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1、什么是抗体的特异性？如何具有特异性？,免疫球蛋白的结构与功能 1、免疫球蛋白的基本结构 2、免疫球蛋白的功能区 3、免疫球蛋白的水解片段 4、免疫球蛋白的功能 5、五类免疫球蛋白的特性与功能,各种特异性的免疫球蛋白分子的种类多达几百万，但人类基因组中只有2.1万个蛋白质编码基因。如何产生数量如此庞大的免疫球蛋白？,免疫球蛋白基因 1、免疫球蛋白基因结构 2、免疫球蛋白基因重排与表达 3、免疫球蛋白基因多样性,生物化学研究手段的强有力 分子生物学研究手段的强有力,免疫球蛋白的结构,1890年，Behring 和北里在德国Koch实验室从豚鼠体内发现了第一种抗体： 白喉抗毒素，从而挽救了成千上 万
2、的白喉患儿。从60%死亡率降到 26%。 获1901年的第一届诺贝尔奖,Ab 的发现,抗体与免疫球蛋白的发现（1939 Tiselius and Kabat）,the application of physical methods to biochemical problems,Kabat,Immune sera,Normal sera,(白蛋白, 清蛋白),电泳图告诉我们什么？,抗体是g球蛋白,抗血清（antiserum）,电 泳,白蛋白(albumin) 球蛋白 球蛋白 球蛋白,抗体是g球蛋白,The rate of gamma globulin formation in similar
3、numbers of spleen (机体细胞免疫和体液免疫的中心) cells is much higher if taken from an immunized rabbit at the height of antibody formation than that in normal spleen cells,Ag 吸附, 球蛋白恢复正常,抗体存在于球蛋中，但小部分在b球蛋白,抗血清中,抗原免疫后动物血清,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的球蛋白统一命名为免疫球蛋白 （immunoglobulin，Ig）,抗体（antibody, Ab） 机体免
4、疫细胞被抗原激活后，由分化成熟的终末B细胞-浆细胞合成、分泌的一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。,Ab=Ig, IgAb; Ab是功能描述，Ig是化学结构描述,免疫球蛋白超家族主要成员,免疫球蛋白 抗原受体：T细胞抗原受体(TCR)、B细胞抗原受体(BCR) 递增抗原的分子(MHCI类分子、MHCII类分子) 免疫球蛋白受体：IgFcR IgSF中的细胞因子受体：IL-1R、IL-6R、PDGF-R,免疫球蛋白超家族成员存在形式 膜型（membrane immunoglobulin, mIg） T、B细胞膜上的抗原受体 分泌型(secreted immunoglobulin,
5、sIg) 分泌进入体液, 介导体液免疫应答。 主要以膜蛋白形式存在于细胞表面,免疫球蛋白的基本结构,Sculpture “Angel of the West“ (2008) by Julian Voss-Andreae at the Scripps Research Institute Florida,Bruce Beutler, M.D., 2011 Nobel Prize in Physiology or Medicine “for his discoveries concerning the activation of innate immunity.“,Gerald M. Edelma
6、n，1972 Nobel Prize in Physiology or Medicine, “for (his) discoveries concerning the chemical structure of antibodies”,免疫球蛋白的结构 基本结构：四肽链结构 经二硫键共价结合2条重链(H链)和2条轻链(L链),-S-S-,S-S,S-S,N,C,L,L,H,H,（以 IgG 为例）,In 1972, Rodney Robert Porter shared the Nobel Prize for Medicine or Physiology with Gerald M. Edel
7、man for determining the chemical structure of an antibody.,Porter使用了什么武器(reagent)？,Using the enzyme papain, he broke the bloods immunoglobin into fragments, making them easier to study.,Edelman使用了什么武器(reagent)？,Ig 结构示意图,木瓜蛋白酶处理，在冷藏后形成结晶,木瓜蛋白酶处理，具有抗原结合活性,g-globulin was extensively reduced by treatmen
8、t with b-mercaptoethanol (a reagent that breaks disulfide bonds),(A) Reducing SDS-PAGE shows heavy chain and light chain bands at 55 and 27 kDa, respectively being equal among all expression systems.,Non-reducing SDS-PAGE IgG多大？,(B) Non-reducing SDS-PAGE indicates the presence of fully assembled ant
