南方医科大学：《抗体工程》课程教学资源（讲稿）第二章 抗体的结构与功能

第二章杭体的结构与功能 第二章抗体的结构与功能 抗体(antibody,.Ab)是机体免疫细胞被抗原激活后，由分化成熟的终末B细胞-浆细 胞合成、分泌的一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。这一概念是相对于 抗原（能刺激机体产生抗体的物质，antigen,Ag)而建立的。经对不同免疫血清的电泳分 析、超速离心分析和分子量测定等方法，发现血清蛋白可分为白蛋白、1、a2、B及Y球蛋 白，大部分抗体活性存在于Y球蛋白内，但有小部分抗体活性可存在于α球蛋白和B球蛋白 内（图2-1）。因此，抗体是免疫球蛋白，但免疫球蛋白不一定都是抗体。1968年和1972 年的国际会议统一命名，明确指出免疫球蛋白(immunoglobulin,.Ig)是指具有抗体活性或化 学结构与抗体分子相似的球蛋白。 图21正常人血清和免疫血清电泳分离图 黑线：正常人血清监线：免疫血清 抗体和免疫球蛋白在很多情况下他们被视为同义词，但侧重点有所不同.在涉及基因、 免疫反应类别及遗传的场所，常用免疫球蛋白这个概念，而在具体实验操作技术时常用抗体 的概念。 通过蛋白质生物化学、分子生物学、细胞生物学等多方面的大量研究，人们对抗体的结 构和功能有了较精确的了解。抗体不仅是生命活动中重要的成员，在疾病的诊断、机理的认 识和治疗上有重要的位置，而且也己成为现代生物学研究领域的重要工具之一。 第一节抗体分子的结构 通过冷冻蚀刻电镜和精密的X射线晶体衍射等分析发现抗体分子的基本结构是由四 链组成的，包括二条较小的轻链和二条较大的重链，成Y型结构（图2-2）。这样一个“Y” 型分子被称为g分子的单体，是构成免疫球蛋白分子的基本单位。下面从不同角度对抗体 的分子结构进行阐述。 -10

第二章 抗体的结构与功能 - 10 - 第二章 抗体的结构与功能 抗体（antibody, Ab）是机体免疫细胞被抗原激活后，由分化成熟的终末 B 细胞-浆细 胞合成、分泌的一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。这一概念是相对于 抗原（能刺激机体产生抗体的物质，antigen，Ag）而建立的。经对不同免疫血清的电泳分 析、超速离心分析和分子量测定等方法，发现血清蛋白可分为白蛋白、1、2、β 及 γ 球蛋 白，大部分抗体活性存在于 γ 球蛋白内，但有小部分抗体活性可存在于球蛋白和 β 球蛋白 内（图 2-1）。因此，抗体是免疫球蛋白，但免疫球蛋白不一定都是抗体。1968 年和 1972 年的国际会议统一命名，明确指出免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig）是指具有抗体活性或化 学结构与抗体分子相似的球蛋白。 图 2-1 正常人血清和免疫血清电泳分离图 黑线：正常人血清 蓝线：免疫血清 抗体和免疫球蛋白 在很多情况下他们被视为同义词，但侧重点有所不同。在涉及基因、 免疫反应类别及遗传的场所，常用免疫球蛋白这个概念，而在具体实验操作技术时常用抗体 的概念。 通过蛋白质生物化学、分子生物学、细胞生物学等多方面的大量研究，人们对抗体的结 构和功能有了较精确的了解。抗体不仅是生命活动中重要的成员，在疾病的诊断、机理的认 识和治疗上有着重要的位置，而且也已成为现代生物学研究领域的重要工具之一。 第一节 抗体分子的结构 通过冷冻蚀刻电镜和精密的 X 射线晶体衍射等分析发现抗体分子的基本结构是由四肽 链组成的，包括二条较小的轻链和二条较大的重链，成 Y 型结构（图 2-2）。这样一个“Y” 型分子被称为 Ig 分子的单体，是构成免疫球蛋白分子的基本单位。下面从不同角度对抗体 的分子结构进行阐述

第二章杭体的结构与功能 图2-2抗体分子基本结构模拟图 一、基本结构 (一)轻链和重链 A 图23抗体分子基本结构示意图 图2-3是抗体分子基本结构的典型示意图。研究表明，抗体主要由二条轻链(gh chain,L链)和二条重链(heavy chain,H链)经二硫健连接形成，两端游离的氨基或羧 基分别命名为氨基端(N端)和羧基端(C端) 1.轻链((light chain,L链) 大约由214个氨基酸残基组成，通常不含碳水化合物，分子量为24kD,有两个由剑 内二硫键组成的环肽。L链可分为Kappa(K)与lambda(2)2个亚型。一个天然Ig分子 上两条轻链的型别总是相同的，两型轻链的功能无差异。不同种属中两型轻链的比例不同。 -11-

