第十三章抗原抗體反應岳華第十三章抗原抗體反應岳華1 抗原與相應抗體的特異性結合反應稱為抗原抗體反應(antigen-antibodyreaction)。抗原抗體反應既可在體內作為體液免疫應答的效應機制自然發(fā)生，也可在體外作為免疫學實驗的結果出現。在體內，可表現為溶菌、殺菌、促進吞噬或中和毒素等作用，有時亦可引起免疫病理損傷，在體外，依相應抗原物理性狀(顆粒狀或可溶性)以及反應的條件(電解質、補體等)不同，可出現凝集、沉淀、細胞溶解和補體結合等反應。 抗原與相應抗體的特異性結合反應稱為抗原抗體反應(anti2第六章抗原抗體反應課件3概述 本章敘述的抗原抗體反應，主要是指抗原和抗體在體外結合所表現的反應。由于抗體主要存在于血清中，并且臨床上多用血清做試驗，所以體外實驗中的抗原抗體反應曾稱作血清學反應（serologicalreaction)。但是隨著免疫學的發(fā)展，血清學的含義已不能概括目前的研究內容，現在多以抗原抗體反應代替血清學反應一詞。

概述 本章敘述的抗原抗體反應，主要是指抗原和抗體在體外結合4第一節(jié)抗原抗體反應原理

抗原抗體結合反應是抗原決定簇和抗體分子超變區(qū)之間的相互作用，是一種分子表面的特異的可逆的弱結合力。這些弱結合力只能在極短距離內才能發(fā)生效應。因此抗原抗體結合反應的最重要的先決條件是抗原與抗體間的特定部位的空間結構必須相互吻合，具有互補性;其次，抗原決定簇與抗體超變區(qū)必須緊密接觸，才能有足夠的結合力，使抗原抗體分子結合在一起。第一節(jié)抗原抗體反應原理 抗原抗體結合反應是抗原決定簇5一、抗原抗體結合力 抗原和抗體的結合雖然是互補性的特異性結合，但并不形成牢固的共價鍵，只是通過非共價鍵結合，結合方式類似蛋白質和細胞受體或酶與底物之間的結合。抗原與抗體這種弱的結合力涉及下列幾種分子間的作用力。一、抗原抗體結合力6l.靜電引力 抗原和抗體分子帶有相反電荷的氨基和羧基基團之間相互的引力，稱為靜電引力，又稱庫倫引力。例如，抗體分子上帶電荷的堿性氨基酸的游離氨基(--NH3+和酸性氨基酸的游離羧基(—COO--可與抗原分子上帶相反電荷的對應基團相互吸引。這種引力的大小與兩個相互作用基團間的距離的平方成反比。

l.靜電引力 抗原和抗體分子帶有相反電荷的氨基和羧基基團72.范德華引力 抗原和抗體相互接近時，由于分子的極化作用而出現的引力，稱范德華引力。結合力的大小與兩個相互作用基團的極化程度的乘積成正比、與它們之間距離的7次方成反比，鍵能約為4.2---12·5kJ/mol。這種引力的能量小于靜電引力。2.范德華引力 抗原和抗體相互接近時，由于分子的極化作用而83.氫鍵結合力 供氫體上的氫原子與受氫體原子間的引力。在抗原抗體反應中，羧基、氨基和羥基是主要供氫體，而羧基氧、羧基碳和肽鍵氧等原子是主要受氫體，能的大小取決于方向即氫鍵具有高度的方向性，因此范德華力更具有特異性。氫鍵結合力與供氫體和受氫體之間距離的6次方成反比，鍵能約20·9kJ/mol。3.氫鍵結合力 供氫體上的氫原子與受氫體原子間的引力。在抗94.疏水作用力 兩個疏水基團在水溶液中相互接觸時，由于對水分子排斥而趨向聚集的力稱為疏水作用力，或稱為疏水鍵。當抗原抗體反應時，抗原決定簇與抗體上的結合點靠近，互相間正、負極性消失，由靜電作用形成的親水層立即失去，從而促進抗原與抗體的相互吸引而結合。疏水作用力在抗原抗體反應中的結合是很重要的。提供的作用力最大，約占總結合力的50%。4.疏水作用力 兩個疏水基團在水溶液中相互接觸時，由于對水10第六章抗原抗體反應課件11二、抗原抗體親和性 抗原與抗體的結合受多種因素的影響，為了較妥當地表示抗原與抗體結合力的大小，在免疫化學中，一般用親和性與親和力兩個術語表示。親和性是指抗體分子上一個抗原結合點與對應的抗原決定簇之間的相適性而存在著的引力，這是抗原與抗體之間固有的結合力。親和力是指反應系統(tǒng)中復雜抗原與相應抗體之間的結合能力。

