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IGNOU BZYET-141 Solved Question Paper PDF

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IGNOU BZYET-141 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. (क) कॉलम ‘क’ के पदों का कॉलम ‘ख’ के पदों से मिलान कीजिए : 5×1=5 कॉलम ‘क’ कॉलम ‘ख’ (i) लाइसोजाइम (1) जीवाणवीय रोग (ii) एलर्जी (2) हमारी अपनी कोशिकाओं पर हमला करती है (iii) स्वप्रतिरक्षा (3) जीवाणवीय कोशिका भित्ति को विदारित कर देती है (iv) निमोनिया (4) इंटरलुकिन-I (v) साइटोकाइन (5) टाइप-I अति-संवेदनाशीलता (ख) निम्नलिखित पदों को परिभाषित कीजिए: 5×1=5 (i) रसोअनुचलन (कीमोटैक्सिस) (ii) ऑप्सोनिनीकरण (ऑप्सोनाइजेशन) (iii) प्रतिरक्षाजनता (इम्यूनोजेनिसिटी) (iv) प्रतिरक्षा संपादन (इम्यूनोएडिटिंग) (v) स्मृति/मेमोरी टी-कोशिकाएँ
Ans. (क) मिलान किए गए पद इस प्रकार हैं:
- (i) लाइसोजाइम – (3) जीवाणवीय कोशिका भित्ति को विदारित कर देती है
- (ii) एलर्जी – (5) टाइप-I अति-संवेदनाशीलता
- (iii) स्वप्रतिरक्षा – (2) हमारी अपनी कोशिकाओं पर हमला करती है
- (iv) निमोनिया – (1) जीवाणवीय रोग
- (v) साइटोकाइन – (4) इंटरलुकिन-I
(ख) निम्नलिखित पदों की परिभाषाएँ:
- (i) रसोअनुचलन (कीमोटैक्सिस): यह कोशिकाओं, विशेष रूप से प्रतिरक्षा कोशिकाओं जैसे न्यूट्रोफिल और मैक्रोफेज, की रासायनिक संकेतों (कीमोकाइन) के ढाल की ओर निर्देशित गति है। यह प्रक्रिया प्रतिरक्षा कोशिकाओं को संक्रमण या चोट के स्थान पर आकर्षित करने के लिए महत्वपूर्ण है ताकि वे रोगजनकों से लड़ सकें।
- (ii) ऑप्सोनिनीकरण (ऑप्सोनाइजेशन): यह वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक रोगज़नक़ को ऑप्सोनिन नामक अणुओं (जैसे एंटीबॉडी या पूरक प्रोटीन) के साथ लेपित किया जाता है। यह लेप भक्षकाणु कोशिकाओं (जैसे मैक्रोफेज) पर मौजूद ग्राहियों द्वारा पहचाना जाता है, जिससे भक्षकाणुक्रिया की प्रक्रिया बहुत अधिक कुशल हो जाती है। यह रोगज़नक़ को “चिह्नित” करने जैसा है ताकि उसे आसानी से नष्ट किया जा सके।
- (iii) प्रतिरक्षाजनता (इम्यूनोजेनिसिटी): यह किसी पदार्थ (जिसे प्रतिजन कहा जाता है) की क्षमता है जो मेजबान में एक अनुकूली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया (दोनों कोशिकीय और तरल) को प्रेरित करता है। एक अच्छा प्रतिरक्षीजनक पदार्थ एक मजबूत और विशिष्ट प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है। आणविक आकार, जटिलता और शरीर के लिए विदेशीपन जैसे कारक प्रतिरक्षाजनता को प्रभावित करते हैं।
- (iv) प्रतिरक्षा संपादन (इम्यूनोएडिटिंग): यह एक गतिशील प्रक्रिया है जिसमें प्रतिरक्षा प्रणाली ट्यूमर कोशिकाओं के विकास को आकार देती है। इसके तीन चरण हैं: उन्मूलन (Elimination), जिसमें प्रतिरक्षा प्रणाली कैंसर कोशिकाओं को पहचानकर नष्ट कर देती है; संतुलन (Equilibrium), जिसमें प्रतिरक्षा प्रणाली ट्यूमर के विकास को नियंत्रित करती है; और पलायन (Escape), जिसमें ट्यूमर कोशिकाएं प्रतिरक्षा प्रणाली से बचने के लिए विकसित हो जाती हैं और अनियंत्रित रूप से बढ़ने लगती हैं।
- (v) स्मृति/मेमोरी टी-कोशिकाएँ: ये लंबे समय तक जीवित रहने वाली टी-लिम्फोसाइट्स हैं जो किसी विशिष्ट प्रतिजन के साथ पहले संपर्क के बाद बनती हैं। यदि शरीर में उसी प्रतिजन का दोबारा सामना होता है, तो ये स्मृति कोशिकाएं तेजी से सक्रिय होती हैं और एक अधिक शक्तिशाली और तेज द्वितीयक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न करती हैं। यह दीर्घकालिक प्रतिरक्षा का आधार है जो टीकाकरण या प्राकृतिक संक्रमण के बाद होती है।
Q2. (क) क्लोनीय चयन सिद्धान्त की विवेचना कीजिए। 5 (ख) भक्षकाणुक्रिया/फैगोसाइटोसिस की प्रक्रिया को आरेखी प्रवाह चित्र के साथ समझाइए। 5
Ans. (क) क्लोनीय चयन सिद्धान्त:
क्लोनीय चयन सिद्धान्त, जिसे सर फ्रैंक मैकफर्लेन बर्नेट द्वारा 1950 के दशक में प्रस्तावित किया गया था, अनुकूली प्रतिरक्षा प्रणाली के कार्य करने के मूल सिद्धांत की व्याख्या करता है। यह बताता है कि एक प्रतिजन कैसे एक विशिष्ट प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को प्रेरित करता है।
इस सिद्धान्त के मुख्य बिंदु इस प्रकार हैं:
