《Ig的結(jié)構(gòu)與功能》課件

Ig的結(jié)構(gòu)與功能Ig（免疫球蛋白）是一種重要的免疫系統(tǒng)蛋白，在抗感染中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Ig的結(jié)構(gòu)決定其功能，主要由兩條相同的重鏈和兩條相同的輕鏈組成，形成Y形結(jié)構(gòu)。免疫球蛋白的定義免疫球蛋白也稱(chēng)為抗體，是由免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。它們能識(shí)別并結(jié)合特定的抗原，啟動(dòng)免疫反應(yīng)。抗原能夠誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生抗體的物質(zhì)?？梢允羌?xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)、真菌等病原體，也可以是花粉、藥物等非病原體。Ig的分子結(jié)構(gòu)免疫球蛋白(Ig)具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)相同的輕鏈(L)和兩個(gè)相同的重鏈(H)組成。輕鏈和重鏈通過(guò)二硫鍵連接在一起。Ig分子由可變區(qū)(V)和恒定區(qū)(C)組成?？勺儏^(qū)位于氨基末端，負(fù)責(zé)識(shí)別和結(jié)合抗原。恒定區(qū)位于羧基末端，決定Ig的類(lèi)別和效應(yīng)功能。Ig的基本結(jié)構(gòu)組成抗體結(jié)構(gòu)Ig是由兩條相同的重鏈和兩條相同的輕鏈組成的。輕鏈和重鏈重鏈和輕鏈通過(guò)二硫鍵和非共價(jià)鍵連接，形成一個(gè)完整的Ig分子?？勺儏^(qū)和恒定區(qū)重鏈和輕鏈都有可變區(qū)和恒定區(qū)，可變區(qū)負(fù)責(zé)識(shí)別抗原?？乖Y(jié)合位點(diǎn)可變區(qū)形成抗原結(jié)合位點(diǎn)，每個(gè)抗體有兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)。輕鏈和重鏈的形成1基因重排重鏈基因和輕鏈基因通過(guò)基因重排形成可變區(qū)2拼接過(guò)程V區(qū)基因、D區(qū)基因和J區(qū)基因拼接成可變區(qū)基因3轉(zhuǎn)錄翻譯重鏈基因和輕鏈基因轉(zhuǎn)錄并翻譯成多肽鏈4折疊組裝多肽鏈折疊并組裝成完整的輕鏈和重鏈輕鏈和重鏈的形成是免疫球蛋白結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵步驟。免疫球蛋白基因家族包含多種基因，包括可變區(qū)基因（V）、多樣性區(qū)基因（D）、連接區(qū)基因（J）和恒定區(qū)基因（C）。Ig的基本結(jié)構(gòu)單位基本結(jié)構(gòu)單位Ig的基本結(jié)構(gòu)單位是由兩條相同的輕鏈（L鏈）和兩條相同的重鏈（H鏈）通過(guò)二硫鍵連接而成的四肽鏈結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)每個(gè)鏈都包含一個(gè)可變區(qū)（V區(qū)）和一個(gè)恒定區(qū)（C區(qū)）。V區(qū)負(fù)責(zé)識(shí)別和結(jié)合抗原，C區(qū)則負(fù)責(zé)執(zhí)行不同的效應(yīng)功能。連接方式輕鏈和重鏈通過(guò)二硫鍵連接，形成一個(gè)Y形結(jié)構(gòu)，被稱(chēng)為Ig的基本結(jié)構(gòu)單位。多樣性Ig的結(jié)構(gòu)單位多樣性很大，這主要是因?yàn)閂區(qū)的氨基酸序列差異很大，從而產(chǎn)生多種不同的抗原結(jié)合位點(diǎn)。Ig分子的構(gòu)象變化1抗原結(jié)合當(dāng)Ig分子與抗原結(jié)合時(shí)，其構(gòu)象會(huì)發(fā)生變化，以適應(yīng)抗原的形狀和大小。2效應(yīng)器功能Ig分子與抗原結(jié)合后，其構(gòu)象變化會(huì)暴露效應(yīng)器部位，使其能夠與免疫細(xì)胞或其他效應(yīng)分子結(jié)合，發(fā)揮免疫效應(yīng)。3構(gòu)象變化的重要性Ig分子構(gòu)象變化是其發(fā)揮抗原識(shí)別和效應(yīng)器功能的關(guān)鍵，也是免疫系統(tǒng)精確識(shí)別和清除抗原的關(guān)鍵機(jī)制。Ig分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)Ig分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要指其多肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)主要由氫鍵和疏水相互作用形成，包括α螺旋和β折疊兩種基本形式。