第十三章抗原抗體反應(yīng)

1、第十三章第十三章 抗原抗體反應(yīng)抗原抗體反應(yīng)岳岳 華華西南民族大學(xué)抗原與相應(yīng)抗體的特異性結(jié)合反應(yīng)稱為抗原抗體反應(yīng)(antigen-antibody reaction)?？乖贵w反應(yīng)既可在體內(nèi)作為體液免疫應(yīng)答的效應(yīng)機(jī)制自然發(fā)生，也可在體外作為免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果出現(xiàn)。在體內(nèi)，可表現(xiàn)為溶菌、殺菌、促進(jìn)吞噬或中和毒素等作用，有時(shí)亦可引起免疫病理?yè)p傷，在體外，依相應(yīng)抗原物理性狀 (顆粒狀或可溶性)以及反應(yīng)的條件 (電解質(zhì)、補(bǔ)體等)不同，可出現(xiàn)凝集、沉淀、細(xì)胞溶解和補(bǔ)體結(jié)合等反應(yīng)。 西南民族大學(xué)概述概述本章敘述的抗原抗體反應(yīng)，主要是指抗原和抗體在體外結(jié)合所表現(xiàn)的反應(yīng)。由于抗體主要存在于血清中，并且臨床上多用血

2、清做試驗(yàn)，所以體外實(shí)驗(yàn)中的抗原抗體反應(yīng)曾稱作血清學(xué)反應(yīng)（serological reaction)。但是隨著免疫學(xué)的發(fā)展，血清學(xué)的含義已不能概括目前的研究?jī)?nèi)容，現(xiàn)在多以抗原抗體反應(yīng)代替血清學(xué)反應(yīng)一詞。 西南民族大學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 抗原抗體反應(yīng)原理抗原抗體反應(yīng)原理 抗原抗體結(jié)合反應(yīng)是抗原決定簇和抗體分子超變區(qū)之間的相互作用，是一種分子表面的特異的可逆的弱結(jié)合力。這些弱結(jié)合力只能在極短距離內(nèi)才能發(fā)生效應(yīng)。因此抗原抗體結(jié)合反應(yīng)的最重要的先決條件是抗原與抗體間的特定部位的空間結(jié)構(gòu)必須相互吻合，具有互補(bǔ)性;其次，抗原決定簇與抗體超變區(qū)必須緊密接觸，才能有足夠的結(jié)合力，使抗原抗體分子結(jié)合在一起。 西南民族大

3、學(xué)一、抗原抗體結(jié)合力一、抗原抗體結(jié)合力抗原和抗體的結(jié)合雖然是互補(bǔ)性的特異性結(jié)合，但并不形成牢固的共價(jià)鍵，只是通 過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合，結(jié)合方式類似蛋白質(zhì)和細(xì)胞受體或酶與底物之間的結(jié)合。抗原與抗體這種弱的結(jié)合力涉及下列幾種分子間的作用力。 西南民族大學(xué)l. l. 靜電引力靜電引力抗原和抗體分子帶有相反電荷的氨基和羧基基團(tuán)之間相互的引力，稱為靜電引力 ，又稱庫(kù)倫引力 。例如，抗體分子上帶電荷的堿性氨基酸的游離氨基(-NH3+和酸性氨基酸的游離羧基(COO-可與抗原分子上帶相反電荷的對(duì)應(yīng)基團(tuán)相互吸引。這種引力的大小與兩個(gè)相互作用基團(tuán)間的距離的平方成反比。西南民族大學(xué)2.2.范德華引力范德華引力抗原和抗體相