- पूर्व-अस्तित्व और विशिष्टता: प्रत्येक बी- और टी-लिम्फोसाइट अपनी सतह पर एक अद्वितीय प्रकार का ग्राही (रिसेप्टर) व्यक्त करता है जो केवल एक विशिष्ट प्रतिजनी निर्धारक (एपिप्टोप) को पहचान सकता है। यह विविधता जीन पुनर्व्यवस्था के माध्यम से प्रतिजन के संपर्क में आने से पहले ही उत्पन्न हो जाती है।
- चयन: जब कोई प्रतिजन शरीर में प्रवेश करता है, तो यह लाखों लिम्फोसाइटों में से उस एक लिम्फोसाइट का “चयन” करता है जिसके पास पूरक ग्राही होता है और उससे जुड़ जाता है।
- प्रसार (क्लोनल विस्तार): प्रतिजन द्वारा सक्रिय होने पर, चयनित लिम्फोसाइट तेजी से विभाजित होना शुरू कर देता है। यह प्रक्रिया, जिसे क्लोनल विस्तार कहा जाता है, उस विशिष्ट प्रतिजन के लिए विशिष्ट समान कोशिकाओं (एक क्लोन) की एक बड़ी आबादी बनाती है।
- विभेदन: इस क्लोन की अधिकांश कोशिकाएं प्रभावकारी कोशिकाओं (Effector cells) में विभेदित हो जाती हैं। बी-लिम्फोसाइट्स प्लाज्मा कोशिकाओं में विभेदित होती हैं जो बड़ी मात्रा में एंटीबॉडी का स्राव करती हैं, जबकि टी-लिम्फोसाइट्स सहायक टी-कोशिकाओं या साइटोटॉक्सिक टी-कोशिकाओं में विभेदित होती हैं।
- स्मृति निर्माण: क्लोन की कुछ कोशिकाएं लंबे समय तक जीवित रहने वाली स्मृति कोशिकाओं (Memory cells) में विभेदित हो जाती हैं। ये कोशिकाएं भविष्य में उसी प्रतिजन के दोबारा संपर्क में आने पर एक तेज और अधिक मजबूत प्रतिक्रिया सुनिश्चित करती हैं।
यह सिद्धांत स्व-सहिष्णुता (self-tolerance) की भी व्याख्या करता है, क्योंकि जो लिम्फोसाइट्स शरीर की अपनी कोशिकाओं के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं, वे विकास के दौरान हटा दिए जाते हैं (क्लोनल विलोपन)। (ख) भक्षकाणुक्रिया/फैगोसाइटोसिस की प्रक्रिया:
भक्षकाणुक्रिया वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा विशेष कोशिकाएं, जिन्हें भक्षकाणु (phagocytes) कहा जाता है (जैसे मैक्रोफेज और न्यूट्रोफिल), रोगजनकों, मृत कोशिकाओं और अन्य बड़े कणों को निगलती और पचाती हैं। यह जन्मजात प्रतिरक्षा का एक महत्वपूर्ण घटक है।
प्रक्रिया के चरण निम्नलिखित हैं:
- रसोअनुचलन और आसंजन (Chemotaxis and Adherence): भक्षकाणु रासायनिक संकेतों (जैसे जीवाणु उत्पाद या कीमोकाइन) द्वारा संक्रमण स्थल की ओर आकर्षित होता है। वहां पहुंचकर, यह ऑप्सोनिनीकरण (एंटीबॉडी या पूरक प्रोटीन द्वारा कोटिंग) की मदद से सूक्ष्मजीव की सतह से चिपक जाता है।
- अंतर्ग्रहण (Ingestion): भक्षकाणु अपने कोशिका झिल्ली के विस्तार, जिन्हें स्यूडोपोड्स (pseudopods) कहा जाता है, को सूक्ष्मजीव के चारों ओर फैलाता है। स्यूडोपोड्स के सिरे आपस में जुड़ जाते हैं, जिससे सूक्ष्मजीव एक झिल्ली-बद्ध पुटिका में घिर जाता है जिसे फैगोसोम (phagosome) कहते हैं।
- फैगोलाइसोसोम का निर्माण (Phagolysosome Formation): कोशिका के अंदर, फैगोसोम एक अन्य पुटिका, लाइसोसोम , के साथ विलीन हो जाता है। लाइसोसोम में शक्तिशाली पाचक एंजाइम और अम्लीय वातावरण होता है। इस संयुक्त संरचना को फैगोलाइसोसोम कहा जाता है।
- पाचन (Digestion): फैगोलाइसोसोम के अंदर, लाइसोसोमल एंजाइम (जैसे लाइसोजाइम, प्रोटीएज, लाइपेज) और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (श्वसन विस्फोट के माध्यम से उत्पन्न) सूक्ष्मजीव को मारते और पचाते हैं।
- निष्कासन (Exocytosis): पाचन के बाद बचे हुए अवशिष्ट पदार्थ (residual body) को कोशिका से बाहर निकाल दिया जाता है। मैक्रोफेज जैसे प्रतिजन-प्रस्तुत करने वाली कोशिकाएं पचाए गए प्रतिजन के टुकड़ों को MHC अणुओं पर अपनी सतह पर प्रस्तुत कर सकती हैं ताकि अनुकूली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया शुरू हो सके।
आरेखी प्रवाह चित्र:
[सूक्ष्मजीव] → [रसोअनुचलन द्वारा आकर्षण] → [भक्षकाणु से आसंजन] → [स्यूडोपोड्स द्वारा अंतर्ग्रहण] → [फैगोसोम का निर्माण] → [लाइसोसोम के साथ संलयन] → [फैगोलाइसोसोम का निर्माण] → [एंजाइमों द्वारा पाचन] → [अवशिष्ट पिंड का निर्माण] → [बहिःक्षेपण द्वारा निष्कासन]
Q3. (क) अनुकूलनी प्रतिरक्षा क्या है ? इसकी विशेषताओं को सूचीबद्ध कीजिए। 5 (ख)अस्थि मज्जा की संरचना और कार्यों का सचित्र वर्णन कीजिए। 5
Ans. (क) अनुकूलनी प्रतिरक्षा (Adaptive Immunity):
