第四章免疫球蛋白内蒙古民族大学医学院病原生物学与免疫学教研室胡群

第四章免疫球蛋白 内蒙古民族大学医学院病原生物学与免疫学教研室胡群

免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig） 具有抗体活性及化学结构与抗体相似的球蛋白。 1、免疫球蛋白的结构 2、免疫球蛋白的异质性 3、免疫球蛋白的功能 4、各类免疫球蛋白的特性与功能 5、人工制备抗体免疫球蛋白分为：分泌型:(immunolobulin,Ig)存在于血液和组织　　　　　液中，具有抗体的各种功能。膜型: (membraneIg,mIg)构成B细胞膜上的　　　　　抗原受体。

抗体（antibody，Ab） 是介导体液免疫的重要效应分子，是 B 细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白，主要在血清等体液中，能与相应抗原特异性结合，显示免疫功能。（增殖分化）（产生）（结合）（显示） B细胞 → 浆细胞→糖蛋白+相应抗原→免疫功能（抗原刺激）（抗体）（同样抗原）体液免疫由于抗体存在于体液中，因此由B细胞介导的免疫称体液免疫。

免疫球蛋白Ig 和抗体Ab的区别 Ab Ig 体液存在位置体液、B细胞化学结构相似生物学功能大小

第一节免疫球蛋白的结构 一、免疫球蛋白的基本结构二、免疫球蛋白的其他成分三、免疫球蛋白的水解片段

一、免疫球蛋白的的基本结构 免疫球蛋白由四条肽链分子组成，各肽链之间有数量不等的链间二硫键连接。在结构上Ig分子可分为三个长度大致相同的片段，分子上方是两个长度完全一致的片段，通过一个易弯曲的区域与下方的主干连接，形成“Y”字形结构的Ig单体，是免疫球蛋白分子的基本单位。（34页图4-2 IgG分子结构示意图）天然免疫球蛋白分子的四条异源性多肽链，按其分子量大小分为重链和轻链。

一、Ig 的基本结构 IgD

H链 L链超变区可变区(V) 超变区绞链区恒定区(C)

2 条重链(heavy chain): H链 2条轻链(light chain): L链可变区(variable region): V区恒定区(constant region):C区超变区:互补决定区，CDR区(complementry determining region)

（一）重链和轻链 分子量较大的为重链（heavy chain,H）分子量较小的为轻链（light chain,L）同一天然Ig分子中的两条H链和两条L链的氨基酸组成完全相同。 1、重链：分子量约为50~75kDa，由450~550个氨基酸残基组成。各类免疫球蛋白重链恒定区的氨基酸组成和排列顺序不尽相同，因而抗原性也不同。

①类型：根据重链恒定区氨基酸的不同，将免疫球蛋白分为五类（class）或五个同种（isotype）：即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE，其相应的重链分别为μ链、δ链、γ链、α链、ε链。①类型：根据重链恒定区氨基酸的不同，将免疫球蛋白分为五类（class）或五个同种（isotype）：即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE，其相应的重链分别为μ链、δ链、γ链、α链、ε链。不同类的免疫球蛋白具有不同的特征，如链内和链间二硫键的数目和位置、连接寡糖的数量、结构域的数目等均不完全相同。即使同一类也有差异，据此可将同类Ig分为不同的亚类。 ②亚类型：如 IgG可分为IgG1~IgG4; IgA可分为IgA1和IgA2

2、轻链：分子量约为25kDa，由214个氨基酸残基组成。轻链有两种，分别为κ链（kappa）κ型和λ链（lambda）λ型。2、轻链：分子量约为25kDa，由214个氨基酸残基组成。轻链有两种，分别为κ链（kappa）κ型和λ链（lambda）λ型。一个天然Ig分子上两条轻链的型别总是相同的，但是同一个体内可存在分别带有κ链或λ链的抗体分子。五类Ig中每类Ig都可以有κ链或λ链，两型轻链的功能无差异。不同种属生物体内两型轻链的比例不同，正常人血清免疫球蛋白κ:λ约为2:1,比例异常可能反映免疫系统的异常。

根据λ链恒定区个别氨基酸的差异，又可分为λ1、λ2、λ3和λ4四个亚区。根据λ链恒定区个别氨基酸的差异，又可分为λ1、λ2、λ3和λ4四个亚区。 2 条重链(heavy chain): H链 2条轻链(light chain): L链可变区(variable region): V区恒定区(constant region):C区超变区:互补决定区，CDR区(complementry determining region)

（二）可变区和恒定区（功能区） 不同免疫球蛋白重链和轻链的氨基酸序列靠近N端的约110个变化很大，这些变化大的氨基酸区域称为可变区（variable region）,分别占重链和轻链的1/4和1/2；而其他部分靠近C端的氨基酸序列则相对稳定，此稳定区域称为恒定区（constant region）分别占重链和轻链的３/4和1/2。（36页图4~4 Ig分子结构示意图） 1、可变区（V）：重链和轻链的V区分别为VH和VL，其各有３个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变，称为高变区（HVR）或互补决定区（CDR）分别用CDR1、CDR2和CDR3表示，一般CDR3变化程度更高。（各自的氨基酸位置？）

