Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

24.4: 항체 구조
목차

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Antibody Structure
 
전사물

24.4: Antibody Structure

24.4: 항체 구조

Overview

Antibodies, also known as immunoglobulins (Ig), are essential players of the adaptive immune system. These antigen-binding proteins are produced by B cells and make up 20 percent of the total blood plasma by weight. In mammals, antibodies fall into five different classes, which each elicits a different biological response upon antigen binding.

The Y-Shaped Structure of Antibodies Consists of Four Polypeptide Chains

Antibodies consist of four polypeptide chains: two identical heavy chains of approximately 440 amino acids each, and two identical light chains composed of roughly 220 amino acids each. These chains are arranged in a Y-shaped structure that is held together by a combination of covalent disulfide bonds and noncovalent bonds. Furthermore, most antibodies carry sugar residues. The process of adding sugar side chains to a protein is called glycosylation.

The Subunits of an Antibody Have Different Functions

Both the light chain and heavy chain contribute to the antigen binding site at each of the tips of the Y structure. These 110-130 amino acids are highly variable to allow recognition of an almost unlimited number of antigens. This region is also called the variable region and is part of the antigen binding fragment.

Each arm of the Y-shaped unit carries an identical antigen binding site. Antibodies can crosslink antigens: when one arm binds to one antigen and the other arm binds to a second, structurally identical antigen. Crosslinking is facilitated by the flexible hinge region that connects the antibody’s arms to the stem and allows variable distances between antigen binding sites. Large lattices of crosslinked antigens are subsequently engulfed more quickly and easily by macrophages, removing larger amounts of the antigen at once.

The stem region of the antibody is also called the fragment crystallizable (Fc) region and determines the effector function of the antibody. Via the Fc domain, the antibody can interact with Fc receptors on other immune cells, such as B cells, macrophages, and mast cells. The Fc region is often glycosylated, hindering or allowing Fc receptor access. Altering the glycosylation state of the antibody, therefore, allows rapid modulation of antibody function.

Mammals Have Five Classes of Antibodies

Antibodies are classified by their number of Y-shaped structures and type of heavy chains. Antibodies of the class IgD, IgE and IgG have a single Y-shaped structure, providing two identical antigen binding sites at the tips of their arms. In more scientific terms: they have a valency of two. IgD, IgE, and IgG differ, however, in the composition of disulfide and noncovalent bonds between their two heavy chains. IgA can occur as a monomer or as a dimer, resembling two Ys that are joined at their base. As a dimer, IgA has four identical antigen binding sites—a valency of four. IgM can occur as a monomer but is more often encountered as a pentamer, giving it a valency of 10.

The Five Classes of Antibodies Trigger Different Immune Functions

IgG antibodies are the most abundant antibody molecules in blood and are secreted in large volumes when a specific pathogen is encountered for the second time. IgGs contribute to pathogen elimination in several ways. They opsonize pathogens to trigger phagocytosis by macrophages or neutrophils. The activity of these phagocytic cells is enhanced by the complement system, a cascade of enzymatic proteins. The complement system is itself triggered by IgG. Furthermore, IgGs are the only antibodies that can cross the placenta from the mother to the fetus. They are also secreted into the mother’s milk, thereby offering passive immunity that protects the infant from infections.

IgA protects mucosal surfaces such as the gastrointestinal, respiratory, and urogenital tracts. It foremost neutralizes bacteria, preventing their movement across epithelia. IgA is also secreted into mucus, tears, saliva, and colostrum (the antibody-rich secretion of a mother’s breast for the first days after giving birth). IgA occurs as a dimer when it is secreted and as a monomer in body fluids.

Monomers of the IgM class are the first to appear on naive B cells. IgMs are the major class of antibodies that are secreted by B cells in response to the first exposure to an antigen—the primary antibody response. When an antigen binds to an IgM molecule, it activates the complement system and neutralizes pathogens.

The functions of IgD antibodies are not well understood but seem to resemble those of IgM.

IgE is challenging to study due to their low levels in body fluids and are mostly known for their negative impact on human well-being: allergies. During an allergic reaction, IgE binds to its cognate antigen. Subsequently, the Fc region of IgE binds to mast cells and basophils, a type of white blood cell. The interaction of IgE and the Fc-receptor on the cell surface elicits the release of histamines and interleukins, which in turn causes allergic symptoms such as sneezing and itching.

Antibodies for Research, Diagnostic and Therapeutics Are Produced in Animals

Antibodies are an important tool in many research disciplines as well as in the diagnosis, and sometimes treatment of disease. To produce antibodies, an antigen is injected into a farm or laboratory animal, often rabbits, chickens, hamsters, or goats, and is later isolated from the animal’s blood.

개요

면역 글로불린 (Ig)이라고도 하는 항체는 적응성 면역 계통의 필수 플레이어입니다. 이 항원 결합 단백질은 B 세포에 의해 생성되고 무게에 의하여 총 혈장의 20%를 구성합니다. 포유류에서, 항체는 각각 항원 결합에 따라 다른 생물학 반응을 유도하는 5개의 다른 종류로 속합니다.

항체의 Y 자형 구조는 4개의 폴리펩타이드 사슬로 이루어져 있습니다

항체는 4개의 폴리펩티드 사슬로 이루어져 있습니다: 각각 대략 440개의 아미노산의 2개의 동일한 무거운 사슬 및 대략 220개의 아미노산으로 구성된 2개의 동일한 광사슬. 이 체인은 공유 이황화물 결합과 비응성 결합의 조합에 의해 함께 개최되는 Y 자형 구조로 배열된다. 또한 대부분의 항체는 설탕 잔류물을 운반합니다. 단백질에 설탕 측 사슬을 추가하는 과정은 글리코실레이션이라고 합니다.

