抗體的結(jié)構(gòu)詳解

抗體,也叫免疫球蛋白 (Ig),是一種能特異性結(jié)合抗原的糖蛋白,而抗原是在易感染動(dòng)物體內(nèi)引發(fā)抗體產(chǎn)生的物質(zhì)。在體內(nèi),抗體是由于外 源性分子的侵襲而產(chǎn)生的?？贵w以一個(gè)或者多個(gè) Y 字形單體存在,每個(gè) Y 字形單體由 4 條多肽鏈組成,包含兩條相同的重鏈和兩條相同的輕 鏈。輕鏈和重鏈?zhǔn)歉鶕?jù)它們的分子量大小來命名的。Y 字形結(jié)構(gòu)的頂端是可變區(qū),為抗原結(jié)合部位。

任何一個(gè)抗體的輕鏈都可以分為κ或λ型(基于小分子多肽結(jié)構(gòu)上的差異),每一個(gè)抗體的重鏈則決定了它的類或型。

抗體分類

根據(jù)抗體大小和功能的差異，可以將抗體分為IgG、IgM、IgE、IgA、IgD這五個(gè)類別。

● IgG抗體：血液中含量最多的抗體是IgG(約75%)，也是抗感染的主力軍。它能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞的吞噬作用，同時(shí)還具有活化補(bǔ)體的功能。IgG的特點(diǎn)是能夠通過胎盤，在母體和胎兒之問移動(dòng)，

● IgE抗體：新生兒IgE是正常人血清中含量最少的抗體，它能夠與肥大細(xì)胞、嗜堿性細(xì)胞緊密結(jié)合，使它們釋放出引發(fā)炎癥的物質(zhì)．這些物質(zhì)就能夠引發(fā)過敏反應(yīng)。

● IgA抗體：一般分為兩種，一種是存在于血液中的“血清型lgA"，另一種是存在于黏液、母乳中的“分泌型IgA"。類型不同的IgA，功能上的區(qū)別也很大。血清型IgA主要是以單體形式存在．能夠活化補(bǔ)體，促進(jìn)巨噬細(xì)胞活動(dòng)；而分泌型IgA抗體則是參與黏膜局部免疫的主要抗體．具有保護(hù)黏膜的功能。嬰兒可以從母親初乳中獲得分泌型IgA，這是一種重要的自然被動(dòng)免疫。

● IgD抗體：只有少量存在于血液中，且半衰期很短。關(guān)于IgD的確切功能，現(xiàn)在還知之甚少?？垢腥局衅鹬匾饔谩?/span>

● lgM抗體：是分子量最大的抗體，也稱為“巨球蛋白(macroglol，u-lin)"。它具有很強(qiáng)的補(bǔ)體活化功能，并且能使紅細(xì)胞、細(xì)菌發(fā)生凝集反應(yīng)。異型血輸血時(shí)所引起的溶血反應(yīng)就主要與這種lgM抗體有關(guān)。

免疫球蛋白是由兩條相同的輕鏈（L鏈）和兩條相同的重鏈（H鏈）通過鏈間二硫鍵和非共價(jià)鍵連接而成的四肽鏈結(jié)構(gòu)。輕鏈有κ和λ兩種，重鏈有γ、α、μ、δ和ε五種，由此區(qū)分出了五種免疫球蛋白IgG、IgA、IgM、IgD和IgE。整個(gè)抗體呈現(xiàn)出一個(gè)Y字形，輕鏈和重鏈的分子可以分為可變區(qū)和恒定區(qū)兩部分，不同抗體分子的恒定區(qū)都具有相同的或幾乎相同的氨基酸序列。可變區(qū)的氨基酸排列順序變化很大，這個(gè)區(qū)域的氨基酸序列決定了該抗體結(jié)合抗原的特異性。

抗體分子結(jié)構(gòu)是由兩條重鏈及兩條輕鏈組成，其中又分為可變區(qū)、恒定區(qū)及鉸鏈區(qū)，各區(qū)功能不同，下文進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

抗體結(jié)構(gòu) 

