抗原抗体的结合

体外抗原抗体反应又称血清学反应（serologic reaction），因抗体主要存在于血清中，试验时一般都采用血清标本，故名。但抗原抗体反应亦常用于细胞免疫测定，如对淋巴细胞表面分化抗原的鉴定。因此，血清学一词已被广义的抗原抗体反应所取代。

抗原与抗体在体外结合时，可因抗原的物理性状不同或参与反应的成分不同而出现各种反应，例如凝集、沉淀、补体结合及中和反应等。

在此基础上进行改进，又衍生出许多快速而灵敏的抗原抗体反应，例如从凝集反应衍生出间接凝集、反向间接凝集、凝集抑制试验、协同凝集试验等；从沉淀反应结合电泳，衍生出免疫电泳、对流免疫电泳、火箭电泳等。此外，还有各种免疫标记技术，如免疫荧光、酶免疫测定、放射免疫、免疫电镜及发光免疫测定等。

抗原抗体结合具有高度特异性，即一种抗原分子只能与由它刺激所产生的抗体结合而发生反应。抗原的特异性取决于抗原决定簇的数目、性质和空间构型，而抗体的特异性则取决于抗体Ig Fab段的可变区与相应抗原决定簇的结合能力。抗原与抗体不是通过共价键，而是通过很弱的短矩引力而结合，如范德华引力（Van der waal’s attraction force）、静电引力（electrostatic force）、氢键（hydrogen bond）及疏水性作用（hydrophobic effect）等。

范德华引力与两种相互作用的分子或原子间的距离七次方成反比（F 2 ＝1 / d 7 )，即两者越靠近，此引力越大。这种引力能否最大限度地发挥作用，关键在于分子的空间构型。抗原与抗体分子的互补空间关系有助于该引力发挥作用，它可增加两种分子结合在一起的倾向，形成特异性抗原抗体复合物。若一个分子在形态上有一个凹陷，它能准确地与另一分子突出的基因互补，如同抗原―抗体、酶―底物系统的活性部位的相互作用，这种相互作用可产生最强的Van der Waal接触。

静电引力又称库仑引力（Coulumbic attraction force）发生在带有相反电荷的基团之间，例如NH 3 ＋ 与COO － 之间。这种结合力的强度与两个相互作用基团间的距离平方成反比（F 2 ＝1 / d 2 )。若两个分子间有可能发生电荷转移的部位，该部位也可能产生静电引力。

氢键可在共价键结合的氢原子间产生。氢原子可与一个带负电荷的原子共价结合，再与另一个带负电荷原子的非共价电子相互作用，就形成了氢键。例如：
－O … H－O－
－O … H－N－
－N … H－N－

氢键较弱，键能的大小取决于方向，即氢键具有方向性。在抗原抗体反应中氨基或羧基是主要的供氢体，H ＋ 必须直接对着或靠近带负电荷的受体原子，才能产生强的氢键能，若间接对着，键能则非常小。氢键比Van der Waal引力更特异，因为它需要分子上存在互补的供氢体和受体基团。

疏水性结合或疏水作用在各种抗原抗体相互反应中十分重要。抗原和抗体分子上的疏水决定簇在水中不形成氢键，因此倾向于彼此间相互吸引，而不与水发生作用，故称之为疏水性作用。疏水性作用虽不是引力，但它有助于抗原与抗体结合。例如含有苯基的抗原决定簇倾向于被其他非极性基团围绕，因此该抗原决定簇从水环境中移动进入抗体分子的Fab段的裂缝中，与抗体结合。这说明结合的高能量归因于苯基的疏水性作用。

上述这些引力当pH和离子强度在生理条件下，通常是最大的。pH值低于3～4或高于10.5，这些引力非常弱，以致抗原抗体复合物易解离。

Fig8-3 The classical illustration of the antigen-antibody reaction in vitro is the precipitin reaction. As increasing concentrations of antigen are added to a constant amount of antibody, the amount of immune complex precipitated rises and then falls. The precipitin curve generated in this way has three zones:
Antibody excess zone: the amount of antigen is insufficient to react with and precipitate all the antibody present; thus free antibody can be detected in the supernatant.
Equivalence zone: the added antigen is sufficient to combine with and precipitate all the antibody present and neither free antigen nor antibody can be detected in the supernatant.
Antigen excess zone: the amount of antigen exceeds that required to bind all the antibody, and this leads to a reduction in the amount of antibody precipitated. This fall is due to the solubilization of the antigen-antibody complexes by the excess antigen. The extent to which this phenomenon occurs varies with different antibodies and with the species from which the antibody is derived.