞通过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的靶细胞。 第三十四页，共55页。第三十五页

10、，共55页。(3)介导超敏反应的发生(4)穿过胎盘和黏膜 胎盘母体一侧的滋养层细胞的吞饮泡内只含有IgG的受体Fc(FcR)而无其他Ig的Fc受体。3.参与免疫调节 抗体对体液免疫有正负调节作用。第三十六页，共55页。第三十七页，共55页。第三十八页，共55页。抗体产生的规律 抗体产生的规律有两层含义，一是各类Ig 在种系进化和个体发育中出现的先后顺序；二是初次免疫应答和再次免疫应答中抗体产生的规律。第三十九页，共55页。一、Ig在种系进化和个体发育中出现的先后顺序 个体发育实质是种系进化简单而迅速的重演，Ig的产生亦是如此，最先出现的是IgM，然后才是IgG、IgA等。第四十页，共55页。第

11、四十一页，共55页。二、初次免疫应答和再次免疫应答中抗体产生的规律 根据抗原是初次还是再次进入机体,抗体的产生也有一定的规律。初次应答：动物经抗原第一次免疫后，经过一定的潜伏期，血液中出现抗体。抗体效价低，维持时间短，很快下降，这种现象称为初次免疫应答。再次应答：若在抗体效价下降期甚至消失期，再次以同种抗原免疫动物，抗体效价会大幅度上升，而且维持时间长，这种现象称为再次免疫。第四十二页，共55页。再次应答与初次应答的不同： （1） 潜伏期缩短，应答反应的速度快； （2）抗体以IgG为主； （3）抗体的高峰浓度高且维持时间长； （4）抗体亲和力提高。第四十三页，共55页。第四十四页，共55页。第四十五页，共55页。抗原-抗体结合的亲和力第四十六页，共55页。抗原-抗体的亲和力 Ab1 Ag1 Ab1 Ag21、 构象互补2 、吸引力大于排斥力第四十七页，共55页。 Ag1 Ag1Ab1 Ag2 Ag2Ab1亲和力与亲合力Affinity and avidity第四十八页，共55页。Ag单克隆抗体 大多数抗原分子具有多个抗原决定簇，刺激机体产生针对多种表位的不同抗体多克隆抗体（polyclonal antibody, pAb)。第四十九页，共55页。第五十页，共55页。单克隆抗体技术的基本原理和第五十一页