Xu Hướng 12/2022 # Cấu Trúc Và Chức Năng Của Gen / 2023 # Top 16 View | Phauthuatthankinh.edu.vn

Xu Hướng 12/2022 # Cấu Trúc Và Chức Năng Của Gen / 2023 # Top 16 View

Bạn đang xem bài viết Cấu Trúc Và Chức Năng Của Gen / 2023 được cập nhật mới nhất trên website Phauthuatthankinh.edu.vn. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ là hữu ích với bạn. Nếu nội dung hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất.

Chúng ta có thể điểm qua những mốc chính trong lịch sử nghiên cứu về gen như sau: Mendel (1865) là người đầu tiên đưa ra khái niệm nhân tố di truyền. Johansen (1909) đã đề xuất thuật ngữ gen (từ genos, nghĩa là sản sinh, nguồn gốc) để chỉ nhân tố di truyền xác định một tính trạng nào đó. Sau đó, Morgan trong những năm 1920 đã cụ thể hóa khái niệm về gen, khẳng định nó nằm trên nhiễm sắc thể và chiếm một locus nhất định, gen là đơn vị chức năng xác định một tính trạng.

Vào những năm 1940, Beadle và Tatum đã chứng minh gen kiểm tra các phản ứng hóa sinh và nêu giả thuyết một gen-một enzyme. Tuy nhiên, trường hợp hemoglobin là một protein nhưng lại gồm hai chuỗi polypeptide do hai gen xác định, do đó giả thuyết trên buộc phải điều chỉnh lại là một gen-một polypeptide.

Vào những năm 1950, DNA (deoxyribonucleic acid) được chứng minh là vật chất di truyền. Mô hình cấu trúc DNA của Watson và Crick được đưa ra và lý thuyết trung tâm (central dogma) ra đời. Gen được xem là một đoạn DNA trên nhiễm sắc thể mã hóa cho một polypeptide hay RNA.

Cuối những năm 1970, việc phát hiện ra gen gián đoạn ở sinh vật eukaryote cho thấy có những đoạn DNA không mã hóa cho các amino acid trên phân tử protein. Vì thế, khái niệm về gen lại được chỉnh lý một lần nữa: Gen là một đoạn DNA đảm bảo cho việc tạo ra một polypeptide, nó bao gồm cả phần phía trước là vùng 5′ không dịch mã (5′ untranslation) hay còn gọi là vùng ngược hướng (upstream) và phía sau là vùng 3′ không dịch mã (3′ untranslation) hay còn gọi là vùng cùng hướng (downstream) của vùng mã hóa cho protein, và bao gồm cả những đoạn không mã hóa (intron) xen giữa các đoạn mã hóa (exon).

Hiện nay, có thể định nghĩa gen một cách tổng quát như sau: Gen là đơn vị chức năng cơ sở của bộ máy di truyền chiếm một locus nhất định trên nhiễm sắc thể và xác định một tính trạng nhất định. Các gen là những đoạn vật chất di truyền mã hóa cho những sản phẩm riêng lẻ như các mRNA được sử dụng trực tiếp cho tổng hợp các enzyme, các protein cấu trúc hay các chuỗi polypeptide để gắn lại tạo ra protein có hoạt tính sinh học. Ngoài ra, gen còn mã hóa cho các tRNA, rRNA và snRNA…

Cấu trúc không gian của chuỗi polypeptide được xác định bởi trình tự sắp xếp của các amino acid tức cấu trúc bậc một. Như vậy, mặc dù có nhiều mức độ cấu trúc không gian khác nhau, nhưng cấu trúc bậc một tức trình tự sắp xếp các amino acid chi phối toàn bộ các mức độ cấu trúc khác. Việc xác định di truyền phân tử protein ở trạng thái tự nhiên có đầy đủ hoạt tính sinh học chỉ quy tụ lại chủ yếu ở xác định cấu trúc bậc một là đủ.

2. Các enzyme mất hoạt tính do đột biến

Nhiều nghiên cứu cho thấy, việc mất hoạt tính enzyme nhiều khi không phải do vắng mặt của enzyme, mà chỉ do các biến đổi trên phân tử (modification). Có trường hợp đột biến dẫn đến những thay đổi tinh vi, enzyme vẫn có hoạt tính nhưng sẽ biểu hiện khác nếu thay đổi điều kiện. Chẳng hạn:

Ở nấm mốc Neurospora crassa, enzyme tyrosinase do gen T xác định, xúc tác cho phản ứng chuyển hóa tyrosine thành dihydroxyphenylalanine. Alelle T+ của dòng hoang dại sản xuất tyrosinase có hoạt tính ở nhiệt độ bình thường và cả ở 60oC. Một đột biến TS sản xuất tyrosine có hoạt tính ở nhiệt độ bình thường, nhưng lại mất hoạt tính ở 60oC

Như vậy, trong đa số trường hợp, đột biến của một gen không làm biến mất enzyme mà chỉ biến đổi cấu trúc dẫn đến thay đổi hoạt tính. Các đột biến của cùng một gen có thể gây ra những biến đổi khác nhau trên enzyme. Các hiện tượng đó chứng tỏ rằng cấu trúc của enzyme chịu sự kiểm soát trực tiếp của gen.

3. Bản chất các biến đổi di truyền của protein

Bản chất đó chính là quan hệ một gen-một polypeptide. Như đã nêu trên, người ta khám phá ở người có những gen tạo ra hemoglobin (Hb) khi biến dị sẽ tạo ra những hemoglobin bất thường do sai hỏng ở các chuỗi polypeptide α hoặc β (Bảng 3.2 và 3.3) và gây ra các bệnh di truyền.

Đột biến được biểu hiện bởi sự thay thế vị trí của một amino acid này bằng một amino acid khác.

4. Sự tương quan đồng tuyến tính gen-polypeptide

4.1. Đột biến tryptophan synthetase-sự đồng tuyến tính giữa gen và chuỗi polypeptide

Nghiên cứu trên enzyme tryptophan synthetase xúc tác cho phản ứng tổng hợp tryptophan của E. coli người ta nhận thấy có nhiều đột biến xảy ra trên cùng một gen mã hóa cho tryptophan synthetase.

Thực hiện tái tổ hợp trong gen (nguyên tắc là gen ở các vị trí càng xa nhau trên nhiễm sắc thể càng dễ tái tổ hợp), người ta đã nhận được các dạng biến dị có tính chất khác nhau, và tính được khoảng cách tương đối giữa những điểm khác nhau của đột biến đã được xác định. Vị trí biến dị trên thể nhiễm sắc tương ứng với vị trí của amino acid trên chuỗi polypeptide. Như vậy, có thể cho rằng có sự đồng tuyến tính giữa gen và chuỗi polypeptide (Hình 3.1).

Nhiều dạng đột biến của tryptophan synthethase đã được tạo ra. Bằng cơ chế tái tổ hợp, những khoảng cách tương đối giữa những điểm khác nhau của đột biến đã được xác định. Sản phẩm protein của mỗi dạng đột biến đã được phân tích, và những thay đổi các amino acid khác cũng được xác định. Người ta đã tìm thấy mối tương quan hoàn toàn giữa những khoảng cách của các đột biến được tìm thấy trên gen với khoảng cách của amino acid bị thay đổi trong phân tử protein.

