抗体是B细胞受体的分泌形式,是分子生物学等实验的基础材料,也是重要的药物。典型的抗体分子呈Y形,由三个大小相似的部分通过柔性连接区松散连接。其结构示意图如下。

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图1:IgG的结构示意图。蓝色为 重链 , 绿色为 轻链,修饰橙色 为 糖基化 。左侧为二级结构的带状示意图,右侧为空间填充模型。

抗体存在5种不同类别:IgM、IgD、IgG、IgA 和 IgE。抗体有两种类型的轻链:λ链和κ链,一个免疫球蛋白只含其中一种。抗体的类别和效应功能由其重链结构定义,五大类免疫球蛋白的重链分别为μ链(IgM)、δ(IgD)、γ(IgG)、α(IgA)和ε(IgE)。

通过对氨基酸序列的测定,发现抗体分子有两个重要特征。首先,每条链由一系列约110个氨基酸的重复片段组成,这些片段对应独立折叠的结构域。其次,重链和轻链在靠近氨基末端的一段序列(约110个氨基酸)变异很大,称为可变区(VH和VL);而后续结构域序列不变,称为恒定区(CH和CL)。V区决定抗原结合特异性,C区决定抗体的类别和功能。

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图2:IgG的结构示意图

抗体可被蛋白酶切割成功能不同的片段。用木瓜蛋白酶切割可得到两个相同的Fab片段(抗原结合片段)和一个Fc片段(可结晶片段)。用胃蛋白酶切割则产生一个F(ab′)₂片段和多个小片段,其中最大的称为pFc′片段。

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图3:木瓜蛋白酶和胃蛋白酶裂解免疫球蛋白的示意图。

Fab片段包含V区并结合抗原,Fc片段含有C区并与效应分子或细胞相互作用。F(ab′)₂片段保留了完整的抗原结合特性,但失去了与效应分子相互作用的能力。通过基因工程也能制造多种抗体相关分子,如单链Fv(scFv),其尺寸小,易于穿透组织,可用于构建免疫毒素等治疗药物。

V区与C区在结构上本质相似但存在区别,最清楚地展现在免疫球蛋白轻链的结构图中。

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图4:免疫球蛋白轻链的恒定 (C) 和可变 (V) 结构域

V区比C区更大,多一个额外的环,这些灵活的环构成了抗体的抗原结合位点。许多具有类似结构域的蛋白质共同构成了免疫球蛋白超家族。

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