4、互接近時(shí)，由于分子的極化作用而出現(xiàn)的引力，稱范德華引力。結(jié)合力的大小與兩個(gè)相互作用基團(tuán)的極化程度的乘積成正比、與它們之間距離的 7 次方成反比，鍵能約為4.2-125kJ/mol。這種引力的能量小于靜電引力。 西南民族大學(xué)3.3.氫鍵結(jié)合力氫鍵結(jié)合力供氫體上的氫原子與受氫體原子間的引力。在抗原抗體反應(yīng)中，羧基、氨基和羥基是主要供氫體，而羧基氧、羧基碳和肽鍵氧等原子是主要受氫體，能的大小取決于方向即氫鍵具有高度的方向性，因此范德華力更具有特異性。氫鍵結(jié)合力與供氫體和受氫體之間距離的6次方成反比，鍵能約209kJ/mol。 西南民族大學(xué)4.4.疏水作用力疏水作用力兩個(gè)疏水基團(tuán)在水溶液中相互接觸時(shí)，

5、由于對(duì)水分子排斥而趨向聚集的力稱為疏水作用力，或稱為疏水鍵。當(dāng)抗原抗體反應(yīng)時(shí)，抗原決定簇與抗體上的結(jié)合點(diǎn)靠近，互相間正、負(fù)極性消失，由靜電作用形成的親水層立即失去，從而促進(jìn)抗原與抗體的相互吸引而結(jié)合。疏水作用力在抗原抗體反應(yīng)中的結(jié)合是很重要的。提供的作用力最大，約占總結(jié)合力的50%。西南民族大學(xué)西南民族大學(xué)二、抗原抗體親和二、抗原抗體親和性性抗原與抗體的結(jié)合受多種因素的影響，為了較妥當(dāng)?shù)乇硎究乖c抗體結(jié)合力的大小，在免疫化學(xué)中，一般用親和性 與親和力兩個(gè)術(shù)語(yǔ)表示。親和性是指抗體分子上一個(gè)抗原結(jié)合點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的抗原決定簇之間的相適性而存在著的引力，這是抗原與抗體之間固有的結(jié)合力。親和力是指反應(yīng)系統(tǒng)中

6、復(fù)雜抗原與相應(yīng)抗體之間的結(jié)合能力。西南民族大學(xué)親和力與親和性有關(guān)，也與抗體的結(jié)合價(jià)和抗原的有效決定簇?cái)?shù)目相關(guān)。例如，IgG為兩價(jià)，其親和力為單價(jià)的l03倍;而IgM為510價(jià);其親和力為單價(jià)的107倍。親和力越大，抗原抗體結(jié)合越牢固。而在單克隆抗體反應(yīng)系統(tǒng)中，只有某些決定簇起作用，因此，單克隆抗體與相應(yīng)抗原的親和力相對(duì)較弱。 西南民族大學(xué)抗體與抗原結(jié)合是可逆的反應(yīng)，在平衡對(duì)其親和常數(shù) K= 抗原抗體復(fù)合物濃度 游離抗原濃度游離抗體濃度K代表抗體結(jié)合抗原的親和力。K值大的抗體與抗原牢固結(jié)合，不易解離，稱該抗體有高親和力。西南民族大學(xué)三、親水膠體轉(zhuǎn)化為疏水膠體三、親水膠體轉(zhuǎn)化為疏水膠體抗體和大多數(shù)

7、抗原同屬蛋白質(zhì)。在通常的血清學(xué)反應(yīng)條件下均帶有負(fù)電荷，使極化的水分子在其周圍形成水化層，成為親水膠體，因此蛋白質(zhì)不會(huì)自行凝集出現(xiàn)沉淀。當(dāng)抗原與抗體結(jié)合后，表面電荷減少，水化層變薄;而且由于抗原抗體復(fù)合物形成后，與水接觸的表面積減少，由親水膠體轉(zhuǎn)化為疏水膠體。此時(shí)在電解質(zhì)(如NaCl，的作用下，使各疏水膠體之間進(jìn)一步靠攏、沉淀，形成可見(jiàn)的抗原抗體復(fù)合物。 西南民族大學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 抗原抗體反應(yīng)的特點(diǎn)抗原抗體反應(yīng)的特點(diǎn) 一、特一、特 異異 性性特異性 (speecificity)是指任何一種抗原分子，只能與由它刺激所產(chǎn)生的抗體結(jié)合而起反應(yīng)的專一性能。特異性是抗原抗體反應(yīng)的最重要特征之一，是由抗原決

