抗原和抗體之間的結(jié)合

  使用免疫化學(xué)的抗體技術(shù)已成為生命科學(xué)研究許多領(lǐng)域的重要工具。免疫化學(xué)的基本原理是“特異性抗體與特異性抗原結(jié)合，形成獨(dú)特的抗原抗體復(fù)合物組合。” 在這篇文章中，我們將解釋抗原抗體復(fù)合物形成過程中涉及的“抗原抗體相互作用”。

  抗原上的抗原位點(diǎn)與抗體之間相互作用的強(qiáng)度表示為抗體對(duì)抗原的親和力。抗體“臂”的可變區(qū)通過每個(gè)抗原位點(diǎn)處的弱非共價(jià)力與抗原上的多個(gè)位點(diǎn)相互作用。互動(dòng)越多，親和力就越大。

  親和力主要受三個(gè)因素控制：（1）抗體對(duì)表位的親和力，（2）抗原和抗體兩者的結(jié)合價(jià)（3）相互作用位點(diǎn)的構(gòu)型。最終，這些因素決定了抗體特異性，或者特定抗體與精確抗原表位結(jié)合的可能性。

  

  什么是交叉反應(yīng)？

  交叉反應(yīng)性是指抗體或抗體群體與除觸發(fā)抗體產(chǎn)生的抗原之外的抗原上的表位的結(jié)合。這種情況的發(fā)生可能是由于抗體的親和力或特異性較低，或者是因?yàn)椴煌目乖哂邢嗤蚍浅Ｏ嗨频谋砦弧?

  當(dāng)相關(guān)抗原基團(tuán)需要普遍結(jié)合時(shí)，或者在表位的蛋白質(zhì)序列在進(jìn)化過程中不高度保守的情況下嘗試進(jìn)行種間標(biāo)記時(shí)，可能需要交叉反應(yīng)性。

  交叉反應(yīng)可能導(dǎo)致高估或低估抗原濃度，這是免疫測定中的一個(gè)問題。

  利用抗原抗體相互作用的實(shí)驗(yàn)示例

  免疫化學(xué)技術(shù)依賴于每種免疫球蛋白對(duì)其各自抗原的極端分子水平特異性，即使存在高水平的污染分子。大多數(shù)抗原和抗體具有多個(gè)相互作用位點(diǎn)，相互作用后會(huì)形成沉淀。使用抗體的實(shí)驗(yàn)示例包括蛋白質(zhì)印跡、免疫組織化學(xué)和免疫細(xì)胞化學(xué)、酶聯(lián)免疫吸附測定 (ELISA)、免疫沉淀和流式細(xì)胞術(shù)。

  抗原抗體相互作用的動(dòng)力學(xué)

  抗原和抗體之間的特異性結(jié)合是由于氫鍵、疏水相互作用、靜電力和范德華力。盡管這些力中的每一個(gè)都是弱非共價(jià)鍵，但抗原和抗體之間的結(jié)合可以非常強(qiáng)。

  與抗體一樣，抗原可以具有多個(gè)相互作用位點(diǎn)，例如具有相同表位的多個(gè)拷貝或具有被多個(gè)抗體識(shí)別的多個(gè)表位。涉及多個(gè)相互作用位點(diǎn)的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致形成更穩(wěn)定的復(fù)合物，但也會(huì)引入構(gòu)象干擾，從而降低結(jié)合的可能性。

  所有抗原-抗體結(jié)合都是可逆的，并遵循適用于可逆雙分子相互作用的基本熱力學(xué)原理。

  

  KA是親和常數(shù)，[Ab-Ag] 是抗原抗體復(fù)合物的摩爾濃度，[Ab] 和 [Ag] 是抗體 (Ab) 或抗原 (Ag) 中游離的、非相互作用的結(jié)合位點(diǎn)分別代表摩爾濃度

  達(dá)到平衡所需的時(shí)間取決于擴(kuò)散速率和抗體對(duì)抗原的親和力，并且可能有很大差異。抗體-抗原結(jié)合的親和常數(shù)也可以在很寬的范圍內(nèi)變化，范圍從小于10 5 /mol到大于10 12 /mol。親和常數(shù)受溫度、pH 值和溶劑的影響。雖然可以測定單克隆抗體的親和常數(shù)，但不可能測定多克隆抗體的親和常數(shù)，因?yàn)槎嗫寺】贵w和抗原之間形成多重鍵。