二、抗原抗體親和性 抗原與抗體的結合受多種因素的影響，為了12 親和力與親和性有關，也與抗體的結合價和抗原的有效決定簇數目相關。例如，IgG為兩價，其親和力為單價的l03倍;而IgM為5～10價;其親和力為單價的107倍。親和力越大，抗原抗體結合越牢固。而在單克隆抗體反應系統(tǒng)中，只有某些決定簇起作用，因此，單克隆抗體與相應抗原的親和力相對較弱。 親和力與親和性有關，也與抗體的結合價和抗原的有效決定簇數13 抗體與抗原結合是可逆的反應，在平衡對其親和常數K=抗原抗體復合物濃度游離抗原濃度×游離抗體濃度 K代表抗體結合抗原的親和力。K值大的抗體與抗原牢固結合，不易解離，稱該抗體有高親和力。 抗體與抗原結合是可逆的反應，在平衡對其親和常數14三、親水膠體轉化為疏水膠體 抗體和大多數抗原同屬蛋白質。在通常的血清學反應條件下均帶有負電荷，使極化的水分子在其周圍形成水化層，成為親水膠體，因此蛋白質不會自行凝集出現沉淀。當抗原與抗體結合后，表面電荷減少，水化層變薄;而且由于抗原抗體復合物形成后，與水接觸的表面積減少，由親水膠體轉化為疏水膠體。此時在電解質(如NaCl，的作用下，使各疏水膠體之間進一步靠攏、沉淀，形成可見的抗原抗體復合物。三、親水膠體轉化為疏水膠體 抗體和大多數抗原同屬蛋白質。在15第二節(jié)抗原抗體反應的特點

一、特異性 特異性(speecificity)是指任何一種抗原分子，只能與由它刺激所產生的抗體結合而起反應的專一性能。特異性是抗原抗體反應的最重要特征之一，是由抗原決定簇和抗體分子超變區(qū)之間空間結構的互補性決定的。抗體分子N端可變區(qū)形成大小約為3nm×1.5nm×0.7nm的槽溝，其中超變區(qū)氨基酸殘基的變異性使槽形狀千變萬化，只有與其空間結構互補的抗原決定簇才能如楔狀嵌入，其關系如鎖和鑰匙，因此，抗原抗體結合反應具有高度特異性。