8、定簇和抗體分子超變區(qū)之間空間結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性決定的。抗體分子N端可變區(qū)形成大小約為3nm1.5nm0.7nm的槽溝，其中超變區(qū)氨基酸殘基的變異性使槽形狀千變?nèi)f化，只有與其空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的抗原決定簇才能如楔狀嵌入，其關(guān)系如鎖和鑰匙，因此，抗原抗體結(jié)合反應(yīng)具有高度特異性。西南民族大學(xué)這種高度的反應(yīng)特異性是一切抗原抗體反應(yīng)的主體，所以在傳染病的診斷、防治等醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域都已得到了廣泛的應(yīng)用。 多數(shù)的天然抗原物質(zhì)的構(gòu)成十分復(fù)雜，如微生物抗原，常含有多個(gè)不同的抗原決定簇。如果兩種不同的抗原物質(zhì)具有部分相同或類似結(jié)構(gòu)的抗原決定簇，則可與彼此相應(yīng)的抗血清出現(xiàn)交叉反應(yīng) 西南民族大學(xué)二二 、比、比 例例 性性比例性

9、是指抗原與抗體發(fā)生可見(jiàn)反應(yīng)需遵循一定的量比關(guān)系，只有當(dāng)二者濃度比例適當(dāng)時(shí)，才出現(xiàn)可見(jiàn)反應(yīng)。以沉淀反應(yīng)為例，在加入固定量抗體的一排試管中再依次加入一定體積的遞增濃度的抗原進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著抗原濃度的增加，沉淀很快大量出現(xiàn)，但超過(guò)一定范圍之后，沉淀速度和沉淀量隨抗原濃度增加反而迅速降低，甚至到最后不出現(xiàn)沉淀。沉淀反應(yīng)的速度反映了參加反應(yīng)的抗原和抗體濃度的適合程度，適合程度高反應(yīng)快，反之則慢。通常把最迅速出現(xiàn)沉淀時(shí)的抗原抗體的濃度比或量比稱為抗原抗體反應(yīng)的最適比。 西南民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，在同一抗原抗體反應(yīng)系統(tǒng)中，不管抗原和抗體濃度如何變化，其沉淀反應(yīng)的最適比始終恒定不變(如表抗原與抗體濃度的最適比

10、始終是1:4)。最適比亦稱為抗原抗體反應(yīng)的等價(jià)點(diǎn)。西南民族大學(xué)在最適比反應(yīng)條件下，抗原抗體幾乎全部結(jié)合形成沉淀物，上清液中基本無(wú)游離的抗原和抗體。當(dāng)抗原和抗體濃度比超過(guò)此范圍時(shí)，沉淀速度和沉淀最都會(huì)迅速降低，甚至不出現(xiàn)沉淀?？乖c抗體分子比例合適的范圍稱為抗原抗體反應(yīng)的等價(jià)帶;因抗原抗體比例不合適而不出現(xiàn)可見(jiàn)反應(yīng)，稱抑制帶。其中抗體過(guò)量時(shí)，稱為前帶 ；抗原過(guò)量時(shí)，稱為后帶 。西南民族大學(xué)西南民族大學(xué)西南民族大學(xué)抗原抗體反應(yīng)比例性的機(jī)制，可用網(wǎng)格學(xué)說(shuō)加以說(shuō)明。因?yàn)樘烊豢乖蠖嗍嵌鄡r(jià)的，抗體至少為兩價(jià)，當(dāng)抗原與抗體在等價(jià)帶結(jié)合時(shí)，相互交叉連接成具有立體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格狀復(fù)合體，形成肉眼可見(jiàn)的沉淀物。當(dāng)抗