अनुकूलनी प्रतिरक्षा, जिसे उपार्जित प्रतिरक्षा भी कहा जाता है, प्रतिरक्षा प्रणाली का एक उप-तंत्र है जो रोगजनकों या उनके प्रतिजनों के संपर्क में आने के बाद विकसित होता है। यह जन्मजात प्रतिरक्षा के विपरीत, अत्यधिक विशिष्ट होती है और दीर्घकालिक स्मृति प्रदान करती है। यह शरीर की रक्षा की तीसरी पंक्ति का निर्माण करती है और लिम्फोसाइट्स (बी-कोशिकाएं और टी-कोशिकाएं) द्वारा मध्यस्थ होती है।
अनुकूलनी प्रतिरक्षा की प्रमुख विशेषताएं निम्नलिखित हैं:
- विशिष्टता (Specificity): यह प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया विशिष्ट प्रतिजनों के प्रति निर्देशित होती है। प्रत्येक लिम्फोसाइट एक अद्वितीय ग्राही के माध्यम से केवल एक विशिष्ट प्रतिजन को पहचानता है।
- विविधता (Diversity): प्रतिरक्षा प्रणाली लाखों विभिन्न प्रकार के प्रतिजनों को पहचानने और उन पर प्रतिक्रिया करने में सक्षम है। यह लिम्फोसाइट ग्राहियों के जीन के पुनर्व्यवस्था के कारण संभव होता है।
- स्मृति (Memory): एक बार किसी प्रतिजन का सामना करने के बाद, प्रतिरक्षा प्रणाली उसे “याद” रखती है। उसी प्रतिजन के साथ भविष्य में होने वाले संपर्क से एक तेज, अधिक शक्तिशाली और अधिक प्रभावी द्वितीयक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया होती है। यह स्मृति कोशिकाओं के निर्माण के कारण होता है।
- क्लोनीय विस्तार (Clonal Expansion): जब एक लिम्फोसाइट अपने विशिष्ट प्रतिजन से मिलता है, तो यह तेजी से विभाजित होकर समान कोशिकाओं का एक बड़ा क्लोन बनाता है ताकि संक्रमण से प्रभावी ढंग से लड़ा जा सके।
- स्व-सहिष्णुता (Self-tolerance): अनुकूली प्रतिरक्षा प्रणाली सामान्य रूप से शरीर के अपने ऊतकों और अणुओं (“स्व”) पर हमला नहीं करती है। यह “स्व” और “गैर-स्व” प्रतिजनों के बीच अंतर करने में सक्षम है। जो लिम्फोसाइट्स “स्व” के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं, उन्हें विकास के दौरान हटा दिया जाता है।
- विशेषज्ञता (Specialization): यह विभिन्न प्रकार के रोगाणुओं से निपटने के लिए विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाएँ उत्पन्न कर सकती है। उदाहरण के लिए, तरल प्रतिरक्षा बाह्यकोशिकीय रोगाणुओं से लड़ती है, जबकि कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा अंतःकोशिकीय रोगाणुओं से लड़ती है।
(ख) अस्थि मज्जा की संरचना और कार्य:
अस्थि मज्जा लंबी हड्डियों (जैसे फीमर) और चपटी हड्डियों (जैसे श्रोणि, पसलियों) के भीतर पाया जाने वाला एक स्पंजी ऊतक है। यह शरीर का प्राथमिक रक्तोत्पादक (hematopoietic) और एक प्राथमिक लसीकाभ अंग है।
संरचना:
अस्थि मज्जा के दो मुख्य प्रकार हैं:
- लाल अस्थि मज्जा (Red Bone Marrow): यह रक्तोत्पादक रूप से सक्रिय होता है। इसमें रक्तोत्पादक स्टेम कोशिकाएं (HSCs) होती हैं जो सभी प्रकार की रक्त कोशिकाओं को जन्म देती हैं। इसके अलावा, इसमें वसा कोशिकाएं, फाइब्रोब्लास्ट और मैक्रोफेज से बना एक स्ट्रोमल नेटवर्क होता है, जो स्टेम कोशिकाओं के विकास और विभेदन के लिए आवश्यक सूक्ष्म वातावरण प्रदान करता है। इसमें रक्त वाहिकाओं का एक घना नेटवर्क होता है जिसे साइनसॉइड्स कहा जाता है, जो परिपक्व रक्त कोशिकाओं को परिसंचरण में प्रवेश करने की अनुमति देता है।
- पीला अस्थि मज्जा (Yellow Bone Marrow): यह मुख्य रूप से वसा कोशिकाओं (एडीपोसाइट्स) से बना होता है और इसमें रक्तोत्पादक क्षमता कम होती है। यह ऊर्जा भंडारण का कार्य करता है। हालांकि, गंभीर रक्त हानि या संक्रमण जैसी स्थितियों में, पीला मज्जा वापस लाल मज्जा में परिवर्तित हो सकता है।
(यहाँ अस्थि मज्जा की संरचना दिखाने वाला एक सरल चित्र बनाया जाना चाहिए, जिसमें लंबी हड्डी का अनुप्रस्थ काट, स्पंजी हड्डी, लाल मज्जा, पीला मज्जा, रक्तोत्पादक स्टेम कोशिकाएं और साइनसॉइड्स को दर्शाया गया हो।)
कार्य:
- रक्तोत्पादन (Hematopoiesis): यह अस्थि मज्जा का सबसे महत्वपूर्ण कार्य है। यह सभी रक्त कोशिकाओं का उत्पादन स्थल है: लाल रक्त कोशिकाएं (एरिथ्रोसाइट्स), सफेद रक्त कोशिकाएं (ल्यूकोसाइट्स – न्यूट्रोफिल, लिम्फोसाइट्स, आदि), और प्लेटलेट्स (थ्रोम्बोसाइट्स)।
- बी-कोशिका परिपक्वन: अस्थि मज्जा एक प्राथमिक लसीकाभ अंग है जहां बी-लिम्फोसाइट्स का निर्माण और परिपक्वन होता है।
- प्रतिरक्षा कोशिकाओं का भंडारण: यह परिपक्व और अपरिपक्व प्रतिरक्षा कोशिकाओं के लिए एक भंडार के रूप में कार्य करता है।