9、ibodies composed of 2 HCs and 2 LCs at 160 kDa.,H链分子量约为5075kD，由450550个氨基酸残基组成。重链恒定区由于氨基酸的组成和排列顺不同，故其抗原性也不同。,根据恒定区Aa顺序或序列不同，可将Ig分为五类，或称为Ig同种型(isotype)，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE，相应的重链分别为(mu)链、(delta)链、链、链和(epsilon)链。,同一类Ig根据其铰链区Aa组成和H链-S-S-数目和位置又可分为不同的亚类。IgG：IgG1IgG4；IgA：IgA1和IgA2。IgM、IgD和IgE尚未发现亚类。,L链分子量约
10、25 kD，由214个氨基酸残基构成 ，有(kappa）和(lambda)型。 一个天然Ig分子上2条L链的型别总是相同的。五类Ig中每类Ig都可以有链或链，两型轻链的功能无差异。, IgG IgG 和 IgG IgM IgM 和 IgM IgA IgA 和 IgA IgE IgE 和 IgE IgD IgD 和 IgD ,不同种属中，、链比例不同，正常人血清Ig : 约为2:1（60%），而在小鼠则为20:1（95%）。 :比例异常可能反映免疫系统异常，例如Ig链过多，提示可能有产生链的B细胞肿瘤。 根据链恒定区个别Aa差异，又可分为1、2、3和4 四个亚型。,可变区（variable re
11、gion, V区，VL，VH） 恒定区（constant region, C区，CL，CH）,-S-S-,S-S,S-S,N,N,L,H,VL,CL,VH,CH1,CH2,CH3,H链和L链靠近N端的约110个氨基酸的序列变化很大，称为可变区。,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，称高变区（hyper-variable region，HVR），HVR13，HVR3变化程度更高。 VL的三个HVR分别位于2835、4956和9198位Aa；VH的则分别位于2931、4958和95102位。 高变区之外区域的Aa组成和排列顺序相对不易变化，骨架区（framework regio
12、n,FR），VH或VL各有四个骨架区，FR14 。,VH、VL的3个HVR共同组成Ig的抗原结合部位（antigen-binding site），其形成一与抗原决定簇互补的表面，故高变区又称为互补决定区(complementarity- determining region，CDR)，CDR13。不同Ab的CDR序列不相同，并因此决定抗体的特异性。,V区,FR1 CDR1 FR2 CDR2 FR3 CDR3 FR4,恒定区(Constant region),-S-S-,S-S,S-S,N,N,C,L,H,CL,VH,CH1,CH2,CH3,靠近C端的其余氨基酸序列和排列及含糖量方面相对稳定，恒
13、定区。轻链恒定区CL，重链恒定区34个(CH1 4)。L链(CL)1个，有助于提高Ag的结合能力，并随Fab臂转动，其间形成的-S-S-键有连接VH、VL 的作用 CH2，CH3上有糖基，故亲水性强, IgM、IgG可通过它激活补体，发挥生物学效应,-S-S-,S-S,S-S,N,N,C,L,H,VH,CH1,CH2,CH3,位于CH1与CH2之间，1060个Aa，富含脯氨酸，因此易伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。 连接Ab的Fab段和Fc段，使 Fab段易于移动和弯曲，从而可与不同距离的抗原部位结合。 富含半胱氨酸，使2条H链通过-S-S-结合 -S-S-键的数目、位置与Ig种
14、类有关,铰链区(Hinge region),免疫球蛋白的功能区 Ig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。,每个功能区的二级结构由几股多肽链折叠形成的2个反向平行的片层(CL的两个片层分别为4股与3股，VL为5股与4股)。两个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“桶状( barrel)”或“三明治 ( sandwich)”的结构。 L链有VL和CL两个功能区； H链有VH、CH13 4个功能区；,功能区作用 VH和VL结合抗原
15、，其中HVR（CDR）是与抗原表位互补结合的部位； CH、CL上有部分同种异型（allotype）的遗传标志 IgG的CH2、IgM的CH3具有补体C1q结合位点，可启动补体活化经典途径。,二硫键的位置、数目是分亚类的重要依据。,VH,VH,VH,免疫球蛋白的水解片段,木瓜蛋白酶（papain）水解片段 水解IgG的部位：铰链区-S-S-连接的2条H链近N端， 裂解后可得到3个片段： 2个相同的Fab段即抗原结合片段（fragment antigen binding, Fab）每个Fab段含完整L链和VH和CH1 功能区。 1个Fc段（fragment crystallizable,Fc），即
16、可结晶片段。 Fc段相当于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。,胃蛋白酶(pepsin)水解片段,铰链区二硫键近C端水解IgG。 1个F(ab)2片段，Ig的Fc段被胃蛋白酶裂解为若干小分子片段，称为pFc，失去生物学活性。 F(ab)2片段保留了结合相应抗原活性，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。,免疫球蛋白的功能 V区的功能: 识别并特异性结合抗原 抗体分子： 单体（IgG, IgE) - 2价 二聚体(分泌
