第二章_抗体.ppt

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1、第三章第三章 抗体抗体 (Antibody)抗体的分子结构抗体的分子结构抗体的多样性抗体的多样性抗体的代谢抗体的代谢抗体产生学说的发展抗体产生学说的发展免役球蛋白超家族免役球蛋白超家族各类抗体的特性与免役生物学功能各类抗体的特性与免役生物学功能抗体与免役球蛋白在概念上的区别一、名词性质 抗体-免疫学,针对某种抗原 免役球蛋白-化学二、分类 抗体-很多,复杂 免役球蛋白-按化学性质分为 IgG.IgM,IgA,IgD,IgE 三、抗原有无 抗体-不存在没有抗原的抗体 免役球蛋白-不一定有抗原 四、提取方法 抗体-亲和层析 免役球蛋白-用化学方法 五、纯度 抗体-免役纯 免役球蛋白-化学纯六、定量

2、方法 抗体-免疫学(效价)免役球蛋白-化学方法(蛋白质浓度)七、特异性部位 抗体-Fab（可变区）免疫球蛋白Fc八、多样性 抗体大 免疫球蛋白小抗体与免疫球蛋白在概念上的区别项目抗体（antibody）免疫球蛋白（immunoglobulin）名词性质免疫学，针对某种抗原化学分类很多、复杂按化学性质IgG.IgM,IgA,IgD,IgE抗原有无不存在没有抗原的抗体不一定有抗原性提取方法亲和层析用化学方法纯度免疫纯化学纯定量方法免疫学（效价）化学方法（蛋白质浓度）特异性部位FabFc多样性高低一、抗体的分子结构单体分子结构水解片段与生物学活性免疫球蛋白的特殊分子结构抗体（免疫球蛋白）分子的基本结

3、构是如何确定的？1950s1960s Rodney Porter Gerald Edelman Alfred Nisonoff酶水解和还原Porter and Edelman 用papain水解IgGNissonoff 用Pepsin水解IgG抗体与降解片段反应抗Fab片段的抗体（可与轻链和重链结合）抗Fc片段的抗体（只与重链结合）PapainFcFabPepsinFc PeptidesF(ab)2免疫球蛋白氨基酸序列的确定多发性骨髓瘤（multiple mycloma）骨髓瘤蛋白（mycloma protein）多发性骨髓瘤病人血清中的免疫球蛋白有95是骨髓瘤蛋白；骨髓瘤细胞可以分泌大量的轻

4、链，在骨髓瘤病人的尿中可以发现，称为BenceJones protein，动物也有多发性骨髓瘤，如小鼠的骨髓瘤细胞。轻链的序列确定：BenceJones protein重链的序列确定：用mercaptoethanol还原和alkylation骨髓瘤蛋白，再经层析分离获得重链。1、单体分子结构1.1、重链（heavy chain，H链）氨基酸组成：420440aa，分子量约50KD，两条重链之间由一对或一对以上的二硫键互相连接可变区（variable region，VH）恒变区（constrant region）高变区（hypervariable region）CDR骨架区（framework

5、region）类型（class）重链高变区的氨基酸残基位置3137aa5158aa8491aa101110aaHVR3FR1FR2FR3FR4HVR1HVR2Variability Index257550100Amino acid residue150100500重链的类型IgGIgGIgGIgGIgG重链的类型决定免疫球蛋白（抗体）的种类1.2、轻链（light chain，L链）氨基酸组成：213214aa，分子量约为25KD。两条相同的轻链其羧基端（C）靠二硫键分别与两条重链连接可变区（variable region，VL）恒变区（constrant region，CL）高变区（hype

6、rvariable region）骨架区（framework region）类型（type）轻链高变区的氨基酸残基位置2632aa4855aa9095aaHVR3FR1FR2FR3FR4HVR1HVR2Variability Index257550100Amino acid residue150100500轻链的类型（kappa 型）（Lambda 型）各类免疫球蛋白都有两型轻链分子给类免疫球蛋白的轻链都是相同的两型轻链的比较动物人6634小鼠973兔80201.3 免疫球蛋白的功能区（domain）VHVL 抗体分子结合抗原的所在部位CH1CL 遗传标记所在CH2 抗体分子的补体结合位点，与