第二章 抗体的结构与功能 - 11 - A B 图 2-2 抗体分子基本结构模拟图 一、基本结构 （一）轻链和重链 A B 图 2-3 抗体分子基本结构示意图 图 2-3 是抗体分子基本结构的典型示意图。研究表明，抗体主要由二条轻链（light chain，L 链）和二条重链（heavy chain，H 链）经二硫键连接形成，两端游离的氨基或羧 基分别命名为氨基端（N 端）和羧基端（C 端）。 1．轻链（light chain，L 链） 大约由 214 个氨基酸残基组成，通常不含碳水化合物，分子量为 24kD，有两个由链 内二硫键组成的环肽。L 链可分为 Kappa（κ）与 lambda（λ）2 个亚型。一个天然 Ig 分子 上两条轻链的型别总是相同的，两型轻链的功能无差异。不同种属中两型轻链的比例不同。 CH1 VL CL VH CH2 CH3 Hinge Region Carbohydrate Disulfide bond

第二章杭保的结构与功能 正常人血清免疫球蛋白K:入约为2：1，而在小鼠则为20：1。K:入比例的异常可能反映 免疫系统的异常，例如人类免疫球蛋白入链过多提示可能有产生入链的B细胞肿瘤。 2.重链(heavy chain,H链) 重链大小约为轻链的2倍，大约由450-550个氨基酸残基组成，分子量55-75kD,含 糖数量不同。每条H链含有4~5个链内二硫键所组成的环肽。不同H链由于氨基酸组成 的排列顺序、二硫键的数目和位置、含的种类和数量不同，其抗原性也不相同。根据H 链抗原性的差异可将其分为5类：μ链、Y链、a链、δ链和ε链。不同H链与L链(K或 入链)组成完整g的分子分别称之为gM、gG、IgA、lgD和gE。Ya和8链上含有4 个环肽，u和￡链含有5个环肽： 所有重链都可以表达成两种分子型式：分泌型和膜型。这两种分子的区别在于最后 一个重链恒定区功能区的近羧基端氨基酸序列的不同。所有的重链也都有糖基化的N端， 即含有与天冬氨酸侧链相连的寡糖基团。不同的g的寡糖位置变化很大。寡糖的精确构 成并非完全取决于多肽序列，可能随抗体分子所处时的生理状态不同而有所不同。 (二)可变区和恒定区 通过对H链或L链的氨基酸序列比较分析，发现其氨基端(N未端)氨基酸序列变 化很大，称此区为可变区(Variable region,V区)，而羧基端(C-末端)则相对稳定， 变化很小，称此区为恒定区(Constant region,C区) 1.可变区 位于L链靠近N端的12（约含108~111个氨基酸残基）和H链靠近N端的1/5或 14(约含118个氨基酸残基)。每个V区中均有一个由链内二硫键连接形成的肽环，每 个肽环约含67一5个氨基酸残基。V区氨基酸的组成和排列随抗体结合抗原的特异性不 同有较大的变异。由于V区中氨基酸的种类及排列顺序千变万化，故可形成许多种具有 不同结合抗原特异性的抗体 2.恒定区 位于L链靠近C端的12（约含105个氨基酸残基）和H链靠近C端的34区域或 45区域（约从119位氨基酸至C末端）。H链每个功能区约含110多个氨基酸残基，含 有一个由二锍键连接的50~60个氨基酸残基组成的肽环。这个区域氨基酸的组成和排列 在同一种属Ig同型L链和同一类H链中都比较恒定，如人抗白喉外毒素1gG与人抗破伤 风外毒素的gG,它们的V区不相同，只能与相应的抗原发生特异性的结合，但其C区的 结构是相同的，即具有相同的抗原性，应用马抗人gG第二体均能与这两种抗不同外毒素 的抗体(1gG)发生结合反应。这是应用荧光、酶、同位毒等标记抗体（第二抗体）的重 要基础。 (三)超变区和骨架区 比较许多不同抗体的V区氨基酸序列，发现V和V各有三个区域的氨基酸组成和 排列顺序特别易变化。这些可变区域称为超变区(ypervariable region,HVR),分别用 HVR1、HVR2和HVR3表示。VL的HVR在24-34、50-56、89-97氨基酸位置。V的HVR -12-

