مواضيع المحاضرة: Immunoglobulins Types and Function
background image

1

 

 

Course:  Immunology  

Lecturer: Dr. Weam Saad 

Lecture: Immunoglobulins, structure and function and Antigens- Antibody Reactions 

 

Immunoglobulins; Structure and Function 

Immunoglobulins  (Ig)  or  (Antibodies  Ab)  are  Glycoprotein  molecules,  which 
produced  by  plasma  cells  in  response  to  an  immunogen  and  which  function  as 
antibodies and responsible for immunity. The immunoglobulins derive their name 
because  when  serum  containing  antibodies  placed  in  an  electrical  field  then  the 
antibodies migrated with the globular proteins. 

        

 

 

General functions of Immunoglobulins: 

The general function is Ag binding - Immunoglobulins bind specifically to one or 
a few closely related antigens. Each immunoglobulin binds to a specific antigenic 
determinant. Antigen binding by antibodies is the primary function of antibodies 
and can result in protection of the host. Other effecter functions are: 

1.  Fixation  of  complement  -  lysis  of  cells,  release  of  biologically  active 

molecules. 

2.  Binding to various cell types - phagocytic cells, lymphocytes, platelets, mast 

cells, and basophils have receptors that bind immunoglobulins and the binding 
can activate the cells to perform some function. Some immunoglobulins also 
bind to receptors on

 

placental trophoblasts. The binding results in transfer of 

the immunoglobulin across the placenta and the transferred maternal antibodies 
provide immunity to the fetus and newborn. 


background image

2

 

 

Structure of Immunoglobulins: 

The  basic  structure  of  the  immunoglobulins  is  illustrated  in  the  Figure  bellow. 
Although different immunoglobulins can differ structurally, they are built from the 
same basic unit.  

A

. Heavy and Light Chains

 - All immunoglobulins have a four chain structure 

as their basic unit. They are composed of two identical light chains (23Kd) 
and two identical heavy chains (50-70Kd)  

    

 

 

B.  Disulfide bonds

:

  

1.  Inter-chain  

2.  Intra-chain  

C.  Variable (V) and Constant (C) Regions

:  

They  could  be  divided  into  two  regions  based  on  variability  in  the  amino  acid 
sequences.  

1.  Light Chain - VL (110 aa) and CL (110 aa).  
2.  Heavy Chain - VH (110 aa) and CH (330-440 aa). 
 

D.   Hinge Region

: 

The  region  at  which  the  arms  of  the  antibody  molecule  forms  a 

Y

  is  called  the 

hinge region because there is some flexibility in the molecule at this point.  

E. Domains  

F. Oligosaccharides  

 

Structure of the variable regions:

 These regions composed from: 

A.  Hypervariable (HVR) regions  


background image

3

 

 

B.  Framework regions 
 

 

            

 

 

 

Immunoglobulin Fragments: 

Immunoglobulin  fragments  produced  by  proteolytic  digestion  are  useful  in 
understanding structure/function relationships in immunoglobulins.  

1) 

 Fab  region:  can  results  after  digestion  with  papain  and  breaks  the 
immunoglobulin molecule in the hinge region before the H-H inter-chain 
disulfide bond. These regions are Antigen binding sites of the antibodies.  

2) 

Fc  region:  can  results  after  digestion  with  papain  which  produces  a 
fragment  that  contains  the  remainder  of  the  two  heavy  chains  this 
fragment was called Fc because it was easily crystallized. This region 
has  receptors  on  immune  cells  surfaces  help  in  attaching  of 
Immunoglobulins on immune cells surface. 


background image

4

 

 

 

            

General Immunoglobulins classes: 

The immunoglobulins can be divided into 5 different classes based on differences 
in  the  amino  acid  sequences  in  the  constant  region  of  the  heavy  chains.  All 
immunoglobulins within a given class will have very similar heavy chain constant 
regions. These differences can be detected by sequence studies or more commonly 
by  serological  techniques  (i.e.  by  the  use  of  antibodies  directed  to  these 
differences).  

1. IgG - Gamma (γ) heavy chains  
2. IgM - Mu (μ) heavy chains  
3. IgA - Alpha (α) heavy chains  
4. IgD - Delta (δ) heavy chains  
5. IgE - Epsilon (ε) heavy chains  

 

In addition, the classes of immunoglobulins can be divided into subclasses based 
on small differences in the amino acid sequences in the constant region of the heavy 
chains. These subclasses can be differentiated serologically too. 

 

 

Isotypes: They are antigenic determinants that characterize classes and subclasses 
of heavy chains and types and subtypes of light chains. 

Allotypes:  They  are  antigenic  determinants  specified  by  allelic  forms  of  the  Ig 
genes. 

 

 


background image

5

 

 

Properties of Immunoglobulins (Abs) classes:

 

 

1.  IgG immunoglobulin: 

Structure:  Monomer,  have4  subclasses  (IgG1,  IgG2,  IgG3  and  IgG4),  the 
subclasses differ in the number of disulfide bonds and length of the hinge region.  

 

Properties: 

1)  IgG is the major Ig in serum - 75% of serum Ig is IgG.  
2)  IgG is the major Ig in extra vascular spaces.  
3)  Placental  transfer  -  IgG  is  the  only  class  of  Ig  that  crosses  the  placenta.   

Transfer is mediated by receptor on placental cells for the Fc region of IgG. 
Not all subclasses cross equally; IgG2 does not cross well.  

