Bài giảng Nguyên lý hoá sinh: Bài 3B

David L. Nelson and Michael M. Cox

LEHNINGER PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY Sixth Edition

BÀI. 3 PROTEIN: (CẤU TRÚC & CHỨC NĂNG)

© 2016 PGS.TS. BÙI VĂN LỆ

4.0 Tổng quan về cấu trúc protein

Mỗi protein đều có cấu trúc không gian 3

chiều phản ánh chức năng của nó.

Cấu trúc của protein được ổn định bởi nhiều tương tác yếu. Các tương tác kỵ nước đóng vai trò chính trong việc ổn định dạng hình cầu của hầu hết các protein tan; các liên kết hydro và tương tác ion được tối ưu hóa trong hầu hết các cấu trúc bền vững nhất theo nhiệt động học.

Một cấu trạng của protein được ổn định chủ yếu nhờ các tương tác yếu

Các protein ở cấu hình gấp cuộn có chức năng được gọi là protein tự nhiên (native proteins).

Glycine

Cấu trúc bậc bốn của deoxyhemoglobin

(a) A ribbon representation

(b) A space-filling model

Cấu trúc của enzyme chymotrypsin, một protein hình cầu (PDB file 6GCH)

Các cấu trúc 3 chiều đã biết của các protein được lưu trữ trong Ngân Hàng Dữ Liệu Protein (The Protein Data Bank – PDB). Mỗi cấu trúc được gán 1 mã số gồm 4 ký tự, hay PDB ID.

4.1 Cấu trúc bậc 1 protein

Là các trình tự thẳng của amino acid cùng nối với nhau bởi các nối peptid. Cơ cấu nầy củng bao gồm các nối cộng hóa trị khác như là nối –S-S- giửa các gốc phân tử cysteine kể cả trong không gian nhưng không nằm trong trình tự amino acid thẳng. Nó bao gồm nối cộng hóa trị giữa các chuỗi polypeptid phân chia hay giửa phần khác của cùng một chuổi thành bởi sự oxi hóa nhóm SH của cysteine (tạo cystine) và trải trên không gian. Các nối -S-S- thường hiện diện trong protein ngoại bào hiếm tìm thấy trong protein nội bào.

A chain S S

5 10 15 +H3N-Gly-Ile-Val-Gln-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn-COO-

| S

| S | S |

S |

+H3N-Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-Ala-COO-

5 10 15

20 25 30

B chain

Vì tất cả các nối amino acid là nối đơn nó có thể sắp xếp để cho mỗi chuỗi polypeptid chịu một sự thay đổi cấu trạng xung quanh nối đơn. Tuy vậy phần lớn các sắp xếp tự nhiên thành một dạng protein có hoạt tính sinh học.

Năm 1950 Linus Pauling dùng phương pháp nhiễu xạ tia X khảo sát thấy rằng nối peptid là một nối chắc và phẳng. Họ thấy rằng nối C-N nối giữa amino acid ngắn hơn các các kiểu nối C-N khác. Pauling suy ra rằng nối peptid có một tính chất nối đôi riêng phần (nối cộng hưởng). Sự rắn chắc như thế sẻ một vài hậu quả là chúng không thể quay tự do và nó làm giới hạn một số cấu trạng có thể có. Hậu quả khác là trong đọan kéo dài của polypeptid bởi nhóm R xuất hiện trên hai phía đối nghịch.

Pauling và cấu trạng proten

4.2 Cấu trúc bậc hai của protein

Bản chất của liên kết đồng hóa trị trong các sườn polypeptide tạo nên sự đè nén trong cấu trúc. Nối peptide có tính chất nối đôi một phần giữ cho toàn bộ nhóm peptide 6 nguyên tử ở cấu hình phẳng cứng nhắc. Các nối N-Cα và Cα-C có thể xoay luân phiên nhau để vạch rõ các góc có hai mặt ɸ và Ψ tương ứng

Lập thể đè nén trên gốc phi & psi

Một số vân đạo điện tử không thuận lợi bị

loại bỏ cho một vài kết hợp phi&psi.

phi = 0, psi = 180 không thuận lợi phi = 180, psi = 0 không thuận lợi phi = 0, psi = 0 không thuận lợi