第二章 抗体的结构与功能 - 12 - 正常人血清免疫球蛋白 κ：λ 约为 2：1，而在小鼠则为 20：1。κ：λ 比例的异常可能反映 免疫系统的异常，例如人类免疫球蛋白 λ 链过多提示可能有产生 λ 链的 B 细胞肿瘤。 2．重链（heavy chain，H 链） 重链大小约为轻链的 2 倍，大约由 450-550 个氨基酸残基组成，分子量 55-75kD，含 糖数量不同。每条 H 链含有 4～5 个链内二硫键所组成的环肽。不同 H 链由于氨基酸组成 的排列顺序、二硫键的数目和位置、含的种类和数量不同，其抗原性也不相同。根据 H 链抗原性的差异可将其分为 5 类：μ 链、γ 链、α 链、δ 链和 ε 链。不同 H 链与 L 链（κ 或 λ 链）组成完整 Ig 的分子分别称之为 IgM、IgG、IgA、IgD 和 IgE。γ、α 和 δ 链上含有 4 个环肽，μ 和 ε 链含有 5 个环肽。 所有重链都可以表达成两种分子型式：分泌型和膜型。这两种分子的区别在于最后 一个重链恒定区功能区的近羧基端氨基酸序列的不同。所有的重链也都有糖基化的 N 端， 即含有与天冬氨酸侧链相连的寡糖基团。不同的 Ig 的寡糖位置变化很大。寡糖的精确构 成并非完全取决于多肽序列，可能随抗体分子所处时的生理状态不同而有所不同。 （二）可变区和恒定区 通过对 H 链或 L 链的氨基酸序列比较分析，发现其氨基端（N-末端）氨基酸序列变 化很大，称此区为可变区（Variable region，V 区），而羧基端（C-末端）则相对稳定， 变化很小，称此区为恒定区（Constant region，C 区）。 1．可变区 位于 L 链靠近 N 端的 1/2（约含 108～111 个氨基酸残基）和 H 链靠近 N 端的 1/5 或 1/4（约含 118 个氨基酸残基）。每个 V 区中均有一个由链内二硫键连接形成的肽环，每 个肽环约含 67～75 个氨基酸残基。V 区氨基酸的组成和排列随抗体结合抗原的特异性不 同有较大的变异。由于 V 区中氨基酸的种类及排列顺序千变万化，故可形成许多种具有 不同结合抗原特异性的抗体。 2．恒定区 位于 L 链靠近 C 端的 1/2（约含 105 个氨基酸残基）和 H 链靠近 C 端的 3/4 区域或 4/5 区域（约从 119 位氨基酸至 C 末端）。H 链每个功能区约含 110 多个氨基酸残基，含 有一个由二锍键连接的 50～60 个氨基酸残基组成的肽环。这个区域氨基酸的组成和排列 在同一种属 Ig 同型 L 链和同一类 H 链中都比较恒定，如人抗白喉外毒素 IgG 与人抗破伤 风外毒素的 IgG，它们的 V 区不相同，只能与相应的抗原发生特异性的结合，但其 C 区的 结构是相同的，即具有相同的抗原性，应用马抗人 IgG 第二体均能与这两种抗不同外毒素 的抗体（IgG）发生结合反应。这是应用荧光、酶、同位毒等标记抗体（第二抗体）的重 要基础。 （三）超变区和骨架区 比较许多不同抗体的 V 区氨基酸序列，发现 VH 和 VL各有三个区域的氨基酸组成和 排列顺序特别易变化。这些可变区域称为超变区（hypervariable region, HVR），分别用 HVR1、HVR2 和 HVR3 表示。VL的 HVR 在 24-34、50-56、89-97 氨基酸位置。VH的 HVR

第二章杭体的结物与功能 在31-35、50-56、95-102氨基酸位置。 V,和V,的三个超变风共同组成抗体与抗原的结合部位(antigen-binding site),该部 位形成一个与抗原决定基互补的表面（图24），因此超变区又称为互补性决定区 (compmentarity-deteining region,.CDR)。VL和Va的HVRl,HvR2,HVR3又分别 称为CDR1,CDR2,CDR3,其中CDR3具有更高的超变程度。超变区也是Ig分子独特 型决定簇(idiotypic determinants)主要存在的部位。在大多数情况下H链在与抗原结合中 起更重要的作用。 图2-4抗体的互补性决定区与抗原表位结合示意图 V区中超变区之外的区域，其氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区 (framework region,FR)。VL和VH各有4个骨架区，分别用FRl、FR2、FR3和FR4表 示。 (四)较链区 铰链区(hinge region)位于CHl和C2之间（图2-5）。是一非独立的功能区。不同 H链较链区含氨基酸数目不等，α1、a2、1、Y2和Y4链的铰链区较短，只有10多个氨基 酸残基：Y3和δ链的较链区较长，约含60多个氨基酸残基，其中Y3较链区含有14个半 胱氨酸残基，如此造成五类Ig或亚类的铰链区不尽相同。IeM和1E缺乏较链区。 铰链区 图2-5抗体分子较链区示意图 -13

第二章 抗体的结构与功能 - 13 - 在 31-35、50-56、95-102 氨基酸位置。 VL和 VH的三个超变区共同组成抗体与抗原的结合部位（antigen-binding site），该部 位形成一个与抗原决定基互补的表面（图 2-4），因此超变区又称为互补性决定区 （complementarity-determining region, CDR）。VL和 VH的 HVR1，HVR2，HVR3 又分别 称为 CDR1，CDR2，CDR3，其中 CDR3 具有更高的超变程度。超变区也是 Ig 分子独特 型决定簇（idiotypic determinants）主要存在的部位。在大多数情况下 H 链在与抗原结合中 起更重要的作用。 图 2-4 抗体的互补性决定区与抗原表位结合示意图 V 区中超变区之外的区域，其氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区 （framework region, FR）。VL和 VH 各有 4 个骨架区，分别用 FR1、FR2、FR3 和 FR4 表 示。 （四）铰链区 铰链区（hinge region）位于 CH1 和 CH2 之间（图 2-5）。是一非独立的功能区。不同 H 链铰链区含氨基酸数目不等，α1、α2、γ1、γ2 和 γ4 链的铰链区较短，只有 10 多个氨基 酸残基；γ3 和 δ 链的铰链区较长，约含 60 多个氨基酸残基，其中 γ3 铰链区含有 14 个半 胱氨酸残基，如此造成五类 Ig 或亚类的铰链区不尽相同。IgM 和 IgE 缺乏铰链区。 图 2-5 抗体分子铰链区示意图

第二章杭保的结构与功能 铰链区包括H链间二硫键，该区高含脯氨酸，不形成α螺旋，易发生伸展及一定程 度的转动，当V、V:与抗原结合时此区发生扭曲，使抗体分子上两个抗原结合点能更好 地与两个抗原决定簇发生互补结合（图2-6）。C2和C3构型变化时，可显示出活化补 体、结合组织细胞等生物学活性。铰链区对木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感，当用这些蛋白酶 水解免疫球蛋白分子时此区常发生裂解。 抗体双臂间角度为0 抗体双得间角度为60° 抗体双臂间角度为9 图26抗体分子较链区的伸展扭曲特性 二、功能区 g分子的每条肽链(H链和L链)可通过链内二硫键折叠成若干球形功能区（或称结 构域，domain)。这些功能区的功能虽不相同，但其结构相似。每一功能区约由110个氨基 酸组成，其氨基酸序列有高度同源性。免疫球蛋白的每个功能区的二级结构是由几股多肚 折叠一起形成的两个反向平行的B片层(anti-parallel B sheet),每个B片层结构由3至5股 反平行的多肽链组成。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 成一个B桶状(B barrel)”或B三明治(B sandwich)”的结构（图2-7），具有稳定功能 区的作用。兔疫球蛋白肽链的这种折叠方式称为免疫球蛋白折叠(immunoglobulin folding)。 图27免疫球蛋白功能区折叠片断示意图 可变区中的超变区在Ig折叠的一侧形成超变区环(hypervariable loops),是与抗原结 -14-

第二章 抗体的结构与功能 - 14 - 铰链区包括 H 链间二硫键，该区富含脯氨酸，不形成 α-螺旋，易发生伸展及一定程 度的转动，当 VL、VH 与抗原结合时此区发生扭曲，使抗体分子上两个抗原结合点能更好 地与两个抗原决定簇发生互补结合（图 2-6）。CH2 和 CH3 构型变化时，可显示出活化补 体、结合组织细胞等生物学活性。铰链区对木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感，当用这些蛋白酶 水解免疫球蛋白分子时此区常发生裂解。 图 2-6 抗体分子铰链区的伸展扭曲特性 二、功能区 Ig 分子的每条肽链（H 链和 L 链）可通过链内二硫键折叠成若干球形功能区（或称结 构域，domain）。这些功能区的功能虽不相同，但其结构相似。每一功能区约由 110 个氨基 酸组成，其氨基酸序列有高度同源性。免疫球蛋白的每个功能区的二级结构是由几股多肽链 折叠一起形成的两个反向平行的片层（anti-parallel  sheet），每个 β 片层结构由 3 至 5 股 反平行的多肽链组成。两个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 成一个“ 桶状（ barrel）”或“ 三明治（ sandwich）”的结构（图 2-7），具有稳定功能 区的作用。免疫球蛋白肽链的这种折叠方式称为免疫球蛋白折叠（immunoglobulin folding）。 图 2-7 免疫球蛋白功能区折叠片断示意图 可变区中的超变区在 Ig 折叠的一侧形成超变区环（hypervariable loops），是与抗原结

