::::自然課::::
是誰(shuí)最早開始使用文庫(kù)的? 是大自然. 沒(méi)有人知道是什么時(shí)候和怎樣開始的. 但是, 在人類心智開啟甚至在人類種族出現(xiàn)之前, 大自然已經(jīng)開始使用文庫(kù)合成, 那是在進(jìn)化過(guò)程中.
免疫系統(tǒng)對(duì)抗體的反應(yīng)是一個(gè)很好的例證. 抗體的免疫反應(yīng)僅在高等脊椎動(dòng)物中存在. 這是已知的最精妙復(fù)雜的身體抵御外部物質(zhì)的系統(tǒng). 入侵物稱作抗原或者免疫原(immunogen). 由于蛋白質(zhì)和糖類等任何物質(zhì)都可以成為抗原, 抗原的形式是無(wú)限的. 抗體是免疫球蛋白的一種, 可與抗原選擇性的反應(yīng), 是僅含有20個(gè)氨基酸的短鏈蛋白質(zhì), 由重鏈和輕鏈構(gòu)成V型核心區(qū)域. 由于DNA中的遺傳信息控制蛋白質(zhì)合成, 一個(gè)生物體有必要包含所有抗體的信息嗎? 是否是由幾十億條遺傳信息合成幾十億種抗體來(lái)抵抗幾十億種抗原? 人類僅有幾萬(wàn)基因, 容不下如此巨大的數(shù)量.
抗體
<http://www.sdix.com/tsd/, http://www.accessexcellence.org/AB/GG/Antibody.html>
為解決這個(gè)問(wèn)題, 活的生物體使用文庫(kù)方法. 在整個(gè)抗體結(jié)構(gòu)中, 與各種抗原結(jié)合的位點(diǎn)是最重要的. 結(jié)合位點(diǎn)至少包含5段隨機(jī)肽鏈其中有重鏈和輕鏈. 它們并不是僅由一個(gè)基因編碼的. 如果有10個(gè)片斷, 總組合就是 100,000, 于是這個(gè)方法就能夠形成多樣的結(jié)構(gòu). 免疫系統(tǒng)實(shí)際上僅使用數(shù)百基因即可建立數(shù)十億抗體來(lái)對(duì)抗外部物質(zhì).
抗體攻擊
(http://www.gcarlson.com/method_atc.htm, www.biotech.ufl.edu/~hcl/ antibody_apps.htm)
讓我們討論一下文庫(kù)方法是如何用于抗體合成的. 抗體是一種稱為 免疫球蛋白(Ig)的蛋白質(zhì), 被分為G,，A,，M, E, D等幾類. 最典型的抗體是IgG, 有Y型三維結(jié)構(gòu), 包含兩套重鏈和輕鏈, 質(zhì)量約是150kD. 抗原結(jié)合片斷(Fab), 也即識(shí)別抗原的位置, 在抗體的末端, 橋型部分稱作晶化片斷(Fc). 抗原結(jié)合位含108個(gè)氨基酸, 有三個(gè)片斷, 稱作V區(qū)(可變區(qū)), D區(qū)(差異區(qū))和J區(qū)(連接區(qū)). 換句話說(shuō), 它是各種不同的V-D-J組合, 一個(gè)是V區(qū)變化(V1 ,V2,V3...V250), 一個(gè)是D區(qū)變化(D1,D2,D3...D15), 一個(gè)是J區(qū)變化(J1,J2,J3...J5). 因此, 總組合的個(gè)數(shù)是250 x 15 x 5 = 18,750, 但這只適用于重鏈. 輕鏈有V-J組合但沒(méi)有D區(qū), 這樣就是250(V) x 4(J) = 1,000種選擇. 所以總的重鏈和輕鏈個(gè)數(shù)是18,750 x 1,000 = 18,750,000. 另外, 因?yàn)镈-J和V-J之間相連的橋不匹配所導(dǎo)致的選擇拼接可以產(chǎn)生額外的多樣性, 約為三倍. 這與文庫(kù)生產(chǎn)有關(guān).
產(chǎn)生抗體
<http://nongae.gsnu.ac.kr/~sykim/body239.jpg>
根據(jù)V-D-K遺傳信息按照這種組合產(chǎn)生的抗體稱為胚系抗體(Germline Antibody). 盡管很多種不同的抗原入侵, 但僅有幾種抗體抗原結(jié)合相對(duì)緊密. 但是, 18,750,000 x 3 (考慮選擇拼接)并不是所有可能的組合. 還有更多呢! 由于結(jié)合位點(diǎn)含有108個(gè)氨基酸, 每個(gè)又可能是20種氨基酸中的一種, 理論上說(shuō)可產(chǎn)生20108種抗體.
大自然在這一點(diǎn)上大自然又耍了個(gè)花招. 在胚系抗體中B淋巴細(xì)胞(一種體細(xì)胞)產(chǎn)生一種可與抗原緊密結(jié)合的前導(dǎo)抗體. B淋巴細(xì)胞通過(guò)部分突變不斷產(chǎn)生新修飾的抗體群, 這稱為體細(xì)胞突變. 體細(xì)胞突變可以產(chǎn)生新的多樣性, 用以選出優(yōu)化后的與抗原結(jié)合更緊密的抗體. 這一步與文庫(kù)優(yōu)化過(guò)程有關(guān).
關(guān)于抗體-抗原和酶-底物鍵合有兩種互為競(jìng)爭(zhēng)的模型: 鎖鑰模型和誘導(dǎo)契合模型. 鎖鑰模型解釋了結(jié)構(gòu)互補(bǔ)電荷相異的抗原與抗體在特定位置特異性結(jié)合的基礎(chǔ), 誘導(dǎo)契合模型解釋了相對(duì)較大的抗體通過(guò)改變結(jié)合位形狀與抗原的幾種構(gòu)象結(jié)合. 根據(jù)對(duì)胚系抗體和體細(xì)胞突變最近研究, 胚系抗體通過(guò)改變形狀與抗原結(jié)合符合誘導(dǎo)契合模型. 另一方面, 體細(xì)胞突變符合鎖鑰模型. 這時(shí), 突變的氨基酸能夠協(xié)助形成抗體非結(jié)合位的特定形狀. 因此, 一旦抗原被識(shí)別, 胚系抗體就被選出來(lái)柔韌地抓住抗原, 然后體細(xì)胞突變以加強(qiáng)構(gòu)象, 從而增強(qiáng)對(duì)抗原的結(jié)合.
<http://www.biology.arizona.edu/immunology/tutorials/immunology/09t.html>
體細(xì)胞突變
http://www.srl.cam.ac.uk/tcrg/stem.html