VH和VL的３个 CDR共同组成Ig的抗原结合部位（intigen-binding site）决定着抗体的特异性，负责识别及结合抗原，从而发挥免疫效应。在V区的CDR之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）。 VH或VL各有FR１、FR２、FR３和FR４四个骨架区。２、恒定区（C）：重链和轻链的C区分别为CH和CL。不同类型Ig的CL长度基本一致；但不同类型Ig的长度不一。　　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，其免疫原性相同。

（三）铰链区：位于CH1和CH2之间，含有丰富的脯氨酸，易伸展弯曲，能改变两个结合抗原的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。（三）铰链区：位于CH1和CH2之间，含有丰富的脯氨酸，易伸展弯曲，能改变两个结合抗原的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。　　铰链区易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解，产生不同的水解片段。　　不同种属的免疫球蛋白中五类Ig或亚类的铰链区不尽相同。（四）结构域：Ig分子的两条重链和两条轻链都可折叠为数个球形结构域（domain）,每个结构域一般具有其相应的功能。但其结构相似。轻链：有VL和CL两个结构域；重链：IgG、IgA、IgD有VH、CH1、CH2和CH3 四个结构域；IgM和IgE 有五个结构域，多CH4。

每个结构域约由110个氨基酸组成，其氨基酸的序列具有相似性或同源性。二级结构由几股多肽链折叠形成的两个反向平行的β片层，可稳定结构域形成β桶状或β三明治结构。称免疫球蛋白折叠。其他许多膜型分子和分泌型分子也含有折叠结构，统称为免疫球蛋白超家族（IgSF）。每个结构域约由110个氨基酸组成，其氨基酸的序列具有相似性或同源性。二级结构由几股多肽链折叠形成的两个反向平行的β片层，可稳定结构域形成β桶状或β三明治结构。称免疫球蛋白折叠。其他许多膜型分子和分泌型分子也含有折叠结构，统称为免疫球蛋白超家族（IgSF）。二、免疫球蛋白的其他成分 Ig除了基本结构外，某些类别的Ig还含有其他辅助成分，分别是J链和分泌片。（一）J链：是富含半胱氨酸的多肽链，由浆细胞　　　　　　　　　合成，可将单体Ig分子连接为多聚体。 IgA和IgM由J链连接形成二聚体和五聚体；IgG、IgD和IgE常为单体，无J链。

（二）分泌片：分泌片（SP）又称分泌成分（SC），是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，为一种含糖的肽链，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，成为分泌型IgA（sIgA），并一起被分泌到黏膜表面。（二）分泌片：分泌片（SP）又称分泌成分（SC），是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，为一种含糖的肽链，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，成为分泌型IgA（sIgA），并一起被分泌到黏膜表面。三、免疫球蛋白的水解片段　　在一定条件下，免疫球蛋白分子的肽链的某些部分易被蛋白酶水解为不同片段。　　常用的有：木瓜蛋白酶和胃蛋白酶。（一）木瓜蛋白酶水解片段：水解的部位在铰链区二硫键连接的两条重链的近N端，可将Ig裂解为两个完全相同的Fab段和Fc段。（38页图4~6 免疫球蛋白酶解片段示意图）

Fab段：抗原结合片段，相当于抗体分子的两个臂，由一条完整的轻链和重链的VH和CH1结构域组成。一个Fab片段为单价，可与抗原结合，但是不形成凝集反应或沉淀反应。Fab段：抗原结合片段，相当于抗体分子的两个臂，由一条完整的轻链和重链的VH和CH1结构域组成。一个Fab片段为单价，可与抗原结合，但是不形成凝集反应或沉淀反应。 Fc段：可结晶片段，相当于IgG的CH2和CH3结构域。无抗原结合活性，是Ig与效应分子或细胞相互作用的部位。（二）胃蛋白酶水解片段：作用于铰链区二硫键所连接的两条重链的近C端，水解后可获得一个F(ab´)2片段和一些小片段pFc´。（38页图4~6 ） F(ab´)2片段：为双价，可同时结合两个抗原表位，可发生凝集反应和沉淀反应 pFc ´片段：最终被降解，无生物学作用。

第二节免疫球蛋白的异质性 一、免疫球蛋白的类型二、外源因素所致的异质性-免疫球蛋白的多样性

Fab Fc Carbohydrate 免疫球蛋白水解片段

pFc ´ F(ab́)2 + 2Fab + Fc 水解片段胃蛋白水解酶 (pepsin) 木瓜蛋白水解酶 (papain)