第二章杭体的结构与功能 合的位置。V阳和V通过非共价相互作用组成一个Fv区。单个g分子具有2个抗原结合位 点(antigen-binding site),二聚体分泌型IgA具有4个抗原结合位点，五聚体IgM可有l0 个抗原结合位点。C和CH上具有部分同种异型(allotype)的遗传标记。lgG的C2具有补 体Cq的结合点，能活化补体的经典途径。母体1gG借助C2部分可通过胎盘主动传递到 胎体内。IgG的C3具有结合单核细胞、巨噬细胞、粒细胞、B细胞和NK细胞FC段受体 的功能。IgM的C3具有补体结合位点。gE的C2和Ce3功能区与结合肥大细胞和嗜碱性 粒细胞FcRI有关。各功能区位置及其主要功能见表2l。 表2-1免疫球蛋白功能区的主要功能 功能区位置 主要功能 Va、V 抗原结合部位 CH1-3和C Ig遗传标志所在 CH2lgG、CH3lgM C1q结合部位 CH2~CH3(lgG) 结合并通过胎盘 CH3(IgG) FCYR结合部位 Cu4(IgE) FcgR结合部位 三、水解片段 如前所述，抗体分子的铰链区对木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感，当用这些蛋白酶水解免疫 球蛋白分子时常发生裂解。Porter等最早用木瓜蛋白酶(papain)水解兔lgG,从而获知了g 四肽链的基本结构和功能。抗体片段的水解特性不仅有助于我们了解抗体的结构，而且对认 识抗体的功能及功能改进和应用具有意义。 (一)木瓜蛋白酶的水解片段 木瓜蛋白酶水解gG的部位在铰链区H链链间二硫键近N端侧。切断后可得到三个片 段（图2-8）： ①两个Fab段(fragment of antigen binding,抗原结合段)，每个Fab段由一条完整的L 链和一条约为12的H链组成，Fb段分子量为54kD。一个完整的Fab段可与抗原结合， 表现为单价，但不能形成凝集或沉淀反应。Fab中约1/2H链部分称为Fd段，约含225个氢 基酸残基，包括V、CHl和部分较链区。 ②一个Fc段(fragment crystallizable,可结品段)，由连接H链二硫键和近羧基端两条 约1/2的H链所组成，分子量约50kD。lg在异种间免疫所具有的抗原性主要存在于F℃段。 -15

第二章 抗体的结构与功能 - 15 - 合的位置。VH和 VL通过非共价相互作用组成一个 FV 区。单个 Ig 分子具有 2 个抗原结合位 点（antigen-binding site），二聚体分泌型 IgA 具有 4 个抗原结合位点，五聚体 IgM 可有 10 个抗原结合位点。CL和 CH 上具有部分同种异型（allotype）的遗传标记。IgG 的 CH2 具有补 体 Clq 的结合点，能活化补体的经典途径。母体 IgG 借助 CH2 部分可通过胎盘主动传递到 胎体内。IgG 的 CH3 具有结合单核细胞、巨噬细胞、粒细胞、B 细胞和 NK 细胞 Fc 段受体 的功能。IgM 的 CH3 具有补体结合位点。IgE 的 Cε2 和 Cε3 功能区与结合肥大细胞和嗜碱性 粒细胞 FCεRI 有关。各功能区位置及其主要功能见表 2-1。 表 2-1 免疫球蛋白功能区的主要功能 功能区位置 主要功能 VH、VL 抗原结合部位 CH1～3 和 CL Ig 遗传标志所在 CH2(IgG)、CH3(IgM) C1q 结合部位 CH2～CH3(IgG) 结合并通过胎盘 CH3(IgG) FcγR 结合部位 CH4(IgE) FcεR 结合部位 三、水解片段 如前所述，抗体分子的铰链区对木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感，当用这些蛋白酶水解免疫 球蛋白分子时常发生裂解。Porter 等最早用木瓜蛋白酶（papain）水解兔 IgG,从而获知了 Ig 四肽链的基本结构和功能。抗体片段的水解特性不仅有助于我们了解抗体的结构，而且对认 识抗体的功能及功能改进和应用具有意义。 （一） 木瓜蛋白酶的水解片段 木瓜蛋白酶水解 IgG 的部位在铰链区 H 链链间二硫键近 N 端侧。切断后可得到三个片 段（图 2-8）： ① 两个 Fab 段（fragment of antigen binding，抗原结合段）,每个 Fab 段由一条完整的 L 链和一条约为 1/2 的 H 链组成，Fab 段分子量为 54kD。一个完整的 Fab 段可与抗原结合， 表现为单价，但不能形成凝集或沉淀反应。Fab 中约 1/2H 链部分称为 Fd 段，约含 225 个氨 基酸残基，包括 VH、CH1 和部分铰链区。 ② 一个 Fc 段（fragment crystallizable，可结晶段）,由连接 H 链二硫键和近羧基端两条 约 1/2 的 H 链所组成，分子量约 50kD。Ig 在异种间免疫所具有的抗原性主要存在于 Fc 段