4.2. Đột biến

4.2.1. Khái niệm

Một gen (DNA) có 4 loại base và một phân tử protein có 20 loại amino acid1, nhưng giữa chúng có mối tương quan như thế nào. Đầu tiên, người ta cho rằng một base qui định một amino acid, nhưng những tính toán cho thấy không hợp lý. Vì chỉ có 4 base trong DNA và 20 amino acid trong protein, cho nên mỗi codon phải chứa ít nhất 3 base. Hai base cũng không thể làm thành một codon bởi vì chỉ có 42 = 16 cặp hợp lý của 4 base. Nhưng 3 base thì có thể bởi vì sẽ có 43 = 64 bộ ba hợp lý. Vì số lượng bộ ba hợp lý lớn hơn 20, cho nên sẽ có trường hợp một vài codon chỉ định cùng một amino acid. Ví dụ: UCU, UCC, UCA, UCG, AGU và AGC đều cùng mã hóa cho serine. Từ đó, người ta đưa ra khái niệm mã di truyền (tín hiệu di truyền). Mã di truyền cho phép đọc thứ tự trên DNA để biết thứ tự trên chuỗi polypeptide. Mã di truyền không mơ hồ, có nghĩa với một trình tự chẳng hạn ATA ta biết nó ghi mã cho một amino acid gì, và cũng thấy rằng có nhiều mã di truyền xác định cho một amino acid (Bảng 3.4).

4.2.2. Đột biến điểm

Là đột biến chỉ tác động một vị trí, nói rõ hơn đó là một base. Khi thay đổi một base trên DNA sẽ tạo ra sự thay đổi một amino acid (Hình 3.2). Đột biến dĩ nhiên xảy ra trên DNA và được sao lại trên mRNA trong phiên mã, rồi trên protein trong dịch mã.

Bảng 3.4. Mã di truyền chung

Những đơn vị mã (codon) được đọc theo chiều 5’→3′.

STOP: codon kết thúc (còn gọi là vô nghĩa).

Đột biến điểm có các dạng sau:

– Đột biến sai nghĩa. Thay đổi một amino acid trong protein, có thể dẫn đến một trong ba kết quả sau:

+ Không hậu quả nào cả, vì amino acid không nằm trong vị trí hoạt động hoặc không có vai trò trong cấu trúc enzyme

+ Có biến đổi nhẹ ở chuỗi polypeptide sẽ tạo ra tính mẫn cảm yếu với nhiệt, làm giảm sự ổn định chuỗi polypeptide

+ Mất hẳn hoạt tính enzyme nếu đúng ngay vị trí hoạt động của enzyme đó.

– Đột biến vô nghĩa. Thay đổi một base. Nếu đó là một codon vô nghĩa sẽ làm ngừng kéo dài (tổng hợp) chuỗi polypeptide ở vị trí amino acid này. Tức là nếu codon này nằm ở đầu sẽ không có chuỗi polypeptide hoạt động.

– Đột biến acridine hoặc đột biến dịch khung. Đột biến này do chất acridine màu da cam tạo ra (hoặc còn gọi là đột biến dịch khung, frameshift, do thêm vào hoặc bớt đi một base) (Hình 3.2 E và D). Như vậy, một đột biến trên khung đọc khi thêm vào (C) hoặc mất đi (A) thường sẽ dẫn đến xuất hiện một codon stop làm ngừng chuỗi polypeptide và enzyme sẽ không có hoạt tính.

4.2.3. Đột biến kìm hãm

Đến nay, người ta nhận thấy mọi sai lệch trong việc tổng hợp protein nếu có đều xảy ra từ DNA, còn quá trình diễn ra từ RNA đến polypeptide luôn luôn đúng. Nghiên cứu một vài kiểu protein đột biến ta thấy:

– Đột biến sai nghĩa. Làm xuất hiện một bất thường trong trình tự amino acid. Kết quả protein mất hoạt tính. Hoạt tính này có thể được phục hồi, hoặc do một đột biến ngược để cho lại protein cấu trúc ban đầu.

– Đột biến vô nghĩa. Làm mất đi một phần chuỗi polypeptide, phần còn lại không có hoạt tính, và hoạt tính này có thể có lại được nhờ đột biến trong một codon đã bị đột biến.

Thông thường, những gen kìm hãm đột biến vô nghĩa không nằm ở gần vị trí của đột biến ấy. Đó là những gen làm biến đổi hệ thống dịch mã khi tổng hợp protein.

5. Lý thuyết trung tâm của sinh học phân tử

Tổng hợp protein trong tế bào có các đặc điểm sau:

– Các phân tử thông tin như nucleic acid và protein được tổng hợp theo khuôn. Tổng hợp theo khuôn vừa chính xác vừa ít tốn enzyme. Tuy nhiên, căn cứ vào hàng loạt tính chất hóa học các protein không thể làm khuôn mẫu cho sự tổng hợp của chính chúng. Vì vậy, khuôn mẫu để tổng hợp nên protein không phải là protein.

– Sinh tổng hợp protein tách rời về không gian với chỗ chứa DNA. Nhiều nghiên cứu cho thấy tổng hợp protein có thể xảy ra khi không có mặt DNA. Sự kiện này thể hiện rõ ràng nhất ở những tế bào eukaryote. Trong những tế bào này, hầu như toàn bộ DNA tập trung ở nhiễm sắc thể trong nhân, còn tổng hợp protein chủ yếu diễn ra ở tế bào chất. Tảo xanh đơn bào Acetabularia khi bị cắt mất phần chứa nhân vẫn tổng hợp được protein và sống vài tháng nhưng mất khả năng sinh sản. Rõ ràng, nơi chứa DNA mang thông tin di truyền và chỗ sinh tổng hợp protein tách rời nhau về không gian.

Hình 3.2. Các dạng đột biến điểm

– DNA không phải là khuôn mẫu trực tiếp để tổng hợp protein, do đó phải có chất trung gian chuyển thông tin từ DNA ra tế bào chất và làm khuôn để tổng hợp protein. Chất đó phải có cả trong nhân và tế bào chất với số lượng phụ thuộc vào mức độ tổng hợp protein.

– Chất trung gian đó được xem chính là RNA nhờ các đặc điểm sau:

+ RNA được tổng hợp ngay ở trong nhân có chứa DNA, sau đó nó đi vào tế bào chất cho tổng hợp protein.

+ Những tế bào giàu RNA tổng hợp protein nhiều hơn.

+ Về phương diện hóa học RNA gần giống DNA: chuỗi polyribo-nucleotide thẳng cũng chứa 4 loại ribonucleotide A, G, C và uracil (U). Nó có thể nhận được thông tin từ DNA qua bắt cặp bổ sung. Nói chung, trong tế bào không thể tìm thấy chất nào khác ngoài RNA có thể đóng vai trò trung gian cho tổng hợp protein. Mối quan hệ này chính là thông tin di truyền đi từ DNA qua RNA rồi đến protein và được biểu diễn ở hình 3.3. Mối quan hệ này còn được gọi là lý thuyết trung tâm (central dogma), được Crick đưa ra từ 1956 đến nay về căn bản vẫn đúng.

Vào những năm 1970, người ta đã phát hiện quá trình phiên mã ngược từ RNA tổng hợp nên DNA nhờ enzyme reverse transcriptase. Đến nay, việc sao chép (tổng hợp) RNA trên khuôn mẫu RNA cũng đã được chứng minh ở nhiều loại virus. Ngoài ra, thông tin từ protein cũng có thể được truyền sang protein (prion của bệnh bò điên). Riêng dòng thông tin từ protein ngược về mRNA/DNA thì chưa được tìm thấy (Hình 3.4).

6. DNA và mã di truyền

Vấn đề tiếp theo là xác định chính xác các codon nào mã hóa cho từng amino acid. Nirenberg và Matthaei đã sử dụng enzyme để tổng hợp nhân tạo RNA. Khi dùng chỉ một loại nucleotide là U sẽ nhận được RNA là poly(U), nếu chỉ dùng A sẽ nhận được poly(A).