4)  Able to fix complement - Not all subclasses fix equally well; IgG4  does 

not fix complement  

5)  Binding to cells - Macrophages, monocytes, PMN's and some lymphocytes 

have Fc receptors for the Fc region of IgG. Not all subclasses bind equally 
well; IgG2 and IgG4 do not bind to Fc receptors. A consequence of binding 
to the Fc receptors on PMN's, monocytes and macrophages is that the cell 
can  now  internalize  the  antigen  better.  The  antibody  has  prepared  the 
antigen  for  eating  by  the  phagocytic  cells.  The  term  opsonin  is  used  to 
describe  substances  that  enhance  phagocytosis.  IgG  is  a  good  opsonin. 
Binding  of  IgG  to  Fc  receptors  on  other  types  of  cells  results  in  the 
activation of other functions.  

 

2.  IgM immunoglobulin: 

 

Structure  -    IgM  normally  exists  as  a  pentamer    but  it  can  also  exist  as  a 
monomer. IgM has an extra domain (another protein molecule) covalently bound 
via the S-S bond called the J chain. This chain functions in polymerization of the 
molecule into a pentamer.  

 
Properties
 

 

a)  IgM is the third most common serum Ig.  
b)   IgM is the first Ig to be made by the fetus and the first Ig to be made by B 

cells when it is stimulated by antigen.  

c)  Due to its pentameric structure, IgM is a good complement fixing Ig. Thus, 

IgM antibodies are very efficient in leading to the lysis of microorganisms. 


background image

6

 

 

d)  IgM is also a good agglutinating Ig. Thus, IgM antibodies are very good in 

clumping  microorganisms  for  elimination  from  the  body.  IgM  binds  to 
some  cells  via  Fc  receptors.  Cell  surface  IgM  functions  as  a  receptor  for 
antigen on B cells. 
 

3.  IgA immunoglobulin: 

  

Structure  -  Serum  IgA  is  a  monomer  but  IgA  found  in  secretions  is  a 
dimer.  When  IgA  is  found  in  secretions  is  also  has  another  protein 
associated with it called the secretory piece or T piece (sIgA), this secretory 
piece is made in epithelial cells and is added to the IgA as it passes into the 
secretions. The secretory piece helps IgA to be transported across mucosa 
and also protects it from degradation in the secretions.  

 

Properties:  
a)  IgA is the second most common serum Ig.  
b)   

IgA  is  the  major  class  of  Ig  in  secretions  -  tears,  saliva,  colostrum, 

mucus.  Since  it  is  found  in  secretions  secretory  IgA  is  important  in 
local (mucosal) immunity.  

c)  IgA does not fix complement.  

 
4)  IgD immunoglobulin:

 

 

Structure: IgD exists only as a monomer.  
 
 Properties:  
a)  IgD is found in low levels in serum; its role in serum uncertain.  
b) IgD is primarily found on B cell surfaces where it functions as a 

receptor for antigen.  

c)  IgD does not bind complement.  

 

5)  IgE immunoglobulin:

 

 

 

Structure: IgE exists as a monomer. 
Properties: 

a) 

IgE is the least common serum Ig since it binds very tightly to Fc receptors 

on basophils and mast cells even before interacting with antigen.  

b) Involved in allergic reactions - As a consequence of its binding to basophils 

and mast cells, IgE is involved in allergic reactions. Binding of the allergen 
(allergy  antigen)  to  the  IgE  on  the  cells  results  in  the  release  of  many 


background image

7

 

 

pharmacological mediators and cytokines that result in allergic symptoms 
e.g.histamin.  

c) IgE also plays a role in parasitic helminth diseases. Since serum IgE levels 

rise  in  parasitic  diseases,  measuring  IgE  levels  is  helpful  in  diagnosing 
parasitic infections. Eosinophils have Fc receptors for IgE and binding of 
eosinophils to IgE-coated helminths results in killing of the parasite.  

d) IgE does not fix complement. 
 

Antigens- Antibody Reactions 

It is a specific reaction between an antibody (produced by B-cells 

and  secreted  by  plasma  cells)  and  any  antigen  then  forming  Ag-Ab 
Complex.  The antigenic  determinant or  epitopes  are  recognized  by 
the  Ag binding site of the antibody at the variable region, then Antigens 
are bound to antibodies through weak and non-covalent interactions such 
as electrostatic  interactions, hydrogen  bonds, Van  der  Waals  forces, 
and hydrophobic interactions. 

Ag+Ab → Ag-Ab Complex 

 

Types of Antigens- Antibody Reactions 

1.  Precipitation (when the Ag is soluble). 
2.  Agglutination (when the Ag is insoluble or particulate).  
3.  Complement Fixation (during Complement classical pathway 

activation). 

4.  Neutralization (when the Ag is Toxin) 
5.  Opsonization 
(when the Ag is still on the cell surface and the 

Ab with the help of complement increase the susceptibility of 
foreign cell to be engulfed by Macrophages). 

Cross  reactivity  - Cross  reactivity  refers  to  the  ability  of  an  antibody 
combining site to react with more than one antigenic determinant. Cross 
reactions occurs because the cross reacting antigen shares an epitope in 
common with the immunizing antigen or because it has an epitope which 
is similar in structure to one epitop on the immunizing antigen and that 
is called (multispecificity). 


background image

8

 

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Dr Weam Al-Hmadany
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 238 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل