免疫球蛋白医学知识培训课件.ppt
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1、免疫球蛋白医学知识免疫球蛋白医学知识2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免疫球蛋白医学知识3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
2、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免疫球蛋白医学知识4一、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(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
3、多聚体 Ig,如二聚体的分泌型 IgA 和五聚体的 IgM免疫球蛋白医学知识5CH1VLCLVHCH2 CH3Hinge RegionCarbohydrateDisulfide bondIg 分子的四链结构单位免疫球蛋白医学知识6免疫球蛋白医学知识7二、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 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
4、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)免疫球蛋白医学知识8q 重链各恒定区结构域(CH1、CH2、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
5、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医学知识9免 疫 球 蛋 白 结 构 域免疫球蛋白医学知识10免疫球蛋白医学知识11免 疫 球 蛋 白 功 能 域免疫球蛋白医学知识12三、轻链和重链三、轻链和重链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
6、(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 表示免疫球蛋白医学知识13四、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 sheet,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
7、各自独特的铰链区免疫球蛋白医学知识142.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免疫球蛋白医学知识15F(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:无生物活性胃蛋白酶水解产物胃蛋白酶水解产物免疫球蛋白医学知识16五、五、Ig
8、 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)免疫球蛋白医学知识17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为简单型和复合型两种 N-
9、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-糖苷键连接免疫球蛋白医学知识18Ig 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%免疫球蛋白医学知识19六、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
10、的不同,可分为:1.同种型同种型 2.同种异型同种异型 3.独特型独特型 免疫球蛋白医学知识201.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 型免疫球蛋白医学知识21 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
11、分子分成几种不同的亚类。如人 IgG 有 4 种亚类:IgG1、IgG2、IgG3 和 IgG4;IgA 有 2 种亚类:IgA1 和 IgA2免疫球蛋白医学知识22IgG 的 4 种亚类免疫球蛋白医学知识23 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 11
12、6 Asp/Ala 118 Thr/Ser 167 Lys/Thr 链 的 同 种 型 标 志免疫球蛋白医学知识24 群和亚群群和亚群根据同一类 Ig V 区的同源性可将其分成 3 种群,即 VH、V 和V 通过 Ig 各群的 V 区氨基酸组成和序列比较,发现从 N 端起前 20 个氨基酸的序列变异较大,而其他位置上的氨基酸序列相对稳定。因此又可将群分为亚群 VH:VH、VH和 VH 3 种亚群 V:V 、V 和 V 3 种亚群 V:V、V、V、V 和 V 5 种亚群免疫球蛋白医学知识252.同种异型同种异型(allotype)同种异型是指同种不同个体之间的 Ig 分子具有的抗原特异性。其异型
13、标志位于重链或 链 C 区,不同个体之间仅 一个或几个氨基酸残基不同人类 Ig 的几种异型标志表达在 IgG 的 Gm、IgA 的 Am 和 链 的 Km异型标志异型标志 第第 152 位氨基酸位氨基酸 第第 191 位氨基酸位氨基酸Km(1)Val LeuKm(1,2)Ala LeuKm(3)Ala ValKm 的异型标志免疫球蛋白医学知识26IgG1(kappa)Person 2IgG1(kappa)Person 1同 种 异 型免疫球蛋白医学知识273.独特型独特型(idiotype)独特型是指每一个 Ig 分子 V 区中多个抗原决定簇的总和,其单一的决定簇称为独特型抗原决定簇独特型不仅
14、有别于同种间其他个体受同一抗原刺激所产生的 Ig,并且还和自身具有其他抗原结合专一性的 Ig 分子不同IgG1(kappa)Person 2anti-BIgG1(kappa)Person 1anti-A免疫球蛋白医学知识28由以上可知,Ig 分子的不均一性由两方面原因造成外源性:外源性:抗原大分子具有多个抗原决定簇,每一个决定簇都可诱发产生一种 Ig,因此机体受多个决定簇的抗原刺激后所产生的 Ig 分子是针对个别决定簇的 Ig 分子的混合物内源性:内源性:即 3 种遗传标志。如两型的轻链可与各类、各亚类的重链组合,而重链、轻链本身又存在各种异型标志,专一性不同的 Ig 分子还有各种各样的独特型
15、变异体,这些都决定了 Ig 分子的不均一性免疫球蛋白医学知识29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免疫球蛋白医学知识30一、一、Fab 区空间结构区空间结构二、二、Fc 区的空间结构区的空间结构三、抗原结合部位构造三、抗原结合部位构造免疫球蛋白医学知识31一、一、Fab 区空间结构区空间结构免疫球蛋白医学知识32q 含有四个结构域,即两个 V 区(VH,VL)、两个 C 区(CH1,CL)q 每一个结构域都由两层 heet 组成,每层中含有 3 段或 4 段走向相反的多肽链。层与层之间由二硫键相连q 结构域内充满疏水性侧链,在每段走向相反的相邻肽链之间均有氢键存在 q C
16、区中肽链排列较有规则,表面之间高度互补;而 V 区有一些额外肽环不参与两层 heet 构造,表面之间互补性差,形成圆锥形穴槽,成为抗原结合部位CLdomainVLdomain轻链单体的三级结构免疫球蛋白医学知识33因为结构域又是同源区,各结构域一级结构的相似性决定了它们空间构象的相似性,所以各种轻链的 VH 与 VL 同源区应有相似的空间构象,各类重链的 VH 和 VL 各同源区也应有相似的空间构象。这称为免疫球蛋白分子的基本折叠结构免疫球蛋白医学知识34二、二、Fc 区的空间结构区的空间结构q有 4 个结构域,每个结构域也由两层 heet 组成q有糖链结合部位q各肽段间由氢键维系免疫球蛋白医
17、学知识35三、抗原结合部位构造三、抗原结合部位构造VH 与 VL 中氨基酸序列变化有一定规律性。轻链有 3 个特殊易变部位,在第 30 位、第 50 位和第 100 位氨基酸残基附近;重链有 4 个特殊易变部位,在第 30、50、80 和第100 位氨基酸残基附近。这些部位称为超变区或互补决定区(complementarity-determing region,CDR),分别以 L1、L2、L3、H1、H2、H3 和 H4 表示。这些超变区直接参与了抗原结合部位组成免疫球蛋白医学知识36 人 IgG1(New)Fab的抗原结合部位 免疫球蛋白医学知识37第三节第三节 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白
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