血清中具有抗体活性或与抗体相关的一类球蛋白，通称为免疫球蛋白(immunoglobulin ,Ig)，其中包括IgG、IgA、IgM、IgD和IgE五大类。免疫球蛋白都是糖蛋白。Ig最主要的功能是它的抗体作用，它能与抗原(包括外来的和自身的抗原)相结合，从而有效地清除侵入体内的微生物、寄生虫，中和它们所释放的毒素，或清除某些自身衰老的细胞或产物等，是机体免疫系统中重要的组成部分，又是其进行自我调节的重要因素。

一、免疫球蛋白的基本结构

现已完全肯定，具有四条肽链的Y形结构是Ig的基本结构模式。其中两条为重链(约50kD)，两条为轻链(约25kD)。重链可有五种类型，由此将Ig分为IgG (γ链),IgA(α链)、IgM(μ链),IgD(ó链)和IgE（ε链)。轻链有两种类型: κ型和λ型。同一抗体的两条轻链总是相同的，即均为κ型或均为λ型。同一个体可能同时存在κ型和λ型，但κ型与λ型的比值不同种属可互不相同。如小鼠中95%为κ型，马则95%为λ型，而人类的κ/λ为2/1。表14一5列出血清中各种类型Ig的性质。   

      以下用含量最多、研究最透彻的IgG为例来说明Ig的结构。IgG经木瓜蛋白酶水解生成Fab(ab表示可与抗原结合)和Fc (c表示可被结晶)两个片段。对这些片段的分析证明Fab段保持原有的抗原结合特性，而Fc段并无与抗原结合的功能，但含有各种Ig的抗原决定簇。用胃蛋白酶水解IgG，结果只得到一个沉降常数为5S的片段称为F(ab)2，它可保持原有抗体的双价活性。将F(ab) 2缓和还原和烷化，就可断裂分成两个片段，其免疫特性与Fab段相同，即只能与一个抗原分子结合。由此提出IgG的四条链成对存在，相同的两条重链通过二硫键连接呈Y形，两条相同的轻链通过二硫键连接在重链Y形两臂的两侧。IgG的抗原结合部位在Fab段的末端。两个Fab段与Fc段的连接可能快速的变化，电镜观察发现Y形的两臂可伸展成180°，故将连接Fab段与Fc段的区域称为铰链区。对铰链区的氨基酸结构分析结果表明它与Ig其他区域无类似性，具有较多的脯氨酸残基，不形成α-螺旋的构型，以致铰链区比较伸展，易被酶分子靠近而水解。

14-5.jpg

     经氨基酸序列分析表明，轻链的214个氨基酸中N端的108个氨基酸的组成差异很大，而109～204氨基酸之间的序列则大致相同，故将前者称为可变区(V区)，后者称为恒定区(C区)。

      随着对各种Ig重、轻链序列的测定资料的增多，就有可能对这些序列进行比较，分析其与抗原结合部位的细微结构。分析结果说明轻链的V区有三个特殊的区域，在其中一个区域的氨基酸序列变异大大超过V区的其他部位，这个区域被称为超变区。超变区以外氨基酸序列的变异是有限的，从而提出抗体 V区中仅仅超变区是形成高度特异性的抗体与抗原结合的部位，而V区其他部位是为超变区提供适宜的三维空间折叠所必需。   

      免疫球蛋白(包括IgG、IgA、IgM、IgD和IgE)是一类结构类似的蛋白质，它们都具有大约含有100个氨基酸残基的结构域(domain)。从Ig立体结构分析发现，任何结构域多肽的折叠基本相似，只是 V区的比C区的多一个小环。这些肽链处于一系列的折叠中，其走向与功能区的长轴平行，相邻的肽链间相互平行，并形成两个平面，在两层平面中间集中着疏水氨基酸残基，两平面间以双硫键相连。其中一个平面(V区)有三条β折叠，另一平面(C区)则有四条β折叠。而原来分散的三个超变区通过肽链的折叠走向，在立体结构上都聚集到了一起，位于Fab段N端的V区表面，形成了一个凹形的抗体结合部位。整个的Ig分子即由免疫球蛋白折叠(immunoglobulin fold)的基本功能单位组装而成。

