免疫球蛋白：结构与功能

031.免疫球蛋白（01.结构）.ppt(下载附件 3.15 MB)

知识目标

1、掌握免疫球蛋白的基本结构

2、掌握免疫球蛋白不同功能区的功能

3、掌握酶解片段的基本功能

4、了解免疫球蛋白的分型

课前思考

1. 在《生理学》课程中，曾学习过血浆蛋白，请问血浆蛋白有几种？各有何功能？

2. 为何老年人抵抗力较弱、年轻人抵抗力较强？与机体中什么因素有关？其结构如何？

3. 机体注射疫苗后产生的成分是如何结合病原微生物的？

教学内容

一、基本结构

免疫球蛋白分子的基本结构是一“Y”字形的四肽链结构，由两条完全相同的重链(heavy chain, H)和两条完全相同的轻链(light chain, L)以二硫键连接而成，如图所示。 

（一）重链和轻链

免疫球蛋白重链由450～550个氨基酸残基组成，分子量约50～75 kD。重链可分为μ、δ、γ、α和ε链，据此可将免疫球蛋白分为5类（class）或5个同种型（isotype），即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。每类Ig根据其绞链区氨基酸残基的组成和二硫键数目、位置的不同，又可分为不同亚类（subclass）。

免疫球蛋白轻链含约210个氨基酸残基，分子量约25 kD。轻链分为κ和λ链两种，据此可将Ig分为κ和λ两型 (type)。一个天然Ig分子两条轻链的型别总是相同的，但同一个体内可存在分别带有κ或λ链的抗体分子。正常人血清中κ型和λ型免疫球蛋白浓度之比约为2：1。根据l链恒定区个别氨基酸残基的差异，又可将λ分为λ1、λ2、λ3和λ4四个亚型。

（二）可变区和恒定区

比较不同Ig重链和轻链的氨基酸序列时发现，重链和轻链近N端约110个氨基酸序列的变化很大，其他部分氨基酸序列则相对恒定。免疫球蛋白轻链和重链中氨基酸序列变化较大的区域称为可变区（variable region, V），分别占重链和轻链的1/4和1/2。免疫球蛋白轻链和重链中氨基酸序列较保守的区域称为恒定区（constant region, C），其位于肽段的羧基端，分别占重链和轻链的3/4和1/2。重链和轻链V区（分别称为V_H和V_L）各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变，称为高变区（hypervariable region, HVR）或互补决定区（complementarity determining region, CDR），分别为CDR1、CDR2和CDR3（图4-3）。CDR以外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区（framework region, FR）。V_H和V_L各有FR1、FR2、FR3和FR4四个骨架区。V_H和V_L的3个CDR共同组成Ig的抗原结合部位，负责识别及结合抗原，从而发挥免疫效应。

重链和轻链的C区分别称为C_H和C_L，不同型（κ或λ）Ig其CL的长度基本一致，但不同类Ig其C_H的长度不一，可包括C_H1～C_H3或C_H1～C_H4。同一种属的个体，所产生针对不同抗原的同一类别Ig，其C区氨基酸组成和排列顺序比较恒定，即免疫原性相同，但V区各异。Ig C区与抗体的生物学效应相关，如激活补体；穿过胎盘和黏膜屏障；结合细胞表面Fc受体从而介导调理作用；介导ADCC作用和I型超敏反应等。(www.xing528.com)

（三）绞链区

绞链区位于C_H1与C_H2之间。该区富含脯氨酸而易伸展弯曲，能改变两个Y形臂之间的距离，有利于两臂同时结合两个不同的抗原表位。IgD、IgG、IgA有绞链区，IgM和IgE则无。

（四）功能区或结构域

免疫球蛋白分子的两条重链和两条轻链都可折叠为数个环形结构域。每个结构域一般具有其独特的功能，因此又称为功能区（domain）。每个功能区约含110个氨基酸残基，其二级结构是由几股多肽链折叠而成的两个反向平行的β片层（anti-parallel b 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，形成一“β桶状（βbarrel）”结构，或称β三明治（βsandwich）结构。不仅免疫球蛋白，已发现许多膜型和分泌型分子含有这种独特的桶状结构，这类分子被称为免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily，IgSF）。

二、其他成分

除轻链和重链外，某些类别Ig还含有其他辅助成分，分别是J链（joining chain）和分泌片（secretory piece, SP）。J链是一富含半胱氨酸的多肽链，由浆细胞合成，主要功能是将单体Ig分子连接为多聚体。IgA二聚体和IgM五聚体均含J链；IgG、IgD和IgE常为单体，无J链。SP又称分泌成分（secretory component, SC），为一含糖肽链，由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合于IgA二聚体上，使其成为分泌型IgA（SIgA）。SP的作用是：使IgA分泌到黏膜表面，发挥黏膜免疫作用；可保护SIgA绞链区，使其免遭蛋白水解酶降解。

三、Ig水解片段

在一定条件下，免疫球蛋白分子肽链的某些部分易被蛋白酶水解为各种片段。

1、木瓜蛋白酶（papain）作用于绞链区二硫键所连接的两条重链的近N端，将Ig裂解为两个完全相同的Fab段和一个Fc段。

（1）Fab即抗原结合片段 (fragment of antigen binding)，由一条完整的轻链和部分重链（V_H和C_H1）组成。一个Fab片段为单价，可与抗原结合但不形成凝集反应或沉淀反应；因V区的Aa种类、排列顺序、其空间结构具有高度可变性和复杂性，能充分适应Ag决定簇的多样性，也为Ab的多样性和特异性作出了圆满的解释。

（2）Fc片段即可结晶片段（fragment crystallizable），相当于IgG的C_H2和C_H3功能区，无抗原结合活性，是Ig与效应分子或细胞相互作用的部位，与Ig 的生物学活性有关。如：激活补体，增强巨噬细胞的吞噬效果，激活K细胞的杀伤作用。

2、胃蛋白酶（pepsin）作用于绞链区二硫键所连接的两条重链的近C端，将Ig水解为一个大片段F(ab’)2和一些小片段pFc’。 F(ab’)2是由两个Fab及绞链区组成，为双价，可同时结合两个抗原表位，故能形成凝集反应或沉淀反应。pFc’最终被降解，无生物学作用。

1、鸟类的免疫球蛋白与哺乳动物免疫球蛋白的结构有何异同?

2、不同种的哺乳动物,其免疫球蛋白的结构有何异同？

1.        请你将免疫球蛋白的四个功能区分别比作人体体表的基本结构来表述

2.        叙述免疫球蛋白的基本结构与相应的功能区

3.        免疫球蛋白的酶解片段各有什么样的功能？