結構生物化學/蛋白質功能/主要組織相容性複合體 (MHC)
MHC，也稱為主要組織相容性複合體，附著在宿主細胞上，它產生一種蛋白質，可以將抗原片段呈現給其他細胞（如 T 細胞），然後根據呈現的片段採取適當的行動。抗原片段與 MHC 分子、T 細胞受體的相互作用是獲得性免疫（我們的免疫系統）用來摧毀不屬於身體的病原體的事件。MHC 是一個大型的基因組區域或基因家族，存在於大多數脊椎動物中。它是哺乳動物基因組中基因最密集的區域，對免疫系統的成功、自身免疫和繁殖至關重要。由 MHC 編碼的蛋白質在所有有頜脊椎動物的細胞表面表達，並將自身和非自身抗原展示給一種被稱為 T 細胞的白細胞，這種細胞能夠殺死或協調殺死病原體、感染或功能失調的細胞。
不同的人體記憶體在不同形式的 MHC 蛋白。這種變異有助於防止大規模流行病，因為如果所有人的 MHC 蛋白都相同，而一種病原體發生突變以逃避 MHC 蛋白，那麼整個人口都容易受到這種病原體的感染。這種變異也是為什麼器官移植需要“匹配”才能成功。也就是說，免疫系統對移植器官的排斥通常是由器官捐獻者和接受者的 MHC 基因型差異太大造成的。MHC 結構的遺傳性質揭示了為什麼直系親屬是器官捐獻者的最佳人選。
MHC 區域分為三個亞組：MHC I 類、MHC II 類和 MHC III 類。MHC I 類負責編碼異二聚體肽結合蛋白，以及抗原加工分子，如 TAP 和 Tapasin。MHC I 類可以在所有有核細胞中找到。MHC I 類蛋白包含 α 鏈和 β2 微球蛋白。它們將抗原片段呈遞給細胞毒性 T 細胞，細胞毒性 T 細胞將與細胞毒性 T 細胞上的 CD8 結合。MHC II 類負責編碼異二聚體肽結合蛋白和調節抗原載入到溶酶體隔室中的 MHC II 類蛋白的蛋白質，例如 MHC II DM、MHC II DQ、MHC II DR 和 MHC II DP。MHC II 類可以在抗原呈遞細胞中找到。MHC II 類蛋白包含 α 和 β 鏈，它們透過與 T 輔助細胞上的 CD4 受體結合來將抗原片段呈遞給 T 輔助細胞。MHC III 類區域負責編碼其他免疫成分，例如補體成分（C2、C4、B 因子）和一些編碼細胞因子（TNF-α）以及 hsp。III 類與 I 類和 II 類有非常不同的功能，但它位於另外兩個類之間，因此它們經常被一起討論。
MHC 蛋白充當“路標”，顯示宿主細胞表面抗原的片段。這些抗原可以是自身或非自身。如果它們是非自身，則外來蛋白質可以透過兩種方式被加工並識別為“非自身”。第一種方法是吞噬細胞（如巨噬細胞、中性粒細胞和單核細胞）在稱為吞噬作用的過程中吞噬外來顆粒並將其降解。降解後的顆粒隨後呈遞在 MHC II 類分子上。另一種方法涉及宿主細胞首先被細菌或病毒感染，或者被診斷為癌症，然後它可能能夠在其表面用 I 類 MHC 分子顯示抗原。癌細胞和被病毒感染的細胞通常在其表面顯示異常的、非自身抗原。這些非自身抗原，無論它們呈遞在何種型別的 MHC 分子上，都會引發宿主身體的特異性免疫。重要的是要記住，細胞不斷加工內源性蛋白質並在 MHC I 的背景下將其展示出來。然後構建免疫效應細胞，使其對 MHC 中的自身肽沒有反應，然後能夠識別感染或癌症期間呈遞的外來肽。
