免疫学02抗体教材课件.ppt
免疫球蛋白&抗体Immunoglobulin&Antibody,绍兴文理学院生命科学学院 寿建昕,免疫球蛋白&抗体Immunoglobulin&Antibod,免疫球蛋白的结构与功能免疫球蛋白的基因,免疫球蛋白的结构与功能,免疫球蛋白的结构与功能,一、 抗体和免疫球蛋白的概念抗体(Antibody, Ab)是机体体液免疫应答的产物，是B细胞识别抗原经增殖分化，转化成浆细胞后合成分泌的一种糖蛋白，主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，具有免疫功能。,免疫球蛋白的结构与功能一、 抗体和免疫球蛋白的概念,免疫球蛋白(Immunoglobulin, Ig)是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。抗体是免疫球蛋白，但免疫球蛋白不一定都是抗体,即并非所有的免疫球蛋白都具有抗体活性。Ab是功能描述，Ig是化学结构描述。,免疫球蛋白(Immunoglobulin, Ig)是指具有抗,1940年前后，Tiselius & Kabat首先证明了抗体存在于血清球蛋白中，后来又进一步证明了小部分抗体存在于-球蛋白中。IgG为球蛋白组分，IgM和IgA为-球蛋白，后来又发现IgE和IgD。,1940年前后，Tiselius & Kabat首先证明了抗,二、 免疫球蛋白的基本结构,二、 免疫球蛋白的基本结构,免疫球蛋白肽链构成,免疫球蛋白的基本结构,免疫球蛋白肽链构成免疫球蛋白的基本结构IgG2轻链，2.5,可变区(V)：在Ig四条肽链的N端的100-110个aa。L链的1/2和H链的1/4区，氨基酸种类、排列顺序和构型随抗体特异性的不同而变化较大，称为可变区(V区)。V区包括VL区(轻链可变区)和VH区(重链可变区)。V区是抗体结合抗原的部位。,可变区(V)：在Ig四条肽链的N端的100-110个aa。,恒定区(C)：在Ig四条肽链的C端的其余aa。L链的1/2和H链的3/4区，氨基酸种类、排列顺序和构型相对稳定，称为恒定区(C区)。C区包括CL区(轻链稳定区)和CH区(重链稳定区)。不同类Ig的重链CH长度不一，同一种属动物中，同一类别Ig分子C区氨基酸的组成和排列顺序比较恒定。,恒定区(C)：在Ig四条肽链的C端的其余aa。,铰链区在IgG、IgA、IgD的CH1和CH2之间还有一个铰链区，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。在V区和C区之间有一新铰链区。这二个铰链区能使免疫球蛋白分子二臂自由伸曲，进行变构，有助于其生物学功能的发挥。IgM和IgE分子没有铰链区，但CH2/CH2结构域有铰链区的功能。,铰链区,免疫学-02-抗体教材课件,免疫学-02-抗体教材课件,免疫球蛋白的构成域 V区和C区由110个氨基酸左右构成的结构域组成。每个结构域内每隔60个氨基酸左右有一个二硫键(disulfide bond)连接。L链由一可变结构域(VL)和一个恒定结构域(CL)组成。,免疫球蛋白的构成域,H链由一可变结构域(VH)和三或四个恒定结构域(CH1-4)组成。IgG、IgA、IgD的H链C区各有三个结构域，分别为CH1/CH1、CH2/CH2和CH3/CH3，而IgM和IgE有四个结构域，即还有一个CH4/CH4。IgG、IgA、IgD的CH2/CH2和IgM、IgE CH3/CH3结构域相当，结合一个糖基，因而具较强的亲水性，其中IgG 和IgM此结构域能激活补体，发挥生物学功能。,H链由一可变结构域(VH)和三或四个恒定结构域(CH1-4),免疫学-02-抗体教材课件,三、 免疫球蛋白类-型,按照Ig的L链C区氨基酸序列的不同，轻链可分为两型(type)：型和型。,三、 免疫球蛋白类-型按照Ig的L链C区氨基酸序列的不同，轻,：440个aa IgM ： 330个aa IgG（亚类1、2、3、4）H链的class ：330个aa IgA （亚类1、2） ：330个aa IgD ：440个aa IgE,按照Ig的H链C区氨基酸序列和数量的不同，将H链分为5类(class)：、和 。,：440,四、 免疫球蛋白的功能区,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形或同源性。其二级结构是反向平行的片层。,四、 免疫球蛋白的功能区每个功能区约由110个氨基酸组成，其,免疫学-02-抗体教材课件,超变区(Hypervariable region ,HV regions),Ig的VH和VL环状结构部位各有三个区域的氨基酸组成(氨基酸数只占15-20%)、排列和构型更易变化，构成一个超变区(高变区HVR)，抗体的特异性变化集中在这里，是与抗原决定簇结合的部位，所以又称为互补决定区(Complementarity-determining regions, CDRs)。