抗體是一種免疫球蛋白,由B淋巴細胞產(chǎn)生。所有的抗體分子都有相似的結(jié)構(gòu),都是由兩條相同的重鏈(heavy chain,H鏈)和兩條相同的輕鏈(light chain,L鏈)組成的4條肽鏈對稱結(jié)構(gòu)。輕、重鏈的鏈內(nèi)和鏈間分別借助二硫鍵相連。如下為抗體的分子結(jié)構(gòu)圖:
輕鏈
大約由214個氨基酸殘基組成,通常不含碳水化合物,分子量約為24kDa。每條輕鏈含有兩個由鏈內(nèi)二硫鍵所組成的環(huán)肽。L鏈可分為κ與λ型,一個抗體分子中只能具有兩型輕鏈的一種,在不同的物種中κ/λ比例不同。如小鼠抗體的κ:λ為20:1,而正常人抗體中κ:λ約為2:1。
重鏈
重鏈大小約為輕鏈的2倍,含450~550個氨基酸殘基,分子量約為55或75kDa。根據(jù)H鏈抗原性的差異可將其分為5類:μ鏈、γ鏈、α鏈、δ鏈和ε鏈。不同H鏈與L 鏈(κ或λ鏈)組成完整Ig的分子分別稱之為IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。(抗體分類和亞型)
可變區(qū)(V區(qū))
是抗體分子N端存在一段氨基酸序列變化較大的區(qū)域,由N端重鏈1/4和輕鏈1/2組成??勺儏^(qū)存在可以與抗原特異性結(jié)合的部位,即抗原結(jié)合位點,用以決定抗體識別的特異性。一個抗體有兩個抗原結(jié)合位點,可以同時結(jié)合兩個抗原分子。
某些特定位置的氨基酸殘基的組成和排列順序高度可變,稱為超變區(qū)(HVR)又稱為抗原互補決定區(qū)(CDR),共同組成Ig的抗原識別部位。骨架區(qū)(FR)為于V區(qū)中除HVR以外的部位,此部分AA替換頻率較低的部分,便于穩(wěn)定HVR的結(jié)構(gòu)??勺儏^(qū)中CDR和FR的組成方式為“FR1-CDR1-FR2-CDR2-FR3-CDR3-FR4”。
恒定區(qū)(C區(qū))
抗體分子C端氨基酸相對穩(wěn)定的區(qū)域,占輕鏈1/2和重鏈3/4或4/5??贵w輕鏈的恒定區(qū)由一個Ig結(jié)構(gòu)域構(gòu)成;重鏈的恒定區(qū)有3~4個串聯(lián)的Ig結(jié)構(gòu)域及一個用于增加靈活性的鉸鏈區(qū)構(gòu)成。主要作用于免疫應(yīng)答,具有許多重要的生物學功能。
鉸鏈區(qū)
在重鏈CH1尾部和CH2頭部,有一個約30個氨基酸殘基組成的柔性的鉸鏈區(qū)(hinge region),其中脯氨酸含量極高,不形成α螺旋,易伸展彎曲,存在2~5個鏈間二硫鍵。
鉸鏈區(qū)的主要功能是調(diào)節(jié)抗體可變區(qū)上抗原結(jié)合部位與相應(yīng)的抗原表位匹配,促進抗原抗體結(jié)合,此外也利于Ig分子構(gòu)象變化,暴露補體結(jié)合位點。對木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感,當用這些蛋白酶水解免疫球蛋白分子時常此區(qū)發(fā)生裂解。IgM和IgE缺乏鉸鏈區(qū)。
功能區(qū)
Ig分子的H鏈與L鏈可通過鏈內(nèi)二硫鍵折疊成若干球形功能區(qū),每一功能區(qū)(domain)約由110個氨基酸組成。在功能區(qū)中氨基酸序列有高度同源性。
- L鏈功能區(qū)分為L鏈可變區(qū)(VL)和L鏈恒定區(qū)(CL)兩功能區(qū)。
- H鏈功能區(qū)IgG、IgA和IgD的H鏈各有一個可變區(qū)(VH)和三個恒定區(qū)(CH1、CH2和CH3)共四個功能區(qū);
IgM和IgE的H鏈各有一個可變區(qū)(VH)和四個恒定區(qū)(CH1、CH2、CH3和CH4)共五個功能區(qū)。
L鏈和H鏈中V區(qū)或C區(qū)每個功能區(qū)各形成一個免疫球蛋白折疊(immunoglobulin fold),每個Ig折疊含有兩個大致平行、由二硫連接的β片層結(jié)構(gòu)(betapleated sheets),每個β片層結(jié)構(gòu)由3至5股反平行的多肽鏈組成??勺儏^(qū)中的高變區(qū)在Ig折疊的一側(cè)形成高變區(qū)環(huán)(hypervariable loops),是與抗原結(jié)合的位置。
作用
- VL和VH是與抗原結(jié)合的部位,其中HVR(CDR)是V區(qū)中與抗原決定簇(或表位)互補結(jié)合的部位。VH和VL通過非共價相互作用,組成一個FV區(qū)。單位Ig分子具有2個抗原結(jié)合位點(antigen-binding site),二聚體分泌型IgA具有4個抗原結(jié)合位點,五聚體IgM可有10個抗原結(jié)合位點。
- CL和CH上具有部分同種異型的遺傳標記。
- IgG 中CH2具有補體Clq結(jié)合點,能活化補體的經(jīng)典活化途徑。母體IgG借助CH2部分可通過胎盤主動傳遞到胎體內(nèi)。
- IgG中 CH3具有結(jié)合單核細胞、巨噬細胞、粒細胞、B細胞和NK細胞Fc段受體的功能。
Fab片段
IgG分子在木瓜蛋白酶的作用下可以被降解為兩個Fab段和一個Fc段。Fab段有抗體輕鏈的可變區(qū)、輕鏈恒定區(qū)、重鏈的可變區(qū)及恒定區(qū)構(gòu)成??勺儏^(qū)是與抗原結(jié)合的部位,因此Fab段又稱為抗原結(jié)合段。
Fc段
Fc段包含了所有抗體分子共有的蛋白質(zhì)序列以及各個類別獨有的決定簇。Fc段有多種生物學活性,具有結(jié)合補體、結(jié)合Fc受體、通過胎盤等作用。
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