免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)0001

1、精品文檔 8歡迎下載 第一節(jié) 免疫球蛋白的結(jié)構(gòu) (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(an tibody, Ab )。 1937年，Tiselius 用電泳方法將血清蛋白分為白蛋白、a 1、a 2、B及丫球蛋白等組分， 其后又證明抗體的活性部分是在丫球蛋白部分。因此，相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)， 抗體又被稱為丫 球蛋白(丙種球蛋白)。 實(shí)際上，抗體的活性除丫球蛋白外，還存在于a和B球蛋白處。1968年和1972年的兩次 國際會(huì)議上，將具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似

2、的球蛋白統(tǒng)一命名為免疫球蛋白 (immunoglobulin , Ig )。 Ig是化學(xué)結(jié)構(gòu)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(Be nee Jon es, BJ )蛋白等。 免疫球蛋白可分為分泌型(secreted lg,Slg )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)胞表面的抗原識(shí)別 受體。 相關(guān)素材 圖片正常人血清電泳分離圖 電泳遷移率 (igES極少、不能定曲表示) I 丨總血清 igG IgA IgM 3 正常人血清電泳分離圖 一

3、 免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu)The basical structure of immunoglobulin 免疫球蛋白分子是由兩條相同的重鏈(heavy chain , H鏈)和兩條相同的輕鏈(light chain , L鏈)通過鏈間二硫鍵連接而成的四肽鏈結(jié)構(gòu)。 X射線晶體結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，IgG分子由3個(gè)相同大小的節(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基本單位。 相關(guān)素材 圖片 免疫球蛋白分子的基本結(jié)構(gòu) 免疫球蛋白分子的基本結(jié)構(gòu)筋 圖片IgG分子結(jié)構(gòu)示意圖 Cm3 Cm3 F:寺俸皓合即

4、應(yīng) C端 皿分子結(jié)構(gòu)示意圖 imnKjnctofliy (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)的重鏈分別為卩鏈、3鏈、丫鏈、a鏈和 IgA可分為lgA1和lgA2。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k (kappa)型和入(lambda)型，一個(gè)天然lg

5、分子上兩條輕鏈的型別總 是相同的。 五類lg中每類lg都可以有k鏈或入鏈，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k:入約為2:1，而在小鼠則為 20:1。 K:入比例的異?？赡芊从趁庖呦到y(tǒng)的異常，例如人類免疫球蛋白入鏈過多，提示可 能有產(chǎn)生入鏈的B細(xì)胞腫瘤。 根據(jù)入鏈恒定區(qū)個(gè)別氨基酸的差異，又可分為入1、入2、入3和入4四個(gè)亞型。 相關(guān)素材 圖片五類免疫球蛋白結(jié)構(gòu)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

6、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) 免疫球蛋白杓可變區(qū)和悔定區(qū) 1 .可變區(qū) 重鏈和輕鏈的 V區(qū)分別稱為 VH和VL。 比較許多不同抗體 V區(qū)的氨基酸序列，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) (hypervariableregion , 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)

7、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 lg的抗原結(jié)合部位(an tige n-bin di ngsite )，該部 位形成一個(gè)與抗原決定簇互補(bǔ)的表面，故高變區(qū)又被稱為互補(bǔ)性決定區(qū) (complementarity-determiningregion，CDR，分別用 CDR1 CDR2和 CDR3表示。不 同的抗體其CDR序列不相同，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 * J A 抗悴的互補(bǔ)

8、決定區(qū)與嶽原丟位結(jié)合示意圈評 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較恒定。 例如：針對不同抗原的人IgG抗體，它們的V區(qū)不相同，只能與相應(yīng)的抗原發(fā)生特異性結(jié) 合，但其C區(qū)的抗原性是相同的，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)F

9、ab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)不盡相同，例如lgG1、lgG2、lgG4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)的結(jié)構(gòu)及其功能 免疫球蛋白的較鏈區(qū)及其功能 IM-iLi 免疫球蛋白的功能區(qū)：The doma in of immu noglobulin lg分子的每條肽鏈可折疊為幾個(gè)球形的功能區(qū)，或稱結(jié)構(gòu)域，這些功能區(qū)的功能雖不 同，但其結(jié)構(gòu)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)的二級結(jié)構(gòu)是由幾股多肽鏈折疊一起形

10、成的兩個(gè)反向平行的B 片層(anti-parallel 3 sheet )，例如CL的兩個(gè)B片層分別為 4股與3股，VL為5股 與4股。兩個(gè)3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)“3桶狀 (3 barrel) ”或“3三明治(3 sandwich) ”的結(jié)構(gòu)。免疫 球蛋白肽鏈的這種折疊方式稱為免疫球蛋白折疊(immu noglobulin foldi ng)。輕鏈有 VL 和CL兩個(gè)功能區(qū)；IgG、IgA和IgD重鏈有 VH CH1、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)

11、合抗原的部位， 其中HVR( CDR是V區(qū)中與抗原表位互補(bǔ)結(jié)合的部位； CH和CL上具有部分同種異型 (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)胞表面的IgG Fc受體(Fcy R)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(Fc& R)結(jié)合。 相關(guān)素材 圖片lg輕鏈V區(qū)和C區(qū)結(jié)構(gòu)與折疊 D E B A G F C ig輕鏈/區(qū)和c區(qū)的結(jié)艷與折疊 圖片3-1-9免疫球蛋白的功能區(qū) 免疫球蛋白的功能區(qū) 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)相同的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，不能形成凝集反應(yīng)或沉淀反應(yīng)； 1個(gè)Fc段(fragment crystallizable,Fc)，即可結(jié)晶片段。 Fc段相當(dāng)

13、于IgG的 CH2和CH3功能區(qū)，無抗原結(jié)合活性，是抗體分子與效應(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)生凝集反應(yīng)和沉淀反應(yīng)。 Ig的Fc段被胃蛋白酶裂解為若干小分子片段，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，保留了結(jié)合相應(yīng)抗原的生物學(xué)活性，又避免了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

14、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)生超敏反應(yīng)。 相關(guān)素材 圖片免疫球蛋白水解片段 免疫球蛋白的水解片段筋 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