2022年免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)

1、第一節(jié) 免疫球蛋白的構(gòu)造 The Structure of Immunoglobulin)B淋巴細(xì)胞在抗原刺激下增殖分化為漿細(xì)胞，產(chǎn)生能與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的免疫蛋白，這類免疫球蛋白被稱為抗體antibody, Ab。 1937年，Tiselius用電泳方法將血清蛋白分為白蛋白、1、2、及球蛋白等組分，其后又證明抗體的活性局部是在球蛋白局部。因此，相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，抗體又被稱為球蛋白丙種球蛋白。實(shí)際上，抗體的活性除球蛋白外，還存在于和球蛋白處。1968年和1972年的兩次國際會議上，將具有抗體活性或化學(xué)構(gòu)造與抗體相似的球蛋白統(tǒng)一命名為免疫球蛋白immunoglobulin，Ig。Ig是化學(xué)

2、構(gòu)造的概念，它包括正常的抗體球蛋白和一些未證實(shí)抗體活性的免疫球蛋白，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。免疫球蛋白可分為分泌型secreted Ig,SIg和膜型membrane Ig, mIg。前者主要存在于血清及其他體液或外分泌液中，具有抗體的各種功能；后者是B細(xì)胞外表的抗原識別受體。相關(guān)素材圖片 正常人血清電泳別離圖 一 免疫球蛋白的根本構(gòu)造 The basical structure of immunoglobulin 免疫球蛋白分子是由兩條一樣的重鏈heavy chain，H鏈和兩條一樣的輕鏈light chain，L鏈通過鏈間二硫鍵連接而成

3、的四肽鏈構(gòu)造。X射線晶體構(gòu)造分析發(fā)現(xiàn)，IgG分子由3個(gè)一樣大小的節(jié)段組成，位于上端的兩個(gè)臂由易彎曲的鉸鏈區(qū)hinge region連接到主干上形成一個(gè)Y形分子，稱為Ig分子的單體，是構(gòu)成免疫球蛋白分子的根本單位。相關(guān)素材圖片 免疫球蛋白分子的根本構(gòu)造圖片 IgG分子構(gòu)造示意圖（一） 重鏈和輕鏈 免疫球蛋白重鏈的分子量約為5075kD，由450550個(gè)氨基酸殘基組成。免疫球蛋白重鏈恒定區(qū)由于氨基酸的組成和排列順序不同，故其抗原性也不同。據(jù)此，可將免疫球蛋白分為五類，或稱為免疫球蛋白的同種型isotype，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE，其相應(yīng)的重鏈分別為鏈、鏈、鏈、鏈和鏈。不同的同種型

4、具有不同的特征，包括鏈內(nèi)二硫鍵的數(shù)目和位置、連接寡糖的數(shù)量、功能區(qū)(functional domain)的數(shù)目以及鉸鏈區(qū)的長度等。同一類Ig根據(jù)其鉸鏈區(qū)氨基酸組成和重鏈二硫鍵的數(shù)目和位置的差異，又可分為不同的亞類。如IgG可分為IgG1IgG4；IgA可分為IgA1和IgA2。IgM、IgD和IgE尚未發(fā)現(xiàn)有亞類。 免疫球蛋白輕鏈的分子量約25 kD，由214個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成。輕鏈可分為兩型，即(kappa)型和(lambda)型，一個(gè)天然Ig分子上兩條輕鏈的型別總是一樣的。五類Ig中每類Ig都可以有鏈或鏈，兩型輕鏈的功能無差異。不同種屬中，兩型輕鏈的比例不同，正常人血清免疫球蛋白:約為2:1

5、，而在小鼠那么為20:1。:比例的異?？赡芊从趁庖呦到y(tǒng)的異常，例如人類免疫球蛋白鏈過多，提示可能有產(chǎn)生鏈的B細(xì)胞腫瘤。根據(jù)鏈恒定區(qū)個(gè)別氨基酸的差異，又可分為1、2、3和4 四個(gè)亞型。相關(guān)素材圖片 五類免疫球蛋白構(gòu)造示意圖 二可變區(qū)和恒定區(qū) 通過分析不同免疫球蛋白重鏈和輕鏈的氨基酸序列，發(fā)現(xiàn)重鏈和輕鏈靠近N端的約110個(gè)氨基酸的序列變化很大，稱為可變區(qū)variable region,V區(qū)，而靠近C端的其余氨基酸序列相對穩(wěn)定，稱為恒定區(qū)(constant region, C區(qū))。 相關(guān)素材圖片免疫球蛋白的可變區(qū)與恒定區(qū). 可變區(qū) 重鏈和輕鏈的V區(qū)分別稱為VH和VL。比擬許多不同抗體V區(qū)的氨基酸序列

