Tiểu luận hóa sinh phân tử pps

Tiểu luận Hóa sinh phân tử 1 MỤC LỤC Tiểu luận 1 Hóa sinh phân tử 1 MỤC LỤC 2 2 PHẦN I MỞ ĐẦU Sinh vật sống trong môi trường và buộc phải trao đổi tích cực với môi trường đó để tồn tại, phát triển và sinh sản. Sự trao đổi này là cần thiết song chính nó cũng thường xuyên mang lại cho sinh vật các nguy cơ đe dọa đến sự sống còn. Để thoát được các nguy cơ này, trong quá trình tiến hóa của sinh vật đã hình thành và hoàn thiện dần một hệ thống để bảo vệ cho mình, đó chính là hệ thống miễn dịch. Khả năng của cơ thể nhận biết và loại trừ các vật lạ ấy gọi là miễn dịch. Miễn dịch là khả năng bảo vệ của cơ thể khi cơ thể đã có tiếp xúc với kháng nguyên một cách chủ động hay ngẫu nhiên hoặc do được truyền các tế bào có thẩm quyền miễn dịch hoặc truyền kháng thể. Đáp ứng miễn dịch bao gồm miễn dịch đặc hiệu và miễn dịch không đặc hiệu. Sự phân chia này hoàn toàn không có nghĩa là 2 loại đáp ứng miễn dịch này tách biệt với nhau, mặc dù chúng có nhiều điểm khác nhau. Để thực hiện chức năng bảo vệ cơ thể, hai loại đáp ứng miễn dịch bổ túc cho nhau, lồng ghép vào nhau, khuyếch đại và điều hòa hiệu quả của chúng. Trong lịch sử tiến hóa của hệ miễn dịch, các đáp ứng miễn dich không đặc hiệu được hình thành rất sớm và phát triển, đến lớp động vật có xương sống thì các đáp ứng miễn dịch đặc hiệu tự nhiên và thu được mới được hình thành. 3 PHẦN II NỘI DUNG I. KHÁNG THỂ 1. Đại cương về kháng thể Vào những năm 1950 - 1960 Porter .R và Edelman .G đã chứng minh cấu trúc cơ bản của globulin miễn dịch. Porter phân cắt các phân tử globulin miễn dịch bằng các enzyme để thu được các mảnh peptide, trong khi đó Edelman đã tách phân tử globulin miễn dịch bằng cách khử các cầu disulfide liên chuỗi. Kết quả của mỗi phương pháp đã bổ sung cho nhau và cho phép chúng ta hiểu được cấu trúc cơ bản của phân tử globulin miễn dịch. Cả Porter và Edelman lần đầu tiên đã phân tách phần globulin của huyết thanh bằng siêu ly tâm để thu được hai phần nhỏ: phần thứ nhất có trọng lượng phân tử cao có hằng số lắng là 19S; phần thứ hai có trọng lượng phân tử thấp và hằng số lắng là 7S. Các tác giả đã tách riêng phần 7S xác định được trọng lượng phân tử là 150.000 Da và ký hiệu là globulin miễn dịch G (IgG). Porter đã phân cắt IgG bằng enzyme papain thành các mảnh khác nhau. Mặc dù papain là một enzyme hoạt động thủy phân protein không đặc hiệu và phân cắt toàn bộ phân tử protein, nhưng nếu thời gian tác dụng ngắn thì enzyme này chỉ phân cắt các cầu disulfide nhạy cảm nhất. Trong điều kiện như vậy papain đã phân cắt phân tử IgG thành hai mảnh giống nhau (mỗi mảnh có trọng lượng phân tử là 45.000) được gọi là các mảnh Fab (antigen binding fragment), bởi vì mảnh Fab vẫn giữ nguyên khả năng gắn với kháng nguyên của phân tử kháng thể nguyên vẹn. Ngoài hai mảnh Fab tác giả còn thu được một mảnh nữa có trọng lượng phân tử là 50.000 