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抗原抗體反應

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1 拼音

kàng yuán kàng tǐ fǎn yìng

2 英文參考

antigen-antibodyreaction

3 概述

抗原抗體反應(antigen-antibodyreaction)是指抗原與相應抗體之間所發生特異性結合反應。可發生于體內(invivo),也可發生于體外(invitro)。體內反應可介導吞噬、溶菌、殺菌、中和毒素作用;體外反應則根據抗原的物理性狀、抗體的類型及參與反應的介質(例如電解質補體、固相載體等)不同,可出現凝集反應沉淀反應、補體參與的反應及中和反應等各種不同的反應類型。因抗體主要存在于血清中,在抗原或抗體的檢測中多采用血清作試驗,所以體外抗原抗體反應亦稱為血清反應(serologicreaction)。

4 抗原抗體反應的原理

抗原與抗體能夠特異性結合是基于兩中分子間的結構互補性與親和性,這兩種特性是由抗原與抗體分子的一級結構決定的。抗原抗體反應可分為兩個階段。第一為抗原與抗體發生特異性結合的階段,此階段反應快,僅需幾秒至幾分鐘,但不出現可見反應。第二為可見反應階段,抗原抗體復合物在環境因素(如電解質、pH、溫度、補體)的影響下,進一步交聯和聚集,表現為凝集、沉淀、溶解、補體結合介導的生物現象等肉眼可見的反應。此階段反應慢,往往需要數分鐘至數小時。實際上這兩個階段以嚴格區分,而且兩階段的反應所需時間亦受多種因素和反應條件的影響,若反應開始時抗原抗體濃度較大且兩者比較適合,則很快能形成可見反應。

4.1 水膠體轉化為疏水膠體

抗體是球蛋白,大多數抗原亦為蛋白質,它們溶解在水中皆為膠體溶液,不會發生自然沉淀。這種親水膠體的形成機制是因蛋白質含有大量的氨基羧基殘基,這些殘基在溶液中帶有電荷,由于靜電作用,在蛋白質分子周圍出現了帶相反電荷的電子云。如在pH7.4時,某蛋白質帶負電荷,其周圍出現極化的水分子和陽離子,這樣就形成了水化層,再加上電荷的相斥,就保證了蛋白質不會自行聚合而產生沉淀。

抗原抗體的結合使電荷減少或消失,電子云也消失,蛋白質由親水膠體轉化為疏水膠體。此時,如再加入電解質,如NaC1,則進一步使疏水膠體物相互靠攏,形成可見的抗原抗體復合物。

4.2 抗原抗體結合力

有四種分子間引力參與并促進抗原抗體間的特異性結合。

1.電荷引力(庫倫引力或靜電引力)這是抗原抗體分子帶有相反電荷的氨基和羧基基團之間相互吸引的力。例如,一方在賴氨酸離解層帶陽離子化的氨基殘基(-NH3+),另一方在天門冬氨酸電離后帶有陰離子化的羧基(-COO)時,即可產生靜電引力,兩者相互吸引,可促進結合。這種引力和兩電荷間的距離的平方成反比。兩個電荷越接近,靜電引力越強。反之,這種引力便很微弱。

2.范登華引力這是原子與原子、分子與分子互相接近時發生的一種吸引力,實際上也是電荷引起的引力。由于抗原與抗體兩個不同大分子外層軌道上電子之間相互作用,使得兩者電子云中的偶極擺而產生吸引力,促使抗原抗體相互結合。這種引力的能量小于靜電引力。

3.氫鍵結合力氫鍵是由分子中的氫原子和電負性大的原子如氮、氧等相互吸引而形成的。當具有親水基團(例如-OH,-NH2及-COOH)的抗體與相對應的抗原彼此接近時,可形成氫鍵橋梁,使抗原與抗體相互結合。氫鍵結合力較范登華引力強,并更具有特異性,因為它需要有供氫體和受氫體才能實現氫鍵結合。

4.疏水作用抗原抗體分子側鏈上的非極性氨基酸(如亮氨酸纈氨酸苯丙氨酸)在水溶液中與水分子間不形成氫鍵。當抗原表位與抗體結合點靠近時,相互間正、負極性消失,由于靜電引力形成的親水層也立即失去,排斥了兩者之間的水分子,從而促進抗原與抗體間的相互吸引而結合。這種疏水結合對于抗原抗體的結合是很重要的,提供的作用力最大。

5 抗原抗體反應的特點

5.1 特異性

抗原抗體的結合實質上是抗原表位與抗體超變區中抗原結合點之間的結合。由于兩者在化學結構和空間構型上呈互補關系,所以抗原與抗體的結合具有高度的特異性。這種特異性如同鑰匙和鎖的關系。例如白喉抗毒素只能與相應的外毒素結合,而不能與破傷風外毒素結合。但較大分子的蛋白質常含有多種抗原表位。如果兩種不同的抗原分子上有相同的抗原表位,或抗原、抗體間構型部分相同,皆可出現交叉反應。