Cấu trúc bậc hai là sự gấp bình thường của các vùng trong chuỗi polypeptid do liên kết hydrogen và các đặc tính nối peptid:

Cơ cấu cộng hưởng giữa nối C-N Mặt phẳng phân chia trong nối C-N Cấu trạng trans giữa nối C-N ( trừ Gly) Lập thể giữa gốc ɸ (phi) và Ψ (psi)

Biểu đồ Ramachandran chỉ sự liên hệ góc  &Y trong thay đổi gốc L-alanin

Cấu trúc bậc hai của protein là sự sắp xếp không gian của các nguyên tử trong chuỗi chính theo một đoạn của chuỗi polypeptide đã được chọn.

Các cấu trúc bậc 2 thường gặp nhất là xoắn

α, cấu hình β và vòng uốn β.

Cấu trúc bậc 2 của một đoạn polypeptide có thể hoàn toàn được xác định nếu biết được các góc ɸ và Ψ của tất cả các acid amin thành phần của phân đoạn đó.

Alpha Helix

F= -57 °, Y = -47° Được khám phá bởi Pauling: 1951 Quấn chặt, trình tự lặp lại “Xoay phải” Mổi chu kỳ xoắn  5.4 Å; 3.6 gốc Chiều dài trung bình = 18 gốc Được ổn định bằng các cầu nối H giữa C=O (i) và N-H (i + 4) HÌnh dạng ở hai đầu hơi khác biệt so với cấu hình lý tưởng (ít liên kết H) Các nhóm R ở phía ngoài vòng xoắn

Models of the alpha helix

Alpha Helix Dipole

Beta Sheet

Pauling và Corey: 1951 Cấu hình mở rộng, dạng zig-zag Trung bình 6 gốc/mạch; có thể lên tới 15 2-12 mạch/phiến (sheet); trung bình 6 Liên kết H giữa các mạch Các nhóm R mở về phía hai mặt đối diện của phiến

Beta Sheet

Hai dạng Phiến b đối song song (Anti-Parallel b- sheet)

– Chiều ngược nhau (N  C) F = -139 °, Y = 135° – Bền hơn nhờ sự định hướng

của các liên kết H

Phiến b song song (Parallel b-sheet)

– Cùng chiều N  C

F = -119 °, Y = 113°

Có thể có sự pha lẫn giữa dạng song song và đối song song

Beta Turns

Sự tương của các mạch có thể xảy ra giữa các vị trí cách xa nhiều AA.

– Gly: nhỏ và linh hoạt (Xoay

kiểu II – Type II turns)

– Pro: cấu hình cis tạo sự thuận

lợi cho dạng xoắn chặt

– Được kết nối nhờ loops hoặc turns b-Turns là sự xoay 180°; gồm 4 AAs Tương tác giữa C=O của AA1 và N-H of AA4 Pro và Gly thường xuất hiện

Hai kiểu phổ biến nhất của protein là xoắn- ( -helix) và gấp phiến-b (b-sheet).

Biểu đồ Ramachandran của Pyruvate Kinase

4.3 Cấu trúc bậc ba và bậc bốn của protein

Cấu trúc bậc 3 là cấu trúc không gian ba chiều hoàn chỉnh của chuỗi polypeptide. Có hai loại protein thường gặp dựa trên cấu trúc bậc 3 là dạng sợi và dạng hình cầu.

Các protein dạng sợi, chủ yếu có vai trò cấu trúc, có các yếu tố đơn giản của cấu trúc bậc 2 được lặp lại

-keratin

Cấu trúc của tóc

Permanent waving is biochemical engineering

Collagen (mô liên kết, gân, sụn, chất nền hữu cơ của xương, giác mạc)

Cấu trúc các sợi collagen

The three-stranded collagen superhelix shown from one end (ball-and-stick representation)

Three helix wrap around one another with a right-handed twist

chain: repeating tripeptide sequence (generally Gly-X-Y, where X is often  Pro and Y is often 4-Hyp)adopts a left-handed helical structure with three residues per turn

Collagen

Silk (tơ nhện)