7、体 的活化有关CH3 与抗体细胞的亲细胞性有关铰链区（hinge region）CH1与CH2之间，30aa；与抗体分子的结构型变化有关2、水解片段与生物学活性PapainFcFabPepsinFc PeptidesF(ab)22.1 Fab 片段组成 由一条完整的轻链和N端1/2重链组成，分子量为45KD生物学活性结合抗原决定抗体分子特异性的部位2.2 Fc片段组成由重链C端1/2组成，包含CH2和CH3两个功能区，分子量为50KD生物学活性1.抗体分子选择性通过胚胎2.补体的活化3.决定抗体分子的亲细胞性4.抗体分子通过粘膜进入外分泌液5.决定各类 免疫球蛋白抗原特异性的部位3、免疫球蛋白

8、的特殊分子结构3.1 连接链（joining chain，J 链）为IgM和分泌型IgA所具有分子量为20KD的多肽链富含半胱氨酸由产生IgM和IgA的同一浆细胞所合成起稳定多聚体的作用，以二硫键的形式与免疫球蛋白的Fc片段共价结合。3.2 分泌成分（secretory component，SC）是分泌型IgA所特有的一种特殊结构，分子量为60KD70KD；由局部粘膜的上皮细胞所合成，在IgA通过粘膜上皮细胞的过程中SC与之结合形成分泌型的二聚体；促进上皮细胞积极地从组织中吸收分泌型IgA可防止IgA在消化道内为蛋白酶所降解，使之发挥免疫作用。J ChainSecretory Piece3.3

9、 糖类（carbohydrate)免疫球蛋白是含糖量相当高的蛋白质在抗体的分泌过程中起着重要的作用使免疫球蛋白分子易溶和具有防止其分解的作用。二、抗体的多样性免疫球蛋白的种类免疫球蛋白的抗原决定簇1、免疫球蛋白的种类类（class）IgG IgM IgA IgD IgE亚类（subclass）IgG IgG1，IgG2，IgG3，IgG4IgM IgM1，IgM2IgA IgA1，IgA2IgE、IgD未发现亚类人和动物IgG的亚类种IgG亚类马IgGa，IgGb，IgGc，IgG（B）IgG（T）a，IgG（T）b牛IgG1，IgG2，IgG2a，IgG2b绵羊IgG1，IgG1a，IgG2

10、，IgG3猪IgG1，IgG2，IgG3，IgG4狗IgG1，IgG2a，IgG2b，IgG2c猫IgG1，IgG2，小鼠IgG1，IgG2a，IgG2b，IgG3鸡IgG1，IgG2，IgG3，鸭IgG1，IgG2，人IgG1，IgG2，IgG3，IgG4型（type：轻链恒定区的抗原性不同，型亚型（subtype）：依据型轻链N端恒定区上氨基酸的差异若干亚型，如190位氨基酸 亮氨酸 精氨酸 154位氨基酸 甘氨酸 丝氨酸型轻链无亚型2、免疫球蛋白的抗原决定簇同种型决定簇（isotypic determinants）同种异型决定簇（allotypic determinants)独特型决定簇

11、（idiotypic determinants）同种型决定簇（isotypic determinants）同一种属动物所有个体共同具有的抗原特异性：同一种动物不同个体之间同时存在不同类型的免疫球蛋白，不表现出抗原性，只是在异种动物之间才表现出抗原性；免疫球蛋白的类、亚类、型、亚型等均为免疫球蛋白同种型；免疫球蛋白的同种型抗原决定簇（表位）主要存在于C区。同种异型决定簇（allotypic determinants)在同一种动物不同个体之间呈现出的抗原性：同种异型决定簇存在于IgG、IgA、IgE的重链C区和K型轻链的C区同种异型的差异一般为14个氨基酸的差异，是受等位基因控制所表现出的特定的抗

