مواضيع المحاضرة: Antibodies
background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
1

 

 

Immunoglobulins  (Ig)

 

(also  called  gamma  globulins

 

or  antibodies),  are 

glycoprotein  molecules  that  are  produced  by  plasma  cells  in  response  to  an 

immunogen.  They  are  found  in  blood  and  body  fluids  of  humans  and  other 

vertebrates.  They  are  used  by  the  immune  system  to  identify  and  destroy 

foreign substances such as bacteria and viruses. 

 

The name immunoglobulin was derived from the finding that antibodies migrate 

with globulin proteins (namely Gamma globulins which contain antibodies: IgM, 

IgG, and IgA) when serum is placed in an electrical field. 

 

 

Each  antibody  consists  of  four  polypeptides:  two  heavy  chains  and  two  light 

chains, they are joined by disulfide bridges to form a "Y" shaped molecule. The 

two arms of the “Y” contain the variable region (V) at the tips, responsible for 

the recognition of the antigen (e.g. bacteria or virus). The stem can take one of 

only a limited number of forms and is known as constant region (C).

 

 

   

 

 

             

 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
2

 

 

The  constant  region  determines  isotype  and  hence  the  functional  properties  of 

the antibody. In humans, there are five heavy chain (H) isotypes : 

  α - IgA 1, 2 

  δ - IgD 

  γ - IgG 1, 2, 3, 4 

  ε - IgE 

  μ - IgM 

and two light chain isotypes (L), Kappa and lambda : 

  κ 

  λ 1,2,3,4 

 

The  fragment  antigen-binding  (Fab  fragment)  is  the  antigen  binding  site.  It  is 

composed of one constant and one variable domain of each of the  heavy  and 

the light chain. The fragment crystallizable region (Fc region) is the tail region 

of an antibody that interacts with cell surface receptors called Fc receptors and 

some  proteins  of  the  complement  system.  This  property  allows  antibodies  to 

activate the immune system.  

 

 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
3

 

 

1.  Antigen  binding  Immunoglobulins  bind  specifically  to  one  or  a  few  closely 

related  antigens.  Antigen  binding  by  antibodies  is  the  primary  function  of 

antibodies  and  can  result  in  protection  of  the  host  through  neutralization, 

opsonization and complement activation. All types of Igs have the ability to bind 

to antigens. 

2. Antibody-Dependent Cell Cytotoxicity (ADCC) Only IgG has the function 

of ADCC. Lymphocytes will attack and destroy a target cell that has been bound 

by IgG. 

3. Opsonization Another function solely of IgG where it coats particles for the 

engulfment by a phagocyte.  

4. Placental Transport Only one isotype, IgG, is capable of transporting across 

the placenta from mother to fetus.  

5.  Classical  Complement  Pathway    IgG  and  IgM  bind  to  an  antigen  and 

initiates  a  biochemical  cascade  consisting  of  a  number  of  blood  proteins  and 

leads to the killing of pathogens 

6. Mature B-cell receptor  IgD or an IgM monomer serve as antigen receptors 

on a mature B-cell surface.  

7. Memory B-cell receptor  IgA, IgE, and IgG serve as antigen receptors on a 

memory B-cell surface. 

8. Mast cell degranulation  An allergen binds to two or more IgE antibodies 

on  a  mast  cell  and  activates  degranulation,  which  is  the  release  granules  and 

hormonal mediators that create allergic reactions.  


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
4

 

 

 

 

All IgG's are monomers. IgG is the most versatile immunoglobulin because it is 

capable of carrying out all of the functions of immunoglobulin molecules. 

a) IgG is the major Ig in serum - 75% of serum Ig is IgG 

b) IgG is the major Ig in extra vascular spaces 

c) Placental transfer. Its the only class that crosses the placenta (except IgG2).  

d) Fixes complement (except IgG4) 

e)  Binding  to  cells  -  Macrophages,  monocytes,  PMNs  and  some  lymphocytes 

have Fc receptors for the Fc region of IgG (except IgG2 and IgG4) resulting in 

opsonization. 

  

  

 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
5

 

 

IgM normally exists as a pentamer, but it can also exist as a monomer. IgM has 

another protein covalently bound via a S-S bond called the J chain. This chain 

functions in polymerization of the molecule into a pentamer. 

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 a 

virgin B cells when it is stimulated by antigen. 

c)  As  a  consequence  of  its  pentameric  structure,  IgM  is  a  good  complement 

fixing  Ig.  Thus,  IgM  antibodies  are  very  efficient  in  leading  to  the  lysis  of 

microorganisms. 

d) As a consequence of its structure, IgM is also a good agglutinating Ig . Thus, 

IgM  antibodies  are  very  good  in  clumping  microorganisms  for  eventual 

elimination from the body. 

e) IgM binds to some cells via Fc receptors. 

f) B cell surface Ig : Surface IgM exists as a monomer functions as a receptor 

for antigen on B cells, leading to B cell activation. 

