免疫球蛋白结构

抗体的结构

一、单体

Porter等对血清IgG抗体的研究证明：Ig分子的基本结构是由四肽链组成的。即：由二条相同的分子量较小的肽链(轻链)和二条相同的分子量较大的肽链(重链)组成。

轻链与重链是由二硫键连接形成一个四肽链分子称为Ig分子的单体；单体是构成所有免疫球蛋白分子的基本结构；所有抗体的单体都是四条肽链的对称结构，即：两条糖基化重链(H)和两条非糖基化轻链(L)；每条重链和轻链分为氨基端(N端)和羧基端(C端)。

二、轻链和重链

1、轻链（light chain，L链）

由214个氨基酸残基组成，通常不含碳水化合物，分子量为24kD，有两个由链内二硫键组成的环肽，L链可分为：Kappa（κ）与lambda（λ）2个亚型。

2、重链（heavy chain，H链）

由450-550个氨基酸残基组成，分子量55-75kD，含糖数量不同，4-5个链内二硫键，可分为5类，μ、γ、α、δ、ε链，不同的H链与L链（κ或λ）组成完整的Ig分子。分别称为：IgM，IgG，IgA，IgD和IgE。

三、可变区和恒定区

通过对H链或L链的氨基酸序列比较分析，发现：

其N-末端序列变化很大，称此区为可变区（V区）；

C-末端氨基酸则相对稳定，变化很小，称此区为恒定区（C区）。

1、可变区（Variable region，V区）

L链N端1/2处（VL）108-111个氨基酸残基，H链N端1/5-1/4处（VH）118个氨基酸残基，V区有一个肽环65-75个氨基酸残基。

可变区可分为高变区（hypervariable region，HVR）和骨架区（framework region，FR），VL的HVR在24-34，50-56，89-97氨基酸位置。VH的HVR在31-35，50-56，95-102氨基酸位置。分别称为VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3。

高变区为抗体与抗原的结合位置，称为决定簇互补区（complementarity-determining region，CDR），VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3又分别称为CDR1，CDR2，CDR3，其中CDR3具有更高的高变程度，H链在与抗原结合中起重要的作用。

2、恒定区（constant region，C区）

L链C端1/2处，105个氨基酸残基，H链C端3/4-4/5处，331-431个氨基酸残基。在同一种属动物中是比较恒定的，是制备第二抗体进行标记的重要基础。

四、功能区

链内二硫键折叠成球形区称为功能区（domain）约由110个氨基酸组成。氨基酸的顺序具有高度的同源性。

1、L链功能区：2个，（VL，CL各一个）

2、H链功能区：IgG，IgA，IgD，4个（V区1个，C区3个），IgM，IgE，5个（V区1个，C区4个）

3、功能区的β片层结构:抗体的L链和H链中V区或C区每个功能区的二级结构是反向平行的β片层结构。

4、功能区的作用：

（1）VL和VH是抗原结合的部位。

（2）CL和CH1上具有同种异型的遗传标记。

（3）IgG的CH2和IgM的CH3具有补体C1q结合位点；IgG借助CH2部分可通过胎盘

（4）CH3或CH4具有结合单核细胞、巨噬细胞、粒细胞、B细胞、NK细胞Fc段受体的功能，不同的抗体可与不同的细胞结合，产生不同的免疫效应。

5、铰链区

（1）铰链区不是一个独立的功能区，位于CH1与CH2之间；包括H链间二硫键，该区富含脯氨酸，不形成α-螺旋。

（2）当Ab与Ag结合时，铰链区发生扭曲，使Ab的2个抗原结合点更好地与2个抗原决定簇互补。

（3）由于CH2和CH3构型变化,显示出活化补体、结合组织细胞等生物学活性。

（4）含有木瓜蛋白酶、胃蛋白酶的水解位点。

五、酶解片段

1．木瓜蛋白酶的水解片段

1959年Porter用木瓜蛋白酶（papain）水解兔IgG分子，将IgG从绞链区二硫键的近N端侧切断，从而将免疫球蛋白裂解为三个片段，即2个相同的Fab段和1个Fc 段。每一个Fab段即抗原结合片段（fragment antigen binding，Fab），含有一条完整的L 链和H链近N 端侧的1/2。每个Fab段结合抗原是单价的，即只能结合一个抗原决定簇。因此不能连结成较大的抗原抗体复合物，不出现凝集或沉淀现象。Fab中的约1/2 H链部分称为Fd段，约含225个氨基酸残基，包括VH、CH1和部分绞链区。Fc段在低温或低离子强度下可形成结晶，故称为可结晶片段（fragment crystallizable，Fc），Fc段含有两条H链羧基端（C端）的一半，包含CH2和CH3两个功能区，它无抗体活性。Ig在异种间免疫所具有的抗原性主要存在于Fc段，同时Fc段还具有活化补体、亲细胞、通过胎盘和介导与细菌蛋白结合等生物学活性。

2、胃蛋白酶水解片段

1960年Nisonoff等最早用胃蛋白酶水解兔IgG分子，可将IgG从绞链区重链间二硫键近C端切断，将其裂解为大小不等的两个片段。大片段为1个Fab双体，以F(ab')2表示。F(ab')2由一对L链和一对略大于Fd的H链（称为Fd'）组成。Fd'约含有235个氨基酸残基，包括VH、CH1和绞链区。

F(ab')2结合抗原为双价，可结合两个抗原决定簇，其结合抗原的亲合力要大于单价的Fab，与抗原结合后可出现凝集或沉淀现象。由于F(ab')2保持了结合相应抗原的生物学活性，又减少或避免了Fc段抗原性可能引起的副作用，因而在生物制品中有实际应用价值。虽然F(ab')2在与抗原结合特性方面同完整的Ig分子一样，但由于缺乏Ig中的Fc部分，故不具备固定补体及与细胞膜表面Fc受体结合的功能。

小片段Fc可被胃蛋白酶继续水解为小分子多肽，以Fc'表示，不再具有任何生物学活性。

六、J链和分泌成分

1、J链（joining chain）

（1）存在于二聚体IgA和五聚体IgM中；化学本质为酸性糖蛋白，分子量约15ku，含有8个半胱氨酸残基。

（2）以二硫键连接到μ链或α链的羧基端的半胱氨酸，对抗体二聚体、五聚体的组成及在体内转运具有一定的作用。

2、分泌成分（secretory component，SC）

（1）是二聚体IgA上的一个辅助成分；

（2）由上皮细胞合成，化学本质为糖蛋白，分子量约为75ku；

（3）以共价形式结合到IgA分子，并一起被分泌到粘膜表面，又称分泌片（secretory piece, SP）；

（4）可抵抗外分泌液中的蛋白水解酶对二聚体IgA的降解。