Năm 1961, Nirenberg và Matthaei đã dùng poly(U) thay cho khuôn mẫu mRNA để tổng hợp protein trong hệ thống vô bào (có amino acid, enzyme tổng hợp protein, nhưng không có DNA…), sản phẩm thu được là chuỗi polypeptide polyphenylalanine chỉ chứa một loại amino acid là phenylalanine. Điều đó chứng tỏ codon UUU mã hóa cho phenylalanine. Đây là codon đầu tiên được xác định. Sau đó, họ cũng chứng minh được rằng AAA mã hóa cho lysine, GGG cho glycine và CCC cho proline.

Hình 3.4. Những bổ sung mới vào lý thuyết trung tâm của Crick

Bảng mã di truyền (Bảng 3.4) cho thấy trong 64 codon, có 3 codon UAA, UAG, UGA không mã hóa cho amino acid được gọi là vô nghĩa (non-sense), đồng thời là codon kết thúc (termination) tức dấu chấm câu, chấm dứt chuỗi polypeptide.

Mã di truyền có tính suy biến (degeneration) tức một amino acid có nhiều codon mã hóa, chỉ trừ methionine và tryptophane chỉ có một codon (tương ứng là ATG và TGG). Các codon đồng nghĩa tức mã hóa cho cùng một amino acid thường có hai base đầu tiên giống nhau, nhưng khác nhau ở cái thứ ba. Ví dụ: CCU, CCC, CCA và CCG tất cả đều mã hóa cho proline. Trên thực tế, U và C luôn luôn tương đương nhau ở vị trí thứ ba, còn A và G tương đương nhau trong 14 trên 16 trường hợp.

Trừ một số ngoại lệ, mã di truyền có tính phổ biến (universal) tức toàn bộ thế giới sinh vật có chung bộ mã di truyền.

Khi nghiên cứu các quy luật di truyền Mendel và học thuyết di truyền nhiễm sắc thể, gen được quan niệm như một điểm trên nhiễm sắc thể, vừa là đơn vị chức năng xác định một tính trạng, vừa là đơn vị đột biến, vừa là đơn vị tái tổ hợp. Cùng với sự phát triển của di truyền học, khái niệm về gen được cụ thể hóa thêm, cấu trúc và chức năng của gen được hiểu chi tiết hơn.

1. Cấu trúc gen

Hoạt động của một gen được đánh giá thông qua quá trình phiên mã (tổng hợp mRNA) và quá trình dịch mã (tổng hợp protein). Hoạt động này được kiểm soát rất chặt chẽ bằng các cơ chế khác nhau ở mọi giai đoạn, như bắt đầu và kết thúc phiên mã, quá trình biến đổi mRNA, quyết định tính bền vững và kiểm tra lại thông tin di truyền trên các phân tử này… Do cấu trúc sắp xếp các gen prokaryote khác với gen eukaryote nên sự phối hợp giữa các cơ chế điều khiển mang tính chất riêng biệt cho từng loại genome.

Các gen prokaryote thường sắp xếp nằm gần nhau và chịu sự điều khiển chung của một promoter, tức là chúng được phiên mã sang cùng một phân tử mRNA. Cấu trúc này được gọi là operon. Như vậy, một operon gồm hai hay nhiều gen nằm cạnh nhau trên một nhiễm sắc thể. Thông thường, đó là các gen cùng tham gia vào một con đường chuyển hóa, ví dụ như các gen mã hóa cho các enzyme cần thiết cho quá trình chuyển hóa glucose.

Do có chung promoter điều khiển cho mọi gen nằm trong một operon cho nên chỉ có một loại phân tử mRNA được tổng hợp từ một operon (mang thông tin di truyền của tất cả các gen nằm trong đó). Nói cách khác, quá trình phiên mã của các gen trong một operon xảy ra đồng thời và phân tử mRNA đặc trưng cho operon được gọi là mRNApolycistron.

Tuy nhiên, điều cần ghi nhớ là quá trình dịch mã trên các phân tử mRNApolycistron xảy ra hoàn toàn độc lập với nhau. Mỗi đoạn tương ứng với một gen trên phân tử này đều có vị trí bám của ribosome, có mã bắt đầu và kết thúc tổng hợp chuỗi polypeptide riêng biệt. Do đó, tốc độ tổng hợp các protein trên các phân tử mRNApolycistron hoàn toàn khác nhau (Hình 3.6).

Khái niệm locus được đưa ra để chỉ vị trí của gen trên nhiễm sắc thể, là vị trí của tất cả các allele của dãy đa allele. Bản thân hiện tượng đa allele cho thấy gen có cấu tạo phức tạp, sự biến đổi của gen có thể dẫn đến nhiều trạng thái allele khác nhau.

2.1. Hiện tượng allele giả

Theo quan niệm cổ điển gen là đơn vị tái tổ hợp. Nếu cá thể mang hai allele lặn a1/a2 của một dãy đa allele sẽ tạo thành hai loại giao tử là a1 và a2, lai phân tích với bố mẹ đồng hợp tử lặn sẽ chỉ cho kiểu hình đột biến a1 và a2 mà không có dạng tái tổ hợp hoang dại. Ví dụ:

Hình 3.6. Cấu trúc operon trong genome vi khuẩn. Một operon là một đơn vị phiên mã đơn bao gồm một chuỗi các gen cấu trúc (structural genes), một promoter và một operator.

Ví dụ: Trường hợp locus mắt quả trám ở ruồi giấm, có 18 allele. Khi tăng số cá thể nghiên cứu lên nhiều lần, người ta phát hiện các allele xếp thành 3 nhóm A, B và C. Các allele của cùng một nhóm, khi lai lẫn nhau, không cho kiểu hình tái tổ hợp hoang dại mắt bình thường, mà chỉ có kiểu hình mắt quả trám. Nhưng lai allele của nhóm này với allele của nhóm khác sẽ có xuất hiện kiểu hình hoang dại do tái tổ hợp. Hiện tượng này được gọi là allele giả.

Hiện tượng allele giả cho thấy gen phân chia nhỏ về mặt tái tổ hợp, có thể xảy ra tái tổ hợp giữa các phần trong gen. Lúc đầu, hiện tượng allele giả được coi là trường hợp ngoại lệ, nhưng khi tăng số cá thể nghiên cứu lên nhiều lần thì rõ ràng đó là hiện tượng phổ biến. Nó được tìm thấy ở nhiều đối tượng khác nhau như nấm men S. cerevisiae, ngô, bồ câu, chuột, bacteriophage

2.2. Locus rII của bacteriophage T4

Nghiên cứu chi tiết về các đột biến rII của bacteriophage T4 đã làm sáng tỏ hơn về cấu trúc gen. Bacteriophage T4 ở dạng hoang dại r+ có khả năng xâm nhiễm đồng thời hai chủng E. coli B và K, trong khi các đột biến rII chỉ xâm nhiễm chủng B mà không xâm nhiễm chủng K (Hình 3.7).

Trước thí nghiệm của ông, rII được coi là một locus. Tuy nhiên, thí nghiệm của ông đã cho thấy các đột biến xếp thành hai nhóm rIIA và rIIB. Lai các đột biến rIIA × rIIB sẽ có r+, nhưng lai rIIA × rIIA và rIIB × rIIB thì kiểu hình đột biến là r.

