第四章免疫球蛋白

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1、核核 酸酸 蛋蛋 白白 质质 化化 学学生命科学技术学院生命科学技术学院第四章第四章 免疫球蛋白免疫球蛋白免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig）是机体受抗原刺激后，由淋巴细胞特别是浆细胞合成的一类具有抗体活性的球蛋白。主要分布于体内血清或外分泌液中。人有 5 类，分别以 IgG、 IgA、 IgM、 IgD 和 IgE 表示第一节第一节 免疫球蛋白的结构概况免疫球蛋白的结构概况第二节第二节 免疫球蛋白的空间结构免疫球蛋白的空间结构第三节第三节 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能第四节第四节 免疫球蛋白的基因免疫球蛋白的基因第五节第五节 免疫球蛋白与疾病免疫球蛋白与疾病第一节第一节 免

2、疫球蛋白的结构概况免疫球蛋白的结构概况Ig 最显著的特点是与抗原特异结合及其分子的不均一性 一、一、Ig 分子的基本结构分子的基本结构 四链结构单位四链结构单位 二、结构域和功能域二、结构域和功能域 三、轻链和重链三、轻链和重链 四、铰链区和四、铰链区和 Ig 分子酶解碎片分子酶解碎片 五、五、Ig 中糖的结合中糖的结合 六、六、Ig 分子的不均一性分子的不均一性一、一、Ig 分子的基本结构分子的基本结构 四链结构单位四链结构单位q 各种不同类别的 Ig 都含有 4 条多肽链组成的基本结构单位，即 2 条相同而分子量较大的重链（heavy chain, H 链）和 2 条相同而分子量较小的轻链

3、（light chain, L 链）q 重链和轻链之间以及重链和重链之间均借链间二硫键共价结合，加上分子内的非共价键维系整个稳定的 Ig 分子结构q 在重链上尚结合着糖链，故 Ig 又属糖蛋白q 某几种类别的免疫球蛋白分子又以四链结构为基本单位通过共价键进一步形成多聚体 Ig ，如二聚体的分泌型 IgA 和五聚体的 IgMCH1VLCLVHCH2 CH3Hinge RegionCarbohydrateDisulfide bondIg 分子的四链结构单位二、结构域和功能域二、结构域和功能域q 根据 Ig 分子中轻链和重链一级结构的氨基酸序列差异，可分为可变区（variable region, V

4、 区）和恒定区（constant region, C 区）。V 区中的氨基酸序列高度变异，而 C 区中的氨基酸基本恒定q V 区和 C 区在其三级结构上均保持相对独立性，它们各自通过一个链内二硫键形成一肽环，肽环内含有 6070 个氨基酸残基，每一肽环又与其周围肽段紧密折叠成球状的结构域q 轻链有 2 条链内二硫键，分别组成 VL 和 CL 2 个结构域；重链有 45 条链内二硫键，分别组成 45 个结构域，即 VH、CH1、CH2、CH3 和 CH4（ IgA、 IgG 和 IgD 有 3 个 CH 结构域； IgM 和 IgE 有四个 CH 结构域） q 重链各恒定区结构域（CH1、CH2

5、、CH3 和 CH4）之间有高度的同源性，它们又与 CL 同源。因此，结构域又称为同源区，反映了 Ig 分子在进化起源上的关联q 不同链之间的同源区在空间通过疏水作用可进一步折叠成更为紧密的结构，并具有一定的免疫学功能，称为功能区功功 能能 区区 成成 分分 功功 能能 V 区 VH/ VL与相应抗原的决定簇发生特异性结合 C1 区 CL/ CH1与补体中 C4b 结合 C2 区 CH2/ CH2激活补体 C1q 和控制体内 Ig 代谢降解速率 C 3 区 CH3/ CH3具有亲细胞性，与细胞表面 Fc 受体结合免 疫 球 蛋 白 结 构 域免 疫 球 蛋 白 功 能 域三、轻链和重链三、轻链

6、和重链1.轻链轻链由 213 或 214 个氨基酸残基组成，分子量为 22,000。每条轻链含有 2 个结构域，即 VL（ 1109 位氨基酸残基）和 CL（110 214位氨基酸残基）2. 重链重链由 446 个氨基酸残基组成，分子量为77,00080,000，每条重链含有 45 个结构域，以 VH（1120 位氨基酸残基）、 CH1、CH2、CH3 和 CH4 表示四、铰链区和四、铰链区和 Ig 分子酶解碎片分子酶解碎片1.铰链区铰链区v在 Ig 重链 CH1 和 CH2 之间，富含 Cys 和 Prov重链的链间二硫键大多集中在此区域内v由于 Pro 的存在，很难形成 helix 和 s

