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抗体研究的突破
发布日期:2018-09-02 17:38:43
    波特1917年108日生于英国利物浦,于1985年9月1日去世。1936年他以优异的成绩获得了利物浦大学生物化学博士学位。他一心希望成为一名杰出的生物化学家,然而,第二次世界大战的爆发打断了他美好的理想。不得不从军6年,一度荒废了学业,但是战争一结束,他又重返科学阵地。经过一翻努力,1946年考取剑桥大学研究生,在著名生物化学家桑格(F.Sanger)的指导下攻读博士学位。在这两年中,波特不仅系统地学习了生物化学的各门课程,而且有机会直接参与了桑格实验室的蛋白质化学研究工作,使他能理论联系实际,掌握广博的生物化学知识和技能,很快地从本专业的后来者变成了前沿的战士。

    正是在桑格实验室里,波特看到了刚刚传入英国的兰德斯泰纳的经典著作《血清反应的特异性》。其中关于抗体原结合特异性的论述和对美国、瑞典等国科学实验研究的介绍,使年轻的波特大开眼界,并对机体免疫抗原产生了浓厚的兴趣。

    也是在桑格实验室里,在导师的言传身教下,波特学到了许多知识,练就了作为科学家所必备的种种品质。其中最突出的是,他和桑格一样具有科学洞察力。桑格曾在别人都认为蛋白质测序纯属妄想的情况下坚持完成了蛋白质氨基酸序列研究;波特也在别人都认为抗体结构问题无法解决的情况下,立下了攻克这个科学堡垒的决心。

    20世纪50年代前,桑格已经研究出蛋白质氨基酸序列的测定方法。但是这种技术在当时还不能应用到抗体大小的测定。波特认为,为了得到仍保持抗体活性的更小片段,必须切割抗体分子。他开始在剑桥大学进行实验。到50年代后期,又在国立医院研究院进行更精密的实验。

    起初波特用胃蛋白酶处理兔的免疫球蛋白G(IgG),得到的是一个分子量仍高达11万的大片段和一种失去抗体活性的小碎片。实验失败了。后来,波特从其他科学家采用木瓜蛋白酶水解抗体的实验和关于半抗体原的研究工作中得到了启发,他相信“化整为零”的实验思路是对的。半抗原的研究表明,抗体与抗原特异结合的部位很小,但这个很小的抗原结合部位的化学机构是解答抗体特异性的关键。波特受此启发,认为完全可以抛开抗体其他部位的结构暂时不管,只要能查明抗体与抗原结合部位的结构,就能揭开抗体特异性与多样性的奥秘。于是,波特采用木瓜蛋白酶处理家兔IgG,得到了分子量为4万并保持抗体活性的片段。但后来当他试图测定该片段的化学结构时,却无法获得可靠的数据。波特通过反复研究,发现问题的结症在于水解片段中混有木瓜蛋白酶的杂质。所以,要想将实验进行下去首先要获得纯净的酶制剂。

    1957年,结晶状木瓜蛋白酶的问世对波特的深入研究而言可谓雪中送炭,他用这种酶做抗体裂解实验,经超速离心机分离,得到3个大小差不多的片段。1959年,他用羧甲基纤维素来分离这三个片段,测出三者的大致比例为1:0,8:0.9。前两个片段性质极相似,能与抗原结合形成不沉淀的可溶性符合物,称为“抗原结合段”(Fab),又称为“可变段”。第三个片段的性质大不一样,它不能与抗原结合,因为它呈可结晶形,称“结晶段”。实验证明,Fab与抗原特异结合有关,而Fc具有重要的调节作用

    后来的研究证明,用胃蛋白酶裂解抗体时,所得到的大片段与抗原结合仍能形成沉淀。紧接着,波特又根据对第一、第二片段氨基端氨基残基的分析,提出IgG分子是个开放性的单肽链结构。尽管随后的研究证明,波特的单肽链抗体模型存在这一些问题,但是他关于抗体三片段的研究结论却是正确的。这项研究成果被生物化学和免疫学界誉为抗体结构研究中“突破性的成果”。

    1961年,美国生物化学家埃德尔曼在波特研究的其实下,进一步深入开展了抗体结构的研究,公布了他的抗体二硫键还原实验的结果,提出抗体分子不是只有一个肽键,而是由多个肽键构成的。波特又从中受到启发,立即进行“比较实验”:在重做自己原先的抗体酶解实验的同时,也做埃德尔曼的抗体还原实验,将两种实验的结果加以比较分析。在实验过程中,他修改了埃德尔曼的实验方法得到两种仍能与抗原结合的肽键。他暂称A链和B链。1964年起,这两种链被称为“重链”和“轻链”,重链分子量在5万左右,轻链分子量约为2万。在谨慎细微地综合分析了比较实验的结果之后,波特得出了一个新设想,即关于抗体的Y型分子机构模型——四肽链模型。这个模型含有两个轻重链对,每一轻重链对之间和两条重链之间都有二硫链连接,但轻链与轻链不相连接。

抗体Y型结构


    1962年,波特在美国哥伦比亚大学学报上发表了题为《免疫球蛋白G和抗体的结构》的论文,抗体四肽链模型被公诸于世,立即引起了学术界的强烈反响。抗体四肽链模型为阐明抗体的结构和它的特异性之间的关系提供了重要依据。对抗体在其与抗原结合反应中的作用机制做出了形象的解释,并为抗体各肽链氨基酸的测序工作提供了关键性的思维模式,为在分子水平上开展免疫学研究奠定了基础。

    1967年,波特到牛津大学后,他和同事通过把蛋白质化学和DNA技术有效地用于免疫系统的一些分子的复杂性研究,使免疫现象的研究从抗体分子扩大都补体。他们的研究主要集中在补体成分的结构和活性方面。80年代初,波特研究小组确定了主要的组织相容性基因复合体的补充体基因序列(MHC)。这些基因编码的补体之一是很高的同质多晶型C4。C4在补体序列中占重要地位,它与抗体和细胞表面抗原共价结合,与其他补体成分和控制蛋白质非共价结合。波特推测,因能影响补体活性水平,C4的同质多晶体的结构可能会阐明MHC与其某种疾病的关系。波特很喜欢这方面的工作,他计划使C4蛋白质晶体化作为他退休生活的开始波特在生物化学杂质及其他杂质上发表过许多文章,如《免疫反应蛋白的结构》(1967年)《免疫蛋白球的抗原结合部位》(1972年)等。

    由于波特在抗体研究方面的卓越贡献,与1972年获得诺贝尔生理学医学奖。

    1985年9月6日,波特在其68岁寿辰前一个月不幸惨遭车祸,令人遗憾的结束了他追求科学真理的光辉一生。
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