11、原或抗體過(guò)剩時(shí)，由于過(guò)剩方的結(jié)合價(jià)得不到飽和，只能形成小網(wǎng)格復(fù)合物，并存在有較多游離的抗原或抗體。該學(xué)說(shuō)已得到電子顯微鏡觀察的有力支持。但是，當(dāng)抗原或抗體為單價(jià)，不管抗原與抗體的量比關(guān)系是否合適，均不能出現(xiàn)可見(jiàn)反應(yīng)現(xiàn)象。 西南民族大學(xué)西南民族大學(xué)三、可逆性三、可逆性可逆是指抗原與抗體結(jié)合成復(fù)合物后，在一定條件下可解離為游離抗原與抗體的特性。由于抗原抗體反應(yīng)是分子表面的非共價(jià)鍵結(jié)合，所形成的復(fù)合物并不牢固，在一定條件下(如低pH、高濃度鹽等)可以解離。常用于解離抗原抗體復(fù)合物的物質(zhì)有3mol/L硫氰化鉀，7mol/L尿素，pH24、0lmol/L甘氨酸等。解離后的抗原或抗體分子，仍保持原來(lái)的理化

12、特性及生物學(xué)性狀。 西南民族大學(xué)四、敏感性四、敏感性抗原抗體反應(yīng)具有高度的敏感性，不僅可以定性，而且可以定量。其敏感度大大超過(guò)目前所有化學(xué)方法。其敏感度因反應(yīng)種類不同而異。西南民族大學(xué)西南民族大學(xué)五、抗原抗體反應(yīng)的二階段性五、抗原抗體反應(yīng)的二階段性第一階段為抗原抗體特異性結(jié)合階段，反應(yīng)速度快，幾秒鐘或幾分鐘即可完成，但不出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)反應(yīng)。第二階段為可見(jiàn)階段，表現(xiàn)為凝集、沉淀、補(bǔ)體結(jié)合等反應(yīng)，本階段有兩個(gè)特點(diǎn)，一是反應(yīng)進(jìn)行慢，需要幾分鐘、幾十分鐘或更長(zhǎng)。其二是受電解質(zhì)、溫度、酸堿度等多種因素影響。西南民族大學(xué)第三節(jié)第三節(jié) 抗原抗體反應(yīng)影響因素抗原抗體反應(yīng)影響因素 影響抗原抗體反應(yīng)的因素較多，主要

13、有兩方面:一方面是受到抗原、抗體的自身因素的影響;另一方面是受到電解質(zhì)、酸堿度、溫度及時(shí)間等實(shí)驗(yàn)環(huán)境因素的影響。西南民族大學(xué)一、應(yīng)物自身因素一、應(yīng)物自身因素 1 1、抗原、抗原 抗原的理化性狀、抗原決定簇的抗原的理化性狀、抗原決定簇的數(shù)目和種類均可影響血清學(xué)反應(yīng)結(jié)果數(shù)目和種類均可影響血清學(xué)反應(yīng)結(jié)果 例如，可溶性抗原與相應(yīng)抗體反應(yīng)出現(xiàn)沉淀，而顆粒性抗原與相應(yīng)抗體反應(yīng)則出現(xiàn)凝集;單價(jià)抗原與抗體結(jié)合不出現(xiàn)可見(jiàn)反應(yīng);粗糙型細(xì)菌在生理鹽水中易出現(xiàn)自凝；紅細(xì)胞與IgG類抗體結(jié)合不出現(xiàn)直接凝集等。 西南民族大學(xué)抗體是血清學(xué)反應(yīng)中的關(guān)鍵因素，對(duì)反應(yīng)的影響表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:(1)來(lái)源:來(lái)自不同動(dòng)物的免疫血清，

14、其反應(yīng)性有差異。家兔等大多數(shù)動(dòng)物的免疫血清具有較寬的等價(jià)帶，通常在抗原過(guò)量時(shí)才易出現(xiàn)可溶性免疫復(fù)合物;馬等大動(dòng)物和人的免疫血清等價(jià)帶較窄，少量的抗原或抗體過(guò)剩，均可形成可溶性免疫復(fù)合物;家禽免疫血清不能結(jié)合哺乳動(dòng)物的補(bǔ)體，并且在高鹽濃度（80g/L NaCl溶液中沉淀現(xiàn)象明顯。單克隆抗體一般不適用于沉淀反應(yīng)或凝集反應(yīng)。2 2、抗體、抗體西南民族大學(xué)(2)特異性與親和力:特異性和親和力是影響血清學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)關(guān)鍵因素，它們共同影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度。免疫動(dòng)物早期獲得的抗血清特異性較好，但親和力低;后期獲得的抗血清一般親和力較高，但長(zhǎng)期免疫易使免疫血清中抗體的類型和反應(yīng)性變得更為復(fù)雜。因此，用于診斷