α螺旋結(jié)構(gòu)由多肽鏈主鏈中的羰基氧原子與四個(gè)氨基酸殘基后的氨基氫原子形成氫鍵，使多肽鏈呈螺旋狀。而β折疊結(jié)構(gòu)則由兩條或多條多肽鏈或同一條多肽鏈的不同區(qū)域之間形成氫鍵，使多肽鏈呈折疊狀。Ig分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)Ig分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指每個(gè)Ig結(jié)構(gòu)域的折疊方式，形成一個(gè)緊密的球形結(jié)構(gòu)。每個(gè)Ig結(jié)構(gòu)域由大約110個(gè)氨基酸殘基組成，包含兩個(gè)抗平行β折疊片，形成一個(gè)“桶”狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，能夠抵抗高溫和低溫，并且能夠維持Ig分子的抗原結(jié)合功能。Ig分子的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)Ig分子的四級(jí)結(jié)構(gòu)由多個(gè)Ig基本結(jié)構(gòu)單位組成，這些單位通過(guò)非共價(jià)鍵連接在一起，形成多聚體。這種結(jié)構(gòu)賦予Ig分子獨(dú)特的抗原結(jié)合能力和效應(yīng)功能?？乖Y(jié)合位點(diǎn)每個(gè)Ig基本結(jié)構(gòu)單位都包含兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)，可以特異性地識(shí)別和結(jié)合抗原。這種特異性識(shí)別是免疫系統(tǒng)抵御病原體入侵的關(guān)鍵機(jī)制。效應(yīng)功能Ig分子的四級(jí)結(jié)構(gòu)也影響其效應(yīng)功能。例如，IgM和IgG的聚合形式可以激活補(bǔ)體系統(tǒng)，進(jìn)而促進(jìn)免疫反應(yīng)。Ig的功能概述抗原識(shí)別功能Ig能夠特異性識(shí)別并結(jié)合抗原，啟動(dòng)免疫反應(yīng)。體液免疫效應(yīng)功能Ig通過(guò)與抗原結(jié)合，激活補(bǔ)體系統(tǒng)，發(fā)揮抗感染作用。細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)功能Ig與抗原結(jié)合后，可調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活性和功能。Ig的抗原識(shí)別功能抗原結(jié)合位點(diǎn)Ig分子中可與抗原特異性結(jié)合的區(qū)域，位于可變區(qū)，由重鏈和輕鏈的氨基端可變區(qū)組成?？乖R(shí)別多樣性Ig通過(guò)可變區(qū)氨基酸序列的差異，形成多種抗原結(jié)合位點(diǎn)，識(shí)別不同的抗原。特異性結(jié)合Ig分子可與特定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，形成抗原抗體復(fù)合物，引發(fā)后續(xù)免疫反應(yīng)。Ig的體液免疫效應(yīng)功能中和作用Ig能直接結(jié)合病原體，阻斷其與宿主細(xì)胞的結(jié)合，從而抑制病原體的感染。調(diào)理作用Ig能與病原體結(jié)合，促進(jìn)吞噬細(xì)胞的吞噬作用，清除病原體。補(bǔ)體活化Ig能激活補(bǔ)體系統(tǒng)，產(chǎn)生一系列效應(yīng)分子，增強(qiáng)免疫反應(yīng)?？贵w依賴(lài)性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用Ig能與靶細(xì)胞結(jié)合，吸引殺傷性細(xì)胞，例如NK細(xì)胞，介導(dǎo)靶細(xì)胞的殺傷。Ig的細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)功能11.激活免疫細(xì)胞Ig與抗原結(jié)合后，可激活B細(xì)胞、T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞，增強(qiáng)其免疫活性。22.調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答Ig可調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的強(qiáng)度和方向，防止免疫反應(yīng)過(guò)度或不足。