Cấu trúc của tơ

Cho phép sự xếp chặt và lồng vào nhau của các nhóm R

Các phiến giữ chặt vào nhau nhờ nhiều tương tác yếu, hơn là các liên kết cộng hoá trị như các liên kết disulfide ở -keratin

Các sợi tơ (màu xanh) tiết ra từ các tuyến tơ củ nhện (kính hiển vi điện tử màu)

Fibroin : những lóp phiến bđối song song giàu Ala và Gly

Các protein hình cầu có cấu trúc bậc 3 phức tạp hơn, thường chứa nhiều loại cấu trúc bậc 2 trong cùng 1 chuỗi polypeptide. Cấu trúc protein hình cầu đầu tiên, myoglobin, được xác định bởi phương pháp nhiễu xạ tia X.

Cấu trúc protein đầu tiên • Myoglobin. • Protein được tinh sạch từ máu cá voi. • Max Perutz 1958. • Có 75% nếp xoắn .

- 155 amino acids, ~ 17 kDa.

Cấu trúc bậc ba của một protein hình cầu nhỏ: myoglobin của cá nhà táng

VD: albumin huyết thanh người 585 gốc trong 1 mạch đơn (Mr 64,500)

Kích thước xấp xỉ của chuỗi polypeptide đơn của protein này khi nó ở dạng:

a) Polypeptide backbone shown in a ribbon representation

b) Surface contour image: useful for visualizing pockets in the protein

c) Ribbon representation including side chains for the hydrophobic residues Leu, Ile, Val, and Phe

d) Space-filling model with all amino acid side chains

The heme group

Các protein hình cầu Các cấu trúc nhỏ gọn và đa dạng

Các cấu trúc phức tạp của các protein hình cầu được phân tích bằng cách kiểm tra các dạng gấp được gọi là motif, các cấu trúc siêu bậc 2 hoặc sự uốn khúc. Hàng ngàn cấu trúc protein đã biết được tập hợp từ một kho chỉ vài trăm motif. Domain là những vùng của một chuỗi polypeptide mà có thể gấp khúc một cách ổn định và độc lập.

Các cấu trúc siêu bậc hai (motifs, hay các gấp cuộn đơn giản)

Các kiểu sắp xếp đặc biệt ổn định của một vài yếu tố của cấu trúc bậc hai và sự liên kết giữa chúng.

Motifs

Các mẫu gấp cuộn ổn định trong các protein

Hình thành những motif lớn từ những motif nhỏ hơn

Dữ liệu Phân Loại Cấu Trúc Protein (Structural Classification of Proteins database– SCOP) Các cấu trúc protein được phân thành bốn lớp:

Toàn 

Toàn b

/b (các đoạn  và b xen kẽ hoặc thay thế)

+b (các vùng  và b phần nào tách biệt nhau)

Trong mỗi lớp: Hàng chục đến hàng trăm kiểu sắp xếp gấp cuộn, tạo nên ngày càng nhiều cấu trúc được nhận dạng.

Motif protein là cơ sở của sự phân loại cấu trúc protein

Organization of Proteins Based on Motifs

Cấu trúc bậc 4 là kết quả từ sự tương tác giữa các tiểu đơn vị của một protein đa tiểu đơn vị hoặc là sự tập hợp của nhiều protein lớn. Một số protein đa tiểu đơn vị có một đơn vị được lặp lại bao gồm một tiểu đơn vị đơn hoặc một nhóm tiểu đơn vị hoặc đơn phân gốc (protomer). Protomer thường liên quan đến tính đối xứng của xoắn hoặc đối xứng quay.

Các cấu trúc bậc bốn của protein có thể là cấu trúc dimer đơn giản đến những phức hợp lớn

Vỏ capsids của virus

a) Protein vỏ của poliovirus được ghép vào một cấu trúc 20 mặt đường kính 300 Angstrons

b) Virus khảm thuốc lá: virus hình que dài 3,000 Angstrons và đường kính 180 Angstrons Với sự đối xứng dạng xoắn ốc

Cấu trúc bậc bốn của deoxyhemoglobin

4.4 Sự biến tính và sự gấp cuộn của protein

Cấu trúc không gian 3 chiều và chức năng của protein có thể bị phá hủy bởi sự biến tính, minh họa cho mối liên hệ giữa cấu trúc và chức năng. Một số protein bị biến tính có thể hồi tính tự phát để tạo thành protein có hoạt tính sinh học cho thấy cấu trúc bậc 3 được quyết định bởi trình tự các acid amin.