12、原性。同种异性是IgG稳定遗传的标记。IgG的同种异型（Gm）：已发现25种 G1m（1），G2m（23）、G3m（11）、G4m（4a）IgA的同种异型（AM）：A2m（1）、A2m（2）IgE的同种异型Em（1）轻链的同种异型Km（1）、Km（2）、Km（3）。型轻链无同种异型。独特型决定簇（idiotypic determinants）由抗体分子的可变区呈现出的抗原性。独特位（idiotope）：免疫球蛋白可变区内的若干个抗原决定簇独特型在异种、同种异体、自身体内均可刺激产生相应的抗体。陈为抗独特型抗体（antiidiotype antibody）三、抗体的代谢IgG是五类免疫球蛋白中半

13、衰期最长，而分解率又最低的一类IgE的分解率最高IgA的合成率虽与IgG相似，但是分解率高，所以血清中的浓度不高各亚类中的代谢率也不完全相同，如IgG1，IgG2，IgG4的半衰期基本一致，但IgG3则较短抗体的代谢抗体种类半衰期（天）血清浓度mg/dl合成率Mg/kg/dayIgG23100033IgA620024IgM51206-7IgD330.4IgE30.050.02四、各类抗体的特性与免疫生物学功能IgGIgMIgAIgDIgEIgDStructureMonomerTail pieceTail PieceIgEStructureMonomerExtra domain(CH4)C41、

14、IgGIgG是人和动物血清中含量最高的免疫球蛋白，占血清免疫球蛋白总量的7580IgG是介导体液免疫的主要抗体，多以但体形式存在，沉降系数为7S，分子量为160000180000IgG主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生，大部分存在于血清中，其余存在于组织液和淋巴液中。IgG是唯一一种可以通过人（兔）胎盘的抗体，因此在新生动物的抗感染免疫中起着十分重要的作用IgG是动物自然感染和人工主动免疫后，机体所产生的主要抗体，在动物体内不仅含量高，而且持续时间长。可以发挥抗菌、抗病毒、抗毒素以及抗肿瘤等免疫学活性，能调理、凝集和沉降抗原，但只在有足够分子存在并以正确构型积聚在抗原表面时才能结合补体。IgGS

15、tructureMonomer(7S)IgG1,IgG2 and IgG4IgG32、IgMIgM是动物机体初次体液免疫反应最早产生的免疫球蛋白，其含量仅占血清的10左右；主要由血清和淋巴结中B细胞产生，分布于血清中。IgM是由五个单体组成的五聚体，单体之间由J链连接，分子量为900KD左右，是所有免疫球蛋白中分子量最大的，又称为巨球蛋白（macroglobulin），沉降系数为19S。IgM在体内产生最早，但持续时间短，因此不是机体抗感染免疫的主力，但在抗感染免疫的早期，起着十分重要的作用，也可通过检测IgM抗体进行疫情的血清学早期诊断IgM具有抗菌、抗病毒、中和毒素等免疫活性，由于其分子上

16、含有多个抗原结合部位，所以他是一种高效能的抗体，其杀菌、溶菌、溶血、调理及凝集作用均比IgG高IgM也具有抗肿瘤作用IgM溶解红细胞的功能较IgG高1000倍，调理作用能力较IgG高275倍，IgM8个分子就能杀灭一个细菌，IgG需2200个分子，结合补体的能力也比IgG高IgMStructurePentamer(19S)Extra domain(CH4)J chainC4J Chain3、IgAIgA以单体和二聚体两种分子形势存在，单体存在于血清中，称为血清型IgA，约占血清免疫球蛋白的1020；二聚体为分泌型IgA。分泌型IgA是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等部位的粘膜固有层中的浆细胞产生