6、，發(fā)現(xiàn)VH和VL各有三個(gè)區(qū)域的氨基酸組成和排列順序特別易變化，這些區(qū)域稱為高變區(qū)hypervariable region，HVR，分別用HVR1、HVR2和HVR3表示，一般HVR3變化程度更高。VL的三個(gè)高變區(qū)分別位于2835、4956和9198位氨基酸；VH的三個(gè)高變區(qū)分別位于2931、4958和95102位氨基酸。高變區(qū)之外區(qū)域的氨基酸組成和排列順序相對不易變化，稱為骨架區(qū)framework region,FR，VH或VL各有四個(gè)骨架區(qū)，分別用FR1、FR2、FR3和FR4表示。 VH和VL的三個(gè)高變區(qū)共同組成Ig的抗原結(jié)合部位antigen-binding site，該部位形成一個(gè)與抗

7、原決定簇互補(bǔ)的外表，故高變區(qū)又被稱為互補(bǔ)性決定區(qū)complementarity-determining region，CDR，分別用CDR1、CDR2和CDR3表示。不同的抗體其CDR序列不一樣，并因此決定抗體的特異性。 相關(guān)素材圖片 抗體的互補(bǔ)決定區(qū)與抗原表位結(jié)合示意圖 2. 恒定區(qū) 重鏈和輕鏈的C區(qū)分別稱為CH和CL。不同類Ig重鏈CH長度不一，有的包括CH1、CH2和CH3；有的更長，包括CH1、CH2、CH3和CH4。同一種屬動(dòng)物中，同一類別Ig分子其C區(qū)氨基酸的組成和排列順序比擬恒定。例如：針對不同抗原的人IgG抗體，它們的V區(qū)不一樣，只能與相應(yīng)的抗原發(fā)生特異性結(jié)合，但其C區(qū)的抗原性

8、是一樣的，應(yīng)用抗人IgG抗體第二抗體，均能與不同人的IgG結(jié)合。3.鉸鏈區(qū) 鉸鏈區(qū)位于CH1與CH2之間，含有豐富的脯氨酸，因此易伸展彎曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。鉸鏈區(qū)連接抗體的Fab段和Fc段，使兩個(gè)Fab段易于移動(dòng)和彎曲，從而可與不同距離的抗原部位結(jié)合。 五類Ig或亞類的鉸鏈區(qū)不盡一樣，例如IgG1、IgG2、IgG4和IgA的鉸鏈區(qū)較短，而IgG3和IgD的鉸鏈區(qū)較長。IgM和IgE無鉸鏈區(qū)。 相關(guān)素材圖片 免疫球蛋白鉸鏈區(qū)的構(gòu)造及其功能 二 免疫球蛋白的功能區(qū)： The domain of immunoglobulin Ig分子的每條肽鏈可折疊為幾個(gè)球形的功能區(qū)，或稱構(gòu)造

9、域，這些功能區(qū)的功能雖不同，但其構(gòu)造相似。每個(gè)功能區(qū)約由110個(gè)氨基酸組成，其氨基酸的序列具有相似性或同源性。免疫球蛋白的每個(gè)功能區(qū)的二級構(gòu)造是由幾股多肽鏈折疊一起形成的兩個(gè)反向平行的片層 anti-parallel sheet，例如CL的兩個(gè)片層分別為4股與3股，VL為5股與4股。兩個(gè)片中心的兩個(gè)半胱氨酸殘基由一個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵垂直連接，具有穩(wěn)定功能區(qū)的作用，因而形成一個(gè)“桶狀( barrel)或“三明治 ( sandwich)的構(gòu)造。免疫球蛋白肽鏈的這種折疊方式稱為免疫球蛋白折疊immunoglobulin folding。輕鏈有VL和CL兩個(gè)功能區(qū)；IgG、IgA和IgD重鏈有VH、CH1、

