적응면역반응에서, 면역계는 B 세포가 만들어 내는 항체 (Antibody)를 이용하여 세포 외 병원체나 독소를 제거한다. 항체는 활성화된 Effector B 세포 혹은 형질세포에서 생성되어 혈액과 림프액을 순환하거나 점막 표면에 존재한다.
항체는 세균이나 바이러스를 포함한 모든 유형의 생물학적 거대분자의 단백질과 탄수화물 형태의 성분을 항원으로 인식하고 결합하여 결과적으로 병원체를 무력화시키고, 면역계의 다른 구성인자 (대식세포, 보체)들을 보조한다.
항체의 구조
항체는 4 개의 폴리펩타이드 사슬로 이루어진 당 단백질이다.
2개의 중쇄 (Heavy chain), 작은 2 개의 경쇄 (Light chain)가 Y 자 모양으로 결합해 있다. 쭉 이어져 있는 것 같지만 중쇄와 경쇄는 공유결합 (이황화결합)으로 붙어있다.
서로 다른 항체의 아미노산 서열 (Sequence)은 굉장히 다른데, 이런 부위를 우리는 가변부위 (Variable region, V region)라 부른다.
결론부터 말하자면 이 가변부위 덕분에 우리는 특이 항원에 꼭 맞는 항체를 제작할 수 있고, 특정 항원에 대해 특이적 (Specific)으로 반응할 수 있게 된다.
개인이 만들 수 있는 특이적 항체의 종류를 항체 레퍼토리 (Antibody repertoire) 라 부르고, 이론상 최대 10^16의 종류까지 개인 특유의 항체 레퍼토리를 생산할 수 있으나, 실제로는 체내에 존재할 수 있는 B 세포 수에 한계가 있으므로 약 10^9 개 정도가 존재한다.
중쇄와 경쇄가 짝을 이뤄 항원결합부위 (Antigen-binding site)를 이루는데 Y자 모양 분자의 양쪽 팔 끝에 2 개의 동일한 항원결합부위를 갖는다. 그 외 나머지 부분은 모든 항체분자에서 동일하거나 거의 차이가 없기 때문에 불변부위 (Constant region, C region)라 부르며 C-terminal 쪽에 위치한다.
항체의 종류
항체는 일반적으로 면역글로불린 (Immunoglobulin)으로 불리기도 한다. 서로 다른 기능을 가지는 5 종류의 개별형 (Isotype) 또는 클래스 (Class)를 가진다. 각 종류는 중쇄의 불변부위로 구분할 수 있다.
면역글로불린 G (Immunoglobulin G, IgG), 면역글로불린 M (Immunoglobulin M, IgM), 면역글로불린 D (Immunoglobulin D, IgD), 면역글로불린 A (Immunoglobulin A, IgA), 그리고 면역글로불린 E (Immunoglobulin E, IgE)이며, 이들의 중쇄는 각 해당하는 그리스어 소문자로 표시한다. (IgG의 heavy chain의 경우 γ, 감마로 표기)
경쇄의 경우 카파 (κ)와 람다 (λ) 두 가지 개별형 (Isotype)만 존재한다.
두 가지 타입의 경쇄는 5 종류의 중쇄와 모두 결합할 수 있으나 카파나 람다 중 하나만을 가질 수 있다.
둘 다 가질 수는 없나요?
둘 다 가지는 경우는 없다.
동물 종에 따라 다르지만 카파나 람다를 가지는 빈도는 모두 다른데 사람의 경우 60 %는 카파 사슬을 가지고 30 % 는 람다사슬을 가진다. 반면, 마우스는 95 %가 카파로 구성되고 나머지가 람다로 구성된다.
카파를 가지는 항체와 람다를 가지는 항체의 기능적 차이점은 아직 발견되지 않았다.
항원결합부위 (극가변부위)의 다양성, 항체 변이도 계산
항체는 가변부위라는 곳이 존재하고 그로 인해 항원에 대한 황제의 특이성이 생긴다고 언급했다. 그런데 흥미롭게도 극가변부위 (Hypervariable region)이라는 곳이 존재한다.
쉽게 설명하자면 가변부위 중에서도 최고의 변이도 (같은 자리에 얼마나 다른 아미노산이 들어가는지에 따라 결정)가 나타나는 부위를 말한다.
예시)
항체 100 개가 있다. 이 항체들의 중쇄를 살펴보자.
중쇄의 7번째 아미노산이 세린일 경우가 51 개 (빈도 0.51)라면, 세린은 7번 위치에서 가장 흔한 아미노산이 된다. (50 %를 넘겼기 때문에)
나머지 49 개에서 세린이 아닌 4 가지의 아미노산이 추가로 관찰되었다. 그렇다면 이 부위는 총 5 가지의 아미노산이 관찰되었기 때문에 이 부위의 변이도는 9.8로 계산할 수 있다.
변이도 = 주어진 위치에서 나타나는 아미노산의 개수 / 주어진 위치에서 가장 흔한 아미노산의 빈도
(9.8 = 5 / 0.51)
극가변 부위는 항체가 항원과 결합하는 부위이다.
어떻게 붙나요?
디엔에이는 이중나선이다. A (아데닌)은 T (티민)과 상보적으로 결합한다. 이렇듯 극가변 부위는 항원에 상보적인 서열을 가진다. 그렇기 때문에 항원과 실제로 붙는 항체 부위를 상보성 결정부위 (Complementrarity-determining regions, CDR)이라 부르기도 한다.
항원의 입장에서는 이 부위를 항원결정부위 (Antigenic determinatnt) 또는 에피토프 (Epitope)라 부르며, 보통 탄수화물이나 단백질이다. 병원체 (항원)의 표면은 일반적으로 당단백, 탄수화물, 당지질 그리고 펩티도글리칸등으로 이루어져 있기 때문이다.
항체의 CDR은 항원의 에피토프에 맞춰서 유연하게 적용할 수 있다. 항체가 효과적으로 작용하기 위해서는 병원체 (항원)에 단단하게 결합해서 떨어지지 않아야 하는데 항원과 항체의 결합부위 표면이 더 잘 맞을수록 짧은 거리에서 결합이 형성되기 때문에 결합력이 더욱 강해지게 된다.
요약
1. 항체는 중쇄 (Heavy chain)과 경쇄 (Light chain)로 구성된다.
2. 항체는 가변부위 (Variable region)와 불변부위 (Constant region)로 구분할 수도 있다.
(언급은 안 했지만 Fab와 Fc region으로도 구분할 수 있다. 항원과 결합하는 부위라고 해서 Fab (Fragment antigen binding)라 불리고 기둥에 해당하는 조각은 쉽게 결정 (Crystal)을 형성하기 때문에 Fc (Fragment crystallizable 라 불린다.)
3. 항체의 항원결합부위는 중쇄와 경쇄의 극가변부위들로 만들어진다.
4. 항원결합부위는 물리적인 특성도 다양하며, 이러한 요소들이 종합적으로 항체의 결합력이나 친화도를 결정한다.
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