  抗體對(duì)抗原的親和力的定量測量可以通過平衡透析進(jìn)行。通過保持抗體濃度恒定并在改變配體濃度的同時(shí)重復(fù)平衡透析來創(chuàng)建斯卡查德圖。該圖提供了有關(guān)親和力和潛在交叉反應(yīng)性的信息。

  在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序時(shí)區(qū)分單克隆抗體和多克隆抗體非常重要，因?yàn)閱慰寺】贵w和多克隆抗體之間的差異在其使用中各有優(yōu)缺點(diǎn)。

  抗原抗體結(jié)合的性質(zhì)

  抗體的結(jié)合位點(diǎn)位于抗體分子的F(ab)部分，該部分由重鏈和輕鏈的高變區(qū)組成。該位點(diǎn)與抗原結(jié)合的特點(diǎn)及過程如下。

•   抗原和抗體結(jié)合位點(diǎn)的綴合是非共價(jià)的，因此是可逆的。這些鍵是由氫鍵、靜電力鍵或范德華力產(chǎn)生的。
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•   通常觀察到多重鍵形成，導(dǎo)致抗體和抗原之間相對(duì)緊密的結(jié)合。
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•   負(fù)責(zé)細(xì)胞上抗原決定簇（表位）與抗體上抗原結(jié)合位點(diǎn)（互補(bǔ)位）之間特異性結(jié)合的位點(diǎn)是這些分子的很小一部分，通常僅由幾個(gè)氨基酸組成。
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•   這些位點(diǎn)在抗原抗體反應(yīng)中至關(guān)重要，因?yàn)楸仨毧朔蓚€(gè)分子之間的排斥力才能進(jìn)行特異性結(jié)合。
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•   當(dāng)表位與互補(bǔ)位接觸時(shí)，它們最初通過離子力和疏水力相互吸引。這些力有助于克服水合能，隨著表位和互補(bǔ)位靠近而取代水分子。然后，通過添加范德華力，這種吸引力變得更強(qiáng)，使表位和互補(bǔ)位更加緊密地結(jié)合在一起。

  影響抗原抗體反應(yīng)的因素

  抗原抗體反應(yīng)可能受到多種因素的影響。常見因素包括：

  溫度

  抗原-抗體反應(yīng)的最佳溫度取決于表位或互補(bǔ)位的化學(xué)性質(zhì)以及參與這些相互作用的鍵的類型。例如，氫鍵的形成往往是放熱的。使用碳水化合物抗原時(shí)，溫度很重要，因?yàn)檫@些鍵在較低溫度下更穩(wěn)定。

  pH值

  pH 對(duì)抗原抗體復(fù)合物平衡常數(shù)的影響發(fā)生在 pH 6.5 至 8.4 之間。當(dāng)pH低于6.5和高于8.4時(shí)，抗原抗體反應(yīng)受到強(qiáng)烈抑制。pH 5.0 或 9.5 時(shí)的平衡常數(shù)比 pH 6.5-7.0 時(shí)小 100 倍。在極端 pH 條件下，抗體可能會(huì)發(fā)生構(gòu)象變化，從而損害其與抗原的互補(bǔ)性。

  離子強(qiáng)度

  離子強(qiáng)度對(duì)抗原抗體反應(yīng)的影響在血型血清學(xué)中尤為重要，其中鈉離子和氯離子對(duì)反應(yīng)有顯著影響。例如，在生理鹽水中，Na +和 Cl -聚集在復(fù)合物周圍，部分中和電荷，從而可能干擾抗體與抗原的結(jié)合。當(dāng)使用低親和力抗體時(shí)，這可能是一個(gè)問題。眾所周知，γ-球蛋白會(huì)凝集，與紅細(xì)胞脂蛋白形成可逆復(fù)合物，并在暴露于極低離子強(qiáng)度時(shí)沉淀。

  上面，我們解釋了抗原抗體復(fù)合物形成中涉及的“抗原抗體相互作用”。抗原抗體復(fù)合物的形成是免疫化學(xué)的基本原理。理解好原理，用好抗體技術(shù)。