được gọi là mảnh Fc vì khi bảo quản trong lạnh chúng bị kết tinh hoá (chữ c bắt nguồn từ chữ cristalliable nghĩa là có khả năng kết tinh). Nisonoff .A cũng tiếp cận nghiên cứu bằng cách tương tự nhưng dùng enzyme pepsin thay cho enzyme papain. Khi cho pepsin tác dụng ngắn với phân tử IgG thì thu được một mảnh có trọng lượng phân tử 100.000 gồm 2 mảnh Fab gộp lại và ký hiệu là F(ab')2. Mảnh F(ab')2 cũng gây kết tủa kháng nguyên. Tuy nhiên 4 khi xử lý bằng pepsin không thu được mảnh Fc mà thay vào đó là một số mảnh peptide nhỏ. Cấu trúc chuỗi của IgG lần đầu tiên được nghiên cứu bởi Edelman và sau này được khẳng định bởi Porter. Edelman đã khử các cầu disulfide của phân tử IgG bằng mercaptoethanol rồi tiến hành điện di trên gel tinh bột trong môi trường urê 8M để khử các cầu disulfide trong chuỗi và liên chuỗi làm cho phân tử được trải ra mà không gấp. Tác giả thu được 2 vệt điện di và điều này chứng tỏ rằng phân tử IgG có nhiều hơn một chuỗi protein. Porter cũng phát triển thí nghiệm này bằng cách tạo ra phản ứng khử nhẹ hơn sao cho chỉ cắt các cầu disulfide liên chuỗi mà thôi, sau đó tiến hành alkyl hoá các nhóm sulfhydryl (SH) lộ ra bên ngoài bằng iodoacetamide để ngăn cản sự tái tạo ngẫu nhiên của các cầu disulfide. Hình 1: Cấu tạo của kháng thể Ngoài ra tác giả còn cho thêm acid propionic hữu cơ để ngăn cản sự ngưng tập. Sau đó tiến hành sắc ký trên cột để phân tách các phân tử dựa trên kích thước của chúng. Thí nghiệm này đã cho thấy phân tử IgG có trọng lượng phân tử 150.000 Da được hợp thành bởi hai chuỗi peptide, mỗi chuỗi có trọng lượng phân tử 50.000 được ký hiệu là các chuỗi nặng (chuỗi H - heavy chain) và hai chuỗi mỗi chuỗi có trọng lượng phân tử là 25.000 được ký hiệu là các chuỗi nhẹ (chuỗi L - light chain). Porter đã sử dụng kháng huyết thanh dê được gây miễn dịch bởi các mảnh Fab và Fc của phân tử IgG của thỏ. Ông đã phát hiện thấy rằng kháng thể kháng Fab có thể tương tác với cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ, trong khi đó kháng thể kháng 5 Fc thì chỉ phản ứng với chuỗi nặng mà thôi. Điều này chứng tỏ Fab có chứa các thành phần của cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ còn Fc thì chỉ chứa các thành phần của chuỗi nặng. Các kết quả này đã khẳng định mô hình đầu tiên về cấu trúc phân tử IgG mà Porter đã đưa ra. Theo mô hình này thì phân tử IgG bao gồm hai chuỗi nặng giống hệt nhau và hai chuỗi nhẹ giống hệt nhau được liên kết với nhau bằng các cầu disulfua. Enzyme papain phân cắt ngay phía trên cầu disulfua liên chuỗi nối giữa hai chuỗi nặng còn enzyme pepsin thì phân cắt ngay phía dưới cầu disulfua này và vì thế hai enzyme thuỷ phân protein tạo ra các sản phẩn phân rã khác nhau. Khi sử dụng mercaptoethanol để khử và akyl hoá sẽ cho phép ta tách riêng được các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ. 