A  different  immune  response  between  first  contact  with  the  antigen  and  the 

second interaction, is summarized as follows: 

1.  In primary antibody response , the lag phase (the time that separates the 

contact  with  the  antigen  and  the  appearance  of  specific  antibodies)  is 

approximately 5-7 days for primary responses. It is shortened to 2-3 days 

for secondary and later responses. 

2.   The  titre  of  the  antibody  response  is  higher  by  several  log  factors  in 

secondary or later responses.  


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
6

 

 

3.   The  primary  response  is  dominated  by  IgM  type  antibody  whereas  the 

seondary  and  later  response  are  typically  dominated  by  IgG  type 

antibodies.  Thus  between  the  primary  and  the  secondary  response  a 

phenomenon of isotype switch takes place.  

4.  The affinity (ie the strength) of the binding of the antibody to its antigen 

is higher in the secondary response. 

 

 

Serum IgA is a monomer but IgA found in secretions is a dimer. When IgA exits 

as  a  dimer,  a  J  chain  is  associated  with  it.  When  IgA  is  found  in  secretions  is 

also has another protein associated with it called the secretory piece or T piece; 

sIgA is sometimes referred to as 11S immunoglobulin. 

Unlike the remainder of the IgA which is made in the plasma cell, the 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. 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
7

 

 

 

 

 

 

a) IgA is the 2nd 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) Normally IgA does not fix complement, unless aggregated. 

d) IgA can bind to some cells - PMN's and some lymphocytes. 

IgD exists only as a monomer.  

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. 

 

 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
8

 

 

IgE exists as a monomer  

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 

an mast cells, IgE is involved in allergic reactions. Binding of the allergen to the 

IgE on the cells results in the release of various pharmacological mediators that 

result in allergic symptoms. 

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. 

 

The gamma globulin band as seen in conventional serum protein electrophoresis 

consists of 5 immunoglobulins. In normal serum, about 80% is immunoglobulin 

G (IgG), 15% is immunoglobulin A (IgA), 5% is immunoglobulin M (IgM), 0.2% 

is immunoglobulin D (IgD), and a trace is immunoglobulin E (IgE). 

Elevations  of  IgG,  IgA,  and  IgM  may  be  due  to  polyclonal  immunoglobulin 

production. 

Monoclonal  gammopathies  of  all  types  may  lead  to  a  spike  in  the  gamma 

globulin  zone  seen  on  serum  protein  electrophoresis.  Monoclonal  elevations  of 

IgG, IgA, IgD, and IgE characterize multiple myeloma. Monoclonal elevations of 

IgM occur in macroglobulinemia. 

Decreased  immunoglobulin  levels  are  found  in  patients  with  congenital 

deficiencies. 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
9

 

 

Normal serum Ig values

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IgG 

1. Increases in: 

a) Chronic granulomatous infections 

b) Infections of all types 

c) Hyperimmunization 

d) Liver disease 

e) Malnutrition (severe) 

f) Dysproteinemia 

g) Disease associated with hypersensitivity   granulomas, dermatologic 

disorders,   and IgG myeloma 

h) Rheumatoid arthritis 

IgG 

0-<5 months: 100-334 mg/dL 

5-<9 months: 164-588 mg/dL 

9-<15 months: 246-904 mg/dL 

15-<24 months: 313-1,170 mg/dL 

2-<4 years: 295-1,156 mg/dL 

4-<7 years: 386-1,470 mg/dL 

7-<10 years: 462-1,682 mg/dL 

10-<13 years: 503-1,719 mg/dL 

13-<16 years: 509-1,580 mg/dL 

16-<18 years: 487-1,327 mg/dL 

> or =18 years: 767-1,590 mg/dL 

 

IgM 

0-<5 months: 26-122 mg/dL 

5-<9 months: 32-132 mg/dL 

9-<15 months: 40-143 mg/dL 

15-<24 months: 46-152 mg/dL 

2-<4 years: 37-184 mg/dL 

4-<7 years: 37-224 mg/dL 

7-<10 years: 38-251 mg/dL 

10-<13 years: 41-255 mg/dL 

13-<16 years: 45-244 mg/dL 

16-<18 years: 49-201 mg/dL 

> or =18 years: 37-286 mg/dL 

 

IgA 

0-<5 months: 7-37 mg/dL 

5-<9 months: 16-50 mg/dL 

9-<15 months: 27-66 mg/dL 

15-<24 months: 36-79 mg/dL 

2-<4 years: 27-246 mg/dL 

4-<7 years: 29-256 mg/dL 

7-<10 years: 34-274 mg/dL 

10-<13 years: 42-295 mg/dL 

13-<16 years: 52-319 mg/dL 

16-<18 years: 60-337 mg/dL 

> or =18 years: 61-356 mg/dL 

 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
10

 

 

