::::自然課::::
是誰最早開始使用文庫的? 是大自然. 沒有人知道是什么時候和怎樣開始的. 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)開始使用文庫合成, 那是在進化過程中.
免疫系統(tǒng)對抗體的反應(yīng)是一個很好的例證. 抗體的免疫反應(yīng)僅在高等脊椎動物中存在. 這是已知的最精妙復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抵抗幾十億種抗原? 人類僅有幾萬基因, 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>
為解決這個問題, 活的生物體使用文庫方法. 在整個抗體結(jié)構(gòu)中, 與各種抗原結(jié)合的位點是最重要的. 結(jié)合位點至少包含5段隨機肽鏈其中有重鏈和輕鏈. 它們并不是僅由一個基因編碼的. 如果有10個片斷, 總組合就是 100,000, 于是這個方法就能夠形成多樣的結(jié)構(gòu). 免疫系統(tǒng)實際上僅使用數(shù)百基因即可建立數(shù)十億抗體來對抗外部物質(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個氨基酸, 有三個片斷, 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, 它是各種不同的V-D-J組合, 一個是V區(qū)變化(V1 ,V2,V3...V250), 一個是D區(qū)變化(D1,D2,D3...D15), 一個是J區(qū)變化(J1,J2,J3...J5). 因此, 總組合的個數(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數(shù)是18,750 x 1,000 = 18,750,000. 另外, 因為D-J和V-J之間相連的橋不匹配所導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)合位點含有108個氨基酸, 每個又可能是20種氨基酸中的一種, 理論上說可產(chǎn)生20108種抗體.
大自然在這一點上大自然又耍了個花招. 在胚系抗體中B淋巴細胞(一種體細胞)產(chǎn)生一種可與抗原緊密結(jié)合的前導抗體. B淋巴細胞通過部分突變不斷產(chǎn)生新修飾的抗體群, 這稱為體細胞突變. 體細胞突變可以產(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. 這一步與文庫優(yōu)化過程有關(guān).
關(guān)于抗體-抗原和酶-底物鍵合有兩種互為競爭的模型: 鎖鑰模型和誘導契合模型. 鎖鑰模型解釋了結(jié)構(gòu)互補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), 誘導契合模型解釋了相對較大的抗體通過改變結(jié)合位形狀與抗原的幾種構(gòu)象結(jié)合. 根據(jù)對胚系抗體和體細胞突變最近研究, 胚系抗體通過改變形狀與抗原結(jié)合符合誘導契合模型. 另一方面, 體細胞突變符合鎖鑰模型. 這時, 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, 一旦抗原被識別, 胚系抗體就被選出來柔韌地抓住抗原, 然后體細胞突變以加強構(gòu)象, 從而增強對抗原的結(jié)合.
<http://www.biology.arizona.edu/immunology/tutorials/immunology/09t.html>