Protein biến tính (unfolding) bởi nhiệt hay hóa chất guanidinium hydrochloride (GdnHCl)

Sự hồi tính (refolding) của protein biến tính (unfolded) ribonuclease

Anfinsen’s experiment from the 1950s

Sự gấp khúc của protein trong tế bào có thể thực hiện bằng nhiều con đường. Khởi đầu, các vùng của cấu trúc bậc 2 có thể hình thành và tiếp theo là sự cuộn khúc thành cấu trúc siêu bậc 2. Toàn bộ các dạng trung gian cuộn khúc lớn nhanh chóng dẫn đến cấu hình tự nhiên đơn.

polypeptide Các được nếp gấp nhanh chóng qua một quá trình gồm nhiều bước

Nhiệt động lục học của sự gấp nếp protein được miêu tả dạng kênh năng lượng tự do

Đối với nhiều protein, sự gấp nếp được thực hiện dễ dàng bởi các protein chuyên biệt (chaperone). Sự hình thành cầu nối disulfide và đồng phân cis – trans của các liên kết peptide Pro được xúc tác bởi các enzyme đặc hiệu.

Sự gấp nếp của nhiều protein được làm dễ bởi hoạt động của các protein chuyên biệt (chaperone)

Chaperones GroEL and GroES

Sự gấp nếp sai của protein là cơ sở phân tử của nhiều loại bệnh trên người như amyloidose

Formation of disease-causing amyloid fibrils

Prion Diseases

Structure of the globular domain of human PrP in monomeric (left) and dimeric (right) forms.

Stained section of cerebral cortex from autopsy of a patient with Creutzfeldt-Jakob disease shows spongiform (vacuolar) degeneration, the most characteristic neurohistological feature.

Proteinaceous infectious only protein (PrP)

Some functions of proteins

Vận chuyển và trao đổi Carbon Dioxide

5.1. Khả năng gắn thuận nghịch vào ligand của Protein: Các protein liên kết với oxy

Chức năng của protein thường dẫn đến các tương tác với các phân tử khác. Một protein gắn vào một phân tử, và phân tử này được gọi là ligand, tại vị trí liên kết của nó. Nhiều protein có thể trải qua sự biến đổi cấu hình khi một ligand gắn vào, quá trình này gọi là sự điều chỉnh được cảm ứng. Trong một protein có đa tiểu đơn vị, việc gắn một ligand vào một tiểu đơn vị có thể ảnh hưởng việc gắn ligand vào các tiểu đơn vị khác. Việc gắn ligand có thể được điều hòa.

Sự gắn thuận nghịch của protein vào ligand: Các protein gắn oxy

Porphyrins

Present in hemoglobin, myoglobin, and many other proteins.

The structure of myoglobin

Erythrocytes Heme

Heme

Myoglobin chứa một nhóm prosthetic heme gắn với oxy. Heme bao gồm một nguyên tử Fe2+ được kết hợp bên trong porphyrine. Oxy gắn vào myoglobin một cách thuận nghịch; liên kết đơn giản này có thể mô tả bằng hằng số liên kết Ka hoặc hằng số phân ly Kd. Đối với protein một thành phần như myoglobine thì phân số của các vị trí gắn được thực hiện bởi ligand là một hàm số hyperpolic của nồng độ ligand

Myoglobin

Protein vận chuyển

Chủ yếu trong mô cơ

Cấu trúc

– Nhỏ, hình cầu

– 153 gốc

– 8 -helices (A-H) liên kết bởi

các đoạn uốn (AB, v.v.)