33.抑制自身免疫Ig可與自身抗原結(jié)合，阻止自身免疫反應(yīng)的發(fā)生，維護(hù)機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)。Ig的發(fā)揮作用的機(jī)制抗原識(shí)別Ig通過(guò)其可變區(qū)與抗原表位結(jié)合，實(shí)現(xiàn)特異性識(shí)別。效應(yīng)功能激活I(lǐng)g結(jié)合抗原后，其恒定區(qū)發(fā)生構(gòu)象變化，激活免疫效應(yīng)細(xì)胞。免疫反應(yīng)啟動(dòng)激活的免疫效應(yīng)細(xì)胞，通過(guò)釋放細(xì)胞因子、吞噬作用等方式清除抗原。Ig的5種類(lèi)型IgG在血清中含量最高，約占血清Ig總量的75%。IgA主要存在于分泌液中，如唾液、乳汁和眼淚。IgM是機(jī)體初次接觸抗原時(shí)合成的第一種抗體。IgE主要與過(guò)敏反應(yīng)相關(guān)，結(jié)合肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞。IgG亞類(lèi)的特點(diǎn)IgG1IgG1是人體中最常見(jiàn)的IgG亞類(lèi)。它在體液免疫中起著至關(guān)重要的作用，能夠有效地結(jié)合抗原并激活補(bǔ)體系統(tǒng)。IgG2IgG2主要針對(duì)莢膜多糖抗原，在抵抗細(xì)菌感染方面發(fā)揮重要作用。它在激活補(bǔ)體系統(tǒng)方面效率較低。IgG3IgG3是IgG亞類(lèi)中分子量最大的一個(gè)。它在抗原結(jié)合和補(bǔ)體激活方面效率最高，但在血清中的濃度相對(duì)較低。IgG4IgG4在抗原結(jié)合方面效率很高，但它不能激活補(bǔ)體系統(tǒng)。IgG4參與抗體依賴(lài)性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性（ADCC）反應(yīng)。IgA亞類(lèi)的特點(diǎn)分泌型IgA主要存在于黏膜表面，如呼吸道、消化道、泌尿生殖道等，是機(jī)體抵御病原體入侵的第一道防線(xiàn)。二聚體結(jié)構(gòu)兩個(gè)IgA單體通過(guò)J鏈連接在一起，并與分泌成分（SC）結(jié)合形成分泌型IgA?？乖Y(jié)合位點(diǎn)每個(gè)IgA分子具有兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)，可以特異性識(shí)別和結(jié)合抗原，發(fā)揮中和作用。重要功能IgA可以阻斷病原體粘附到黏膜表面，防止其感染機(jī)體，并能促進(jìn)病原體的清除。IgM亞類(lèi)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)IgM是五聚體結(jié)構(gòu)，具有10個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)。IgM是人體內(nèi)最大的抗體，也是初次免疫應(yīng)答中首先產(chǎn)生的抗體。功能特點(diǎn)IgM具有高度的激活補(bǔ)體能力，是機(jī)體抵抗細(xì)菌和病毒感染的重要武器。IgM能夠識(shí)別抗原，并啟動(dòng)免疫反應(yīng)。IgE亞類(lèi)的特點(diǎn)主要功能與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞結(jié)合，介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)。抗寄生蟲(chóng)感染對(duì)某些寄生蟲(chóng)感染具有保護(hù)作用，如蠕蟲(chóng)感染。過(guò)敏反應(yīng)與過(guò)敏性疾病密切相關(guān)，如哮喘、過(guò)敏性鼻炎等。血清濃度在血清中的濃度通常很低，但過(guò)敏反應(yīng)時(shí)會(huì)升高。IgD亞類(lèi)的特點(diǎn)IgD的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)IgD是免疫球蛋白的一種亞類(lèi)，其結(jié)構(gòu)與其他免疫球蛋白相似，具有兩個(gè)輕鏈和兩個(gè)重鏈，形成Y形結(jié)構(gòu)。IgD的重鏈稱(chēng)為δ鏈，與其他免疫球蛋白的重鏈不同，它具有獨(dú)特的氨基酸序列和糖基化模式。IgD的表達(dá)特點(diǎn)IgD主要表達(dá)在B淋巴細(xì)胞的表面，作為B細(xì)胞受體的一部分，參與B細(xì)胞的活化和分化，但它在體液免疫中的具體功能尚待深入研究。