重鏈

哺乳動(dòng)物 Ig 的重鏈一共有五種,分別用希臘字母α、δ、ε、γ和 μ 來命名,相對(duì)應(yīng)組成的抗體就稱為 IgA、IgD、IgE、IgG 和 IgM 五種抗 體。不同的重鏈在大小和組成上有所區(qū)別,α和γ包含大約 450 個(gè)氨基酸,而 μ 和ε則有大約 550 個(gè)氨基酸。

每個(gè)重鏈有兩個(gè)區(qū):恒定區(qū)和可變區(qū)。所有同一型的抗體其恒定區(qū)都是相同的,不同型的抗體之間則存在差異。重鏈γ、α和δ的恒定區(qū)的 組成為 3 個(gè)前后串聯(lián)的 Ig 結(jié)構(gòu)域,并有一個(gè)鉸鏈區(qū)增加它的靈活性;重鏈 μ 和ε的恒定區(qū)則由 4 個(gè) Ig 結(jié)構(gòu)域組成。不同 B 細(xì)胞產(chǎn)生的抗體 其重鏈的可變區(qū)不同,但同一種 B 細(xì)胞或細(xì)胞克隆產(chǎn)生的抗體其可變區(qū)則是相同的,每一個(gè)重鏈的可變區(qū)都是大約 110 個(gè)氨基酸長(zhǎng)度,并組 成一個(gè)單獨(dú)的 Ig 結(jié)構(gòu)域。
 

輕鏈

哺乳動(dòng)物只有兩種輕鏈:λ型和κ型,每條輕鏈有兩個(gè)前后相連的結(jié)構(gòu)域:一個(gè)恒定區(qū)和一個(gè)可變區(qū)。輕鏈的長(zhǎng)度大約為 211~217 個(gè)氨基酸, 每個(gè)抗體包含的兩條輕鏈總是相同的,對(duì)哺乳動(dòng)物來說每一個(gè)抗體中的輕鏈只有一個(gè)型:κ或λ型。在一些低等的脊椎動(dòng)物中,像軟骨魚類 (軟骨魚)和硬骨魚類體內(nèi)也會(huì)發(fā)現(xiàn)其他型的輕鏈如ι(iota) 型。

可變區(qū)與恒定區(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)重鏈和輕鏈靠近氨基端（N端）約110個(gè)氨基酸殘基的組成和排列變化很大，此區(qū)域稱為可變區(qū)（variableregion，V區(qū)），分別占免疫球蛋白重鏈近N端1/4或1/5和輕鏈近N端1/2；其余近羧基端（C端）的氨基酸殘基組成和排列順序相對(duì)穩(wěn)定，故稱為恒定區(qū)（constantregion，C區(qū)），分別占重鏈和輕鏈的3/4或4/5和1/2。

重鏈和輕鏈的C區(qū)分別稱為CH和CL。不同亞型（κ或λ）Ig的CL長(zhǎng)度基本一致，但是不同類Ig的CH長(zhǎng)度不同，例如IgG、IgA和IgD包括CH1、CH2和CH3，而IgM和IgE則包括CHl、CH2、CH3和CH4。

互補(bǔ)決定區(qū)和框架區(qū)

免疫球蛋白重鏈和輕鏈可變區(qū)結(jié)構(gòu)域中，各有3個(gè)特定區(qū)段內(nèi)的氨基酸組成和排列順序高度可變，稱為超變區(qū)（hypervariableregion，HVR），分別以HVR1、HVR2和HVR3表示。通常HVR3變化程度更高。它們分別位于VH內(nèi)第29～31、49～58、95～102位氨基酸，和VL內(nèi)第28～30、49～59、92～103位氨基酸。

VH和VL內(nèi)3個(gè)HVR共同組成Ig的抗原結(jié)合部位（antigenbindingsite），該部位能與相應(yīng)抗原表位互補(bǔ)結(jié)合，故HVR又稱為互補(bǔ)決定區(qū)（complementaritydetermingregion，CDR），分別用CDR1、CDR2和CDR3表示。不同抗體的CDR氨基酸組成及序列不同，決定著抗體與相應(yīng)抗原表位結(jié)合的特異性，負(fù)責(zé)識(shí)別及結(jié)合抗原，從而發(fā)揮免疫效應(yīng)。免疫球蛋白可變區(qū)內(nèi)超變區(qū)之外的氨基酸組成和排列順序變化相對(duì)較小，稱為骨架區(qū)（FR）。VH和VL內(nèi)各有4個(gè)骨架區(qū)，分別以FR1、FR2、FR3和FR4表示。