– Chứa một nhóm heme

• Prosthetic group

• Gắn vào hốc kỵ nước

The heme group viewed from the side

Ligand binding to the heme of myoglobin

Các tương tác protein-ligand có thể được mô tả định lượng

P  L  PL

Graphical representation of ligand binding

ka 

 associationconstant

[PL] [P][L]

ka [L] 

[PL] [P]





bindingsitesoccupied totalbindingsites

[PL] [PL] [P]

[L]





ka [L][P] ka [L][P] [P]

ka [L] ka [L]1

[L]

1 ka

kd 

 dissociationconstant

[P][L] [PL]

[PL] 

[P][L] kd



[L] [L] kd

Hemoglobin của một người

lớn bình thường gồm 4 tiểu đơn vị chứa heme, 2 α và 2 β, tương tự cấu trúc đối với mội cái khác và đối với myoglobin. Hemoglobin tồn tại hai trạng thái cấu trúc có thể thay đổi cho nhau là dang T và R. Trạng thái T hầu như bền khi oxy không được gắn vào. Việc gắn oxy kích thích sự chuyển tiếp sang trạng thái R.

Oxygen được vận chuyển trong máu nhờ hemoglobin

Các tương tác chính giữa các tiểu đơn vị

Comparison of the structure of myoglobin and the beta subunit of hemoglobin

Việc gắn Oxy vào hemoglobin đều là dạng biến cấu (allosteric) và hợp tác (cooperative). Khi O2 gắn vào một vị trí liên kết thì hemoglobin bị biến đổi cấu hình ảnh hưởng đến các vị trí gắn khác – đây là một ví dụ về sự tác động biến cấu. Những biến đổi cấu hình giữa trạng thái T và R được thực hiện qua trung gian tương tác tiểu đơn vị - tiểu đơn vị, dẫn đến sự liên kết kết hợp; điều này được minh họa bằng đường cong sigma và có thể được phân tích bằng đồ thị Hill (Hill plot).

Hemoglobin thay đổi cấu trúc khi gắn oxygen

Một số cặp ion giúp ổn định trạng thái T của deoxyhemoglobin

Các thay đổi cấu hình gần nhân heme khi O2 gắn vào deoxyhemoglobin

Thả lỏng (Relaxed) Căng (Tense)

⇒ Hemoglobin là một tetramere α2β2 tồn tại hai cấu hình,

trạng thái T ái lực thấp, và trạng thái R ái lực cao.

Low affinity High affinity

Sự gắn Oxygen

(T state) (R state)

Sự thay đổi cấu trúc của một protein nhiều tiểu phần Khi trải qua quá trình gắn kết hợp với ligand

Một protein allosteric là một protein mà trong đó, sự liên kết với ligand tại một vị trí làm thay đổi tính chất tại một vị trí khác

O2 (hemoglobin): ligand and homotropic modulator

Đường cong liên kết (kết hợp- cooperative) dạng sigma

Mô tả định lượng sự gắn kết hợp ligand

P  nL  PLn

ka 

[PLn] [P][L]n



[L]n [L]n  kd



 1

[L]n kd

log

    n log[L] log kd    1

The Hill equation

Hill plots for the binding of oxygen to myoglobin and hemoglobin

Hai mô hình chính được đề xuất để giải thích việc liên kết kết hợp của ligand (L) vào các protein đa tiểu đơn vị: mô hình phối hợp (concerted model) và mô hình liên tiếp (sequential model)

Models for cooperative binding of oxygen to hemoglobin The concerted model versus the sequential model

Hemoglobin cũng gắn H+ và CO2 dẫn đến sự hình thành các cặp ion ổn định trạng thái T và làm giảm ái lực của protein với O2 (hiệu ứng Bohr).

Hemoglobin cũng vận chuyển đồng thời H+ and CO2 (đến thận và phổi)

CO2 + H2O = H+ + HCO3

Phản ứng được xúc tác bởi carbonic anhydrase (đặc biệt nhiều ở các tế bào hồng cầu)

lungs

Hb + O2 = HbO2

blood

HHb+ + O2 = HbO2 + H+

tissues

Dạng proton hoá của hemoglobin

Tác động của pH lên sự gắn của oxygen vào hemoglobin

Tác động của pH và nồng độ CO2 lên sự gắn của oxygen vào hemoglobin được gọi là hiệu ứng Bohr

Sự gắn O2 vào hemoglobin cũng được điều hòa bởi 2,3-bisphosphoglycerate mà chất gắn vào và ổn định trạng thái T

Sự gắn oxygen vào hemoglobin được điều hoà bởi 2,3-bisphosphoglycerate

HbBPG + O2 = HbO2 + BPG

Tác động của BPG lên sự gắn của oxygen vào hemoglobin

H+ và CO2 nối với các phần khác nhau

của dây polypeptid, trong khi 2,3- bisphosphoglycerat nối với trung tâm hốc giữa bốn tiểu đơn vị.