항체의 하위 단위는 서로 다른 기능을 가지고

라이트 체인과 헤비 체인은 모두 Y 구조의 각 팁에서 항원 결합 부위에 기여합니다. 이 110-130 아미노산은 항원의 거의 무제한의 인식을 허용 하기 위해 매우 가변. 이 영역은 변수 영역이라고도 하며 항원 결합 단편의 일부입니다.

Y자형 유닛의 각 암은 동일한 항원 결합 부위를 운반한다. 항체는 항원교차링크할 수 있습니다: 한 쪽 팔이 한 항원에 결합하고 다른 팔이 두 번째, 구조적으로 동일한 항원으로 결합될 때. 크로스링크는 항체의 암을 줄기에 연결하고 항원 결합 부위 간의 가변 거리를 허용하는 유연한 힌지 영역에 의해 촉진된다. 교차 연결 항원의 큰 격자는 이후 한 번에 항원의 더 많은 양을 제거, 대식세포에 의해 더 빠르고 쉽게 삼켜.

항체의 줄기 영역은 또한 결정화(Fc) 영역이라고하며 항체의 이펙터 기능을 결정한다. Fc 도메인을 통해 항체는 B 세포, 대식세포 및 비만 세포와 같은 다른 면역 세포에서 Fc 수용체와 상호 작용할 수 있습니다. Fc 지역은 종종 Fc 수용체 접근을 방해하거나 허용, 방해 또는 허용. 따라서 항체의 글리코실화 상태를 변경하면 항체 기능을 신속하게 변조할 수 있습니다.

포유류는 항체의 다섯 종류가

항체는 Y자형 구조의 수와 무거운 사슬의 모형에 의해 분류됩니다. 클래스 IgD, IgE 및 IgG의 항체는 단일 Y 자형 구조를 가지고 있으며 팔 끝에 두 개의 동일한 항원 결합 부위를 제공합니다. 더 과학적 측면에서: 그들은 두 개의 valency. IgD, IgE 및 IgG는 두 개의 무거운 사슬 사이의 이황화물 및 비일관성 결합의 구성에 차이가 있습니다. IgA는 단조로 또는 이량으로 발생할 수 있으며, 기지에서 결합된 두 개의 Ys를 닮은 것입니다. 이머로, IgA는 4개의 동일한 항원 결합 사이트- 4개의 valency가 있습니다. IgM은 단조로 발생할 수 있지만 더 자주 펜타머로 발생하여 10의 발리언성을 제공합니다.

항체의 5개의 종류는 다른 면역 기능을 트리거합니다

IgG 항체는 혈액에서 가장 풍부한 항체 분자이며 특정 병원체가 두 번째로 발생할 때 대량으로 분비됩니다. IgGs는 여러 가지 방법으로 병원체 제거에 기여합니다. 그(것)들은 대식세포 또는 호중구에 의하여 phagocytosis를 시작하기 위하여 병원체를 opsonize. 이러한 phagocytic 세포의 활동은 효소 단백질의 폭포인 보완 시스템에 의해 강화됩니다. 보완 시스템은 IgG에 의해 자체적으로 트리거됩니다. 더욱이, IgGs는 태아에 어머니에서 태반을 교차할 수 있는 유일한 항체입니다. 그(것)들은 또한 어머니의 우유로 분비됩니다, 감염에서 유아를 보호하는 수동적인 면제를 제안합니다.

IgA는 위장관, 호흡기 및 비뇨생식기와 같은 점막 표면을 보호합니다. 그것은 가장 먼저 박테리아를 중화, 상피에 걸쳐 그들의 움직임을 방지. IgA는 또한 점액, 눈물, 타액 및 초유 (출산 후 첫 날 동안 어머니의 유방의 항체가 풍부한 분비)로 분비됩니다. IgA는 분비될 때 이량체로 발생하고 체액의 단조로 만듭니다.

IgM 클래스의 단백은 순진한 B 셀에 처음으로 나타납니다. IgM은 항원-1차 항체 반응에 대한 첫 번째 노출에 반응하여 B 세포에 의해 분비되는 항체의 주요 클래스이다. 항원이 IgM 분자에 결합하면 보완 시스템을 활성화하고 병원균을 중화시합니다.

IgD 항체의 기능은 잘 이해되지 않지만 IgM의 기능과 유사한 것처럼 보입니다.

IgE는 체액의 낮은 수준으로 인해 연구하기가 어렵고 주로 인간의 복지에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다: 알레르기. 알레르기 반응 도중, IgE는 그것의 cognate 항원에 묶습니다. 그 후, IgE의 Fc 지역은 백혈구의 일종인 비만 세포와 바소필에 결합합니다. 세포 표면에 IgE와 Fc 수용체의 상호 작용은 히스타민과 인터류신의 방출을 유도, 이는 차례로 재채기와 가려움증과 같은 알레르기 증상을 일으키는 원인이됩니다.

연구, 진단 및 치료를 위한 항체는 동물에서 생산됩니다

항체는 많은 연구 분야뿐만 아니라 진단, 때로는 질병의 치료에 중요한 도구입니다. 항체를 생성하기 위하여는, 항원은 농장 또는 실험실 동물, 수시로 토끼, 닭, 햄스터, 또는 염소로 주입되고, 나중에 동물의 혈액에서 격리됩니다.


추천 독서

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter