免疫球蛋白的结构0001

1、精品文档 8欢迎下载 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(an tibody, Ab )。 1937年，Tiselius 用电泳方法将血清蛋白分为白蛋白、a 1、a 2、B及丫球蛋白等组分， 其后又证明抗体的活性部分是在丫球蛋白部分。因此，相当长一段时间内， 抗体又被称为丫 球蛋白(丙种球蛋白)。 实际上，抗体的活性除丫球蛋白外，还存在于a和B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

2、的球蛋白统一命名为免疫球蛋白 (immunoglobulin , 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(Be nee Jon es, BJ )蛋白等。 免疫球蛋白可分为分泌型(secreted lg,Slg )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 电泳迁移率 (igES极少、不能定曲表示) I 丨总血清 igG IgA IgM 3 正常人血清电泳分离图 一

3、 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)和两条相同的轻链(light chain , 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。 相关素材 图片 免疫球蛋白分子的基本结构 免疫球蛋白分子的基本结构筋 图片IgG分子结构示意图 Cm3 Cm3 F:寺俸皓合即

4、应 C端 皿分子结构示意图 imnKjnctofliy (一) 重链和轻链 免疫球蛋白重链的分子量约为5075kD,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同种型(isotype )，即IgM、 IgD、IgG、IgA和IgE，其相应的重链分别为卩链、3链、丫链、a链和 IgA可分为lgA1和lgA2。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 可分为两型，即k (kappa)型和入(lambda)型，一个天然lg

5、分子上两条轻链的型别总 是相同的。 五类lg中每类lg都可以有k链或入链，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k:入约为2:1，而在小鼠则为 20:1。 K:入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入链过多，提示可 能有产生入链的B细胞肿瘤。 根据入链恒定区个别氨基酸的差异，又可分为入1、入2、入3和入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，称为可变区(variable region,V 区)， 而靠近C

6、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 免疫球蛋白杓可变区和悔定区 1 .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 2835、4956和9198位氨基酸；VH的三个高变区分别 位于2931、4958和95102位氨基酸。高变区之外区

7、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 lg的抗原结合部位(an tige n-bin di ngsite )，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。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 * J A 抗悴的互补

8、决定区与嶽原丢位结合示意圈评 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F

9、ab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lgG1、lgG2、lgG4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 免疫球蛋白的较链区及其功能 IM-iLi 免疫球蛋白的功能区：The doma in of immu noglobulin lg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，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

10、成的两个反向平行的B 片层(anti-parallel 3 sheet )，例如CL的两个B片层分别为 4股与3股，VL为5股 与4股。两个3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“3桶状 (3 barrel) ”或“3三明治(3 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(immu noglobulin foldi ng)。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；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

11、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(Fcy R)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lg轻链V区和C区结构与折叠 D E B A G F C ig轻链/区和c区的结艳与折叠 图片3-1-9免疫球蛋白的功能区 免疫球蛋白的功能区 rrii

12、i.ihdDyy 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 crystallizable,Fc)，即可结晶片段。 Fc段相当

13、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

14、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 免疫球蛋白的水解片段筋 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(secretory piece,SP )又称为分泌成分(secretory component, SC，是分