第二章抗休的结构与功能 木瓜蛋白 图2-8免疫球蛋白水解片断示意图 (二)胃蛋白酶的水解片段 Nisonoff等最早用胃蛋白酶(pepsin)裂解免疫球蛋白。胃蛋白酵在较链区H链链间二 硫键近C端切断lg分子，获得一个F(ab2片段及若干pFc'小分子片段（图1-8）。F(ab) 2包括一对完整的L链和一对由链间二硫键相连的略大于Fb中Fd的H链（称为Fd),约 含235个氨基酸残基，包括V、Vl和较链区。F(b)2具有双价抗体活性，与抗原结合 可发生凝集和沉淀反应。双价的F(ab)2与抗原结合的亲合力要大于单价的Fb。由于应 用F(b)2时保持了结合相应抗原的生物学活性，又减少或避免了F℃段抗原性可能引起的 副作用，因而在生物制品中有较大的实际应用价值。例如白喉抗毒素、破伤风抗毒素等均是 抗体经胃蛋白酶消化后精制提纯的生物制品。虽然F(b'),与抗原结合特性方面同完整的 g分子一样，但由于缺乏Ig中F心部分，因此不具备固定补体以及与细胞膜表面F心受体结 合的功能。F(b)2经还原等处理后，H链间的二硫可发生断裂而形成两个相同的Fab片 段。Ig的Fc段被胃蛋白酶水解成若干小分子片段，称为pFc',失去生物学活性。 四、其它成分 (一)J链 免疫球蛋白具有单体、双体和五聚体等形式。单体是由一对L链和一对H链组成的基 本结构，如lgG、lgD、lgE血清型IgA:双体是由J链连接的两个单体，如分泌型lgA(se IgA,SlgA)二聚体（或多聚体）IgA结合抗原的亲合力(avidity)要比单体lgA高：五聚体 是由J链和二硫键连接五个单体，如IgM。μ链Cys414(Cu3)和Cys575(C端的尾部)对于 gM的多聚化极为重要。在J链存在下，通过两个邻近单体gM链Cys之间以及J链与邻 μ链Cys575之间形成二硫键组成五聚体。由粘膜下浆细胞所合成和分泌的gM五聚体，与 粘膜上皮细胞表面plgR(poly-g receptor,.plgR)结合，穿过粘膜上皮细胞到粘膜表面成为分泌 型IgM(secretory IgM0. J链(joining chain)存在于二聚体分泌型lgA和五聚体lgM中（图2-9）。J链分子 -16

第二章 抗体的结构与功能 - 16 - 图 2-8 免疫球蛋白水解片断示意图 （二）胃蛋白酶的水解片段 Nisonoff 等最早用胃蛋白酶（pepsin）裂解免疫球蛋白。胃蛋白酶在铰链区 H 链链间二 硫键近 C 端切断 Ig 分子，获得一个 F(ab’)2 片段及若干 pFc’小分子片段（图 1－8）。F（ab'） 2 包括一对完整的 L 链和一对由链间二硫键相连的略大于 Fab 中 Fd 的 H 链（称为 Fd'），约 含 235 个氨基酸残基，包括 VH、VH1 和铰链区。F（ab'）2具有双价抗体活性，与抗原结合 可发生凝集和沉淀反应。双价的 F（ab'）2 与抗原结合的亲合力要大于单价的 Fab。由于应 用 F（ab'）2时保持了结合相应抗原的生物学活性，又减少或避免了 Fc 段抗原性可能引起的 副作用，因而在生物制品中有较大的实际应用价值。例如白喉抗毒素、破伤风抗毒素等均是 抗体经胃蛋白酶消化后精制提纯的生物制品。虽然 F（ab'）2 与抗原结合特性方面同完整的 Ig 分子一样，但由于缺乏 Ig 中 Fc 部分，因此不具备固定补体以及与细胞膜表面 Fc 受体结 合的功能。F（ab'）2 经还原等处理后，H 链间的二硫可发生断裂而形成两个相同的 Fab'片 段。Ig 的 Fc 段被胃蛋白酶水解成若干小分子片段，称为 pFc’，失去生物学活性。 四、其它成分 （一） J 链 免疫球蛋白具有单体、双体和五聚体等形式。单体是由一对 L 链和一对 H 链组成的基 本结构，如 IgG、IgD、IgE 血清型 IgA；双体是由 J 链连接的两个单体，如分泌型 IgA（secretory IgA,SIgA）二聚体（或多聚体）IgA 结合抗原的亲合力（avidity）要比单体 IgA 高；五聚体 是由 J 链和二硫键连接五个单体，如 IgM。μ 链 Cys414（Cμ3）和 Cys575(C 端的尾部)对于 IgM 的多聚化极为重要。在 J 链存在下，通过两个邻近单体 IgMμ 链 Cys 之间以及 J 链与邻 μ 链 Cys575 之间形成二硫键组成五聚体。由粘膜下浆细胞所合成和分泌的 IgM 五聚体，与 粘膜上皮细胞表面 pIgR(poly-Ig receptor,pIgR)结合，穿过粘膜上皮细胞到粘膜表面成为分泌 型 IgM(secretory IgM)。 J 链（joining chain） 存在于二聚体分泌型 IgA 和五聚体 IgM 中（图 2-9）。J 链分子

第二章杭体的结构与功能 量约为15kD,由于124个氨基酸组成的酸性糖蛋白，含有8个半胱氨酸残基，通过二硫键 连接到μ链或α链的羧基端的半胱氨酸。J链可能在g二聚体、五聚体或多聚体的组成以及 在体内转运中的具有一定的作用。gG、gD和gE是单体，没有J链。 2-9J链和分泌片断示意图 (二)分泌成分 分泌成分(secretory component,.SC),又称分泌片(secretory piece),是分泌型lgA上 的一个辅助成分（图1一9）。分子量约为75kD,为一种糖蛋白，由上皮细胞合成，以共价 形式结合到g分子，并一起被分泌到粘膜表面。SC的存在对于抵抗外分泌液中蛋白水解酶 的降解具有重要作用。 第二节抗体的分类 免疫球蛋白能与抗原特异性结合，具有抗体活性。动物经天然抗原免疫后可产生针对该 抗原上不同决定簇的多种抗体，显示出异质性。同时免疫球蛋白也属于蛋白质大分子，其本 身也具有免疫原性。决定g抗原特异性的决定簇位于g分子结构的不同链和区，并据此可 将免疫球蛋白分为不同的类型。 一、免疫球蛋白的分类 免疫球蛋白根据其分子结构、大小、带电量、溶解度及其与抗原的作用等的不同，可以 分成不同的类、亚类、型和亚型。 (一)类 抗体分子的重链根据其恒定区抗原特异性的差异可分成μ链、Y链、α链、6链和ε链。 根据重链类别可将同一种属所有个体内的g分成5类(cass),分别称之为gM、lgG、gA gD和gE。这种差异是由重链恒定区氨基酸组成、排列顺序、构型及二硫键等不同而决定 的。每一g分子内其各条重链的类别都相同。各类免疫球蛋白的理化特性和生物学特性见 表2-2。 17

第二章 抗体的结构与功能 - 17 - 量约为 15kD，由于 124 个氨基酸组成的酸性糖蛋白，含有 8 个半胱氨酸残基，通过二硫键 连接到 μ 链或 α 链的羧基端的半胱氨酸。J 链可能在 Ig 二聚体、五聚体或多聚体的组成以及 在体内转运中的具有一定的作用。IgG、IgD 和 IgE 是单体，没有 J 链。 2-9 J 链和分泌片断示意图 （二）分泌成分 分泌成分（secretory component,SC），又称分泌片（secretory piece）,是分泌型 IgA 上 的一个辅助成分（图 1－9）。分子量约为 75kD，为一种糖蛋白，由上皮细胞合成，以共价 形式结合到 Ig 分子，并一起被分泌到粘膜表面。SC 的存在对于抵抗外分泌液中蛋白水解酶 的降解具有重要作用。 第二节 抗体的分类 免疫球蛋白能与抗原特异性结合，具有抗体活性。动物经天然抗原免疫后可产生针对该 抗原上不同决定簇的多种抗体，显示出异质性。同时免疫球蛋白也属于蛋白质大分子，其本 身也具有免疫原性。决定 Ig 抗原特异性的决定簇位于 Ig 分子结构的不同链和区，并据此可 将免疫球蛋白分为不同的类型。 一、免疫球蛋白的分类 免疫球蛋白根据其分子结构、大小、带电量、溶解度及其与抗原的作用等的不同，可以 分成不同的类、亚类、型和亚型。 （一）类 抗体分子的重链根据其恒定区抗原特异性的差异可分成 μ 链、γ 链、α 链、δ 链和 ε 链。 根据重链类别可将同一种属所有个体内的 Ig 分成 5 类（class），分别称之为 IgM、IgG、IgA、 IgD 和 IgE。这种差异是由重链恒定区氨基酸组成、排列顺序、构型及二硫键等不同而决定 的。每一 Ig 分子内其各条重链的类别都相同。各类免疫球蛋白的理化特性和生物学特性见 表 2-2

第二章抗休的结构与功能 表22人类免疫球蛋白的理化特性和生物学特性 理化特性 免疫球蛋白 免疫球蛋白 IgM IgD 重链名称 重链功能区数目 4 5 主要存在形式 单体 单体、双体五聚体 单体 单体 分子量kD) 146-170 160.400 970 175 18 碳水化合物(%) 4 10 18 2 血清浓度(mg/d)1150±300 210±50 150 0.3-4 0.002 血清总g(%) 75 10 5-10 <1 <0.001 外分泌液 +++ 经典涂径活化补体 代替途径活化补体 + 半衰期（天） 20-23 5.8 5.1 28 合成部位 脾、淋巴结 粘膜相关淋脾、淋巴结扁桃体、 粘膜周有 浆细胞 四样组织 浆细胞 脾浆细胞 层浆细胞 通过胎盘 免疫作用 抗菌、抗 粘膜局部免 早期防御作SmlgM-+SmlgD抗寄生虫 病毒、抗 疫作用，抗 用，溶菌，溶十正应答 感染，1型 毒素、自 南、抗病毒，血，SmlgM, 超敏反应 身抗体 免疫排除功 天然血型抗 能 体类风湿因于 (二)亚类 同一类g,根据其重链恒定区（主要是较链区）氨基酸组成的较小差异、以及二硫键 位置和数目的不同，又可分为亚类(subclass)。亚类间抗原性的差异要小于不同类之间的差 异。如人类IgG有IgG1、lgG2、IgG3和IgG4四个亚类（图2-10）：IgA有IgA1、IgA2:lgM 有IgM1和IgM2。gD和IgE目前尚未发现有亚类 G 图2-10g的不同亚类 -18