- वसा भंडारण: पीला अस्थि मज्जा वसा के रूप में ऊर्जा का भंडारण करता है।
- स्व-सहिष्णुता का प्रेरण: यह अपरिपक्व बी-कोशिकाओं में केंद्रीय सहिष्णुता स्थापित करने में भूमिका निभाता है, जहां स्व-प्रतिक्रियाशील कोशिकाओं को हटा दिया जाता है।
Q4. निम्नलिखित में से किन्हीं दो के बीच अन्तर बताइए : 5+5 (क) तरल प्रतिरक्षा और कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा (ख) एन्टीजन/प्रतिजन और हेप्टेन (ग) आइसोटाइप और एलोटाइप
Ans. (क) तरल प्रतिरक्षा और कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा में अंतर:
विशेषता तरल प्रतिरक्षा (Humoral Immunity) कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा (Cell-mediated Immunity) मध्यस्थ यह बी-लिम्फोसाइट्स और उनके द्वारा उत्पादित एंटीबॉडी द्वारा मध्यस्थ होती है। यह टी-लिम्फोसाइट्स (सहायक टी-कोशिकाएं और साइटोटॉक्सिक टी-कोशिकाएं) द्वारा सीधे तौर पर मध्यस्थ होती है। लक्ष्य मुख्य रूप से बाह्यकोशिकीय रोगजनकों (जैसे शरीर के तरल पदार्थों में मौजूद बैक्टीरिया, वायरस) और विषाक्त पदार्थों को लक्षित करती है। मुख्य रूप से अंतःकोशिकीय रोगजनकों (जैसे कोशिकाओं के अंदर छिपे वायरस), कैंसर कोशिकाओं और प्रत्यारोपित ऊतकों को लक्षित करती है। क्रियाविधि एंटीबॉडी प्रतिजनों से जुड़कर उन्हें बेअसर करते हैं, ऑप्सोनिनीकरण द्वारा भक्षकाणुक्रिया को बढ़ाते हैं, और पूरक प्रणाली को सक्रिय करते हैं। साइटोटॉक्सिक टी-कोशिकाएं (CTLs) संक्रमित कोशिकाओं को सीधे मार देती हैं। सहायक टी-कोशिकाएं अन्य प्रतिरक्षा कोशिकाओं (जैसे मैक्रोफेज, बी-कोशिकाएं) को सक्रिय करती हैं। स्मृति स्मृति बी-कोशिकाओं द्वारा दीर्घकालिक स्मृति प्रदान की जाती है। स्मृति टी-कोशिकाओं द्वारा दीर्घकालिक स्मृति प्रदान की जाती है। स्थानांतरण इस प्रतिरक्षा को सीरम (जिसमें एंटीबॉडी होते हैं) के माध्यम से एक व्यक्ति से दूसरे में स्थानांतरित किया जा सकता है। इस प्रतिरक्षा को केवल टी-लिम्फोसाइट्स के माध्यम से स्थानांतरित किया जा सकता है, सीरम से नहीं। (ख) प्रतिजन (Antigen) और हेप्टेन (Hapten) में अंतर:
विशेषता प्रतिजन (Antigen) हेप्टेन (Hapten) परिभाषा एक पदार्थ जो एक विशिष्ट प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया (प्रतिरक्षाजनकता) को प्रेरित कर सकता है और उस प्रतिक्रिया के उत्पादों (एंटीबॉडी, टी-कोशिकाएं) के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है। एक छोटा अणु जो स्वयं प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न नहीं कर सकता (गैर-प्रतिरक्षाजनक) लेकिन मौजूदा एंटीबॉडी के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है। प्रतिरक्षाजनकता यह प्रतिरक्षाजनक (immunogenic) होता है, अर्थात यह स्वयं एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया शुरू कर सकता है। यह स्वयं गैर-प्रतिरक्षाजनक (non-immunogenic) होता है। इसे प्रतिरक्षाजनक बनने के लिए एक बड़े वाहक प्रोटीन से जुड़ना पड़ता है। आणविक भार आमतौर पर बड़े अणु होते हैं, जैसे प्रोटीन या पॉलीसेकेराइड, जिनका आणविक भार 10,000 डाल्टन से अधिक होता है। छोटे अणु होते हैं, जिनका आणविक भार आमतौर पर 1,000 डाल्टन से कम होता है। वाहक की आवश्यकता इसे प्रतिरक्षाजनक होने के लिए किसी वाहक की आवश्यकता नहीं होती है। इसे वाहक अणु (carrier molecule) के साथ जुड़ने की आवश्यकता होती है। हेप्टेन-वाहक संयुग्म मिलकर प्रतिरक्षाजनक बन जाता है। उदाहरण बैक्टीरिया के प्रोटीन, वायरल ग्लाइकोप्रोटीन, पराग कण, विषाक्त पदार्थ। पेनिसिलिन, कुछ दवाएं, पॉइज़न आइवी में पाया जाने वाला युरुशिओल नामक रसायन। (ग) आइसोटाइप और एलोटाइप में अंतर:
विशेषता आइसोटाइप (Isotype) एलोटाइप (Allotype) परिभाषा यह एक ही प्रजाति के सभी स्वस्थ सदस्यों में पाए जाने वाले इम्युनोग्लोबुलिन की भारी और हल्की श्रृंखलाओं के स्थिर क्षेत्रों में भिन्नताएं हैं। यह एक ही प्रजाति के विभिन्न व्यक्तियों के बीच इम्युनोग्लोबुलिन के स्थिर क्षेत्रों में आनुवंशिक रूप से निर्धारित भिन्नताएं हैं। उपस्थिति एक प्रजाति के प्रत्येक सामान्य व्यक्ति में सभी आइसोटाइप (जैसे IgG, IgM, IgA) पाए जाते हैं। सभी व्यक्तियों में सभी एलोटाइप मौजूद नहीं होते हैं। इनकी उपस्थिति वंशानुगत एलील्स पर निर्भर करती है। आनुवंशिक आधार ये विभिन्न स्थिर क्षेत्र (C) जीनों (जैसे Cμ, Cγ, Cα) द्वारा कूटबद्ध होते हैं। ये जीन एक ही व्यक्ति में सह-अस्तित्व में रहते हैं। ये एक ही स्थिर क्षेत्र जीन के विभिन्न एलील्स (alleles) द्वारा कूटबद्ध होते हैं। एक व्यक्ति अपने माता-पिता से एलोटाइप मार्कर विरासत में पाता है। स्थान ये भिन्नताएं भारी श्रृंखला (μ, δ, γ, ε, α) और हल्की श्रृंखला (κ, λ) के पूरे स्थिर क्षेत्र को परिभाषित करती हैं। ये भिन्नताएं भारी या हल्की श्रृंखलाओं के स्थिर क्षेत्रों में छोटे, एमिनो एसिड अनुक्रम के अंतर होते हैं। उदाहरण इम्युनोग्लोबुलिन की पांच मुख्य कक्षाएं – IgM, IgD, IgG, IgE, और IgA – आइसोटाइप के उदाहरण हैं। IgG भारी श्रृंखलाओं पर Gm मार्कर और कप्पा (kappa) हल्की श्रृंखलाओं पर Km मार्कर एलोटाइप के उदाहरण हैं।
Q5. (क) रक्तोत्पादन (हीमोटोपोइसिस) में वृद्धि कारकों की भूमिका की विवेचना कीजिए । 5 (ख) विभिन्न प्रकार के टीकों का. विस्तृत वर्णन कीजिए | 5
Ans. (क) रक्तोत्पादन (हीमोटोपोइसिस) में वृद्धि कारकों की भूमिका:
रक्तोत्पादन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा अस्थि मज्जा में स्थित रक्तोत्पादक स्टेम कोशिकाओं (HSCs) से सभी प्रकार की परिपक्व रक्त कोशिकाओं का निर्माण होता है। यह प्रक्रिया वृद्धि कारकों (Growth Factors) द्वारा सख्ती से नियंत्रित होती है, जिन्हें विशेष रूप से साइटोकिन्स या कॉलोनी-उत्तेजक कारक (CSFs) के रूप में जाना जाता है। ये वृद्धि कारक ग्लाइकोप्रोटीन होते हैं जो स्टेम और पूर्वज कोशिकाओं की सतह पर विशिष्ट ग्राहियों से जुड़ते हैं और उनके अस्तित्व, प्रसार (proliferation) और एक विशिष्ट रक्त कोशिका वंश में विभेदन (differentiation) को बढ़ावा देते हैं।
प्रमुख वृद्धि कारक और उनकी भूमिकाएँ:
- स्टेम सेल फैक्टर (SCF): यह प्रारंभिक रक्तोत्पादक स्टेम कोशिकाओं पर कार्य करता है, उनके अस्तित्व और आत्म-नवीनीकरण को बढ़ावा देता है, जिससे स्टेम सेल पूल बना रहता है।
- एरिथ्रोपोइटिन (EPO): मुख्य रूप से गुर्दे द्वारा निर्मित, EPO विशेष रूप से लाल रक्त कोशिकाओं (एरिथ्रोसाइट्स) के उत्पादन को उत्तेजित करता है। यह एनीमिया के इलाज में चिकित्सकीय रूप से उपयोग किया जाता है।
- थ्रोम्बोपोइटिन (TPO): यकृत में उत्पन्न होता है और मेगाकारियोसाइट्स (बड़ी अस्थि मज्जा कोशिकाएं) के विकास और प्लेटलेट्स (थ्रोम्बोसाइट्स) के उत्पादन को नियंत्रित करता है।
- ग्रेन्युलोसाइट-मैक्रोफेज कॉलोनी-स्टिमुलेटिंग फैक्टर (GM-CSF): यह ग्रेन्युलोसाइट्स (न्यूट्रोफिल, ईोसिनोफिल) और मोनोसाइट्स दोनों के उत्पादन को बढ़ावा देता है।
- ग्रेन्युलोसाइट कॉलोनी-स्टिमुलेटिंग फैक्टर (G-CSF): यह विशेष रूप से न्यूट्रोफिल के उत्पादन और कार्य को उत्तेजित करता है। इसका उपयोग कीमोथेरेपी के बाद न्यूट्रोपेनिया का इलाज करने के लिए किया जाता है।
- इंटरल्यूकिन्स (ILs): कई इंटरल्यूकिन रक्तोत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, IL-3 कई प्रकार की रक्त कोशिकाओं के विकास का समर्थन करता है, IL-5 ईोसिनोफिल के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण है, और IL-7 लिम्फोसाइट्स (बी और टी कोशिकाओं) के विकास के लिए आवश्यक है।
ये वृद्धि कारक सुनिश्चित करते हैं कि शरीर की जरूरतों के अनुसार रक्त कोशिकाओं का उत्पादन संतुलित और नियंत्रित रहे। (ख) विभिन्न प्रकार के टीके:
टीका एक जैविक तैयारी है जो किसी विशेष संक्रामक रोग के प्रति सक्रिय उपार्जित प्रतिरक्षा प्रदान करती है। टीके प्रतिरक्षा प्रणाली को रोगज़नक़ को पहचानने और उससे लड़ने के लिए “प्रशिक्षित” करते हैं, बिना बीमारी पैदा किए।
टीकों के मुख्य प्रकार निम्नलिखित हैं:
- जीवित-क्षीण टीके (Live-attenuated vaccines): इनमें रोगज़नक़ (वायरस या बैक्टीरिया) का एक कमजोर रूप होता है। यह कमजोर रूप बीमारी पैदा नहीं करता लेकिन एक मजबूत और लंबे समय तक चलने वाली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को प्रेरित करता है।
- उदाहरण: MMR (खसरा, कण्ठमाला, रूबेला), चेचक, ओरल पोलियो वैक्सीन (OPV)।
- निष्क्रिय (मारे हुए) टीके (Inactivated vaccines): इनमें मारे हुए रोगज़नक़ होते हैं। वे बीमारी पैदा नहीं कर सकते, इसलिए वे बहुत सुरक्षित हैं। हालांकि, प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया आमतौर पर जीवित टीकों की तुलना में कमजोर होती है और इसे बनाए रखने के लिए बूस्टर खुराक की आवश्यकता हो सकती है।