17、的，两个单体由一个J链连接在一起在分泌型IgA分子上还结合有一条由粘膜上皮细胞分泌的分泌成分（SC）分泌型的IgA主要存在于消化道、呼吸道、生殖道的外分泌液中以及初乳、唾液、泪液，此外在脑脊液、羊水、腹水、胸膜液中也含有IgA。分泌型IgA对机体呼吸道、消化道等局部粘膜免疫起着相当重要的作用，是机体粘膜免疫的一道屏障，可抵御经粘膜感染的病原微生物。IgAStructureSerum-monomerSecretions(sIgA)Dimer(11S)J chainSecretory componentJ ChainSecretory Piece4、IgEIgE是以单体分子形式存在，分子量为190

18、000，其重链比链多一个功能区（CH4），此区是与细胞结合的部位，IgE的产生部位与分泌型IgA相似，是由呼吸道和消化道粘膜固有层中的浆细胞产生的，在血清中的含量甚微。IgE是一种亲细胞性抗体，易于皮肤组织、肥大细胞、血液中的嗜碱性粒细胞和血管内皮细胞结合，可介导I型过敏反应。IgE在抗寄生虫、某些真菌感染方面也有重要作用。5、IgDIgD很少分泌，在血清中的含量极低，而且不稳定，容易降解。IgD分子量为170000200000。IgD主要作为成熟B细胞膜上的抗原特异性受体，是B细胞的重要表面标记。此外还认为IgD与免疫记忆有关，也有报道认为IgD与某些过敏反应有关。五、抗体学说的发展侧链学说

19、诱导学说选择学说1、侧链学说（side chain theory）他假定细菌毒素之所以能够发挥其毒素作用，系由于机体细胞的表面具有某些side chain，毒素可以与相应的侧链结合，于是导致细胞的破坏。这种结合是特异性的和不可逆的。只有毒素与侧链结合后能够脱离细胞，而且细胞又有再生新的侧链，毒素作用才能够被解除（中和）根据代偿过剩法则，细胞可产生多量而过剩的侧链，并将其释放的血液中，即成为抗体，这种游离的抗体，在血液中与毒素结合，便可将其中和，从而达到免疫效果。2、诱导学说（Instructive theory）直接模板学说（direct template theory）1930年Breinl

20、和Haurowits提出：主张蛋白质的合成要以蛋白质为模板。在这个前提下，认为抗体的产生必需以抗原为模板，抗体的抗原结合部位是以抗原决定簇为模板而形成的，抗原决定簇附着在细胞合成非抗体球蛋白的部位，使球蛋白分子的一级结构发生改变，使其产生出正常球蛋白所不具有的新的化学基团，并有与抗原决定簇互补的结构。Pauling（1940年）把直接模版学说进一步具体化，他认为所有抗体都是球蛋白，其初级结构就是氨基酸的排列顺序。所有抗体的初级结构完全相同，而不管其特异性如何，这种排列顺序决定于基因，球蛋白的高级结构取决于多肽链的折叠方式，因此只有高级结构才能决定抗体的特异性，一般多肽链的高级结构相同，构成所谓

21、正常球蛋白，是比较稳定的分子结构，如在形成球蛋白处附着有抗原时，即球蛋白的高级结构即按抗原量折叠，因而可使抗体获得特异性。间接模板学说（间接模板学说（indirect template theory）1949年Burnet和Fenner提出间接模板学说，认为抗原决定簇对基因发生影响，这样才能对免疫球蛋白分子表现出修饰作用。即抗原分子进入产生抗体的细胞内，于是抗原决定簇便可形成基因型复制（genocopy）这种基因修饰不但可与细胞内继续存在，而且可随细胞而增殖，所以抗原不存在也能产生抗体。对于自身与非自身的识别上，认为一切属于自身的物质，均有自身的标记（selfmarker），识别单位可以对其加