Sự gắn của BPG vào hemoglobin tetramer (example of heterotropic allosteric modulation)

T state

R state

nước

trên

kỵ

Bệnh thiếu máu do tế bào hình lưỡi liềm là một bệnh di truyền gây ra bởi sự thay thế acid amin đơn (Glu6 thành Val6) trong mỗi chuỗi β của hemoglobin. Sự thay đổi dẫn đến một bề mặt phần hemoglobin làm cho các phân tử kết dính thành từng búi sợi. Trường hợp đồng hợp tử sẽ dẫn đến các biến chứng nghiêm trọng.

Erythrocyte shape is altered in sickle cell anemia

Normal hemoglobin A has a glutamate on the surface

In sickle cell anemia the glutamate is replaced by a valine

5.2 Tương tác bổ trợ giữa protein và ligand: Hệ thống miễn dịch và Immunoglobin

Đáp ứng miễn dịch được thực hiện qua các tương tác giữa một loạt các leukocyte (bạch cầu) chuyên hóa và các protein liên kết với nó. Lymphocyte T tạo ra các receptor của tế bào T. Lymphocyte B tạo ra immunoglobin. Trong quá trình chọn dòng, các tế bào T helper cảm ứng việc tăng nhanh số lượng tế bào B và tế bào T gây độc là những tế bào sản sinh ra immunoglobin hoặc các receptor của tế bào T là những chất gắn vào một kháng nguyên đặc hiệu

122

Photo source: www.sciam.com

Các đáp ứng miễn dịch đặc trưng cho một nhóm tế bào và protein chuyên biệt

Tương tác bổ trợ giữa Proteins và Ligands: Hệ thống miễn dịch và các Immunoglobulins

VD: các đại thực bào và các tế bào lympho

Hệ thống miễn dịch thể dịch:

Các protein tan được gọi là kháng thể hay immunoglobulins (Ig)

(~ 20% protein máu)

Nhằm vào sự nhiễm khuẩn và các virus ngoại bào (cũng có thể đáp ứng với một số protein lạ đưa vào cơ thể sinh vật)

Được sản xuất bởi các tế bào lympho B (B-cells)

Đáp ứng miễn dịch gồm hai hệ thống bổ trợ lẫn nhau

Hệ thống miễn dịch tế bào:

Các tế bào lympho T(T-cells) (cytotoxic T cells (Tc) or Killer T cells)

Tiêu diệt các tế bào nhiễm virus, một số ký sinh và mô lạ

Thụ quan tế bào T (proteins) trên bề mặt các tế bào này nhận diện các tế bào nhiễm/ký sinh/mô lạ

Helper T-cells (TH cells) Macrophages (Đại thực bào)

Bất kỳ phân tử hay tác nhân gây bệnh nào có thể cảm ứng đáp ứng miễn dịch được gọi là kháng nguyên (antigen)

Đáp ứng miễn dịch được đảm nhận bởi nhiều loại Leukocytes (bạch cầu)

Các kháng thể có hai vị trí gắn kháng nguyên giống nhau

Ribbon model of the first complete IgG molecule to be crystalized and structurally analyzed (PDB ID 1IGT)

Cấu trúc của immunoglobulin G (IgG)

Sự gắn của IgG vào kháng nguyên

Polypeptide of Mr 20,000 found in both IgA and IgM

IgM pentamer của các đơn vị immunoglobulin

Macrophage thực bào một virus bị gắn kháng nguyên

Ở người có 5 loại immunoglobin, mỗi loại có chức năng sinh học khác nhau. Loại nhiều nhất là IgG, là một protein có dạng Y với 2 chuỗi nặng và 2 chuỗi nhẹ. Những vùng gần các đầu phía trên của Y thì cực kỳ đa dạng phía bên trong quần thể rộng của IgG và hình thành 2 vị trí gắn kháng nguyên

Nhìn chung, một immunoglobin chỉ gắn vào 1 phần gọi là epitope, của kháng nguyên. Việc gắn này thường liên quan đến sự thay đổi cấu hình trong IgG.