Cho đến nay, chúng ta định nghĩa một gen là nhờ dựa trên kiểu hình đột biến và vị trí trên bản đồ của nó. Bacteriophage là một mô hình di truyền đơn giản (genome của E. coli dài khoảng 4.600.000 bp, trong khi bacteriophage T4 là 165.000 bp và bacteriophage λ khoảng 46.500 bp), chúng có thể sinh sản một số lượng lớn rất nhanh (1010 hoặc hơn thế) và dễ dàng phân tích. Các thí nghiệm thực hiện với đột biến rII của T4 được thiết lập dựa trên cơ sở sau:

– Các gen có một phạm vi và ranh giới hạn chế.

– Các gen có thể chia được, có thể có sự tái tổ hợp giữa hai allele trong một gen đơn.

– Hoạt động của gen có thể được phân tích bởi sự phân tích bổ sung.

Kết quả thí nghiệm cho thấy, gen có thể phân chia nhỏ về mặt đột biến. Các đoạn rIIA và rIIB được gọi là cistron, đơn vị chức năng nhỏ nhất đảm bảo khả năng xâm nhiễm chủng K. Thuật ngữ cistron thực chất là gen, ngày nay nó chỉ có tính chất lịch sử, ít được sử dụng. Theo quan niệm hiện nay, rIIA và rIIB là hai locus. Hai khái niệm mới được đưa ra là muton-đơn vị đột biến và recon-đơn vị tái tổ hợp.

Benzer đã tìm thấy 2.000 điểm đột biến trên đoạn gen được nghiên cứu, chúng phân bố không đều nhau, có những điểm tập trung nhiều đột biến hơn. Chiều dài gen khoảng 900 nucleotide. Đơn vị đột biến muton ở đây tương ứng với 900/2.000. Số đột biến ghi nhận có thể thấp hơn so với thực tế nên muton có thể tương ứng với một cặp nucleotide. Giống như vậy recon có thể tương ứng với một cặp nucleotide.

Tóm lại, gen là đơn vị chức năng, có thể chia nhỏ bởi các đơn vị đột biến tái tổ hợp.

Hình 3.7. Kiểu hình của các đột biến rII của phage T4

3. Thử nghiệm chức năng allele

Muốn nghiên cứu cấu trúc bên trong một gen, phải tìm hiểu nhiều allele của gen đó. Nhiều đột biến có kiểu hình giống nhau nhưng không allele với nhau. Thử nghiệm chức năng allele được sử dụng để xác định xem hai đột biến có allele với nhau không. Đây chính là thử nghiệm mà Benzer dùng để lập bản đồ locus rII.

Thử nghiệm này còn được gọi là thử nghiệm bổ sung (complementary test) vì nó cho biết sai hỏng chức năng ở hai đột biến có bổ sung tức bù trừ cho nhau được không.

Phương pháp thử này cũng được gọi là thử nghiệm đều-lệch (cis-trans test). Sở dĩ như vậy là vì phép thử nghiệm này so sánh hiệu quả kiểu hình của các gen đột biến ở hai vị trí khác nhau trên nhiễm sắc thể tương đồng. Ở vị trí lệch (trans) các đột biến nằm trên hai nhiễm sắc thể, còn ở vị trí đều (cis) các đột biến nằm trên cùng một nhiễm sắc thể. Trường hợp sai hỏng ở hai gen khác nhau nên có thể bổ sung được, còn trường hợp sai hỏng ở cùng một gen không bù đắp được sẽ dẫn đến kiểu hình đột biến.

Thử nghiệm chức năng allele có thể được thực hiện dễ dàng trên các đối tượng vi sinh vật với các đột biến hóa sinh, thường là các đột biến khuyết dưỡng (auxotroph mutant: mất khả năng tổng hợp một chất nào đó). Ví dụ: Ở nấm mốc Neurospora crassa có nhiều đột biến mất khả năng tổng hợp adenine (Ade-). Các đột biến này dễ phát hiện vì có khuẩn lạc màu đỏ. Có hai dạng đột biến Adex và Adey, nếu dị hợp tử Adex/Adey có kiểu hình đột biến tức là cho khuẩn lạc màu đỏ, thì Adex và Adey là hai allele của một gen. Thử nghiệm chức năng allele cho thấy các đột biến Ade ở N. crassa tạo thành 9 nhóm. Điều đó chứng tỏ có 9 gen tổng hợp adenine ở loài nấm này: ade1, ade2, ade3… trong đó ade3 có hai locus nằm kề sát nhau là ade3A và ade3B (Hình 3.9).

Hình 3.8. Thử nghiệm chức năng allele. I: có kiểu hình đột biến do sai hỏng cùng một gen nên không bù đắp được. II: có kiểu hình hoang dại do sai hỏng khác gen nên bù trừ được cho nhau. Hình 3.9. Vị trí các gen ade trên các nhiễm sắc thể của nấm mốc Neurospora crassa Nguồn: Giáo trình Sinh học phân tử – Nguyễn Hoàng lộc (chủ biên)

Cấu Trúc Và Chức Năng Của Nst / 2023

1. Cấu trúc nhiễm sắc thể:

Hình dạng, kích thước và cấu trúc NST quan sát rõ nhất vào kì giữa của nguyên phân khi đó NST co xoắn cực đại. Nên hình dạng, kích thướt NST ở kì giữa được xem là đặc trưng. Hình thái nhiễm sắc thể biến đổi có tính chu kì trong tế bào, cụ thể là nó biến đổi theo các kì của phân bào của tế bào.

Cấu trúc siêu hiển vi của nhiễm sắc thể:

– Một đoạn ADN gồm 146 cặp nuclêôtit quấn quanh khối cầu prôtêin gồm 8 phân tử prôtêin loại histôn tạo nên nuclêôxôm.

– Giữa các nuclêôxôm kế tiếp được nối với nhau bằng đoạn ADN và một phân tử prôtêin histôn tạo nên chuỗi pôlinuclêôxôm gọi là sợi cơ bản có đường kính 11nm.

– Sợi cơ bản xoắn lần thứ nhất thành sợi nhiễm sắc có đường kính 30 nm, tiếp tục xoắn lần thứ hai tạo thành sợi siêu xoắn có đường kính 300 nm, tiếp tục xoắn lần thứ ba tạo thành sợi crômatit có đường kính 700 nm.

– Tại kì giữa của quá trình phân bào, NST tồn tại ở trạng thái kép gồm 2 crômatit giống nhau và dính với nhau ở tâm động (eo sơ cấp). Tâm động chia crômatit thành hai cánh cân hoặc không cân. NST còn có thêm eo thứ cấp.

2. Chức năng nhiếm sắc thể.

– Lưu trữ thông tin di truyền: NST mang gen chứa thông tin di truyền, mỗi gen chiếm một vị trí xác định trên NST. Các gen trên cùng một NST được di truyền cùng nhau (đây là cơ sở của hiện tượng liên kết gen).

– Bảo quản thông tin di truyền: thông tin trên NST được bảo quản nhờ cấu trúc đặc biệt của NST (ADN kết hợp với prôtêin loại histôn sau đó bện xoắn nhiều lần; đầu mút NST có trình tự nuclêôtit đặc biệt có tác dụng bảo vệ NST).

– Truyền đạt thông tin di truyền: thông tin di truyền trên NST được truyền đạt từ thế hệ này sang thế hệ khác nhờ cơ chế nhân đôi, phân li và tổ hợp NST thông qua quá trình nguyên phân, giảm phân và thụ tinh. Điều hòa hoạt động của gen thông qua hoạt động cuộn xắn và tháo xoắn NST (thông tin di truyền từ gen trên NST chỉ được truyền cho ARN để tổng hợp pôlipeptit (thông qua phiên mã và dịch mã) chỉ thực hiện được khi NST tháo xoắn trở thành ADN dạng mạch thẳng).

– Giúp phân chia đồng đều vật chất di truyền cho các tế bào con trong quá trình phân bào (nhờ cấu trúc tâm động).