2. Nguồn gốc của kháng thể Các kháng thể (antibody) hay còn gọi là các globulin miễn dịch (immunoglobulin - ám chỉ thành phần cung cấp khả năng miễn dịch nằm ở phần globulin của huyết thanh khi phân tích bằng điện di) là những phân tử protein hoạt động như những thụ thể trên bề mặt tế bào lympho B để nhận diện kháng nguyên hoặc như những sản phẩm tiết của tế bào plasma. Về nguồn gốc, tế bào plasma chính là tế bào lympho B sau khi đã nhận diện kháng nguyên, hoạt hoá và biệt hoá thành. Những kháng thể do tế bào plasma tiết ra có tính đặc hiệu với kháng nguyên giống hệt như tính đặc hiệu của phân tử kháng thể trên bề mặt tế bào B đóng vai trò là thụ thể dành cho kháng nguyên đã nhận diện kháng nguyên ban đầu. Các kháng thể này sẽ lưu hành trong máu và bạch huyết, chúng hoạt động như những thành phần thực hiện của đáp ứng miễn dịch dịch thể bằng cách phát hiện và trung hòa hoặc loại bỏ các kháng nguyên. Các kháng thể thực hiện hai chức năng chính: chúng gắn một cách đặc hiệu vào một kháng nguyên và chúng tham gia trong một số chức năng sinh học khác. 3. Cấu trúc của kháng thể Tất cả các kháng thể đều có cấu trúc giống nhau gồm 4 chuỗi polypeptid, hai chuỗi nhẹ (light chain) kí hiệu là L và hai chuỗi nặng (heavy chain) kí hiệu là H gắn với nhau bởi cầu disulfua (S-S). 6 Chuỗi nhẹ (L): có khoảng 214 axit amin, trật tự axit amin của hai chuỗi nhẹ giống nhau và được chia làm hai vùng. Vùng có trật tự axit amin thay đổi gọi là vùng biến đổi (variable light) kí hiệu là VL, nằm phía đầu amin (-NH 2 ) của phân tử. Vùng có trật tự không thay đổi gọi là vùng hằng định (constant light) kí hiệu là CL, nằm ở phía đầu carboxyl (-COOH). Trật tự axit amin vùng cố định của chuỗi nhẹ luôn luôn giống nhau ở tất cả các lớp kháng thể, hoặc theo trật tự dạng Lamda, hoặc theo trật tự dạng Kappa, có khối lượng khoảng 23KDa. Ngược lại trật tự của vùng biến đổi luôn luôn khác nhau, kể cả ở các lớp kháng thể do cùng một tế bào sinh ra. Hình 2: Sơ đồ cấu trúc của phân tử kháng thể Hình 3: Vị trí của các điểm chức năng trên phân tử IgG Chuỗi nặng (H): có khoảng 446 axit amin, có khối lượng khoảng 75KDa. Mỗi cuỗi nặng có 4 vùng axit amin, một vùng biến đổi và ba vùng cố định. Vùng biến đổi (variable heavy) kí hiệu là VH, nằm phía đầu amin đối xứng với vùng biến đổi của chuỗi nhẹ tạo thành vị trí kết hợp kháng nguyên (paratop). Vùng cố định nằm phía đầu axit carboxyl, chia làm ba vùng nhỏ mỗi vùng xấp xỉ khoảng 110 axit amin lần lược được kí hiệu là C H1 , C H2 , C H3 . Chuỗi nặng có 5 loại: 7 Vùng chức năng sinh học - M (Muy - μ) tương ứng có kháng thể IgM. - G (Gama - У) tương ứng có kháng thể IgG - D (Deta - Δ) tương ứng có kháng thể IgD - E (Epsilon - ε) tương ứng có kháng thể IgE - A (Alpha - α) tương ứng có kháng thể IgA Hình 4: Sự phân bố của vùng siêu biến đổi, vùng khung trên chuổi nhẹ và chuổi nặng trong phân tử kháng thể 4. Các lớp kháng thể Có 5 lớp kháng thể mang tên