2. IgG Decreases in: 

a) Agammaglobulinemia 

b) Lymphoid aplasia 

c) Selective IgG, IgA deficiency 

d) IgA myeloma 

e) Bence Jones proteinemia 

f) Chronic lymphoblastic leukemia 

  

IgM 

1. Increases (in adults) in: 

a) Waldenström's macroglobulinemia 

b) Trypanosomiasis 

c) Actinomycosis 

d) Carrión's disease (bartonellosis) 

e) Malaria 

f) Infectious mononucleosis 

g) Lupus erythematosus 

h) Rheumatoid arthritis 

I) Dysgammaglobulinemia (certain cases) 

2. Decreases in: 

a) Agammaglobulinemia 

b) Lymphoproliferative disorders (certain cases) 

c) Lymphoid aplasia 

d) IgG and IgA myeloma 

e) Dysgammaglobulinemia 

f) Chronic lymphoblastic leukemia 

  

 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
11

 

 

IgA 

1. Increases in: 

a) Wiskott-Aldrich syndrome 

b) Cirrhosis of the liver (most cases) 

c) Certain stages of collagen and other autoimmune disorders such as 

rheumatoid arthritis and lupus erythematosus 

d) Chronic infections not based on immunologic deficiencies 

e) IgA myeloma 

2. Decreases in: 

a) Hereditary ataxia telangiectasia 

b) Immunologic deficiency states (e.g., dysgammaglobulinemia, congenital and 

acquired agammaglobulinemia, and hypogammaglobulinemia) 

c) Malabsorption syndromes 

d) Lymphoid aplasia 

e) IgG myeloma 

f) Acute lymphoblastic leukemia 

g) Chronic lymphoblastic leukemia 

IgD 

1. Increases in: 

a) Chronic infections 

b) IgD myelomas 

 

IgE 

1. Increases in: 

a) Atopic skin diseases such as eczema 

b) Hay fever 

c) Asthma 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
12

 

 

d) Anaphylactic shock 

e) IgE-myeloma 

2. Decreases in: 

a) Congenital agammaglobulinemia 

b) Hypogammaglobulinemia due to faulty metabolism or synthesis of 

immunoglobulins 

 

References  

 

Mayer  G. IMMUNOGLOBULINS. STRUCTURE AND FUNCTION IMMUNOLOGY 

– CH4.   

http://pathmicro.med.sc.edu/mayer/igstruct2000.htm 

 

Pier GB, Lyczak JB, Wetzler LM (2004). Immunology, Infection, and Immunity. ASM Press. ISBN 1-55581-246-5. 

 

 

Antibody Structure (2000)The Biology Project . The University of Arizona 

http://www.biology.arizona.edu/immunology/tutorials/antibody/structure.html 

 

Gosnell et al (2008) Immunology: Antibody Basic. John A. Burns School of Medicine 

http://jabsom.hawaii.edu/JABSOM/admissions/doc/Antibodies%20Instructional%20Module.pdf 

 

Immunoglobulin - Overview 

http://www.webmd.com/cancer/tc/immune-globulin-overview 

 

Serum globulin electrophoresis 

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/003544.htm 

 

Gamma globulin (2014) The Columbia Encyclopedia, 6th ed.  

http://www.encyclopedia.com/topic/gamma_globulin.aspx  

 

Gamma globulin 

http://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_globulin 

 

Structure of Antibodies 

http://www.morphosys.com/technologies/antibodies 


background image

 

Immunity 

 

Dr. Donya A Makki                                                                                               Antibodies

 

 
13

 

 

 

Antibody structure and isotypes. An explanation and description of the different structural elements of an antibody 

http://www.abcam.com/index.html?pageconfig=resource&rid=11258&pid=11287 

 

Isotype (immunology) 

http://en.wikipedia.org/wiki/Isotype_%28immunology%29 

 

Fragment antigen-binding 

http://en.wikipedia.org/wiki/Fragment_antigen-binding 

 

Fragment crystallizable region 

http://en.wikipedia.org/wiki/Fragment_crystallizable_region 

 

Nieminen T (1999) Circulating Antibody-Secreting Cells and Salivary Antibodies Induced by the Capsular 

Polysaccharide of Streptococcus Pneumoniae after Parenteral Immunisation and in Acute Otitis Media. Helsingin yliopiston 
verkkojulkaisut, Helsinki. Thesis. 

http://ethesis.helsinki.fi/julkaisut/laa/haart/vk/nieminen/review.html 

 

Somatic hypermutation of antibody genes  

http://nfs.unipv.it/nfs/minf/dispense/immunology/lectures/files/somatic_hypermutation.html#section1 

 

Immunoglobulins (IgG, IgA, and IgM), Serum 

http://www.mayomedicallaboratories.com/test-catalog/Clinical+and+Interpretive/8156 




رفعت المحاضرة من قبل: Muqdad A Younis
المشاهدات: لقد قام عضوان و 107 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