- उदाहरण: निष्क्रिय पोलियो वैक्सीन (IPV) , हेपेटाइटिस ए, रेबीज।
- टॉक्सोइड टीके (Toxoid vaccines): ये उन जीवाणुओं से बचाते हैं जो विषाक्त पदार्थ (toxins) पैदा करते हैं। इन टीकों में निष्क्रिय किए गए विषाक्त पदार्थ होते हैं, जिन्हें टॉक्सोइड कहा जाता है।
- उदाहरण: टेटनस और डिप्थीरिया (DPT टीके का हिस्सा)।
- सबयूनिट, पुनः संयोजक, और संयुग्म टीके (Subunit, recombinant, and conjugate vaccines): ये पूरे रोगाणु का उपयोग करने के बजाय, उसके विशिष्ट टुकड़ों का उपयोग करते हैं, जैसे कि प्रोटीन, चीनी (पॉलीसेकेराइड), या कैप्सिड।
- सबयूनिट: केवल प्रतिजन के टुकड़े शामिल होते हैं जो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को सबसे अच्छी तरह से उत्तेजित करते हैं। उदाहरण: हेपेटाइटिस बी , अकोशिकीय पर्टुसिस (whooping cough)।
- संयुग्म (Conjugate): ये पॉलीसेकेराइड (चीनी) कोटिंग वाले बैक्टीरिया से बचाते हैं। पॉलीसेकेराइड को प्रोटीन से जोड़ा जाता है, जो छोटे बच्चों में प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को बढ़ाता है। उदाहरण: हिब (Haemophilus influenzae type b) , न्यूमोकोकल टीका।
- mRNA टीके (mRNA vaccines): ये एक नया प्रकार है। ये प्रयोगशाला में बनाए गए मैसेंजर RNA (mRNA) का उपयोग करते हैं जो हमारी कोशिकाओं को एक प्रोटीन (या उसका एक टुकड़ा) बनाना सिखाता है जो एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को ट्रिगर करता है।
- उदाहरण: फाइजर-बायोएनटेक और मॉडर्ना की COVID-19 टीके।
- वायरल वेक्टर टीके (Viral vector vaccines): ये हमारी कोशिकाओं तक महत्वपूर्ण निर्देश पहुंचाने के लिए एक अलग, हानिरहित वायरस (वेक्टर) के संशोधित संस्करण का उपयोग करते हैं।
- उदाहरण: जॉनसन एंड जॉनसन और एस्ट्राजेनेका की COVID-19 टीके।
Q6. (क) साइटोकाइन के कार्यों और गुणों को सूचीबद्ध कीजिए | 5 (ख) प्रोटिओसोम को परिभाषित कीजिए। यह किस प्रकार प्रतिजन प्रोटीन को पेप्टाइड में बदल देता है? 2+3
Ans. (क) साइटोकाइन के गुण और कार्य:
साइटोकिन्स छोटे, स्रावित प्रोटीन होते हैं जो प्रतिरक्षा प्रणाली में कोशिकाओं के बीच संचार के लिए महत्वपूर्ण होते हैं। वे हार्मोन की तरह काम करते हैं लेकिन आमतौर पर स्थानीय रूप से कार्य करते हैं। वे प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं के प्रेरण, विनियमन और समाप्ति में केंद्रीय भूमिका निभाते हैं।
साइटोकिन्स के गुण:
- बहुप्रभाविता (Pleiotropy): एक ही साइटोकाइन विभिन्न प्रकार की लक्षित कोशिकाओं पर अलग-अलग प्रभाव डाल सकता है। उदाहरण के लिए, IL-4 बी-कोशिकाओं, टी-कोशिकाओं और मैक्रोफेज को सक्रिय कर सकता है।
- अतिरेक (Redundancy): विभिन्न साइटोकिन्स समान या समान कार्य कर सकते हैं। यदि एक साइटोकाइन अनुपस्थित है, तो दूसरा उसकी भूमिका निभा सकता है। उदाहरण के लिए, IL-2, IL-4, और IL-5 सभी बी-सेल प्रसार का कारण बन सकते हैं।
- सहक्रिया (Synergy): दो या दो से अधिक साइटोकिन्स का संयुक्त प्रभाव उनके व्यक्तिगत प्रभावों के योग से अधिक होता है। उदाहरण के लिए, IFN-γ और TNF-α मिलकर MHC क्लास I की अभिव्यक्ति को बढ़ाते हैं।
- विरोध (Antagonism): एक साइटोकाइन का प्रभाव दूसरे साइटोकाइन के प्रभाव को रोक सकता है या उसका विरोध कर सकता है। उदाहरण के लिए, IL-10, IFN-γ के उत्पादन को रोक सकता है।
- सोपान प्रेरण (Cascade Induction): एक साइटोकाइन की क्रिया लक्षित कोशिका को और अधिक साइटोकिन्स का उत्पादन करने के लिए प्रेरित कर सकती है, जिससे एक प्रवर्धित प्रतिक्रिया होती है।
साइटोकिन्स के कार्य:
- जन्मजात और अनुकूली प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं को मध्यस्थ और विनियमित करना।
- सूजन (inflammation) का विनियमन।
- प्रतिरक्षा कोशिकाओं के प्रसार और विभेदन (रक्तोत्पादन सहित) को नियंत्रित करना।
- रसायन अनुचलन (chemotaxis) द्वारा प्रतिरक्षा कोशिकाओं को संक्रमण स्थल पर आकर्षित करना।
- प्रभावकारी कार्यों को प्रेरित करना, जैसे कि साइटोटॉक्सिक टी-कोशिकाओं द्वारा कोशिका हत्या या प्लाज्मा कोशिकाओं द्वारा एंटीबॉडी उत्पादन।