10、CH2和CH3四個(gè)功能區(qū)；IgM和IgE重鏈有五個(gè)功能區(qū)，比IgG多一個(gè)CH4。功能區(qū)的作用為：VH和VL是結(jié)合抗原的部位，其中HVRCDR是V區(qū)中與抗原表位互補(bǔ)結(jié)合的部位；CH和CL上具有局部同種異型allotype的遺傳標(biāo)志；IgG的CH2和IgM的CH3具有補(bǔ)體C1q結(jié)合位點(diǎn)，可啟動(dòng)補(bǔ)體活化經(jīng)典途徑；IgG可通過胎盤；IgG的CH3可與單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、B細(xì)胞和NK細(xì)胞外表的IgG Fc受體FcR結(jié)合，IgE的CH2和CH3可與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞的IgE Fc受體FcR結(jié)合。相關(guān)素材圖片 Ig輕鏈V區(qū)和C區(qū)構(gòu)造與折疊 圖片3-1-9 免疫球蛋白的功能區(qū) 三 免疫球蛋白的

11、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的部位是在鉸鏈區(qū)二硫鍵連接的2條重鏈的近N端，裂解后可得到三個(gè)片段： 2個(gè)一樣的Fab段即抗原結(jié)合片段fragment antigen binding, Fab,相當(dāng)于抗體分子的兩個(gè)臂，每個(gè)Fab段由一條完整的輕鏈和重鏈的VH和CH1功能區(qū)組成。Fab段為單價(jià)，與抗原結(jié)合后，不能形成凝集反響或沉淀反響； 1個(gè)Fc段fragment crystallizable,Fc，即可結(jié)晶片段。Fc段相當(dāng)于IgG 的CH2和CH3功能區(qū)，無抗原結(jié)合活性，是抗體分

12、子與效應(yīng)分子和細(xì)胞相互作用的部位。Ig同種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在鉸鏈區(qū)連接重鏈的二硫鍵近C端水解IgG，獲得一個(gè)F(ab)2片段，由于抗體分子的兩個(gè)臂仍由二硫鍵連接，因此F(ab)2片段為雙價(jià)，與抗原結(jié)合可發(fā)生凝集反響和沉淀反響。Ig的Fc段被胃蛋白酶裂解為假設(shè)干小分子片段，被稱為pFc，失去生物學(xué)活性。 胃蛋白酶水解IgG后的F(ab)2片段，保存了結(jié)合相應(yīng)抗原的生物學(xué)活性，又防止了Fc段抗原性可能引起的副作用，因而作為生物制品有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，例如白喉抗毒素、破傷風(fēng)抗毒素經(jīng)胃蛋白酶消化后精制提純的制品，因去掉Fc段而減緩發(fā)生超敏反

13、響。相關(guān)素材圖片 免疫球蛋白水解片段四 J鏈和分泌片： Joining chain and secretory piece 一J鏈 J鏈joining chain是一條多肽鏈，富含半胱氨酸，由漿細(xì)胞合成。J鏈可連接Ig 單體形成二聚體、五聚體或多聚體。兩個(gè)單體IgA由J鏈連接形成二聚體，五個(gè)單體IgM由二硫鍵相互連接，并通過二硫鍵與J鏈連接形成五聚體。IgG、IgD、IgE為單體，無J鏈。 二分泌片 分泌片secretory piece,SP又稱為分泌成分secretory component, SC，是分泌型IgA分子上的一個(gè)輔助成分，為一種含糖的肽鏈，由粘膜上皮細(xì)胞合成和分泌，以非共價(jià)形式結(jié)合到二聚體上，并一起被分泌到粘膜外表。分泌片具有保護(hù)分泌型IgA的鉸鏈區(qū)免受蛋白水解酶降解的作用，并介導(dǎo)IgA二聚體從粘膜下通過粘膜等細(xì)胞到粘膜外表的轉(zhuǎn)運(yùn)。 相關(guān)素材圖片 IgM