Cấu Trúc Và Chức Năng Của Gan / 2023

Sự phân hủy heme tạo ra bilirubin (sản phẩm thải trừ không hòa tan) và các sắc tố mật khác. Bilirubin phải được hòa tan trong nước để được bài tiết. Sự chuyển đổi này diễn ra qua 5 bước: hình thành, vận chuyển trong máu, hấp thu ở gan, liên hợp, và bài tiết mật.

Sự hình thành: Khoảng 250 đến 350 mg bilirubin không liên hợp được hình thành mỗi ngày; 70-80% từ sự phân giải của các hồng cầu thoái hóa, và 20 đến 30% (bilirubin có nhãn sớm) chủ yếu xuất phát từ các protein heme khác trong tủy xương và gan. Hb bị phân hủy thành sắt và biliverdin, chất mà sau đó được chuyển thành bilirubin.

Vận chuyển trong máu: Bilirubin không liên hợp (gián tiếp) không hòa tan trong nước và được vận chuyển trong huyết tương bằng cách gắn với albumin. Nó không thể đi qua màng lọc cầu thận vào nước tiểu. Sự gắn kết với albumin yếu đi ở các điều kiện nhất định (ví dụ như môi trường acid), và một số chất (ví dụ, salicylat, một số kháng sinh) cạnh tranh với các vị trí liên kết.

Hấp thu ở gan: Gan lấy bilirubin nhanh chóng nhưng không lấy albumin huyết thanh đi kèm.

Liên hợp: Bilirubin không liên hợp trong gan được kết hợp để hình thành chủ yếu là bilirubin diglucuronide (bilirubin liên hợp [phản ứng trực tiếp]). Phản ứng này, được xúc tác bởi enzyme trong ty thể là glucuronyl transferase, làm cho bilirubin hòa tan được trong nước.

Bài tiết mật: Các vi quản mật hình thành bởi các tế bào gan cạnh nhau dần dần kết hợp thành các ống dẫn, ống dẫn mật giữa các tiểu thùy, và các ống gan lớn hơn. Bên ngoài cửa gan, ống gan chính hợp với ống cổ túi mật từ túi mật tạo thành ống mật chủ, dẫn xuống tá tràng ở đỉnh nhú Vater.

Bilirubin liên hợp được bài tiết vào vi quản mật với các thành phần khác của dịch mật. Trong ruột, vi khuẩn chuyển hóa bilirubin thành urobilinogen, phần lớn trong số đó được chuyển hóa thành stercobilin, làm cho phân màu nâu. Trong tắc nghẽn mật hoàn toàn, phân mất màu bình thường và trở thành màu xám nhạt (phân màu đất sét). Một phần urobilinogen được hấp thu lại, phân giải bởi các tế bào gan, và bài tiết lại vào mật (chu trình gan – ruột). Một lượng nhỏ được bài tiết qua nước tiểu.

Vì chỉ bilirubin liên hợp được bài tiết qua nước tiểu còn bilirubin không liên hợp thì không, chỉ khi xảy ra tăng bilirubin liên hợp trong máu (ví dụ như vàng da tại gan hoặc vàng da tắc mật) gây ra bilirubin trong nước tiểu.

Cấu Trúc Và Chức Năng / 2023

x

x

ENGLISH

MIỄN DỊCH HỌC – CHƯƠNG BỐN KHÁNG THỂ – CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG

Gene Mayer, Ph.D Emertius Professor of Pathology, Microbiology and Immunology University of South Carolina

Biên dịch: Nguyễn Văn Đô, MD., PhD., Bộ môn Sinh lý bệnh-Miễn dịch, Trường Đại học Y Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam  

Let us know what you think

FEEDBACK

Logo image © Jeffrey Nelson, Rush University, Chicago, Illinois  and

The MicrobeLibrary

 

MỤC TIÊU GIẢNG DẠY

Trình bày đặc điểm chung của kháng thể

Mô tả cấu trúc cơ bản của kháng thể

Xác định các vùng hằng định và vùng cực kỳ thay đổi của kháng thể

Xác định các lớp và dưới lớp kháng thể, các nhóm và dưới nhóm

Mô tả cấu trúc và đặc điểm của các lớp kháng thể  

Hình 1. Điện di protein huyết thanh

ĐỊNH NGHĨA

Kháng thể (Ig) Kháng thể (KT) là các phân tử glycoprotein được sản xuất bởi các tương bào trong một đáp ứng với chất sinh miễn dịch và có chức năng như kháng thể. Tên của kháng thể xuất phát từ việc chúng di chuyển cùng với các protein hình cầu, khi huyết thanh chứa kháng thể được đặt trong một điện trường (Hình 1).

CHỨC NĂNG CHUNG CỦA KHÁNG THỂ

Kết hợp với kháng nguyên Kháng thể kết hợp đặc hiệu với một hoặc vài kháng nguyên (KN) gần giống nhau. Thực ra, mỗi kháng thể kết hợp với một quyết định kháng nguyên đặc hiệu. Kháng thể kết hợp với kháng nguyên là chức năng đầu tiên của các kháng thể và do đó cơ thể được bảo vệ. Hóa trị của kháng thể dựa vào số quyết định kháng nguyên mà mỗi phân tử kháng thể có thể kết hợp. Hóa trị của tất cả các kháng thể có ít nhất là hai và trong một số trường hợp có nhiều hơn nữa.

Các chức năng hiệu ứng Thông thường sự kết hợp của 1 KT với 1 KN không có hiệu ứng sinh học. Dĩ nhiên, các hiệu ứng sinh học quan trọng là kết quả của “chức năng hiệu ứng” thứ phát của các kháng thể. Kháng thể làm trung gian của nhiều chức năng hiệu ứng này. Khả năng thực hiện một chức năng hiệu ứng đặc biệt cần phải có KT kết hợp với KN kích thích sinh ra nó. Không phải mọi kháng thể làm trung gian cho tất cả các chức năng hiệu ứng. Các chức năng hiệu ứng này bao gồm:

 Hoạt hóa bổ thể – Điều này dẫn đến sự ly giải các tế bào và giải phóng các phân tử có hoạt tính sinh học (xem chương hai).   

Bám vào các loại tế bào khác nhau – Các tế bào thực bào, lympho, tiểu cầu, các tế bào mast, và bạch cầu ái kiềm có các thụ thể để kháng thể bám vào. Sự kết hợp đó làm hoạt hóa các tế bào, thực hiện một số chức năng. Một số kháng thể cũng liên kết với thụ thể trên bề mặt nguyên bào nuôi của nhau thai, dẫn đến kháng thể được vận chuyển qua nhau thai. Kết quả là, người mẹ cung cấp các kháng thể miễn dịch cho thai nhi và trẻ sơ sinh.  

TỪ KHÓA

Kháng thể Hóa trị Chuỗi nặng Chuỗi nhẹ Vùng thay đổi Vùng hằng định Vùng bản lề Domain Vùng siêu biến Vùng khung Nhóm và dưới nhóm Fab & Fc, F(ab’)2 loại và dưới loại Lớp và dưới lớp Opsonin Chuỗi J Thành phần tiết  

 

Hình 2A. Cấu trúc cơ bản của kháng thể

  Hình 2B. Bấm vào hình trên để xem hình ảnh động về cấu trúc của kháng thể Requires Chime Plug-In. Get Chime here. Developed by Eric Martz. Development supported by the Division of Undergraduate Education of the National Science Foundation.  

