抗原是什么？（抗原抗体的相互作用）

抗原是什么？（抗原抗体的相互作用）

抗原抗体的相互作用是免疫化学技术的基础。抗体作为一种有效的研究工具，需要知道抗体究竟是怎样与相应的抗原结合的。抗原与抗体相互作用的特点主要有以下三点。

图1 抗原与抗体的结合

1.抗原和抗体结合的特异性

抗原决定簇和抗体的抗原结合位点之间以非共价键方式相互作用，二者在空间上必须处于紧密接触状态才能产生足够的结合力，分子间的互补结构决定了抗原抗体结合的特异性。其中抗原抗体分子间的相互作用即亲和力包括四种：氢键（Hydrogen bond）、离子键（lonic bond）和疏水作用（Hydrophobic interactions）以及范德华力（van der Waals interactions）。

图2 抗原抗体分子间相互作用的四种类型

抗原结构的微小改变能影响抗体抗原相互作用的强度。在接触面失去单个氢键可以使相互作用的强度减低。相互作用都是在接触面吸引和排斥作用的平衡之间进行的。结合位点氨基酸残基的改变也能改变抗原抗体相互作用的强度。

2.抗原和抗体结合的可逆性

亲和力（affinity）用于测定表位和抗体结合的强度。抗原和抗体以非共价键结合是可逆的（图3），相互作用的强度可以描述为平衡反应。设[Ab]为游离的抗体结合位点的物质量浓度、[Ag]为游离的抗原结合位点的物质量浓度、[AbAg] 为抗原-抗体复合物的物质量浓度，则亲和力计算公式为[AbAg]/[Ab][Ag]。

图3 抗原抗体结合的可逆性

达到平衡的时间取决于扩散率，高亲和力的抗体在较短时间内比低亲和力抗体能结合抗原。高亲和力抗体在免疫化学技术中使用效果较好，这与其有较高的活性，而且和复合物的稳定性有关。例如，高亲和力的抗体与小分子蛋白抗原结合的解离半衰期为30min或更长时间，而低亲和力抗体的解离时间只有几分钟或更短。

抗体抗原相互作用的亲和力有差异，抗体抗原相互作用的亲和常数受温度、pH和溶剂的影响，这些条件的改变，在达到反应平衡时可以发现抗原-抗体复合物的数量增加或减少，促使反应向完全结合方向发展或使结合的抗原发生解离。可以根据此性质，利用亲和层析法分离纯化抗原或抗体。

3.抗原和抗体反应中量的关系

亲合力（avidity）是指抗原-抗体复合物的整体稳定性。抗体抗原相互作用的整体强度受三个因素的控制：抗体对表位的内在亲和力、抗体和抗原的结合价（valence）以及参与反应成分的立体结构。抗体具有多价结合能力，其中IgG和多数IgA是二价、IgM为十价。抗原可以是多价的，也可以是单价的。多价相互作用可以稳定免疫复合物（图4）。

图4 抗原抗体的结合价与抗原抗体的亲和力之间的关系

如果多价抗原在试管中与特异性抗体混合，可以形成免疫复合物。在抗原和抗体的浓度合适的情况下，即等价带（zone of equivalence）时，抗原和抗体分子间通过非共价键广泛交联形成大的免疫复合物。如果抗原过剩，由于抗原和抗体结合的可逆性，自由的抗原会置换已经结合的抗原，使已经结合抗原的抗体解离，不能形成大的免疫复合物；同样，如果抗体过剩，自由的抗体会置换已经结合的抗体，使已经结合抗体的抗原解离，也不能形成大的免疫复合物（图5）。

图5 抗原抗体的分子比对抗原抗体形成免疫复合物的影响

以上简述了抗原抗体相互作用的三个特点，即抗原抗体反应的特异性、可逆性及中量的关系。抗原抗体反应是免疫化学的基础，如体液免疫的基础便是抗原与抗体分子的结合，这种结合可以是结合在细胞表面，也可是游离形式的。通过抗原抗体的结合继而引发出生理效应，例如调节作用、沉淀作用、凝集作用、促吞噬作用、溶细胞效应等，形成一整套机体体液免疫功能。