22、以识别，因此对自身物质不能发生免疫反应。由于在胚胎期内，所有属于自身的物质都于是别单位相遇，如在此时注入非自身物质，机体也可将其按自身物质加以处理，出生后再遇到该抗原时不发生免疫反应，呈现免疫耐受。3、选择学说（Selective theory）自然选择学说（自然选择学说（Natural selective theory）Jerne于1955年提出的，认为：机体对任何抗原早已准备下了相似的抗体（意即天然抗体），外来的抗原如与某种自然抗体相对应时，便可与之结合，成为抗原抗体复合物。改种复合物被巨噬细胞吞噬后，可使抗原与抗体解离，抗原继续被酶溶解，剩下的抗体便可在巨噬细胞内诱导产生与其具有同样特异

23、性的抗体。在抗体的形成上，起主要作用的是体内早已存在的抗体。这种抗体在特异性抗原的选择作用下，才能诱导吞噬细胞产生抗体。克隆选择学说（克隆选择学说（Clone selective theory）受到Jerne的自然选择学说的影响，澳大利亚免疫学家Burnet毅然放弃其间接模板学说，并且引进了他在间接模板学说所主张的基因致使细胞特异性的概念 1957年发表了以“A modification of Jerne theory of antibody production using the concept of clone selection”为题的论文。1959年出版了题为The clonal s

24、election theory of aquired immunity的专著，创立了举世闻名的克隆选择学说。基本思想基本思想 该学说指出抗原选择的不是游离的抗体，而是事先存在于淋巴细胞膜表面的抗原受体，即表面免疫球蛋白（SIg）动物体内存在大量的淋巴细胞克隆，每一克隆表面都带有特异性的SIg，进入体内的外来抗原或内源性抗原能够选择性的激活带有相应受体的淋巴细胞克隆，使其分化增殖，产生相应抗体，决定抗体结构的是淋巴细胞的基因，抗原不能改变修饰产生抗体的基因。对抗体产生多样性的解释对抗体产生多样性的解释 动物出生后，机体便已具有能够产生各种各样抗体的免疫活性细胞，体内约有107个细胞克隆，可足够抗

25、原选择。抗原进入体内后，可特异性的与相应淋巴细胞抗原受体结合，相应的克隆即被选择，进而分化增值，产生大量特异性的抗体。抗原的作用抗原的作用 抗原的作用只是一种起动，与枪机上的扳机相似。相应的细胞克隆一旦被选出，即便没有抗原的存在，也能继续产生抗体。决定抗体特异性的是DNA，抗原对其无任和影响对免疫记忆现象的解释对免疫记忆现象的解释 细胞克隆在分化过程中，一部分淋巴细胞停留在中间阶段，与再次同相应的抗体接触时，立刻发育成熟而产生抗体，呈现免疫记忆现象。对免疫耐受现象的解释对免疫耐受现象的解释 在胚胎后期，自身抗原已经齐备，于是凡能与自身抗原特异性结合的相应克隆，便可受到阻抑，最后被清除，构成自身

26、免疫禁忌。在胚胎期，人为的引进异体抗原，此时，也能清除与该抗原相对应的淋巴细胞克隆。在出生后，该个体对此种异体抗原也不发生面一反应，形成免疫耐受。六、免疫球蛋白家族许多细胞膜蛋白在结构上具有一个或多个与免疫球蛋白功能区的同源区，这些膜蛋白被称为免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily）成员免疫球蛋白超家族蛋白均含有大约110所氨基酸构成的免疫球蛋白折叠区，其大多数成员不能结合抗原，分子中的Ig折叠区具有其他功能。Ig-/Ig-异二聚体，B细胞抗原受体多聚Ig受体，为分泌型IgA的分泌成分T细胞受体（TCR）T细胞辅助蛋白，包括CD2、CD4、CD8、CD28、CD3分子的、链MHC I类和II 类分子2-微球蛋白，与MHC I 类分子结合的稳定链。各种细胞粘附分子，包括VCAM-1、ICAM-1、ICAM-2和LAF-3血小板生长因子