鉸鏈區(qū)（hingeregion）

免疫球蛋白鉸鏈區(qū)位于CH1與CH2功能區(qū)之間。該區(qū)富含脯氨酸，因此易伸展彎曲，能改變“Y"形兩臂之間的距離，有利于兩臂同時(shí)結(jié)合兩個(gè)相同的抗原表位。也有利于免疫球蛋白分子補(bǔ)體結(jié)合位點(diǎn)的暴露，與補(bǔ)體C1q結(jié)合而激活補(bǔ)體。五類免疫球蛋白及其亞類的鉸鏈區(qū)不盡相同。

IgG、IgA和IgD重鏈CH1與CH2之間存在鉸鏈區(qū)，IgG1、IgG2、IgG4和IgA的鉸鏈區(qū)較短，僅由10多個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成；而IgG3和IgD的鉸鏈區(qū)較長(zhǎng)，約含60多個(gè)氨基酸殘基。IgM和IgE重鏈無鉸鏈區(qū)。此外，鉸鏈區(qū)對(duì)木瓜蛋白酶和胃蛋白酶敏感，經(jīng)酶水解處理后，可使免疫球蛋白從該部位斷裂為數(shù)個(gè)不同的片段。

抗體同型:

根據(jù)Y形結(jié)構(gòu)的數(shù)量和重鏈種類的不同,哺乳動(dòng)物體內(nèi)的抗體可以分為 5 類:IgG、IgM、IgA、IgD、IgE,它們的重鏈分別是γ、μ、α、 δ、ε。各類抗體在生物學(xué)特性、功能區(qū)域以及結(jié)合不同抗原的能力上有所不同,如下表所列:

雞的 IgY 在生產(chǎn)多克隆抗體時(shí),選擇雞會(huì)比兔和羊有更大優(yōu)勢(shì)。

1. 雞不是哺乳動(dòng)物,因此更易產(chǎn)生針對(duì)哺乳動(dòng)物抗原的高親和性抗體(特別是高度保守的哺乳動(dòng)物蛋白)。

2.這是產(chǎn)生多克隆抗體的最合乎倫理的途徑,不需雞血,只要簡(jiǎn)單收集雞蛋就可以。我們的母雞是以六只一組喂養(yǎng),而我們有*的辨認(rèn)雞蛋系統(tǒng),使雞能自由走動(dòng)。

3. 一只雞就可以產(chǎn)生大量抗體,每個(gè)月大約可達(dá) 3 克 IgY,是兔子的 10-20 倍,而且與兔子相比,雞產(chǎn)生抗體的周期更快,早在第 25 天就 可以從雞蛋中獲取高滴度的抗體。

4. 由于 IgY 存在于雞蛋中,而雞蛋可以收集起來并長(zhǎng)期儲(chǔ)存,還可以根據(jù)不同批次抗體的滴毒和/或親和力來追溯性的從雞蛋中純化我們想要 的 IgY。

5. 喂養(yǎng)和修建雞舍的費(fèi)用低于兔子。

6. IgY 是一種很穩(wěn)定的抗體,具有以下和哺乳動(dòng)物 IgG 相同的特征:

• 二價(jià)

• 可被木瓜蛋白酶降解成二價(jià) Fab 片段

• 通過標(biāo)準(zhǔn)程序可以進(jìn)行酶標(biāo)記、生物素標(biāo)記和金標(biāo)記

7. IgY 的 Fc 片段與哺乳動(dòng)物的 IgG 有明顯的不同

• 不會(huì)結(jié)合哺乳動(dòng)物的類風(fēng)濕因子或其它自然產(chǎn)生的抗哺乳動(dòng)物抗體的抗體(如 HAMA),從而降低實(shí)驗(yàn)背景

• 不會(huì)激活哺乳動(dòng)物的補(bǔ)體系統(tǒng)

• 不會(huì)結(jié)合哺乳動(dòng)物的 Fc 受體

• 不會(huì)結(jié)合金葡菌蛋白 A 或蛋白 G