抗原和抗體的結(jié)合

利用免疫化學(xué)的抗體技術(shù)已成為許多生命科學(xué)研究領(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。在本文中，我們將解釋抗原抗體復(fù)合物形成中涉及的“抗原抗體相互作用”。

抗體與抗原上抗原位點(diǎn)相互作用的強(qiáng)度以抗體對(duì)抗原的親和力來(lái)表示。在每個(gè)抗原位點(diǎn)，抗體“臂”的可變區(qū)通過(guò)弱非共價(jià)力與抗原上的多個(gè)位點(diǎn)相互作用。相互作用越大，親和力越高。關(guān)于抗原抗體復(fù)合物的整體穩(wěn)定性或強(qiáng)度，親和力可能比親和力更具參考價(jià)值。

親和力由三個(gè)主要因素控制：1）抗體對(duì)表位的親和力，2）抗原和抗體的價(jià)態(tài)，以及3）相互作用位點(diǎn)的三維結(jié)構(gòu)。最終，這些因素決定了抗體的特異性——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)是指抗體或抗體群與引起其產(chǎn)生的抗原以外的抗原表位結(jié)合。發(fā)生這種情況可能是因?yàn)榭贵w的親和力或特異性較低，或者因?yàn)閹追N不同的抗原具有相同或非常相似的表位。

當(dāng)需要與一組相關(guān)抗原進(jìn)行一般結(jié)合時(shí)，或在表位的蛋白質(zhì)序列在進(jìn)化過(guò)程中不是高度保守的情況下嘗試跨物種標(biāo)記時(shí)，可能需要交叉反應(yīng)。

交叉反應(yīng)可能導(dǎo)致抗原濃度估計(jì)過(guò)高或過(guò)低，這是免疫測(cè)定中的一個(gè)問題。

利用抗原抗體相互作用的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

免疫化學(xué)技術(shù)依賴于分子水平上每種免疫球蛋白對(duì)其各自抗原的極端特異性，即使存在高濃度的污染分子。大多數(shù)抗原和抗體具有多個(gè)相互作用位點(diǎn)，因此相互作用形成沉淀物。使用抗體的實(shí)驗(yàn)示例包括蛋白質(zhì)印跡法、免疫組織化學(xué)和免疫細(xì)胞化學(xué)、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(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。這些力中的每一種都是弱的非共價(jià)鍵，但抗原和抗體之間的鍵可以非常強(qiáng)。

與抗體一樣，抗原可能具有多個(gè)相互作用位點(diǎn)，要么具有相同表位的多個(gè)副本，要么具有被多個(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)合可能會(huì)產(chǎn)生更穩(wěn)定的復(fù)合物，但也可能導(dǎo)致構(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。

其中K A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]分別是抗體(Ab)或抗原(Ag)上自由、未相互作用的結(jié)合位點(diǎn)的摩爾濃度。

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?？贵w-抗原結(jié)合的親和常數(shù)也可以在很大的范圍內(nèi)變化，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?？梢源_定單克隆抗體的親和常數(shù)，但不能確定多克隆抗體的親和常數(shù)，因?yàn)榭贵w和抗原之間形成了多個(gè)鍵。

可以通過(guò)平衡透析定量測(cè)量抗體對(duì)抗原的親和力。通過(guò)重復(fù)平衡透析，同時(shí)保持抗體濃度恒定并改變配體濃度，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)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)樗鼈冎g的差異為它們的使用帶來(lái)了優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

抗原抗體結(jié)合的性質(zhì)

抗體結(jié)合位點(diǎn)位于抗體分子的F(ab)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)和步驟如下：

1.抗原和抗體結(jié)合位點(diǎn)之間的鍵是非共價(jià)的，因此是可逆的。這些鍵可能是由于氫鍵、靜電鍵或范德華力引起的。

2.通常觀察到多重鍵的形成，導(dǎo)致抗體和抗原之間相對(duì)緊密的結(jié)合。

3.負(fù)責(zé)細(xì)胞上的抗原決定簇（表位）與抗體上的抗原結(jié)合位點(diǎn)（互補(bǔ)位）之間特異性結(jié)合的位點(diǎn)是這些分子中非常小的一部分，通常僅由幾個(gè)氨基酸組成。

4.這些位點(diǎn)對(duì)于抗原抗體反應(yīng)至關(guān)重要，因?yàn)樘囟ǖ慕Y(jié)合必須克服兩個(gè)分子之間的排斥力。

5.當(dāng)表位與互補(bǔ)位接觸時(shí)，它們最初會(huì)通過(guò)離子和疏水力相互吸引。這些力有助于克服水合能，當(dāng)表位和互補(bǔ)位相互接近時(shí)，水合能會(huì)取代水分子。然后，范德華力進(jìn)一步增強(qiáng)了這種吸引力，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)會(huì)受到多種因素的影響。常見因素包括：

1.溫度

抗原抗體反應(yīng)的最佳溫度取決于表位和互補(bǔ)位的化學(xué)性質(zhì)以及這些相互作用中涉及的鍵的類型。例如，氫鍵的形成往往是放熱的。這些鍵在較低溫度下更穩(wěn)定，因此使用碳水化合物抗原時(shí)溫度可能很重要。

2.pH

pH對(duì)抗原抗體復(fù)合物平衡常數(shù)的影響發(fā)生在pH6.5-8.4之間。當(dāng)pH值低于6.5或高于8.4時(shí)，抗原抗體反應(yīng)受到強(qiáng)烈抑制。pH5.0或9.5時(shí)的平衡常數(shù)比pH6.5-7.0時(shí)的平衡常數(shù)小100倍。極端的pH值條件會(huì)導(dǎo)致抗體構(gòu)象變化，從而破壞其與抗原的互補(bǔ)性。

3.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)有顯著的影響。例如，在生理鹽水中，Na +和Cl?聚集在復(fù)合物周圍并部分中和它們的電荷，這會(huì)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)聚集，與紅細(xì)胞脂蛋白形成可逆復(fù)合物，并在極低離子強(qiáng)度下沉淀。

以上我們講解了抗原抗體復(fù)合物形成過(guò)程中涉及的“抗原抗體相互作用”?？乖贵w復(fù)合物的形成是免疫化學(xué)的基本原理。讓我們好好理解原理，好好利用抗體技術(shù)。