第二節(jié)抗原抗體反應的特點一、特異性16第六章抗原抗體反應課件17 這種高度的反應特異性是一切抗原抗體反應的主體，所以在傳染病的診斷、防治等醫(yī)學和生物學領域都已得到了廣泛的應用。 多數的天然抗原物質的構成十分復雜，如微生物抗原，常含有多個不同的抗原決定簇。如果兩種不同的抗原物質具有部分相同或類似結構的抗原決定簇，則可與彼此相應的抗血清出現交叉反應 這種高度的反應特異性是一切抗原抗體反應的主體，所以在傳染18二、比例性 比例性是指抗原與抗體發(fā)生可見反應需遵循一定的量比關系，只有當二者濃度比例適當時，才出現可見反應。以沉淀反應為例，在加入固定量抗體的一排試管中再依次加入一定體積的遞增濃度的抗原進行反應時，發(fā)現隨著抗原濃度的增加，沉淀很快大量出現，但超過一定范圍之后，沉淀速度和沉淀量隨抗原濃度增加反而迅速降低，甚至到最后不出現沉淀。沉淀反應的速度反映了參加反應的抗原和抗體濃度的適合程度，適合程度高反應快，反之則慢。通常把最迅速出現沉淀時的抗原抗體的濃度比或量比稱為抗原抗體反應的最適比。二、比例性 比例性是指抗原與抗體發(fā)生可見反應需遵循一19第六章抗原抗體反應課件20 實驗證明，在同一抗原抗體反應系統(tǒng)中，不管抗原和抗體濃度如何變化，其沉淀反應的最適比始終恒定不變(如表抗原與抗體濃度的最適比始終是1:4)。最適比亦稱為抗原抗體反應的等價點。 實驗證明，在同一抗原抗體反應系統(tǒng)中，不管抗原和抗體濃度如21 在最適比反應條件下，抗原抗體幾乎全部結合形成沉淀物，上清液中基本無游離的抗原和抗體。當抗原和抗體濃度比超過此范圍時，沉淀速度和沉淀最都會迅速降低，甚至不出現沉淀。抗原與抗體分子比例合適的范圍稱為抗原抗體反應的等價帶;因抗原抗體比例不合適而不出現可見反應，稱抑制帶。其中抗體過量時，稱為前帶；抗原過量時，稱為后帶。 在最適比反應條件下，抗原抗體幾乎全部結合形成沉淀物，上清22第六章抗原抗體反應課件23第六章抗原抗體反應課件24 抗原抗體反應比例性的機制，可用網格學說加以說明。因為天然抗原大多是多價的，抗體至少為兩價，當抗原與抗體在等價帶結合時，相互交叉連接成具有立體結構的網格狀復合體，形成肉眼可見的沉淀物。當抗原或抗體過剩時，由于過剩方的結合價得不到飽和，只能形成小網格復合物，并存在有較多游離的抗原或抗體。該學說已得到電子顯微鏡觀察的有力支持。但是，當抗原或抗體為單價，不管抗原與抗體的量比關系是否合適，均不能出現可見反應現象。 抗原抗體反應比例性的機制，可用網格學說加以說明。因為天然25第六章抗原抗體反應課件26三、可逆性 可逆是指抗原與抗體結合成復合物后，在一定條件下可解離為游離抗原與抗體的特性。由于抗原抗體反應是分子表面的非共價鍵結合，所形成的復合物并不牢固，在一定條件下(如低pH、高濃度鹽等)可以解離。常用于解離抗原抗體復合物的物質有3mol/L硫氰化鉀，7mol/L尿素，pH2·4、0·lmol/L甘氨酸等。解離后的抗原或抗體分子，仍保持原來的理化特性及生物學性狀。三、可逆性 可逆是指抗原與抗體結合成復合物后，在一定條件下27四、敏感性 抗原抗體反應具有高度的敏感性，不僅可以定性，而且可以定量。其敏感度大大超過目前所有化學方法。其敏感度因反應種類不同而異。四、敏感性 抗原抗體反應具有高度的敏感性，不僅可以定性，而28□□29五、抗原抗體反應的二階段性 第一階段為抗原抗體特異性結合階段，反應速度快，幾秒鐘或幾分鐘即可完成，但不出現肉眼可見反應。第二階段為可見階段，表現為凝集、沉淀、補體結合等反應，本階段有兩個特點，一是反應進行慢，需要幾分鐘、幾十分鐘或更長。其二是受電解質、溫度、酸堿度等多種因素影響。五、抗原抗體反應的二階段性 第一階段為抗原抗體特異性結合階30第三節(jié)抗原抗體反應影響因素