  Hình 2C. Mô hình dạng dải của vị trí kết hợp kháng nguyên của kháng thể (IgG2A). Harris, L. J., Larson, S. B., Hasel, K. W., Day, J., Greenwood, A., McPherson, A. Nature 1992, 360, 369-372. © 2000 Antibody Resource Page

 

Hình 2D. Kháng thể xoay vòng Jose Saldanha, Humanization by Design © 2000, Antibody Resource Page  

CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA KHÁNG THỂ

Cấu trúc cơ bản của các kháng thể được minh họa trong Hình 2. Mặc dù các kháng thể khác nhau có thể khác nhau về cấu trúc, nhưng tất cả họ đều được cấu tạo từ các đơn vị cơ bản giống nhau.

Chuỗi nặng và chuỗi nhẹ Tất cả các kháng thể có một cấu trúc chuỗi bốn là đơn vị cơ bản của chúng. Chúng được bao gồm hai chuỗi nhẹ giống hệt nhau (23kD) và hai chuỗi nặng giống hệt nhau (50-70kD).

Cầu nối đisulfua

Cầu nối disulfua liên chuỗi Các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ, và hai chuỗi nặng được liên kết với nhau bằng các cầu nối disulfua liên chuỗi và bởi các tương tác không cộng hóa trị. Số lượng các cầu disulfua liên chuỗi khác nhau tùy thuộc vào loại kháng thể khác nhau.

Liên kết disulfua nội chuỗi Trong mỗi chuỗi polypeptid cũng có cầu nối disulfua.

Vùng biến đổi (V) và vùng hằng định (C) Khi so sánh trình tự các acid amin của các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ khác nhau, người ta thấy cả hai chuỗi nặng và nhẹ có thể được chia thành hai khu vực dựa trên sự biến đổi trong trình tự acid amin. Đó là:

Chuỗi nhẹ – VL (110 acid amin) và CL (110 cid amin)

Chuỗi nặng – VH (110 acid amin) và CH (330-440 acid amin)

Vùng bản lề Đây là khu vực mà các cánh tay của các phân tử kháng thể hình thành một chữ Y. Nó được gọi là vùng bản lề vì có một sự linh hoạt trong phân tử tại vị trí này.

Domain Hình ảnh ba chiều của phân tử kháng thể cho thấy nó không phải là thẳng như mô tả trong Hình 2A. Thay vào đó, nó được cuộn lại như hình cầu mà mỗi hình cầu có một cầu nối disulfua nội chuỗi (Hình 2B-D). Những vùng đó được gọi là domain.

Domain chuỗi nhẹ – VL và CL Domain chuỗi nặng – VH, CH1 – CH3 (hoặc CH4)

Oligosaccharid Carbohydrat được gắn vào domain CH2 của hầu hết các kháng thể. Tuy nhiên, trong một số trường hợp carbohydrat cũng có thể được gắn tại các vị trí khác.  

CẤU TRÚC VÙNG THAY ĐỔI

Vùng siêu biến (HVR) hoặc vùng kết hợp với kháng nguyên (CDR)

Khi so sánh trình tự các acid amin ở vùng biến đổi của kháng thể cho thấy hầu hết các vị trí biến đổi tại ba vùng gọi là vùng siêu biến nằm ở khu vực như minh họa trong Hình 3. Các kháng thể có tính đặc hiệu khác khác nhau có vùng kết hợp kháng nguyên khác nhau trong khi các kháng thể có cùng một tính đặc hiệu có vùng kết hợp kháng nguyên giống hệt nhau (CDR là vị trí kết hợp của kháng thể). Vùng kết hợp với kháng nguyên của kháng thể bao gồm cả chuỗi H và chuỗi L.

Vùng khung

Các vùng nằm giữa vùng kết hợp với kháng nguyên trong vùng thay đổi được gọi là các vùng khung (Hình 3). Dựa trên sự tương đồng và khác biệt trong vùng khung, vùng thay đổi của chuỗi nặng và nhẹ của kháng thể có thể được chia thành các nhóm và phân nhóm. Chúng được hình thành từ các sản phẩm của các gen khác nhau.  

  Hình 3. Cấu trúc vùng thay đổi và hằng định

CÁC MẢNH KHÁNG THỂ KHÁC NHAU: MỐI LIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG

Các mảnh kháng thể được tạo ra do phân cắt protein là minh chứng quan trọng để giải thích

Fab

Papain có thể cắt phân tử kháng thể tại khu vực bản lề ở phía trước cầu nối disulfua liên chuỗi H-H (Hình 4). Kết quả là tạo ra hai mảnh giống hệt nhau có chứa các chuỗi nhẹ và các domain VH và CH1 của chuỗi nặng.

Kết hợp KN – Những mảnh đó được gọi là mảnh Fab bởi vì chúng có các vị trí kết hợp với KN của KT. Mỗi mảnh Fab có đơn hóa trị trong khi phân tử nguyên gốc là hóa trị hai. Vị trí kết hợp kháng nguyên được hình thành bởi VH và VL. Một kháng thể có khả năng kết hợp một quyết định kháng nguyên đặc hiệu vì nó có một sự phối hợp đặc biệt của VH và VL. Sự kết hợp khác nhau của VH và VL ở các kháng thể làm cho chúng có thể kết hợp các quyết định kháng nguyên khác nhau.

Fc

Sau khi phân cắt kháng thể bằng papain cũng tạo ra một mảnh có chứa phần còn lại của hai chuỗi nặng, mỗi chuỗi có chứa một domain CH2 và một CH3. Đoạn này được gọi là Fc bởi vì nó được kết tinh một cách dễ dàng.  

Chức năng hiệu ứng – Các chức năng hiệu ứng của kháng thể được thực hiện bởi phần Fc của phân tử. Các chức năng khác nhau được thực hiện bởi các domain khác nhau trong mảnh này (hình 5). Thông thường, để thực hiện chức năng hiệu ứng của kháng thể nó cần phải kết hợp với kháng nguyên, tuy nhiên, có những ngoại lệ cho quy luật này.

Hình 5. ác mảnh kháng thể: Mối quan hệ giữa cấu trúc và chức năng

F(ab’)2

Khi cắt kháng thể bằng pepsin, vị trí được cắt là ở chuỗi nặng, phía sau cầu disulfua liên chuỗi tạo ra một mảnh có chứa cả hai vị trí kết hợp kháng nguyên (hình 6). Đoạn này được gọi là F(ab’)2 vì nó có hóa trị hai. Vùng Fc của phân tử kháng thể được phân cắt bởi pepsin tạo thành các peptid nhỏ. Mảnh F(ab’)2 kết hợp với kháng nguyên, nhưng nó không còn chức năng hiệu ứng của kháng thể.ag

  Hình 6.

CÁC LỚP KHÁNG THỂ, PHÂN LỚP, NHÓM VÀ PHÂN NHÓM

Các lớp kháng thể

Các kháng thể có thể được chia thành năm lớp khác nhau, dựa vào sự khác biệt trình tự acid amin trong vùng hằng định của các chuỗi nặng. Tất cả các kháng thể trong một lớp nhất định sẽ có vùng hằng định chuỗi nặng rất giống nhau. Các khác biệt này có thể được phát hiện bởi các nghiên cứu trình tự hoặc phổ biến hơn bằng huyết thanh học (tức là sử dụng các kháng thể để tìm những khác biệt này).

 IgG – chuỗi nặng Gamma

 IgM – chuỗi nặng Muy

 IgA – chuỗi nặng Alpha

 IgD – chuỗi nặng Delta

 IgE – chuỗi nặng Epsilon

Dưới lớp kháng thể

Các lớp kháng thể có thể chia thành dưới lớp dựa trên sự khác biệt nhỏ trong trình tự acid amin trong vùng hằng định của chuỗi nặng. Tất cả các kháng thể trong một phân lớp sẽ có trình tự acid amin vùng hằng định chuỗi nặng rất giống nhau. Một lần nữa những khác biệt này được phát hiện một cách phổ biến nhất bằng phương pháp huyết thanh học.

 Dưới lớp IgG

 IgG1 – Chuỗi nặng Gamma 1

 IgG2 – Chuỗi nặng Gamma 2

 IgG4 – Chuỗi nặng Gamma 4

 IgG3 – Chuỗi nặng Gamma 3

 Dưới lớp IgA

 IgA1 – Chuỗi nặng Alpha 1

 IgA2 – Chuỗi nặng Alpha 2

 

Các nhóm kháng thể

Kháng thể cũng có thể được phân loại theo loại chuỗi nhẹ mà kháng thể đó có. Các loại chuỗi nhẹ dựa trên sự khác biệt ở trình tự acid amin trong vùng hằng định của chuỗi nhẹ. Các khác biệt này được phát hiện bằng phương pháp huyết thanh học.

Chuỗi nhẹ Kappa Chuỗi nhẹ Lambda

Dưới nhóm kháng thể

Các chuỗi nhẹ cũng có thể được chia thành các phân nhóm dựa trên sự khác biệt ở trình tự acid amin trong vùng hằng định của chuỗi nhẹ.  

Phân nhóm Lambda

 Lambda 1

 Lambda 2

 Lambda 3

 Lambda 4

Danh pháp

Kháng thể được đặt tên dựa trên lớp, hoặc dưới lớp của chuỗi nặng và nhóm hoặc dưới nhóm của chuỗi nhẹ. Trừ khi nó được ghi chính xác, bạn nên biết rằng tất cả các phân lớp, nhóm, dưới nhóm đều có. IgG có tất cả các dưới lớp và dưới nhóm.

Tính không đồng nhất

Kháng thể được coi là một tập hợp các phân tử thường rất không đồng nhất, vì chúng được hình thành từ các lớp khác nhau và dưới lớp khác nhau. Mỗi lớp hoặc dưới lớp đều có các nhóm và dưới nhóm của các chuỗi nhẹ. Ngoài ra, các phân tử kháng thể khác nhau có các đặc tính kết hợp kháng nguyên khác nhau vì chúng có các vùng VH và VL khác nhau.  

 Hình 7 Cấu trúc IgG

CẤU TRÚC VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LỚP VÀ DƯỚI LỚP CỦA KHÁNG THỂ

IgG

Cấu trúc Các cấu trúc của dưới lớp IgG được trình bày trong Hình 7. Tất cả các IgG ở dạng mono (kháng thể 7S). Các dưới lớp có sự khác nhau ở số lượng cầu disulfua và độ dài của vùng bản lề.

Đặc điểm IgG là kháng thể đa năng nhất bởi vì nó có khả năng thực hiện tất cả các chức năng của kháng thể

 IgG là kháng thể có nhiều nhất trong huyết thanh – 75% kháng thể của huyết thanh là IgG

 IgG là kháng thể chủ yếu ở xung quanh mạch máu

 Chuyển qua nhau thai – IgG là lớp kháng thể duy nhất đi qua được nhau thai. Sự vận chuyển này nhờ một thụ thể với vùng Fc của IgG trên các tế bào nhau thai. Không phải tất cả dưới lớp IgG đi qua nhau thai tốt như nhau; IgG2 đi qua nhau thai không tốt.

 Hoạt hóa bổ thể – Không phải tất cả các dưới lớp IgG có thể hoạt hóa bổ thể tốt như nhau; IgG4 không hoạt hóa bổ thể.

 Gắn lên các tế bào – Các đại thực bào, tế bào mono, PMNs và một số lympho có các thụ thể Fc cho vùng Fc của IgG. Không phải tất cả các dưới lớp của IgG gắn lên tế bào tốt như nhau; IgG2 và IgG4 không gắn vào các thụ thể Fc. Kết quả của sự kết hợp của các dưới lớp kháng thể với các thụ thể Fc trên PMNs, tế bào mono và các đại thực bào làm cho các tế bào có thể tiêu diệt kháng nguyên tốt hơn. Các kháng thể đã gắn vào kháng nguyên sẽ được các tế bào này bắt và tiêu diệt. Từ “opsonin” được dùng để miêu tả những chất làm tăng cường sự thực bào. IgG là một chất opsonin tốt. Liên kết của IgG vào thụ thể Fc trên các loại tế bào khác sẽ hoạt hóa các chức năng khác.ll

Hình 8 Cấc trúc IgM dạng pentamer trong huyế t thanh

  Hình 9 Cấu trúc IgM bề mặt tế bào

Hình 10 Thụ thể tế bào B (BcR)

IgM

Cấu trúc

Cấu trúc của IgM được trình bày trong Hình 8. IgM thường tồn tại dưới dạng pentamer (kháng thể 19S), nhưng nó cũng có thể tồn tại ở dạng monomer. Trong dạng pentamer, tất cả các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ giống hệt nhau. Như vậy, hóa trị trên lý thuyết là 10. IgM có một domain phụ trên chuỗi muy (CH4) và nó có một protein đồng hóa trị liên kết thông qua một cầu nối disulfua được gọi là J. Chuỗi này có chức năng là liên kết các chuỗi dạng monomer tạo thành dạng pentamer.

Đặc điểm

Kháng thể IgM có hàm lượng xếp thứ 3 trong huyết thanh.  

 IgM là kháng thể đầu tiên được sản xuất ở bào thai và là kháng thể đầu tiên được sản xuất bởi dòng tế bào B trinh tiết sau khi được kích thích bởi kháng nguyên.  

 Với cấu trúc pentamer, IgM là một kháng thể hoạt hóa bổ thể tốt. Do đó, kháng thể IgM rất có hiệu quả để ly giải các vi sinh vật  

 Với đặc điểm cấu trúc như vậy, IgM cũng là một kháng thể ngưng kết tốt. Vì thế, kháng thể IgM rất tốt cho kết tụ vi sinh vật để cuối cùng loại bỏ chúng khỏi cơ thể  

 IgM gắn vào một số tế bào thông qua thụ thể Fc  

 Là kháng thể bề mặt tế bào lympho B

 IgM bề mặt tế bào tồn tại ở dạng monomer và không có chuỗi J nhưng nó có thêm 20 acid amin ở đầu cacboxy để giữ chặt nó vào trong màng tế bào (Hình 9). IgM bề mặt tế bào có chức năng là thụ thể cho kháng nguyên trên tế bào B. IgM bề mặt liên kết không đồng hóa trị với hai loại protein khác trên màng tế bào B được gọi là Ig-alpha và Ig-beta được thể hiện trong Hình 10. Những protein này đóng vai trò là phân tử tín hiệu từ sau phần đuôi trong bào tương của phân tử kháng thể, vì phần đuôi của kháng thể quá ngắn để truyền một tín hiệu. Trước khi tín hiệu có thể được truyền bởi các chuỗi Ig-alpha và Ig-beta cần phải có sự kết hợp gữa kháng nguyên và kháng thể trên bề mặt tế bào. Trong trường hợp kháng nguyên không phụ thuộc T, sự kết hợp giữa các kháng nguyên và kháng thể bề mặt là đủ để hoạt hóa các tế bào B biệt hóa thành các tế bào tương bào tiết ra kháng thể. Tuy nhiên, đối với kháng nguyên phụ thuộc T, cần phải có một tín hiệu thứ hai được cung cấp bởi các tế bào lympho T hỗ trợ trước khi các tế bào B được hoạt hóa.  