Các kháng thể gắn chặt và chuyên biệt vào kháng nguyên

Các kháng thể đa dòng: được sản xuất bởi nhiều tế bào B khác nhau để đáp ứng với một kháng nguyên, như một protein tiêm vào một động vật (gắn chuyên biệt,có nhiều epitope trên kháng nguyên).

Các kháng thể đơn dòng: được sản xuất bởi một quần thể tế bào B giống nhau (một dòng) tăng trưởng trong mô trường nuôi cấy tế bào (đồng nhất, tất cả nhận diện cùng một epitope).

Induced fit in the binding of an antigen to IgG

ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay)

Antibody techniques

Cho phép xác định nhanh và định lượng sự hiện diện của kháng nguyên trong mẫu

Kiềm tra sự hiện diện của kháng thể kháng herpes simplex virus trong mẫu máu

Immunoblot assay

Antibody techniques

Sau khi xử lý với màng nitro cellulose (như ELISA), immunoblot cho phép xác định một thành phần nhỏ trong một mẫu và cho biết khối lượng phân tử tương đối của chúng.

Protein được phân tách bằng điện di trên gel được chuyển bằng phương pháp điện di lên màng nitro cellulose

5.3 Các tương tác của protein được điều hòa bởi năng lượng hóa học : actin, myosin và các chất chuyển động phân tử (molecular motor)

Các tương tác protein – ligand tạo ra một mức độ đặc biệt về sắp xếp không gian và tạm thời trong các protein vận động (motor protein). Sự co cơ là do các tương tác giữa myosin và actin, bắt cặp với quá trình thủy phân ATP bởi myosin Myosin bao gồm 2 chuỗi nặng và 4 chuỗi nhẹ tạo thành một vùng đuôi (vòng được cuộn lại) và 1 vùng đầu (hình cầu). Các phân tử myosin được tổ chức thành các sợi dầy, mà mỗi sợi mỏng được cấu tạo bởi phần lớn là actin. Việc thủy phân ATP trong myosin được đi kèm với một loạt các thay đổi cấu hình ở phần đầu của myosin dẫn đến sự tách rời myosin khỏi một tiểu đơn vị F của actin và sự tái kết hợp với một cái khác, xa hơn dọc theo các sợi actin. Vì thế myosin trượt dọc theo các sợi actin

Các tương tác protein được điều khiển bởi năng lượng hoá học: Actin, Myosin, và các motor phân tử

Các protein chủ yếu của cơ là myosin và actin

Myosin

large globular domain (site for ATP hydrolysis)

left-handed Coiled coil

Representation of the S1 fragment

Itrong các tế bào cơ các phân tử myosin tập hợp lại với nhau (cấu trúc sợi dày)

Sợi mỏng: sự gắn kết dạng sợi của các monomer G-actin, các monomer này liên kết với nhau theo từng cặp tạo nên hình dạng hai sợi xoắn lại với nhau (xoắn phải)

Các thanh phần chính của cơ

Sự co cơ được kích thích bởi sự giải phóng Ca2+ khỏi lưới tạo cơ. Ca2+ gắn vào protein troponin dẫn đến sự thay đổi cấu hình trong phức hợp troponin-tropomyosin, phức hợp này kích hoạt chu trình tương tác actin - myosin

Cấu trúc của cơ xương

Thin filaments

Thick filaments

Cơ giãn

Cấu trúc mỏng vuông góc với các sợi mỏng đóng vai trò là chỗ bám cho các sợi này

Cơ co

Sự co cơ

Sự co cơ xảy ra khi các sợi mỏng và sợi dày trượt qua nhau, làm cho các đĩa Z (Z disk) kế cận tiến lại gần nhau

Cơ chế phân tử của sự co cơ

Sự điều hoà co cơ nhờ tropomyosin và troponin.

MCRI Molecular Motors Group http://mc11.mcri.ac.uk/mpubs/mpubs2006.html

Cross R.A. PNAS 103, 8911-8912, 2006