प्रमुख साइटोकाइन समूहों में इंटरल्यूकिन्स (ILs), इंटरफेरॉन (IFNs), ट्यूमर नेक्रोसिस फैक्टर (TNF) परिवार, और कीमोकाइन शामिल हैं। (ख) प्रोटिओसोम और प्रतिजन का निम्नीकरण:
परिभाषा (2 अंक):
प्रोटिओसोम एक बड़ा, बहु-सबयूनिट प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है जो सभी यूकेरियोटिक कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य और केंद्रक में पाया जाता है। इसका मुख्य कार्य प्रोटीओलिसिस (proteolysis) द्वारा अनावश्यक या क्षतिग्रस्त प्रोटीनों का निम्नीकरण करना है। यह यूबिकिटिन-प्रोटिओसोम प्रणाली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, जो कोशिका के भीतर प्रोटीन की गुणवत्ता और मात्रा को नियंत्रित करता है।
प्रतिजन प्रोटीन का पेप्टाइड में निम्नीकरण (3 अंक):
प्रोटिओसोम अंतःकोशिकीय प्रतिजनों (जैसे वायरल प्रोटीन या उत्परिवर्तित स्व-प्रोटीन) को छोटे पेप्टाइड्स में बदलने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिन्हें बाद में MHC क्लास I अणुओं पर प्रस्तुत किया जाता है। यह प्रक्रिया कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा के लिए आवश्यक है।
प्रक्रिया के चरण इस प्रकार हैं:
- यूबिकिटिनीकरण (Ubiquitination): निम्नीकरण के लिए लक्षित प्रोटीन को पहले यूबिकिटिन नामक एक छोटे प्रोटीन के साथ टैग किया जाता है। यह प्रक्रिया कई बार दोहराई जाती है जिससे एक पॉली-यूबिकिटिन श्रृंखला बनती है, जो प्रोटिओसोम के लिए एक “विनाश” संकेत के रूप में कार्य करती है।
- पहचान और खोलना (Recognition and Unfolding): प्रोटिओसोम का 19S नियामक कण पॉली-यूबिकिटिन श्रृंखला को पहचानता है और उससे जुड़ता है। यह ATP की ऊर्जा का उपयोग करके लक्षित प्रोटीन को खोलता है और उसे प्रोटिओसोम के केंद्रीय कोर में भेजता है।
- प्रोटीओलिसिस (Proteolysis): 20S कोर कण में प्रोटीओलिटिक सक्रिय स्थल होते हैं। यह अनफोल्डेड प्रोटीन को छोटे पेप्टाइड टुकड़ों में काटता है, जो आमतौर पर 8-11 अमीनो एसिड लंबे होते हैं।
- पेप्टाइड परिवहन: ये उत्पन्न पेप्टाइड्स फिर TAP (Transporter associated with Antigen Processing) नामक एक ट्रांसपोर्टर प्रोटीन द्वारा अंतर्द्रव्यी जालिका (Endoplasmic Reticulum – ER) में ले जाए जाते हैं।
- MHC क्लास I लोडिंग: ER के अंदर, ये पेप्टाइड्स नवनिर्मित MHC क्लास I अणुओं पर लोड किए जाते हैं। यह MHC I-पेप्टाइड कॉम्प्लेक्स फिर कोशिका की सतह पर ले जाया जाता है जहां इसे साइटोटॉक्सिक टी-लिम्फोसाइट्स (CTLs) के सामने प्रस्तुत किया जाता है।
Q7. (क) वेस्टर्न ब्लॉटिंग तकनीक के मुख्य चरणों को उपयुक्त चित्र सहित समझाइए। 5 (ख) प्रोबायोटिक्स और प्रीबायोटिक्स का संक्षिप्त वर्णन कीजिए | 5
Ans. (क) वेस्टर्न ब्लॉटिंग तकनीक:
वेस्टर्न ब्लॉटिंग, या इम्यूनोब्लॉटिंग, एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली आणविक जीव विज्ञान तकनीक है जिसका उपयोग किसी नमूने में विशिष्ट प्रोटीन का पता लगाने और उसकी मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जाता है। यह प्रोटीन की पहचान उसके आणविक भार और एक विशिष्ट एंटीबॉडी के साथ उसकी प्रतिक्रिया के आधार पर करती है।
मुख्य चरण:
- प्रोटीन पृथक्करण और जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस (SDS-PAGE): कोशिकाओं या ऊतकों से प्रोटीन का मिश्रण निकाला जाता है। फिर इस मिश्रण को SDS-पॉलीएक्रिलामाइड जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस (SDS-PAGE) द्वारा उनके आणविक भार के आधार पर अलग किया जाता है। SDS प्रोटीन को विकृत करता है और उन्हें एक समान ऋणात्मक आवेश देता है, जिससे वे केवल आकार के आधार पर अलग होते हैं।
- ब्लॉटिंग/स्थानांतरण (Blotting/Transfer): जेल में अलग किए गए प्रोटीनों को विद्युत धारा का उपयोग करके एक ठोस समर्थन झिल्ली (जैसे नाइट्रोसेल्यूलोज या PVDF) पर स्थानांतरित किया जाता है। अब प्रोटीन का पैटर्न जेल के बजाय झिल्ली पर होता है।
- अवरोधन (Blocking): झिल्ली पर एंटीबॉडी के गैर-विशिष्ट बंधन को रोकने के लिए, झिल्ली को एक अवरोधक घोल (जैसे दूध प्रोटीन या बोवाइन सीरम एल्ब्यूमिन – BSA) के साथ उपचारित किया जाता है। यह झिल्ली की सतह पर खाली जगहों को भर देता है।
- प्राथमिक एंटीबॉडी ऊष्मायन (Primary Antibody Incubation): झिल्ली को एक प्राथमिक एंटीबॉडी के साथ ऊष्मायन किया जाता है जो सीधे लक्ष्य प्रोटीन को पहचानता है और उससे जुड़ता है।