二、免疫球蛋白的糖基化   

      1.糖基化的部位和影响因素

      分泌型蛋白和位于细胞表面的蛋白受到多种转录后修饰，糖基化就是其中的一种特殊形式。糖基化是通过N-连接、O-连接等方式使寡糖与肽链共价结合。肽链的糖基化有以下几个特点:①同一种细胞中的不同糖蛋白包含不同的寡糖结构;②同一个多肽上可以携带多种不同的寡糖结构;③在同一个糖基化位点可以发现多种寡糖结构(即寡糖的异质性);④同一个糖基化位点上寡糖结构异质性的形式可以再生，而不是随意出现的;⑤细胞的类型对于寡糖的加工很重要。众所周知，糖蛋白的多肽链的合成是受基因控制的，但与蛋白质相连的寡糖链的合成并没有严格的直接的核酸模板指导，而是由酶催化的糖基转移(糖基转移酶)或剪接(糖苷酶)完成的。通常一个单一的多肽链在生物合成中是以不同的糖基化混合物的形式出现，这种具有不同糖基化形式的单一多肽，就称之为蛋白质的糖形。糖蛋白一般均有多种不同糖形存在。

      以下用现已研究得比较深入的N-连接寡糖糖链的生物合成来说明糖蛋白糖链的合成与加工。图12一2说明N-连接寡糖链的合成过程和经过剪切及糖基添加生成不同类型寡糖链的途径。糖蛋白中寡糖链的多样性即具有多种糖形是在高尔基体中的糖基化加工过程中产生的。模式图说明在内质网中磷酸多萜醇寡糖前体的添加是与新生肽链合成同时进行的;然后，在葡萄糖苷酶I和II的序列作用下，切去三个葡萄糖残基;再进一步被甘露糖苷酶作用后，合成中间物转入高尔基体，在此再被加工成为杂合型或复合型。  

      虽然，糖蛋白均在特定的细胞器内质网合成并可由此进人分泌途径，即所有的蛋白质都处于相同的糖基化机构中，但蛋白质所具有的可能的糖化位点并不是同样均可被糖基化的，糖基化的具体部位和程度受到多方面的影响。首先，受蛋白质三维结构的影响，如在蛋白质亚基中不同结构域的相对位置;其次是连接寡糖链结构域的空间结构及其所在局部的三维结构(如形成肽链回转的襻、螺旋结构或形成片层折叠，有无双硫键形成等)的影响;此外，还受到糖基化位点所在部位或其周围的氨基酸序列的影响。即使是同一个蛋白质分子，它的糖基化还受到以下因素的影响:①不同糖基转移酶或糖苷酶间的竞争;②核苷酸糖底物的提供;③新生肽的运转速度等的控制。由于观察到糖蛋白整个的加工过程中通常是以多糖形的混合体存在，提示蛋白质三维结构的调控完成后，其糖基化本身是由细胞操纵和继发的。因此，细胞可以通过改变其分泌的糖蛋白各糖形成分来应答内环境或外环境的变化。目前，糖基化各种影响因素中，糖基转移酶或糖苷酶的表达和调控受到广泛的重视。   

      2.糖基化种类和糖基化位点   

      免疫球蛋白都是糖蛋白，糖基化的不同对其功能有重要的影响。对不同类型Ig的糖基化位点所在的部位已进行了深入的研究，已知在各种免疫球蛋白的Fab段不同的区域仅IgG和IgA有糖基化，在铰链区IgA和IgD有O-糖基化链，而在高度保守的Fc区所有的各类型Ig都有N-糖基化位点。这些N-糖基化位点在IgG、IgA、IgD、IgE和IgM的CH2结构域均含有。此外，IgE和IgM在CH1结构域，IgD、IgE和IgM在CH3结构域，IgA和IgM在非免疫球蛋白结构域的尾段还有N-糖基化位点。有趣的是，虽然所有的免疫球蛋白的C区高度保守相似，但在不同种类的免疫球蛋白间，甚至在同一种免疫球蛋白分子的不同结构域，其糖基化位点却并非完全保守。