抗原抗体结合的相互作用

一、免疫球蛋白的结构

（一）免疫球蛋白的基本结构

免疫球蛋白的基本结构是由四条肽链借二硫键连接而成的对称的Y形结构（图3-4），包括两条相同的重链（heavy chain，H链）和两条相同的轻链（light chain，L链）；四条肽链两端分别为氨基端（N端）和羧基端（C端）。某些类别还具有连接链和分泌片等辅助成分。

图3-4　IgG分子结构

1.H链　每条H链由450～550个氨基酸组成，相对分子质量为50～75 kD，链间借二硫键连接。链上可结合有不同量的糖，故免疫球蛋白属于糖蛋白。根据H链恒定区氨基酸的组成和排列顺序的差异及其抗原性不同，可将其分为α链、γ链、μ链、δ链、ε链，据此Ig分为相应的五类，即IgA、IgG、IgM、IgD、IgE。同一类Ig铰链区氨基酸的组成和H链二硫键的数目、位置存在差异，据此可将同类Ig分为不同亚类，如人IgG有IgG1、IgG2、IgG3、IgG4四个亚类；IgA分为IgA1、IgA2两个亚类。

2.L链　每条L链由214个氨基酸组成，相对分子质量约为25 kD。L链借二硫键连接在H链的氨基端（N端）。根据L链的结构和抗原性不同，将L链分为κ链和λ链，由它们组成的Ig分别为κ型与λ型。每个Ig分子上的两条L链总是同型的。每一种属生物体内两型L链的比例保持相对的稳定，如正常人血清中κ型与λ型免疫球蛋白之比约为2∶1，两者之间比例的异常，可反映出免疫系统的异常，如人类免疫球蛋白λ链过多，提示可能有产生λ链的B细胞肿瘤。

3.连接链和分泌片

（1）连接链（joining chain，J链）　由合成IgA或IgM的浆细胞产生的富含半胱氨酸的多肽链，相对分子质量约20 kD，以二硫键的形式共价结合到Ig的H链上，将2个单体IgA连接成二聚体，5个单体IgM连接成五聚体（图3-5）。IgG、IgD、IgE均为无J链的单体。

（2）分泌片（secretory piece，SP）　由黏膜上皮细胞合成和分泌的一条含糖多肽链，相对分子质量约75 kD，是SIgA上的一个辅助成分，以非共价形式结合于IgA二聚体上。在浆细胞内合成并连接的IgA，在穿越黏膜上皮细胞过程中与SP结合，形成SIgA。SP具有保护SIgA的铰链区免受蛋白水解酶降解的作用，并介导SIgA转运到黏膜表面。

图3-5　Ig的多聚体结构示意

（二）免疫球蛋白的功能区

Ig分子的每条肽链均可折叠成若干个链内由二硫键连接的球形功能区，每个功能区约由110个氨基酸组成。

1.可变区　肽链的N，H链约1/4或1/5和L链约1/2的区域，其氨基酸的数量、组成、排列顺序及构型变化很大，称为可变区（variable region，V区），可特异性结合抗原。H链和L链的V区分别用V_H和V_L表示。V区决定抗体与抗原表位结合的特异性，其中V_H和V_L各有3个区域的氨基酸组成、排列顺序及构型高度可变，此区域称为超变区（hypervariable region，HVR）或互补决定区（complementary determining region，CDR），是抗体与抗原表位互补结合的部位（图3-6）。V区的非HVR的氨基酸组成与排列变化较小，称为骨架区（framework region，FR），此区结构较稳定，可以维持HVR的空间构型，以便HVR与抗原表位充分结合。每个Ig的单体有两个抗原结合部位，故将单体抗体分子称为二价分子。

2.恒定区　肽链C端，H链约3/4或4/5和L链约1/2的区域，其氨基酸的数量、组成、排列顺序及构型均相对稳定，称为恒定区（constant region，C区）。H链和L链的C区分别用C_H和C_L表示。不同类Ig的C_H长度不等，IgG，IgA，IgD的C_H有3个，IgM和IgE的C_H有4个，从N端至C端的顺序依次命名为C_H1，C_H2，C_H3或C_H4。C区具有多种生物学活性。

3.铰链区　位于C_H1与C_H2之间的区域称为铰链区。此区域富含脯氨酸且多二硫键，故具弹性和伸展性，有利于抗体与不同距离的两个抗原表位结合，也有利于暴露Ig上的补体C1q结合点而激活补体。该区易被木瓜蛋白酶和胃蛋白酶水解，产生具有不同生物学活性的水解片段。IgM和IgE无铰链区。

图3-6　抗体超变区与抗原表位结合示意

（三）免疫球蛋白的水解片段

在一定条件下，Ig的铰链区易被蛋白酶水解为不同片段（图3-7），借此可研究Ig的结构和功能，分离和纯化特定的多肽片段。

图3-7　Ig水解片段示意

1.木瓜蛋白酶水解片段　木瓜蛋白酶水解IgG的部位是在铰链区二硫键连接的两条H链的近N端，裂解为3个片段，其中两个完全相同且具单价结合抗原能力的片段，称为抗原结合片段（fragment antigen binding，Fab），由一条完整的L链和H链的V_H、C_H1组成；另一片段不结合抗原，但在低温和低离子强度下可结晶，称为可结晶片段（fragment crystallizable，Fc），含有C_H2和C_H3，是Ig与效应分子及细胞相互作用的部位。

2.胃蛋白酶水解片段　胃蛋白酶水解IgG的部位是在铰链区二硫键连接的两条H链的近C端，裂解为一个较大片段和一些小分子多肽片段。前者由两个Fab段、铰链区和二硫键组成，以F（ab'）₂表示；后者可继续被水解，无生物学活性，以pFc'表示。F（ab'）₂片段具有双价抗体活性，可与2个抗原表位结合发生凝集反应和沉淀反应，又可避免因Fc段的免疫原性引起的超敏反应等副作用，因而被广泛用作生物制品，如人丙种球蛋白、白喉抗毒素、破伤风抗毒素等经胃蛋白酶水解消化后精制提纯的制品，因已去掉Fc段而减少了超敏反应的发生。