chuỗi nặng là IgG, IgM, IgA, IgD, và IgE. 4.1. Kháng thể IgG IgG có nồng độ cao nhất trong huyết thanh, chiếm khoảng 80% tổng lượng globulin miễn dịch trong huyết thanh. Phân tử IgG là một monomer gồm có hai chuỗi nặng gama và chuỗi nhẹ (hoặc kappa hoặc lamda). Có 4 lớp nhỏ IgG ở người được đánh dấu theo nồng độ giảm dần của chúng trong huyết thanh: IgG1 (9 mg/ml), IgG2 (3 mg/ml) IgG3 (1 mg/ml), và IgG4 (0,5 mg/ml) Sự khác biệt về acid amine giữa các lớp nhỏ của IgG đã làm cho hoạt tính sinh học của phân tử có những khác nhau. IgG1, IgG3 và IgG4 có thể chuyển vận dễ dàng qua nhau thai và đóng vai trò trong việc bảo vệ thai phát triển. Một số lớp nhỏ IgG có thể hoạt hoá bổ thể mặc dù hiệu quả của chúng khác nhau. Lớp nhỏ IgG3 hoạt hoá bổ thể hiệu quả nhất, tiếp theo là IgG1 rồi đến IgG2 còn IgG4 thì không có khả năng hoạt hoá bổ thể. IgG cũng hoạt động như một kháng thể 8 opsonin do chúng có thể gắn vào thụ thể dành cho Fc có trên bề mặt đại thực bào, nhưng chức năng này cũng thay đổi tuỳ theo lớp nhỏ: IgG1 và IgG3 có ái lực cao với thụ thể dành cho Fc, trong khi IgG4 có ái lực yếu hơn và IgG2 có ái lực rất yếu. 4.2. Kháng thể IgM IgM chiếm 5 - 10% tổng lượng globulin miễn dịch huyết thanh, có nồng độ khoảng 1 mg/ml, có cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa hoặc lamda và hai chuỗi nặng muy (μ). IgM do tế bào plasma tiết ra có cấu tạo pentamer do 5 đơn vị monomer nối với nhau bởi các cầu disulfide giữa các lãnh vực của đầu C tận cùng chuỗi nặng (Hình 5). 5 đơn vị monomer này bố trí sao cho phần Fc quay về phía trung tâm của pentamer và 10 vị trí kết hợp kháng nguyên quay ra phía ngoại vi của pentamer. Mỗi một pentamer có thêm một chuỗi polypeptide được gọi là chuỗi J. Chuỗi J có vai trò trong quá trình polymer hoá các monomer để hình thành pentamer. Chuỗi J được gắn với các gốc cystein ở đầu C tận cùng của 2 trong số 10 chuỗi nặng bằng cầu disulfide. IgM là lớp globulin miễn dịch đầu tiên xuất hiện trong đáp ứng lần đầu với một kháng nguyên và cũng là lớp globulin miễn dịch đầu tiên được tổng hợp ở trẻ sơ sinh. Cấu trúc pentamer của IgM đã làm cho lớp kháng thể này có một số tính chất riêng biệt. Hoá trị của phân tử tăng lên vì chúng có 10 vị trí kết hợp kháng nguyên. Một phân tử IgM có thể gắn với 10 hapten nhỏ; nhưng 9 Hình 5: Cấu trúc IgM đối với những kháng nguyên lớn, do sự hạn chế về không gian nên IgM chỉ có thể gắn với 5 phân tử trong cùng một thời điểm. Như vậy phân tử IgM có tính "hám" kháng nguyên cao hơn các loại globulin miễn dịch khác. Tính chất này của IgM đã tạo ra khả năng dễ kết hợp với các kháng nguyên đa chiều như các hạt virus và hồng cầu. Để trung hoà các virus thì lượng IgM cũng cần ít hơn lượng IgG. IgM có hiệu quả hơn IgG trong việc hoạt hoá bổ thể. Sự hoạt hoá bổ thể đòi hỏi phải có 2 mảnh Fc rất gần nhau, phân tử IgM đã đáp ứng được điều này vì vậy chúng hoạt hoá