圖9-1沉淀反應中沒淀量與抗原抗體的比例關系

Ag:抗原;Ab:抗體

5.2 按比例

在抗原抗體特異性反應時,生成結合物的量與反應物的濃度有關。無論在一定量的抗體中加入不同量的抗原或在一定量的抗原中加入不同量的抗體,均可發現只有在兩者分子比例合適時才出生現最強的反應。以沉淀反應為例,若向一排試管中中入一定量的抗體,然后依次向各管中加入遞增量的相應可溶性抗原,根據所形成的沉淀物及抗原抗體的比例關系可繪制出反應曲線(圖9-1)。從圖中可見,曲線的高峰部分是抗原抗體分子比例合適的范圍,稱為抗原抗體反應的等價帶(zoneofequivalence)。在此范圍內,抗原抗體充分結合,沉淀物形成快而多。其中有一管反應最快,沉淀物形成最多,上清液中幾乎無游離抗原或抗體存在,表明抗原與抗體濃度的比例最為合適,稱為最適比(optimalratio)。在等價帶前后分別為抗體過剩則無沉淀物形成,這種現象稱為帶現象(zonephenomenon)。出現在抗體過量時,稱為前帶(prezone),出現在抗原過剩時,稱為后帶(postzone)。

關于抗原抗體結合后如何形成聚合物,曾經有過不少解釋。結合現代免疫學成就呼電鏡觀察所見,仍可用Marrack(1934)提出的網格學說(latticetheory)加以說明。因為大多數抗體的巨大網格狀聚集體,形成肉眼可見的沉淀物。但當抗原或抗體過量時,由于其結合價不能相互飽和,就只能形成較小的沉淀物或可溶性抗原抗體復合物。

在用沉淀反應對不同來源的抗血清進行比較后,發現抗體可按等價帶范圍大小分為兩種類型,即R型抗體和H型抗體。R型抗體以家兔免疫血清為代表,具有較寬的抗原抗體合適比例范圍,只在抗原過量時,才易出現溶性免疫復合物,大多數動物的免疫血均屬此型。H型抗體以馬免疫血清為代表,其抗原與抗體的合適比例范圍較窄,抗原或抗體過量,均可形成可溶性免疫復合物。人和許多大動物的抗血清皆屬H型。

5.3 可逆性

抗原抗體反應遵循生物大分子動力學反應原則,其反應式為:

[Ab-Ag]/[Ab].[Ag]=k1/k2=k

式中各反應項的單位以mol表示,k1表示反應速度常數,k2為逆反應速度常數,K是反應平衡時的速度常數。由上式可知,K值是反映抗原抗體間結合能力的指示,所以抗體親和力通常以K值表示。

抗原抗體復合物解離取決于兩方面的因素,一是抗體對相應抗原的親和力;二是環境因素對復合物的影響。高親和性抗體的抗原結合點與抗原表位的空間構型上非常適合,兩者結合牢固,不容易解離。反之,低親和性抗體與抗原形成的復合物較易解離。解離后的抗原結合牢固,不容易解離。反之,低親和性抗體與抗原形成的復合物較易解離。解離后的抗原或抗體均能保持未結合前的結構、活性及特異性。在環境因素中,凡是減弱或消除抗原抗體親和力的因素都會使逆向反應加快,復合物解離增加。如pH改變,過高或過低的pH值均可破壞離子間電引力消失。對親合力本身較弱的反應體系而言,僅增加離子強度即可解離抗原抗體復合物的目的;增加溫度可增加分子間的熱動能,加速已結合的復合物的解離,但由于溫度變化易致蛋白變性,所以實際工作中極少應用。改變pH和離子強度是最常用的促解離方法,免疫技術中的親和層析就是以此為根據純化抗原或抗體。

6 影響抗原抗體反應的因素

6.1 電解質

抗原與抗體發生特異性結合后,雖由親水膠體變為疏水膠體,若溶液中無電解質參加,仍不出現可見反應。為了促使沉淀物或凝集物的形成,常用0.85%氯化鈉或各種緩沖液作為抗原及抗體的稀釋液。由于氯化鈉在水溶液中解離成Na+和C1,可分別中和膠體粒子上的電荷,使膠體粒子的電勢下降。當電勢降至臨界電勢(12~15mV)以下時,則能促使抗原抗體復合物從溶液中析出,形成可見的沉淀物或凝集物。

6.2 酸堿度

抗原抗體反應必須在合適的pH環境中進行。蛋白質具有兩性電離性質,因此每種蛋白質都有固定的等電點。抗原抗體反應一般在pH為6~8進行。PH過高或過低都將影響抗原與抗體的理化性質,例如pH達到或接近抗原的等電點時,即使無相應抗體存在,也會引起顆粒性抗原非特異性的凝集,造成假陽性反應。

6.3 溫度

在一定范圍內,溫度升高可加速分子運動,抗原與抗體碰撞機會增多,使反應加速。但若溫度高于56℃時,可導致已結合的抗原抗體再解離,甚至變性或破壞;在40℃時,結合速度慢,但結合牢固,更易于觀察。常用的抗原抗體反應溫度為37℃。每種試驗都有其獨特的最適反應溫度,例如冷凝集素在4左右與紅細胞結合最好,20℃以上反而解離。

此外,適當振蕩也可促進抗原抗體分子的接觸,加速反應。

7 抗原抗體反應的類型

根據抗原和抗體性質的不同和反應條件的差別,抗原抗體反應表現為不同的形式。顆粒性抗原表現為凝集反應;可溶性抗原表現為沉淀反應;補體參與下細菌抗原表現為溶菌反應,紅細胞抗原表現為溶血反應;毒素抗原表現為中和反應等。利用這些類型的抗原抗體反應建立了各種免疫學技術,在醫學檢驗中廣泛用于抗原和抗體的檢測。為了提高反應的敏感性和特異性,便發展了一些新的試驗類型,如種種標記的抗原抗體反應等。這些類型各有其特點,將在以下各章中詳細敘述。

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  • 評論總管
    2019/9/22 14:23:29 | #0
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本頁最后修訂于 2012年3月11日 星期日 23:24:54 (GMT+08:00)
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