其它成分

三、内源因素所致的异质性—免疫球蛋白的血清型（种类）三、内源因素所致的异质性—免疫球蛋白的血清型（种类）免疫球蛋白既可与相应的抗原发生特异性的结合；其本身又可激发机体产生特异性免疫应答。它的结构和功能基础是在免疫球蛋白分子中包含有多种不同抗原表位，呈现不同的免疫原性。 Ig分子上有三类不同的抗原表位，分别为： (一) 同种型(isotype) (二) 同种异型(allotype) (三) 独特性(idiotype,Id) （39页图4~7 免疫球蛋白的血清型示意图）

同种型 (isotype) 抗原表位在 IgC区同种异型 (allotype) 抗原表位在 IgC和V区独特型 (idiotype) 抗原表位在 V区

(一) 同种型 存在于同种抗体分子中的抗原表位为同种型。同一种属所有个体Ig分子共有的抗原特异性标志，为种属型标志。存在于Ig C 区。同种型的意义: 临床实验：马抗毒素血清用于人体治疗时已发　　　　　　生过敏反应。免疫学检测：羊抗鼠IgG与鼠IgG结合。

五类: IgG, IgM, IgA, IgD ,IgE 亚类: IgG1IgG2 IgG3IgG4 IgA1 IgA 2 型: κ型（Kappa，） λ型（lambda，）根据IgC区（重链恒定区）氨基酸组成和排列顺序以及二硫键（肽链）的数目和位置不同将Ig分成类、亚类、型、亚型. 相应的重链( 链、链、链、链、链)

(二)同种异型 　　　同一种属但不同个体来源的抗体分子也具有免疫原性的不同，也可刺激机体产生特异性免疫应答。是同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同抗原特异性标志。同种但不同个体来源免疫原性为同种异型。存在于IgC区和V区。概念: Ig C区一个或数个氨基酸的差异 Gm因子、Am因子和Km因子同种异型的意义:遗传标记

(三) 独特型 (Id) 　　　同一种属、同一个体来源的的抗体分子，主要由于其CDR区的氨基酸序列不同，可显示不同的免疫原性。同一种属、同一个体、CDR不同称为独特型。存在于V区。独特型表位在异种、同种异体、同一个体内均可刺激产生相应抗体，称为抗独特型抗体（AID）。概念:由Ig V区决定的型别，抗体分子每一个Fab （抗原结合）段均存在5～6个独特位，是特有的抗原特异性标志。独特型的意义:免疫调节

免疫球蛋白的基因 (一) 免疫球蛋白的基因库: (二) 抗体多样性的原因: 多基因及基因重排

轻链()的基因重组

轻链()的基因重组

重链的基因重组

免疫球蛋白小结一、结构：基本结构：由四肽链分子组成，链间由二硫键连接。三个长度大致相等的片段构成Y字型单体。重链：分子量约为50~75kDa,由450~550个氨基酸残基组成。①类型：重链恒定区氨基酸不同分为五类或五个同种即IgM、IgD、IgG、IgA、IgE，分别为μ链、δ链、γ链、α链、ε链。②亚类型：如 IgG可分为IgG1~IgG4; IgA可分为IgA1和IgA2

轻链：分子量约为25kDa,由214个氨基酸残基组成， 轻链有两种，分别为κ链κ型和λ链λ型。可变区：免疫球蛋白重链和轻链中靠近N端氨基酸序列变化较大的区域高变区：重链和轻链的V区VH和VL，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（HVR）或互补决定区（CDR）（VH和VL的3个CDR抗原结合部位）

Ig 的基本结构 IgD

恒定区：重链和轻链的C区CH和CL，其氨基酸组成和排列顺序比较恒定，其免疫原性相同的区域。铰链区：位于CH1和CH2之间，含有丰富的脯氨酸，易伸展弯曲，易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解结构域： Ig分子的重链和轻链都可折叠为数个球形结构域（domain）具有相应的功能。但结构相似。

其他成分：J链：分泌片：水解片段：木瓜蛋白酶：胃蛋白酶：Ig的类型：其他成分：J链：分泌片：水解片段：木瓜蛋白酶：胃蛋白酶：Ig的类型：

异质性：类型：类：亚类：型：亚型：多样性（外源异质性）：血清型（内源异质性）：异质性：类型：类：亚类：型：亚型：多样性（外源异质性）：血清型（内源异质性）：

第三节免疫球蛋白的功能（V和C区作用） 1、特异性结合抗原阻断病原入侵，发挥中和作用 2、激活补体，溶解，调理作用 3、结合细胞(免疫调理、ADCC、I型超敏反应） 4、被动免疫，通过胎盘和粘膜 5、结合SPA（葡萄球菌蛋白A）免疫球蛋白的功能与结构密切相关。１、同一Ig的V区和C区的氨基酸组成和顺序的不　同，决定它们的功能上的差异；２、许多不同的免疫球蛋白在V区和C区结构变化的规律性，又使Ig在该区功能上有各自的共性。（40页图4~8 免疫球蛋白的主要生物学功能）

第四章 免疫球蛋白 内蒙古民族大学医学院 病原生物学与免疫学教研室 胡 群