mạnh. Do có kích thước lớn - trọng lượng phân tử 900.000, hằng số lắng 19S – nên IgM chỉ có trong lòng mạch và có nồng độ rất thấp ở dịch gian bào. Sự có mặt của chuỗi J làm cho phân tử có thể kết hợp với các thụ thể trên tế bào tiết và được chuyển vận qua hàng rào biểu mô vào dịch tiết. 4.3. Kháng thể IgA IgA chỉ chiếm 10 - 15% tổng lượng globulin miễn dịch trong huyết thanh, có cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa hoặc lamda và hai chuỗi nặng là alpha (α). Nó là lớp globulin miễn dịch chính trong dịch ngoại tiết như sữa, nước bọt, nước mắt, dịch nhầy khí phế quản, đường tiết niệu sinh dục, đường tiêu hoá. Trong huyết thanh IgA tồn tại dưới dạng monomer, nhưng đôi khi cũng tồn tại dưới dạng polymer như dimer, trimer và cả tetramer. Hình 6: Cấu trúc IgA IgA trong dịch ngoại tiết được gọi là IgA tiết, tồn tại dưới dạng dimer hoặc tetramer, có thêm chuỗi polypeptide J và một chuỗi polypeptide nữa được gọi là mảnh tiết. Chuỗi J giống với chuỗi J của IgM pentamer cần thiết cho quá trình polymer hoá của IgA huyết thanh lẫn IgA tiết. Mảnh tiết là một polypeptide 10 [...]... của các phân tử HLA-A2; phân tử HLA-An 68 và dựa trên kết quả phân tích trình tự acid amin người ta đã chia các phân tử lớp I thành 4 vùng riêng biệt: 1 vùng có tận cùng amin ngoại bào để gắn peptid, 1 vùng ngoại bào giống phân tử Ig, 1 vùng xuyên màng và một vùng trong bào tương Hình 8: Kiểu gấp của chuỗi peptid để tạo rãnh cho peptid khi gắn vào phân tử MHC lớp II 14 Hình 9: Sơ đồ các phân tử MHC... các phân tử MHC Như vậy, MHC hoạt động như là phân tử trình diện kháng nguyên và phân biệt kháng nguyên lạ với kháng nguyên quen Nó tương tác đặc hiệu với cả kháng nguyên và TCR Vì vậy nó là nhóm thứ 3 của các phân tử kết hợp kháng nguyên và đóng vai trò trong toàn bộ đáp ứng miễn dịch Hình 7: Bản đồ cụm gen MHC ở người và chuột nhắt 2 Cấu trúc của các phân tử MHC 2.1 Các phân tử lớp I Tất cả các phân. .. vật ngoại bào và các vi sinh vật nội bào Các vi sinh vật ngoại bào bị bắt giữ bởi các tế bào trình diện kháng nguyên (bao gồm các các tế bào lympho B và các đại thực bào) sau đó được trình diện bởi các phân tử MHC lớp II, hiển nhiên là các phân tử chủ yếu được bộc lộ bởi các tế bào trình diện kháng nguyên (và cả trên các tế bào có tua) Do tính đặc hiệu của phân tử CD4 với phân tử MHC lớp II nên các peptide... lớp I 2.2 Các phân tử lớp II Cấu trúc của các phân tử lớp II cũng giống các phân tử lớp I Chúng đều gồm hai chuỗi đa peptid α và β kết hợp không đồng hoá trị với nhau Chuỗi α lớn hơn chuỗi β một ít do glycosyl hóa nhiều hơn Cả hai chuỗi đều có tận cùng amin ngoại bào và đầu tận cacboxyl nội bào Hơn 2/3 mỗi chuỗi là ở phần ngoại bào Cả hai chuỗi đều do gen MHC đa hình mã hoá Các phân tử lớp II cũng... peptide Chúng ta còn biết rất ít về vùng nội bào tương của các phân tử lớp II Các phân tử lớp II có thể có vai trò trong