VH和VL上的其它80-85%的氨基酸变化小，仅对CDRs起支撑作用，称为框架区(Framework regions, FRs)。,超变区(Hypervariable region ,HV r,抗体的特异性差异取决于CDRs，共有6个CDRs(VH和VL上各有三个)，其中尤其与CDR3有关。CDR3的变异性来源于基因重排的多样性。抗体与抗原决定簇结合的部位为抗原结合槽或抗原结合部位（ABS），在与抗原决定簇结合时，H链CDR3有更多的氨基酸参与作用。,抗体的特异性差异取决于CDRs，共有6个CDRs(VH和VL,免疫学-02-抗体教材课件,Variability of the VH and VL domain sequences gives rise to three complementarity-determining regions (CDRs) of the Heavy (H) and Light (L) chains,24-34,50-56,89-97,31-35,50-65,95-102,Variability of the VH and VL d,(6)(15),功能区的功能VH和VL是结合抗原的部位，独特型抗原决定簇所在CH和CL上具有部分同种异型的遗传标志IgG的CH2和IgM的CH3具有补体C1q结合位点，可启动补体活化经典途径,功能区的功能,IgG可通过胎盘。链球菌膜蛋白G可与IgG的CH1结合，而金黄色葡萄球菌细胞壁蛋白A可结合在IgG的CH2和CH3结构域间。以上二种蛋白与IgG形成的复合物有助于阐明IgG的恒定区的空间构象，也在抗细菌感染中具有协同作用。,IgG可通过胎盘。,五、 免疫球蛋白的辅助结构,J链：连接多聚体的IgA， IgM。分泌片（SP）：转运，保护。,五、 免疫球蛋白的辅助结构J链：连接多聚体的IgA， Ig,免疫学-02-抗体教材课件,免疫学-02-抗体教材课件,分泌片作用：1、转运（穿越粘膜层），2、保护（防止粘膜表面酶的裂解）,分泌片作用：1、转运（穿越粘膜层），2、保护（防止粘膜表面酶,免疫学-02-抗体教材课件,六、 免疫球蛋白的水解片段(功能性片段),R.Porter用木瓜蛋白酶(papain)水解IgG后得到三个片段，其中二个分子量较小，各可与一个抗原决定簇结合，表明为一价，但不能形成沉淀或凝集，称Fab(fragment antigen-binding)；另外一个片段分子量较大，冷藏后可形成结晶，称为Fc(fragment crystallized)，该片段具有与补体结合和通过胎盘等生物学活性。,六、 免疫球蛋白的水解片段(功能性片段)R.Porter用木,A.Nisonoff用胃蛋白酶(pepsin)水解IgG后得到二个片段，一个具有与抗原结合的活性(二价)，同时能形成沉淀，称F(ab)2或称F(ab)2 ，而另一片段很快被降解，称Fc(或pFc)。,A.Nisonoff用胃蛋白酶(pepsin)水解IgG后得,Structure of an IgG Molecule,Structure of an IgG Molecule胃蛋,木瓜蛋白酶,木瓜蛋白酶,胃蛋白酶,胃蛋白酶,七、抗体的生物学功能,七、抗体的生物学功能,抗体的生物学功能,1、中和作用2、激活补体IgM(CM3) IgG4IgG(CM2) IgA1-3,经典途径,旁路途径,抗体的生物学功能1、中和作用经典途径旁路途径,抗体的生物学功能,3、结合细胞（Fc-FcR）调理（FcR）-吞噬ADCC：抗体依赖细胞介导的细胞毒性作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)（ FcR ）-杀伤I型超敏反应（ FcR ）,抗体的生物学功能3、结合细胞,免疫学-02-抗体教材课件,免疫学-02-抗体教材课件,免疫学-02-抗体教材课件,抗体的生物学功能,4、穿过粘膜（IgA）、胎盘(IgG),抗体的生物学功能4、穿过粘膜（IgA）、胎盘(IgG),八、 人类各类免疫球蛋白,IgGIgG多为单体，分子量150,000，血清含量1,250mg/100ml占血清免疫球蛋白总量的75%-80%。有4个亚类。（丙球主要成分）IgG于出生后3个月开始合成，合成速率33mg/Kg体重.d。半衰期约为23天。新生儿6个月之前免疫的主要抗体。再次免疫应答的主要抗体,八、 人类各类免疫球蛋白IgG,免疫学-02-抗体教材课件,IgG1、IgG2和IgG3的CH2能通过经典途径激活补体；IgG是唯一能通过胎盘的抗体；通过Fc段与吞噬细胞表面FcR结合，发挥调理作用；与K细胞结合，发挥ADCC作用；与葡萄球菌A蛋白结合；具有抗菌、抗毒和抗病毒作用(中和作用)；参与II、III型超敏反应。,IgG1、IgG2和IgG3的CH2能通过经典途径激活补体；,IgM为五聚体，MW890,000(分子量最大)，称巨球蛋白，效价高；120mg/100ml血清，占总量的510%。