  Hình 11 Cấu trúc IgA

 Hình 12 Nguyên bản của IgA hòa tan

IgA

Cấu trúc

IgA huyết thanh ở dạng monomer nhưng IgA trong dịch tiết lại có dạng dimer được trình bày trong Hình 11. Khi IgA ở dạng dimer, có một chuỗi J sẽ liên kết hai monomer. IgA trong dịch tiết cũng có một protein liên kết với nó được gọi là các mảnh tiết hoặc mảnh T; sIgA đôi khi được gọi là kháng thể 11s. Không giống như IgA, phân tử được sản xuất trong tế bào plasma, các mảnh tiết được sản xuất bởi các tế bào biểu mô và được gắn thêm vào IgA khi nó được chuyển vào dịch tiết (Hình 12). Các mảnh tiết giúp IgA vận chuyển được qua niêm mạc và cũng bảo vệ nó khỏi bị thoái hóa trong dịch tiết.

Đặc điểm

IgA là kháng thể phổ biến thứ 2 trong huyết thanh.

 IgA là lớp kháng thể chính có mặt trong dịch tiết – nước mắt, nước bọt, sữa non, chất nhầy. Kể từ khi nó được tìm thấy trong dịch tiết, IgA rất quan trọng trong miễn dịch tại chỗ (màng nhầy).

 Thông thường IgA không cố định bổ thể, trừ khi vón tụ.

 IgA có thể liên kết với một số tế bào như bạch cầu đa nhân và một số lympho bào.gur  

Hình 13 Cấu trúc IgD

IgD

Cấu trúc

Cấu trúc của IgD được trình bày trong Hình 13. IgD chỉ tồn tại ở dạng monomer.

Đặc điểm

 IgD được tìm thấy trong huyết thanh ở mức độ thấp; vai trò của nó trong huyết thanh chưa được biết rõ.

 IgD chủ yếu được tìm thấy trên bề mặt tế bào B, nơi nó có chức năng như một thụ thể cho các kháng nguyên. IgD trên bề mặt của tế bào B có thêm các acid amin tại đầu cacboxy để giữ chặt vào màng. Nó cũng liên kết với chuỗi Ig-alpha và Ig-beta.

 IgD không hoạt hóa bổ thể.

Hình 14 Cấu trúc IgE

IgE

Cấu trúc

Cấu trúc của IgE được trình bày trong Hình 14. IgE tồn tại ở dạng monomer và có thêm một domain trong vùng hằng định.

Chức năng

 IgE là kháng thế có ít nhất trong huyết thanh vì nó gắn rất chặt với các thụ thể Fc trên màng bạch cầu ái kiềm và các tế bào mast ngay cả trước khi tương tác với kháng nguyên.

 Tham gia các phản ứng dị ứng – là kết quả của việc gắn vào bạch cầu ái kiềm, IgE có liên quan đến phản ứng dị ứng. Sự kết hợp của chất gây dị ứng với IgE trên tế bào dẫn đến giải phóng một loạt các chất hóa học trung gian gây ra các triệu chứng dị ứng.

 IgE có vai trò trong các bệnh do ký sinh trùng. Vì IgE tăng trong các bệnh lý nhiễm ký sinh trùng, nên định lượng IgE trong huyết thanh là hữu ích để chẩn đoán nhiễm ký sinh trùng. Bạch cầu ái toan có thụ thể Fc dành cho IgE và chúng tấn công giun sán đã được gắn IgE nó có thể giết chết ký sinh trùng.

 IgE không hoạt hóa bổ thể.  

Hình 15 Kháng thể xoay vòng.

© 2000 Antibody Resource Page Antibody Concepts

NHỮNG ỨNG DỤNG LÂM SÀNG CỦA CÁC LỚP KHÁNG THỂ

Adapted from:F.T. Fischbach in “A Manual of Laboratory Diagnostic Tests,” 2nd Ed., J.B. Lippincott Co., Philadelphia, PA

IgG

Tăng trong:

 Nhiễm trùng tạo u hạt mãn tính

 Tất cả các loại nhiễm trùng

 Tăng mẫn cảm

 Bệnh gan

 Suy dinh dưỡng (nặng)

 Rối loạn protein máu

 Bệnh liên kết với bệnh u hạt do quá mẫn cảm, rối loạn da liễu, và đa u tủy IgG

 Viêm khớp dạng thấp

Giảm trong:

 Bệnh không có kháng thể

 Bất sản lympho

 Giảm IgG, IgA chọn lọc

 Đa u tủy IgA

 Thiếu protein Bence Jones

 Ung thư bạch cầu mạn tính (CLL)

IgM

Tăng (ở người lớn) trong:

 Ung thư lympho Waldenström

 Bệnh do ký sinh trùng (trypanosomiasis)

 Nấm (Actinomycosis)

 Bệnh Carrión (bartonellosis)

 Bệnh sốt rét

 Bệnh bạch cầu đơn nhân nhiễm khuẩn

 Lupus ban đỏ

 Viêm khớp dạng thấp

o Rối loạn gammaglogolin máu (một số trường hợp) Lưu ý: Ở trẻ sơ sinh, lượng IgM cao hơn 20 ng/dl là một dấu hiệu của sự kích thích miễn dịch ở tử cung bởi virút rubella, CMV, giang mai, hoặc nhiễm ký sinh trùng (toxoplasma).

Giảm trong:

 Bệnh không có kháng thể

 Rối loạn phát triển lympho (một số trường hợp)

 Bất sản lympho

 Đa u tủy IgG và IgA (myeloma)

 Rối loạn gammaglobulin máu

 Bệnh ung thư bạch cầu mãn tính (CLL)

IgA

Tăng trong:

 Wiskott-Aldrich syndrome

 Cirrhosis of the liver (most cases)

 Certain stages of collagen and other autoimmune disorders such as rheumatoid arthritis and lupus erythematosus

 Chronic infections not based on immunologic deficiencies

 IgA myeloma

 Hội chứng Wiskott-Aldrich

 Xơ gan của gan (phần lớn trường hợp)

 giai đoạn nhất định của collagen và các rối loạn tự miễn khác như viêm khớp dạng thấp và luput ban đỏ hệ thống

 nhiễm trùng mãn tính không dựa trên sự thiếu hụt miễn dịch

 Đa u tủy IgA

Giảm trong:

 Thất điều giãn mạch

 Các trạng thái thiếu hụt miễn dịch (ví dụ, suy giảm miễn dịch, không có kháng thể bẩm sinh và mắc phải, và thiểu năng kháng thể)

 Hội chứng kém hấp thu

 Bất sản lympho

 Đa u tủy IgA

 lymphoblastic bệnh bạch cầu

 Đa u tủy IgG

 Bệnh ung thư bạch cầu cấp tính

 Bệnh ung thư bạch cầu mãn tính  

IgD

Tăng trong:

 Nhiễm trùng mãn tính

 Đa u tủy IgD

IgE

Tăng trong:

Bệnh da dị ứng

 Sốt mùa

 Hen phế quản

 Sốc phản vệ

 Đa u tủy IgE

Giảm trong:

Không kháng thể bẩm sinh

 Suy giảm kháng thể do chuyển hóa hoặc do tổng hợp kháng thể

  

Trở về phần Miễn dịch của Vi khuẩn học và Miễn dịch học online

This page last changed on Sunday, August 20, 2017 Page maintained by Richard Hunt  

Cập nhật thông tin chi tiết về Cấu Trúc Và Chức Năng Của Gen / 2023 trên website Phauthuatthankinh.edu.vn. Hy vọng nội dung bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu của bạn, chúng tôi sẽ thường xuyên cập nhật mới nội dung để bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!