dẫn truyền tín hiệu và vùng nội bào có thể có vai trò chuyển thông tin qua màng 17 3 Chức năng sinh học của MHC 3.1 Chức năng trình diện kháng nguyên của protein MHC MHC hoạt động như là phân tử trình diện kháng nguyên và phân biệt kháng nguyên lạ với kháng nguyên quen Nó tương tác... phần C1q, C1s, C1r C1q gồm 3 tiểu đơn vị hợp thành, mỗi tiểu đơn vị có hình chữ Y, đầu hình cầu Ba tiểu đơn vị dính vào nhau nhìn như 6 bông tuylip Hai phân tử C1r và 2 phân tử C1s cũng xoắn quanh cuống của C1q nhờ liên kết peptide vơí sự có mặt của Ca++ Nếu không có Ca thì 3 thành phần này sẽ rời nhau ra Sau khi được gắn vào giữa 2 đoạn Fc của kháng thể thì C1 được hoạt hóa C4 và C2 gắn vào vị trí... thích sinh kháng thể chống laị chính nó Kháng thể chống lại kháng thể gọi là kháng kháng thể Có thể tạo kháng thể chống từng loại Ig hoặc chống từng phần cấu trúc của phân tử Ig II ĐỐI VỚI PHỨC HÒA HỢP MÔ CHỦ YẾU (MHC) Việc tồn tại hai con đường trình diện kháng nguyên thông qua phân tử MHC lớp I và phân tử MHC lớp II là để cho hệ thống miễn dịch có thể chống trả một cách hiệu quả nhất đối với các vi sinh. .. gen khác nhau Tất cả các α2 16 của -DR đều giống nhau, nhưng khác với α2 của –DP hay –DQ Các phân tử CD+ của Th gắn với vùng không đa hình là vùng giống Ig của các phân tử lớp II, do đó chỉ đáp ứng đặc hiệu trong giới hạn của các phân tử lớp II Các tương tác này rất mạnh, chỉ bị phá vỡ trong các điều kiện phân tử bị biến tính Nhìn chung chuỗi α của một cụm gen chỉ cặp đôi với chuỗi β của cùng cụm gen... phân tử IgA không bị tác dụng của các enzyme thủy phân protein có trong dịch tiết phân hủy IgA tiết còn có một chức năng hết sức quan trọng trong việc sinh ra miễn dịch tại chỗ của đường tiêu hoá, đường hô hấp, tiết niệu sinh dục vì đây là những con đường chính để phần lớn các vi sinh vật gây bệnh xâm nhập vào cơ thể IgA tiết gắn với các cấu trúc của bề mặt vi khuẩn hoặc virus và ngăn cản các vi sinh. .. của TCR với phân tử MHC Tuy vậy giống như các phân tử lớp I, tính đặc hiệu và ái tính với peptide lạ của các phân tử MHC lớp II thấp hơn nhiều khi so với receptor kháng nguyên thực sự (như sIg hay TCR) 2.2.2 Vùng giống Ig Cả hai đoạn α2 và β2 của lớp II có các cầu nối disunfua bên trong chuỗi Phân tích chuỗi acid amin của các peptide α2 và β2 thấy các phân tử này thuộc gia đình các Ig, có lẽ giống với . Tiểu luận Hóa sinh phân tử 1 MỤC LỤC Tiểu luận 1 Hóa sinh phân tử 1 MỤC LỤC 2 2 PHẦN I MỞ ĐẦU Sinh vật sống trong môi trường và buộc phải trao. tập. Sau đó tiến hành sắc ký trên cột để phân tách các phân tử dựa trên kích thước của chúng. Thí nghiệm này đã cho thấy phân tử IgG có trọng lượng phân tử 150.000 Da được hợp thành bởi hai chuỗi. bào. Dựa trên cấu trúc tinh thể của các phân tử HLA-A2; phân tử HLA-An 68 và dựa trên kết quả phân tích trình tự acid amin người ta đã chia các phân tử lớp I thành 4 vùng riêng biệt: 1 vùng