IgD的血清濃度特點(diǎn)與其他免疫球蛋白相比，IgD在血清中的濃度非常低，通常低于1mg/mL，這表明IgD在體液免疫中可能不是主要參與者。IgD的免疫功能特點(diǎn)一些研究表明，IgD可能參與抗原特異性免疫應(yīng)答的啟動(dòng)，以及B細(xì)胞的激活和分化，但在抗體介導(dǎo)的免疫中，它可能扮演著次要角色。Ig的生理功能11.抗感染Ig是機(jī)體抵御病原體入侵的關(guān)鍵防御機(jī)制，通過(guò)結(jié)合抗原，阻止病原體感染細(xì)胞和組織。22.促進(jìn)免疫應(yīng)答Ig與免疫細(xì)胞相互作用，激活免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)抗感染能力。33.維持免疫穩(wěn)態(tài)Ig通過(guò)清除體內(nèi)衰老或異常細(xì)胞，以及抑制自身免疫反應(yīng)，維持免疫系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。44.保護(hù)機(jī)體免受損傷Ig參與機(jī)體組織修復(fù)和愈合過(guò)程，減少組織損傷，維護(hù)機(jī)體健康。Ig的病理功能自身免疫疾病Ig錯(cuò)誤識(shí)別自身抗原，攻擊自身組織，導(dǎo)致自身免疫疾病。例如，系統(tǒng)性紅斑狼瘡，類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。過(guò)敏反應(yīng)IgE介導(dǎo)的I型過(guò)敏反應(yīng)，可引起皮膚蕁麻疹、哮喘、過(guò)敏性鼻炎等。腫瘤免疫Ig參與抗腫瘤免疫，但某些Ig類(lèi)型可能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。例如，某些Ig抗體可與腫瘤細(xì)胞表面抗原結(jié)合，促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。Ig缺陷的影響免疫功能下降Ig缺陷會(huì)導(dǎo)致機(jī)體免疫力低下，更容易感染各種病原體，例如細(xì)菌、病毒和真菌。過(guò)敏反應(yīng)某些Ig缺陷會(huì)導(dǎo)致機(jī)體對(duì)某些過(guò)敏原的敏感度提高，更容易發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)。自身免疫性疾病一些Ig缺陷會(huì)導(dǎo)致機(jī)體免疫系統(tǒng)攻擊自身組織，引發(fā)自身免疫性疾病。Ig過(guò)度產(chǎn)生的影響自身免疫病Ig過(guò)度產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致自身抗體產(chǎn)生，攻擊自身組織，引發(fā)自身免疫病，如類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等。過(guò)敏反應(yīng)IgE過(guò)度產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致過(guò)敏反應(yīng)，如哮喘、濕疹、過(guò)敏性鼻炎等，對(duì)機(jī)體造成嚴(yán)重影響。血漿增稠Ig過(guò)度產(chǎn)生導(dǎo)致血液中Ig含量升高，血漿粘稠度增加，影響血液循環(huán)，甚至導(dǎo)致血栓形成。免疫系統(tǒng)功能紊亂Ig過(guò)度產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)功能紊亂，導(dǎo)致機(jī)體對(duì)病原體抵抗能力下降，更容易感染疾病。Ig檢測(cè)在臨床的應(yīng)用診斷疾病Ig水平的異常可以反映多種疾病，如感染、自身免疫病、免疫缺陷病等。通過(guò)檢測(cè)Ig水平可以幫助醫(yī)生診斷疾病，評(píng)估疾病的嚴(yán)重程度，監(jiān)測(cè)治療效果。監(jiān)測(cè)病情定期監(jiān)測(cè)Ig水平可以幫助醫(yī)生了解患者的免疫狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的免疫問(wèn)題。對(duì)于接受免疫治療的患者，Ig水平的監(jiān)測(cè)可以幫助醫(yī)生調(diào)整治療方案，提高治療效果。未來(lái)Ig研究的展望11.新型Ig的發(fā)現(xiàn)探尋新的Ig類(lèi)型，進(jìn)一步了解免疫系統(tǒng)的復(fù)雜性，開(kāi)發(fā)新型治療方法。22.Ig的精準(zhǔn)應(yīng)用通過(guò)對(duì)Ig的結(jié)構(gòu)和功能的深入研究，提高Ig在疾病診斷和治療中的精準(zhǔn)度。33.Ig的合成與改造