7、heet，因此易于弯曲，可自由伸展，有相当的柔性，与酶接触易水解，是酶解的敏感部位v不同类别的 Ig 有各自独特的铰链区2. 酶解碎片酶解碎片Fab 碎片碎片（fragment of antigen binding）：2 个，能与单价抗原结合，含有完整的轻链和重链 VH、 CH1Fc 碎片碎片（fragment of crystalline）：可以结晶，含有重链 CH2、CH3 （或再加上 CH4）木瓜蛋白酶水解产物木瓜蛋白酶水解产物F(ab)2：由二硫键将 2 个 Fab 部分连接在一起，能与二价抗原结合。若将二硫键还原，则分裂为 2 个 Fab 碎片，也具有结合抗原的活性pFc：无生物活性

8、胃蛋白酶水解产物胃蛋白酶水解产物五、五、 Ig 中糖的结合中糖的结合Ig 是糖蛋白，绝大部分的糖是以聚糖的形式结合于重链的 C 区内。聚糖一般由甘露糖（Man）、半乳糖（Gal）、N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）、 N-乙酰氨基半乳糖（GalNAc）和唾液酸（S.A.）组成，此外还存在少量岩藻糖（Fuc）人人 Ig 中的聚糖有两种类型中的聚糖有两种类型 N-乙酰氨基葡萄糖型：乙酰氨基葡萄糖型：聚糖中的 N-乙酰氨基葡萄糖与肽链上具有-Asn-X-Ser/Thr-（X 为除 Pro 和 Asp 以外的任何氨基酸残基）序列的 Asn 残基通过 N-糖苷键连接。又可根据所含单糖成分和连接方式差异分

9、为简单型和复合型两种 N-乙酰氨基半乳糖型：乙酰氨基半乳糖型：聚糖中的 N-乙酰氨基半乳糖与肽链上 Ser 或 Thr 通过 O-糖苷键连接Ig 中所连的聚糖数目、类型以及连接位置随免疫球中所连的聚糖数目、类型以及连接位置随免疫球蛋白的类别而异蛋白的类别而异IgG：只含 23 条 N-乙酰氨基葡萄糖型的聚糖，其含糖量最少，仅 3%IgA1和和 IgE：含 45 条 N-乙酰氨基半乳糖型的聚糖IgM：每一条 链上有 5 个糖结合位点，含糖量最高，可达 13%六、六、 Ig 分子的不均一性分子的不均一性遗传标志：遗传标志：受遗传控制而使 Ig 分子上抗原决定簇中氨基酸组成和序列产生的不同，可分为：

10、 1. 同种型同种型 2. 同种异型同种异型 3. 独特型独特型 1. 同种型同种型 ( isotype)同种型是指同一物种所有个体均具有的 Ig 分子的抗原特异性。根据重链和轻链 V 区和 C 区的结构变化，可将重链和轻链分成类、亚类、型、亚型、群和亚群等各种不同的分子变异体IgM (kappa)IgG1 (kappa)同 种 型 类类根据重链 C 区的氨基酸组成及抗原性差异将重链分成 5 种类别，即 、 和 ，分别为 IgG、 IgA、 IgM、IgD 和 IgE 的重链 亚类亚类根据重链和轻链之间二硫键连接位置差异和重链之间二硫键数目不同可将同一类 Ig 分子分成几种不同的亚类。如人 I

11、gG 有 4 种亚类： IgG1、 IgG2、IgG3 和 IgG4； IgA 有 2 种亚类： IgA1 和 IgA2IgG 的 4 种亚类 型型根据各类 Ig 轻链 C 区抗原特异性差异可分为两型： 型和 型。单个 Ig 分子的两条轻链总是同一型的，但同一个体中 型和 型可同时存在 亚型亚型根据 Ig 的 链 C 区中个别氨基酸残基不同，可将 链分成 4 个亚型标志标志 氨基酸位置氨基酸位置 +/ Oz 193 Lys/Arg Kern 156 Gly/Ser Mz 147 Val/Ala 174 Asn/Lys Mcg 116 Asp/Ala 118 Thr/Ser 167 Lys/Th