合成速率6.7mg/kg体重.d，半衰期为5.1d；初次免疫应答首先产生的抗体，故检测IgM水平可用于传染病的早期诊断；IgM- IgG 抗体的类别转换,IgM,免疫学-02-抗体教材课件,IgM是个体发育过程最早能产生的抗体，胚胎晚期已能合成，新生儿脐带血中若IgM水平升高，表示该新生儿曾有宫内感染；IgM激活补体能力比IgG强；天然血型抗体是IgM；IgM是B细胞抗原受体的主要成分；也可参与II、III型超敏反应。,IgM是个体发育过程最早能产生的抗体，胚胎晚期已能合成，新生,免疫学-02-抗体教材课件,IgA分为血清型和分泌型两种，血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生。而分泌型IgA(secretory IgA，SIgA)是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生。与寄生虫和过敏反应相关。,IgA,MW较大，250mg/100ml血清，占总量的10-15%，合成速率24mg/kg体重.d，半衰期为5.8d。主要存在于初乳、唾液、泪液，以及呼吸道消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中。分泌型IgA的合成和主要作用部位在黏膜。,MW较大，250mg/100ml血清，占总量的10-15%，,J chain,Structure of Secretory IgA Ant,sIgA的生成,sIgA的生成,IgD3mg/100ml血清，占总量的0.5%，几乎全部作为受体结合于淋巴细胞膜上B细胞的分化过程中首先出现SmIgM，后来出现(S)mIgD，是B细胞成熟的主要标志，但记忆B细胞不表达(S)mIgD。了解最少的免疫球蛋白。,IgD,IgE0.03mg/100ml血清，半衰期为2.5d。主要与肥大细胞及嗜碱性粒细胞的表面IgEFc受体(FcR)结合(称亲细胞抗体)，使这些细胞发挥杀伤作用(如寄生虫感染时，体内IgE水平升高)。当它们再与特异抗原结合后，可激活这些细胞释放组织胺，与第型变态反应(速发型变态反应)有关，在某种情况下，IgG和IgM是引起第和第型变态反应的基础。含量最少的免疫球蛋白。,IgE,免疫学-02-抗体教材课件,九、 抗体的不均一性,抗体的不均一性即异质性。不同抗原诱导产生不同的抗体，同一抗原的不同决定簇诱导产生不同的抗体，这些抗体的结构及其本身的抗原特异(抗体本身也具有不同决定簇)均不相同，表现出明显的不均一性。按引起抗体不均一性的原因来分可分为二种：外源性和内源性，均可诱导产生不同的抗体(抗原性)。,九、 抗体的不均一性抗体的不均一性即异质性。不同抗原诱导产生,外源性引起的抗体不均一性,外源性引起的抗体不均一性,内源引起抗体的不均一性,由于产生抗体的B淋巴细胞克隆的遗传差异，导致免疫球蛋白分子化学结构的差异。从免疫学角度，这种差异必然反映在免疫原性上，不同结构有不同的决定簇，用于免疫异种动物、同种异体动物或自身均可引起免疫应答诱导产生不同的抗体(抗抗体)，利用抗血清(即为抗抗体)可以来鉴别和区分免疫球蛋白，依此将抗体分为三种血清型：同种型、同种异型和独特型。,内源引起抗体的不均一性由于产生抗体的B淋巴细胞克隆的遗传差异,同种型(Isotype)指同一物种所有个体Ig分子所共有的抗原特异性(专一抗原性)。同种型抗原决定簇存在于Ig的恒定区。人类根据重链同种型抗原特异性的不同将Ig分为五类及亚类。根据轻链同种型抗原的不同可将轻链分为两型及亚型。,同种型(Isotype),同种异型(Allotype)同一物种内不同个体同类Ig分子所具有的不同抗原特异性。其抗原决定簇广泛存在于Ig C区和V区，是同一基因座位不同等位基因的表达结果，均为共显性，因此可作为遗传标记。同一物种内的免疫球蛋白存在差异，因此互为免疫原。,同种异型(Allotype),IgG 链的同种异型标志是Gm因子，已发现Gm1-Gm30IgA 链的同种异型标志是Am因子，有A2M1和A2M2两种IgE的Em因子链的同种异型标志称为km因子，有km1、km2、km3链的V区、C区和、链的C区未发现同种异型抗原决定簇,IgG 链的同种异型标志是Gm因子，已发现Gm1-Gm3,独特型(Idiotype，Id)同一个体内不同B细胞克隆所产生的免疫球蛋白分子V区所具有的抗原特异性，所以也称个体型。独特型抗原决定簇由Ig的V区特有的氨基酸序列和构型决定。每一独特型均有自己一套独特位(idiotope)。独特型抗体刺激异种、同种异体甚至自身均可产生相应抗体，即抗独特型抗体(Aid)。由独特型抗体和抗独特型抗体组成的网络(Id-AId网络)在免疫应答的调节中具有重要作用。,独特型(Idiotype，Id),Ig的血清型,Ig的血清型,