影響抗原抗體反應的因素較多，主要有兩方面:一方面是受到抗原、抗體的自身因素的影響;另一方面是受到電解質、酸堿度、溫度及時間等實驗環(huán)境因素的影響。第三節(jié)抗原抗體反應影響因素 影響抗原抗體反應的因素31一、應物自身因素

1、抗原

抗原的理化性狀、抗原決定簇的數目和種類均可影響血清學反應結果

例如，可溶性抗原與相應抗體反應出現沉淀，而顆粒性抗原與相應抗體反應則出現凝集;單價抗原與抗體結合不出現可見反應;粗糙型細菌在生理鹽水中易出現自凝；紅細胞與IgG類抗體結合不出現直接凝集等。一、應物自身因素1、抗原抗原的理化性狀、抗原決定簇的數32抗體是血清學反應中的關鍵因素，對反應的影響表現在以下三個方面:(1)來源:來自不同動物的免疫血清，其反應性有差異。家兔等大多數動物的免疫血清具有較寬的等價帶，通常在抗原過量時才易出現可溶性免疫復合物;馬等大動物和人的免疫血清等價帶較窄，少量的抗原或抗體過剩，均可形成可溶性免疫復合物;家禽免疫血清不能結合哺乳動物的補體，并且在高鹽濃度（80g/LNaCl溶液中沉淀現象明顯。單克隆抗體一般不適用于沉淀反應或凝集反應。

2、抗體抗體是血清學反應中的關鍵因素，對反應的影響表現在以下三個方面33(2)特異性與親和力: 特異性和親和力是影響血清學反應的兩個關鍵因素，它們共同影響試驗結果的準確程度。免疫動物早期獲得的抗血清特異性較好，但親和力低;后期獲得的抗血清一般親和力較高，但長期免疫易使免疫血清中抗體的類型和反應性變得更為復雜。因此，用于診斷的試劑必須盡量選用特異性高、親和力強的抗體，才能保證和提高試驗結果的可靠性。(2)特異性與親和力: 特異性和親和力是影響血清學反應的兩34（3）濃度:

抗體的濃度往往是與抗原相對而言。合適的濃度才出現明顯的反應現象。因此許多試驗應進行抗體預滴定，找出最適反應濃度。（3）濃度:35二、環(huán)境條件l.電解質抗原抗體結合后由親水性變?yōu)槭杷裕藭r易受電解質影響，如有適當濃度電解質存在，就會使抗原抗體失去一部分電荷而相互凝集或沉淀，出現可見反應;若無電解質存在，則不出現可見反應。通常在血清學試驗中，以8·5g/LNaCl溶液作為抗原抗體的稀釋液及反應液，其中Na+和Cl-可分別中和膠體顆粒上的電荷，使膠體顆粒的電勢下降，形成可見的沉淀物或凝集物。但如果電解質濃度過高，則會出現非特異性蛋白質沉淀，即鹽析。補體參與的溶細胞反應，除需要等滲的NaCl溶液外，還需適雖的Mg2+和Ca2+離子參與。二、環(huán)境條件l.電解質抗原抗體結合后由親水性變?yōu)槭杷裕?6第六章抗原抗體反應課件372.酸堿度

合適的pH是抗原抗體反應的必要條件之一。血清學試驗一般以pH6--9為宜，超出此范圍可影響抗原和抗體的理化性質，導致假陽性或假陰性結果。當pH為3左右時，接近細菌抗原的等電點，可出現非特異性酸凝集，造成假象。2.酸堿度合適的pH是抗原抗體反應的必要條件之一。血清38第六章抗原抗體反應課件39

3.溫度

抗原抗體反應一般在15一40℃范圍內均可進行，最適溫度為37℃。在此范圍內溫度越高，分子運動速度加快，增加抗原抗體接觸機會，反應速度越快，但亦容易引起復合物解離;溫度越低，反應速度緩慢，但抗原抗體結合牢固，易于觀察。某些特殊的抗原抗體反應需要特定的溫度，如冷凝集素在4℃時與