第二章 抗体的结构与功能 - 18 - 表 2-2 人类免疫球蛋白的理化特性和生物学特性 理化特性 免疫球蛋白 免疫球蛋白 IgG IgA IgM IgD IgE 重链名称 γ α μ δ ε 重链功能区数目 4 4 5 4 5 主要存在形式 单体 单体、双体 五聚体 单体 单体 分子量(kD) 146-170 160,400 970 175 188 碳水化合物（%） 4 10 12 18 12 血清浓度(mg/dl) 1150±300 210±50 150 0.3-4 0.002 血清总 Ig (%) 75 10 5-10 <1 <0.001 外分泌液 - +++ + - - 经典途径活化补体 ++ - +++ - - 代替途径活化补体 + + ? + + 半衰期（天） 20-23 5.8 5.1 2.8 2.5 合成部位 脾、淋巴结 粘膜相关淋 脾、淋巴结 扁桃体、 粘膜固有 浆细胞 巴样组织 浆细胞 脾浆细胞 层浆细胞 通过胎盘 + - - - - 免疫作用 抗菌、抗 粘膜局部免 早期防御作 SmIgM＋SmIgD 抗寄生虫 病毒、抗 疫作用，抗 用,溶菌，溶 ＋正应答 感染，I 型 毒素、自 菌、抗病毒， 血，SmIgM， 超敏反应 身抗体 免疫排除功 天然血型抗 能 体,类风湿因子 （二）亚类 同一类 Ig，根据其重链恒定区（主要是铰链区）氨基酸组成的较小差异、以及二硫键 位置和数目的不同，又可分为亚类（subclass）。亚类间抗原性的差异要小于不同类之间的差 异。如人类 IgG 有 IgG1、IgG2、IgG3 和 IgG4 四个亚类（图 2-10）；IgA 有 IgA1、IgA2；IgM 有 IgM1 和 IgM2。IgD 和 IgE 目前尚未发现有亚类。 图 2-10 Ig 的不同亚类

第二章杭体的结构与功能 (三)型 根据各类g轻链恒定区化学结构与抗原性的差异，可将轻链分成K链和入链，g也据 此分为K和入两个型(y心)。不同人种二型比例有差异，不同种属间差异更大。正常人血 清免疫球蛋白K:1约为2：1，而在小鼠则为20：1。 (四)亚型 所有链恒定区的结构基本相同，但入链恒定区的氨基酸排列有差异，据此可分为1 2、3和4四个亚型(sbyp爬)。亚型的表示方式有时也有所不同。例如元链190位氨基 酸为亮氨酸时，称0Z(+),也即入1：为精氨酸时，称OZ,或2。又如入链154位为甘氨 酸时，称Kcm(+),或，3：为丝氨酸时，称Kem(),或4。OZ标志和Kern标志都是入链 的亚型标志。 二、按免疫球蛋白抗原特性分类 【g本身具有抗原性。将g作为免疫原免疫异种动物、同种异体或在自身体内可引起不 同程度的免疫性。根据g不同抗原决定族存在的不同部位以及在异种、同种异体或自体中 产生免疫反应的差别，可把g的抗原性分为同种型、同种异型和独特型等三种不同抗原决 定簇（图2-11）。 (a)lsotypic determinant 图2-11抗体的抗原性决定熊 (一)同种型 同种型(isotype)是指同一种属内所有个体共有的Ig抗原特异性的标记，在异种体内 -19

第二章 抗体的结构与功能 - 19 - （三）型 根据各类 Ig 轻链恒定区化学结构与抗原性的差异，可将轻链分成 κ 链和 λ 链，Ig 也据 此分为 κ 和 λ 两个型（type）。不同人种二型比例有差异，不同种属间差异更大。正常人血 清免疫球蛋白 κ：λ 约为 2：1，而在小鼠则为 20：1。 （四）亚型 所有 κ 链恒定区的结构基本相同，但 λ 链恒定区的氨基酸排列有差异，据此可分为 λ1、 λ2、λ3 和 λ4 四个亚型（subtype）。亚型的表示方式有时也有所不同。例如 λ 链 190 位氨基 酸为亮氨酸时，称 OZ(+)，也即 λ1；为精氨酸时，称 OZ(-)，或 λ2。又如 λ 链 154 位为甘氨 酸时，称 Kern(+)，或 λ3；为丝氨酸时，称 Kern(-)，或 λ4。OZ 标志和 Kern 标志都是 λ 链 的亚型标志。 二、按免疫球蛋白抗原特性分类 Ig 本身具有抗原性。将 Ig 作为免疫原免疫异种动物、同种异体或在自身体内可引起不 同程度的免疫性。根据 Ig 不同抗原决定簇存在的不同部位以及在异种、同种异体或自体中 产生免疫反应的差别，可把 Ig 的抗原性分为同种型、同种异型和独特型等三种不同抗原决 定簇（图 2-11）。 图 2-11 抗体的抗原性决定簇 （一）同种型 同种型（isotype）是指同一种属内所有个体共有的 Ig 抗原特异性的标记，在异种体内