15、的試劑必須盡量選用特異性高、親和力強(qiáng)的抗體，才能保證和提高試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。 西南民族大學(xué)（3）濃度:抗體的濃度往往是與抗原相對(duì)而言。合適的濃度才出現(xiàn)明顯的反應(yīng)現(xiàn)象。因此許多試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行抗體預(yù)滴定，找出最適反應(yīng)濃度。 西南民族大學(xué)二、環(huán)境條件二、環(huán)境條件l.l.電解質(zhì)電解質(zhì) 抗原抗體結(jié)合后由親水性變?yōu)槭杷?，此時(shí)易受電解質(zhì)影響，如有適當(dāng)濃度電解質(zhì)存在，就會(huì)使抗原抗體失去一部分電荷而相互凝集或沉淀，出現(xiàn)可見(jiàn)反應(yīng);若無(wú)電解質(zhì)存在，則不出現(xiàn)可見(jiàn)反應(yīng)。通常在血清學(xué)試驗(yàn)中，以85g/LNaCl溶液作為抗原抗體的稀釋液及反應(yīng)液，其中Na+和Cl-可分別中和膠體顆粒上的電荷，使膠體顆粒的電勢(shì)下降，形成可見(jiàn)的沉

16、淀物或凝集物。但如果電解質(zhì)濃度過(guò)高，則會(huì)出現(xiàn)非特異性蛋白質(zhì)沉淀，即鹽析。 補(bǔ)體參與的溶細(xì)胞反應(yīng)，除需要等滲的NaCl溶液外，還需適雖的Mg2+和Ca2+離子參與。 西南民族大學(xué) 2. 2.酸堿度酸堿度合適的pH是抗原抗體反應(yīng)的必要條件之一。血清學(xué)試驗(yàn)一般以pH6-9為宜，超出此范圍可影響抗原和抗體的理化性質(zhì)，導(dǎo)致假陽(yáng)性或假陰性結(jié)果。當(dāng)pH為3左右時(shí)，接近細(xì)菌抗原的等電點(diǎn)，可出現(xiàn)非特異性酸凝集，造成假象。 西南民族大學(xué) 3.3.溫度溫度抗原抗體反應(yīng)一般在15一40范圍內(nèi)均可進(jìn)行，最適溫度為37。在此范圍內(nèi)溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，增加抗原抗體接觸機(jī)會(huì)，反應(yīng)速度越快，但亦容易引起復(fù)合物解離;溫度越低，反應(yīng)速度緩慢，但抗原抗體結(jié)合牢固，易于觀察。某些特殊的抗原抗體反應(yīng)需要特定的溫度，如冷凝集素在4時(shí)與紅細(xì)胞結(jié)合，20以上反而解離。西南民族大學(xué)4 4、作用時(shí)間、作用時(shí)間抗原抗體反應(yīng)應(yīng)有足夠的時(shí)間，不同反應(yīng)時(shí)間不同。西南民族大學(xué)此外，抗原抗體反應(yīng)在液相中反應(yīng)時(shí)，適當(dāng)振蕩與攪拌，也可促進(jìn)抗原抗體分子的接觸，加速反應(yīng)。 西南民族大學(xué)第四節(jié)第四節(jié) 抗原抗體反應(yīng)類型抗原抗體反應(yīng)類型現(xiàn)代免疫學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，在經(jīng)典血清學(xué)試驗(yàn)方法基礎(chǔ)上，新的免疫學(xué)測(cè)定方法日益增多，使方