抗原抗体相互作用

抗体では、Fab（抗原結合フラグメント）領域は、免疫グロブリンポリペプチドの軽鎖と重鎖の両方のアミノ末端から形成されます。この領域は可変（V）ドメインと呼ばれ、各タイプの抗体とその抗原への結合親和性を定義するアミノ酸配列で構成されています。可変軽鎖（V _L）と可変重鎖（V _H）の結合配列により、3つの超可変領域（HV1、HV2、およびHV3）が形成されます。V _Lでは、これらはそれぞれおおよそ28～35番目、49～59番目、および92～103番目の残基です。HV3は最も可変な部分です。したがって、これらの領域は、抗原を認識して結合する抗体の部分であるパラトープの一部である可能性があります。超可変領域間のV領域の残りの部分は、フレームワーク領域と呼ばれます。各Vドメインには、FR1、FR2、FR3、およびFR4という4つのフレームワークドメインがあります。^{[ 4 ] [ 6 ]}

抗体は弱い化学的相互作用によって抗原に結合し、その結合は本質的に非共有結合である。相互作用部位に応じて、静電相互作用、水素結合、ファンデルワールス力、疎水性相互作用が関与することが知られている。 ^{[ 7 ] [ 8 ]}抗体と抗原間の非共有結合は、界面の水分子によっても媒介されることがある。このような間接的な結合は、交差反応性、すなわち単一の抗体による異なるが関連する抗原の認識という現象に寄与する可能性がある。^{[ 9 ]}

抗原と抗体は、鍵と鍵穴のように高い親和性結合を介して相互作用します。^{[ 10 ]}結合には動的平衡が存在します。たとえば、反応は可逆的であり、次のように表すことができます。^{[ 11 ]}

${\displaystyle {\ce {[Ab] + [Ag] <=> [AbAg]}}}$

ここで、[Ab]は抗体濃度、[Ag]は抗原濃度であり、遊離状態（[Ab],[Ag]）または結合状態（[AbAg]）のいずれかである。

したがって、平衡結合定数K _aは次のように表すことができる。

${\displaystyle K_{a}={\frac {k_{{\ce {on}}}}{k_{{\ce {off}}}}={\frac {{\ce {[AbAg]}}}{{\ce {[Ab] [Ag]}}}}}$

ここで、 k _onとk _{off は}それぞれ会合速度定数と解離速度定数である。

逆に、平衡解離定数K _{d は}次のようになります。

${\displaystyle K_{d}={\frac {k_{{\ce {off}}}}{k_{{\ce {on}}}}={\frac {{\ce {[Ab] [Ag]}}}{{\ce {[AbAg]}}}}$

抗体と抗原の結合速度は、二次可逆反応の速度式で表すことができます。しかし、これらの式は単一エピトープ結合、つまり1つの抗体に1つの抗原が結合する場合にのみ適用可能です。抗体は必ず2つのパラトープを持ち、多くの場合、複合結合が起こるため、多重結合平衡は次のようにまとめられます。

${\displaystyle K_{a}={\frac {k_{{\ce {on}}}}{k_{{\ce {off}}}}={\frac {{\ce {[AbAg]}}}{{\ce {[Ab] [Ag]}}}={\frac {r}{c(nr)}}}$

ここで、平衡状態では、c は遊離リガンドの濃度、r は結合リガンドの濃度と全抗体濃度の比、n は抗体分子あたりの結合部位の最大数（抗体価）である。^{[ 12 ] [ 11 ]}

抗体と抗原の結合の全体的な強さは、その抗原に対するアビディティと呼ばれます。抗体は二価または多価であるため、これは個々の抗体-抗原相互作用の強さの合計です。抗体上の単一の結合部位とその標的エピトープとの間の個々の相互作用の強さは、その相互作用のアフィニティと呼ばれます。^{[ 13 ]}

結合力と親和性は、それらが表す相互作用の解離定数によって判断できます。解離定数が低いほど、結合力または親和性が高くなり、相互作用が強くなります。^{[ 14 ] [ 15 ]}

可溶性抗原は、適切な温度と pH の電解質の存在下で可溶性抗体と結合して、不溶性の目に見える複合体を形成します。これは沈殿反応と呼ばれます。これは、抗原と抗体の両方の定性的および定量的決定に使用されます。これは、可溶性抗原と可溶性抗体が反応して、格子と呼ばれる大きな相互連結構造を形成することを含みます。^{[ 23 ]}これは 2 つの明確な段階で起こります。まず、抗原と抗体は数秒以内に急速に抗原抗体複合体を形成し、これに続いて、抗体抗原複合体が溶液から沈殿する格子を形成するより遅い反応が起こります。^{[ 24 ] [ 25 ]}

特殊なリングテストは、炭疽病の診断や食品の異物混入の判定に有用である。^{[ 26 ] [ 27 ]}

これは、抗体が粒子状抗原を架橋し、粒子が目に見える凝集を起こす抗原抗体反応に作用します。能動凝集と受動凝集の2種類があります。^{[ 28 ]}これらは腸チフスの診断のための血液検査に使用されます。^{[ 29 ] [ 30 ]}