抗体的基本结构

虽然免疫球蛋白的种类很多，但其基本结构却相同，如图8-2。免疫球蛋白分子是由2条相同的重链（heavy chain，H链）和2条相同的轻链（light chain，L链）通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。近对称轴的一对较长的链称为重链或H链，重链的相对分子质量约为50～75kDa，由450～550个氨基酸残基组成。远对称轴两侧较短的一对肽链称为轻链或L链，轻链的相对分子质量约为25kDa，由214个氨基酸残基构成。IgG分子由3个相同大小的节段组成，位于上端的两个臂由易弯曲的铰链区（hinge region）连接到主干上形成一个“Y”形分子，称为Ig分子的单体，这是构成免疫球蛋白分子的基本单位。根据肽链中氨基酸顺序是否恒定，将H链和L链分别分为恒定区域（C区）和可变区域（V区）。Ig的V区端是肽链的氨基末端（N端），另一端为羧基末端（C端），H链上的“CHO”代表它的糖基。

根据重链的血清学类型、相对分子质量大小、糖量的不同和与抗原结合方式的不同，免疫球蛋白可以分为若干类或亚类。世界卫生组织于1968年将在人类血清中纯化的Ig分成五类：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。还可以按重链构造上的变异将各类分为多个亚类，如人类IgG可以分为IgG1、IgG2、IgG3、IgG4四个亚类，IgA可以分为IgA1、IgA2两个亚类。IgG是免疫球蛋白的主要组成成分，大约占血清蛋白的15％ 。

1.重链和轻链

IgM、IgD、IgG、IgA和IgE相应的重链分别为μ链、δ链、γ链、α链和ε链。轻链可分为两型，即κ型和λ型，不同种属中，两型轻链的比例不同，正常人血清免疫球蛋白κ∶λ约为2∶1，而在小鼠则为20∶1。k ：λ比例的异常可能反映了免疫系统的异常。

图8-2 免疫球蛋白IgG1d的结构模式（引自周德庆《微生物学教程》，第2版，2002）

2.可变区和恒定区

不同的免疫球蛋白重链和轻链在靠近N端的约110个氨基酸的序列变化很大，称为可变区（variableregion，V区），而靠近C端的其余氨基酸序列相对稳定，称为恒定区（constant region，C区）。重链中可变区约占重链长度的1／4，稳定区约占重链长度的3／4；轻链中可变区和稳定区各为轻链长度的1／2左右。

3.铰链区

铰链区富含脯氨酸，易伸展弯曲和被蛋白酶水解。铰链区位于CH1与CH2之间，连接抗体的Fab段和Fc段，使两个Fab段易于移动和弯曲，从而可与不同距离的抗原部位结合。IgM、IgD、IgG、IgA、IgE和相应亚类的铰链区存在一定的差异，如IgA和IgG1、IgG2、IgG4的铰链区较短，IgG3和IgD的铰链区较长，IgM和IgE无铰链区。

4.结构域

由免疫球蛋白的肽链折叠而成的球形结构域称为功能区（The domain of immunoglobu-lin），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。因此，这些功能区的功能虽然不同，但其结构却具有较大的相似性。每个功能区的二级结构是由几股多肽链折叠一起形成的两个反向平行的β片层（anti-parallel β sheet），两个β片层中心的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，形成具有稳定功能区的作用“β桶状（β barrel）”或“β三明治（β sandwich）”的结构，免疫球蛋白肽链的这种独特的折叠方式称为免疫球蛋白折叠（immunoglobulin folding）。

5.免疫球蛋白的水解片段

Ig分子上的2条重链和2条轻链是由二硫键连接的，因此它可以被巯基试剂还原成单链或双链；在Ig分子的铰链区，由于富含脯氨酸而易于成为蛋白酶的酶切位点。

（1）木瓜蛋白酶水解片段 木瓜蛋白酶（papain）水解IgG的部位是在铰链区二硫键连接的2条重链的近N端，裂解后可得到3个片段，其中2个片段相同。这2个相同片段称为抗原结合片段（fragment antigen binding，Fab），每个Fab段由一条完整的轻链和重链的VH和CH1功能区组成，相当于抗体分子的2个臂。Fab段为单价抗体，即能与抗原结合但不能形成凝集反应或沉淀反应；一个可结晶片段（fragment crystallizable，Fc），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。Fc能介导抗体的很多生物学功能，因此，Ig同种型的抗原性主要存在于Fc段。

（2）胃蛋白酶水解片段 胃蛋白酶（pepsin）在铰链区连接重链的二硫键近C端水解IgG，产生一个大片段和多条小分子多肽，见图8-3。大片段称为F（ab′）2片段，由于抗体分子的两个臂仍由二硫键连接，因此F（ab′）2片段为双价，与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应。F（ab′）2片段保留了结合相应抗原的生物学活性，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；若干小分子片段是由 Fc段裂解而来，称为p Fc′，无生物学活性。

图8-3 IgG的水解片断