抗体技术基本原理：抗原抗体相互作用

抗原和抗体的结合

利用免疫化学的抗体技术已成为许多生命科学研究领域的重要工具。免疫化学的基本原理是特异性抗体与特异性抗原结合形成独特的抗原抗体复合物。在本文中，我们将解释抗原抗体复合物形成中涉及的“抗原抗体相互作用”。

抗体与抗原上抗原位点相互作用的强度以抗体对抗原的亲和力来表示。在每个抗原位点，抗体“臂”的可变区通过弱非共价力与抗原上的多个位点相互作用。相互作用越大，亲和力越高。关于抗原抗体复合物的整体稳定性或强度，亲和力可能比亲和力更具参考价值。

亲和力由三个主要因素控制：1）抗体对表位的亲和力，2）抗原和抗体的价态，以及3）相互作用位点的三维结构。最终，这些因素决定了抗体的特异性——特定抗体与精确抗原表位结合的可能性。

什么是交叉反应

交叉反应是指抗体或抗体群与引起其产生的抗原以外的抗原表位结合。发生这种情况可能是因为抗体的亲和力或特异性较低，或者因为几种不同的抗原具有相同或非常相似的表位。

当需要与一组相关抗原进行一般结合时，或在表位的蛋白质序列在进化过程中不是高度保守的情况下尝试跨物种标记时，可能需要交叉反应。

交叉反应可能导致抗原浓度估计过高或过低，这是免疫测定中的一个问题。

利用抗原抗体相互作用的实验应用

免疫化学技术依赖于分子水平上每种免疫球蛋白对其各自抗原的极端特异性，即使存在高浓度的污染分子。大多数抗原和抗体具有多个相互作用位点，因此相互作用形成沉淀物。使用抗体的实验示例包括蛋白质印迹法、免疫组织化学和免疫细胞化学、酶联免疫吸附试验(ELISA)、免疫沉淀和流式细胞术。

抗原-抗体相互作用的动力学

抗原和抗体之间的特异性结合是由于氢键、疏水相互作用、静电力和范德华力。这些力中的每一种都是弱的非共价键，但抗原和抗体之间的键可以非常强。

与抗体一样，抗原可能具有多个相互作用位点，要么具有相同表位的多个副本，要么具有被多个抗体识别的多个表位。涉及多个相互作用位点的结合可能会产生更稳定的复合物，但也可能导致构象干扰，从而降低结合的可能性。

所有抗原-抗体结合都是可逆的，并遵循适用于可逆双分子相互作用的基本热力学原理。

其中K A是亲和常数，[Ab-Ag]是抗原-抗体复合物的摩尔浓度，[Ab]和[Ag]分别是抗体(Ab)或抗原(Ag)上自由、未相互作用的结合位点的摩尔浓度。

达到平衡所需的时间取决于扩散速率和抗体对抗原的亲和力，并且可能有很大差异。抗体-抗原结合的亲和常数也可以在很大的范围内变化，从小于10 5 /mol到大于10 12 /mol。亲和常数受温度、pH值和溶剂的影响。可以确定单克隆抗体的亲和常数，但不能确定多克隆抗体的亲和常数，因为抗体和抗原之间形成了多个键。

可以通过平衡透析定量测量抗体对抗原的亲和力。通过重复平衡透析，同时保持抗体浓度恒定并改变配体浓度，创建斯卡查德图。该图提供了有关亲和力和潜在交叉反应的信息。

在设计实验程序时区分单克隆抗体和多克隆抗体非常重要，因为它们之间的差异为它们的使用带来了优点和缺点。

抗原抗体结合的性质

抗体结合位点位于抗体分子的F(ab)部分，由重链和轻链的高变区组成。该位点与抗原结合的特点和步骤如下：

1.抗原和抗体结合位点之间的键是非共价的，因此是可逆的。这些键可能是由于氢键、静电键或范德华力引起的。

2.通常观察到多重键的形成，导致抗体和抗原之间相对紧密的结合。

3.负责细胞上的抗原决定簇（表位）与抗体上的抗原结合位点（互补位）之间特异性结合的位点是这些分子中非常小的一部分，通常仅由几个氨基酸组成。

4.这些位点对于抗原抗体反应至关重要，因为特定的结合必须克服两个分子之间的排斥力。

5.当表位与互补位接触时，它们最初会通过离子和疏水力相互吸引。这些力有助于克服水合能，当表位和互补位相互接近时，水合能会取代水分子。然后，范德华力进一步增强了这种吸引力，使表位和互补位更加紧密地结合在一起。

影响抗原抗体反应的因素

抗原抗体反应会受到多种因素的影响。常见因素包括：

1.温度

抗原抗体反应的最佳温度取决于表位和互补位的化学性质以及这些相互作用中涉及的键的类型。例如，氢键的形成往往是放热的。这些键在较低温度下更稳定，因此使用碳水化合物抗原时温度可能很重要。

2.pH

pH对抗原抗体复合物平衡常数的影响发生在pH6.5-8.4之间。当pH值低于6.5或高于8.4时，抗原抗体反应受到强烈抑制。pH5.0或9.5时的平衡常数比pH6.5-7.0时的平衡常数小100倍。极端的pH值条件会导致抗体构象变化，从而破坏其与抗原的互补性。

3.离子强度

离子强度对抗原抗体反应的影响在血型血清学中尤为重要，其中钠离子和氯离子对反应有显著的影响。例如，在生理盐水中，Na +和Cl−聚集在复合物周围并部分中和它们的电荷，这会干扰抗体与抗原的结合。当使用低亲和力抗体时，这可能是一个问题。众所周知，γ-球蛋白会聚集，与红细胞脂蛋白形成可逆复合物，并在极低离子强度下沉淀。

以上我们讲解了抗原抗体复合物形成过程中涉及的“抗原抗体相互作用”。抗原抗体复合物的形成是免疫化学的基本原理。让我们好好理解原理，好好利用抗体技术。