MHC 區域中最著名的基因是編碼細胞表面抗原呈遞蛋白的基因組。這些基因被稱為人類白細胞抗原基因，儘管人們通常將 MHC 簡稱為 HLA 基因產物。一些生物醫學文獻使用 HLA 指代 HLA 蛋白分子，並使用 MHC 指代編碼該分子的基因組區域，儘管這並不始終如一。研究最深入的 HLA 基因是九個經典 MHC 基因：HLA-A、HLA-B、HLA-C. HLA-DPA1、HLA-DPB1、HLA-DQA1、HLA-DQB1、HLA-DRA 和 HLA-DRB1。MHC 分為三個區域：I 類、II 類和 III 類。A、B 和 C 基因屬於第一類，而六個 D 基因屬於第二類。除了被免疫學家仔細研究，因為它在免疫系統中起著關鍵作用外，MHC 還吸引了許多進化生物學家的注意，因為它的許多基因中存在著高度的等位基因多樣性。事實上，人們已經花費了大量的理論來解釋為什麼基因組的這個特定區域具有如此多的多樣性，特別是考慮到它在免疫學上的重要性。
經典 MHC 分子在 T 細胞與身體其他細胞之間必須發生的複雜免疫對話中起著至關重要的作用。成熟時，MHC 分子錨定在細胞膜中，在那裡它們透過 T 細胞受體 (TCR) 將短多肽展示給 T 細胞。多肽可能是“自身”，這意味著它們來自生物體本身產生的蛋白質，或者它們可能是外來“非自身”，這意味著它們來自細菌、病毒、花粉等。MHC-TCR 相互作用的總體設計是 T 細胞應該忽略自身肽，而對外來肽做出適當的反應。免疫系統還有另一種同樣重要的識別抗原的方法。B 細胞及其膜結合抗體，也稱為 B 細胞受體 (BCR)。B 細胞的 BCR 不需要太多外部幫助即可與抗原結合，而 T 細胞的 TCR 需要“呈遞”抗原，這是 MHC 的工作。在絕大多數情況下，MHC 忙於呈遞自身肽，T 細胞應該適當地忽略這些肽。所有 MHC 分子都接收來自其所在細胞內部的多肽，並在細胞表面展示出來，以便 T 細胞識別。
MHC 基因家族幾乎存在於所有脊椎動物中，但基因組成和基因組排列差異很大。基因複製幾乎可以肯定地是造成大部分遺傳多樣性的原因。人類 MHC 中存在許多假基因。MHC 最顯著的特徵之一是其驚人的等位基因多樣性，特別是在九個經典基因中。最明顯的多型性位點 HLA-A、HLA-B 和 HLA-DRB1 分別有大約 250、500 和 300 個已知等位基因，這確實是多樣性的非凡例證。MHC 基因是基因組中多型性最高的基因。對其他經典位點的種群調查通常會發現數十到數百個等位基因，這仍然是相對高的多樣性。許多這些等位基因也很古老。通常情況下，來自特定 HLA 基因的等位基因與黑猩猩中的等位基因比與來自同一基因的人類等位基因更密切相關。MHC 基因的等位基因多樣性為進化生物學家提供了肥沃的土壤。理論家最重要的任務是解釋創造和維持這種多樣性的進化力量。大多數解釋都引用平衡選擇，這是一個廣泛的術語，它識別任何型別的自然選擇，在這種選擇中，沒有一個等位基因絕對最適合。頻率依賴選擇和雜合子優勢是兩種已被提議用來解釋 MHC 等位基因多樣性的平衡選擇型別。然而，最近的模型表明，僅透過雜合子優勢不可能實現高數量的等位基因。病原體共同進化，一個反假設，最近出現了。它理論化認為，最常見的等位基因將承受最大的病原體壓力，因此最不常見的等位基因總是傾向於被積極選擇。這為病原體進化創造了一個“移動靶”。隨著病原體壓力對先前常見的等位基因的減少，它們在種群中的濃度將穩定，如果種群足夠大，它們通常不會滅絕，並且大量的等位基因將保留在整個種群中。這解釋了在種群中發現的 MHC 多型性程度很高，儘管個人最多可以有 18 個 MHC I 或 II 等位基因。
有人提出，MHC 在潛在配偶的選擇中發揮作用。MHC 基因製造使免疫系統能夠識別入侵者的分子。一般來說，父母的 MHC 基因越多樣，後代的免疫系統就越強大。因此，進化出識別具有不同 MHC 基因的個體並優先選擇他們進行繁殖的系統顯然是有益的。