- द्वितीयक एंटीबॉडी ऊष्मायन (Secondary Antibody Incubation): अतिरिक्त प्राथमिक एंटीबॉडी को धोने के बाद, झिल्ली को एक द्वितीयक एंटीबॉडी के साथ ऊष्मायन किया जाता है। यह द्वितीयक एंटीबॉडी प्राथमिक एंटीबॉडी से जुड़ती है और एक एंजाइम (जैसे HRP) या एक फ्लोरोसेंट अणु से जुड़ी होती है।
- पहचान (Detection): यदि द्वितीयक एंटीबॉडी एंजाइम से जुड़ी है, तो एक विशिष्ट सबस्ट्रेट जोड़ा जाता है। एंजाइम सबस्ट्रेट को एक ऐसे उत्पाद में बदल देता है जो प्रकाश (केमिलुमिनेसेंस) या रंग उत्पन्न करता है। इस संकेत को एक्स-रे फिल्म या एक डिजिटल इमेजर पर एक बैंड के रूप में देखा जा सकता है, जो लक्ष्य प्रोटीन की उपस्थिति और स्थिति को दर्शाता है।
(यहां वेस्टर्न ब्लॉटिंग के चरणों को दर्शाने वाला एक प्रवाह चित्र बनाया जाना चाहिए: SDS-PAGE जेल → स्थानांतरण → अवरोधन → प्राथमिक एंटीबॉडी → द्वितीयक एंटीबॉडी → सबस्ट्रेट जोड़ना → बैंड का पता लगाना।) (ख) प्रोबायोटिक्स और प्रीबायोटिक्स:
प्रोबायोटिक्स और प्रीबायोटिक्स दोनों आंत के स्वास्थ्य और एक संतुलित माइक्रोबायोम को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जो समग्र स्वास्थ्य और प्रतिरक्षा के लिए आवश्यक है।
प्रोबायोटिक्स (Probiotics):
- परिभाषा: प्रोबायोटिक्स जीवित सूक्ष्मजीव (आमतौर पर बैक्टीरिया और कभी-कभी यीस्ट) होते हैं, जिन्हें पर्याप्त मात्रा में सेवन करने पर मेजबान को स्वास्थ्य लाभ मिलता है। इन्हें अक्सर “अच्छे” या “मित्र” बैक्टीरिया कहा जाता है।
- कार्यप्रणाली: वे आंत में माइक्रोबियल संतुलन को बहाल करने में मदद करते हैं। वे रोगजनक बैक्टीरिया के साथ पोषक तत्वों और आंत की दीवार पर चिपकने के स्थानों के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं, रोगाणुरोधी पदार्थ उत्पन्न करते हैं, और मेजबान की प्रतिरक्षा प्रणाली को संशोधित करते हैं (जैसे IgA उत्पादन को बढ़ावा देना और सूजन को कम करना)।
- स्रोत: ये किण्वित खाद्य पदार्थों जैसे दही, केफिर, किमची, सौकरकूट और आहार पूरकों में पाए जाते हैं। सामान्य प्रोबायोटिक स्ट्रेन में लैक्टोबैसिलस (Lactobacillus) और बिफीडोबैक्टीरियम (Bifidobacterium) प्रजातियां शामिल हैं।
प्रीबायोटिक्स (Prebiotics):
- परिभाषा: प्रीबायोटिक्स अपचनीय खाद्य घटक (आमतौर पर फाइबर) होते हैं जो आंत में पहले से मौजूद लाभकारी जीवाणुओं (प्रोबायोटिक्स) के विकास और/या गतिविधि को चुनिंदा रूप से उत्तेजित करते हैं। सरल शब्दों में, वे अच्छे बैक्टीरिया के लिए “भोजन” हैं।
- कार्यप्रणाली: वे ऊपरी पाचन तंत्र से बिना पचे गुजरते हैं और बड़ी आंत में माइक्रोबायोटा द्वारा किण्वित होते हैं। यह किण्वन शॉर्ट-चेन फैटी एसिड (SCFAs) जैसे ब्यूटिरेट, एसीटेट और प्रोपियोनेट का उत्पादन करता है। ये SCFAs कोलन के pH को कम करते हैं, रोगजनकों को रोकते हैं, और आंत की कोशिकाओं के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में काम करते हैं।
- स्रोत: ये कई फलों, सब्जियों और साबुत अनाजों में प्राकृतिक रूप से पाए जाते हैं, जैसे लहसुन, प्याज, शतावरी, केले, जई, और चिकोरी रूट। फ्रुक्टो-ओलिगोसेकेराइड्स (FOS) और इनुलिन सामान्य प्रीबायोटिक्स हैं।
संक्षेप में, प्रोबायोटिक्स आंत में अच्छे बैक्टीरिया जोड़ते हैं, जबकि प्रीबायोटिक्स पहले से मौजूद अच्छे बैक्टीरिया को पोषण देते हैं।
Q8. निम्नलिखित में से किन्हीं दो पर लघु टिप्पणियाँ लिखिए : 2×5=10 (क) टाइप-IV अतिसंवेदनशीलता (ख) ट्यूमर एन्टीजन/प्रतिजन (ग) ह्यूमरल प्रतिक्रिया (घ) टी-कोशिका विभेदन
Ans. (क) टाइप-IV अतिसंवेदनशीलता:
टाइप-IV अतिसंवेदनशीलता को विलंबित-प्रकार की अतिसंवेदनशीलता (Delayed-Type Hypersensitivity – DTH) भी कहा जाता है। अन्य प्रकार की अतिसंवेदनशीलता के विपरीत, यह एंटीबॉडी-मध्यस्थ नहीं है; बल्कि यह एक कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया है। प्रतिक्रिया प्रतिजन के संपर्क में आने के 24 से 72 घंटे बाद दिखाई देती है, इसीलिए इसे “विलंबित” कहा जाता है।
इस प्रतिक्रिया के मुख्य मध्यस्थ Th1 सहायक टी-कोशिकाएं और मैक्रोफेज होते हैं।
क्रियाविधि के चरण:
- संवेदीकरण चरण (Sensitization Phase): प्रतिजन (जैसे ट्यूबरकुलिन या पॉइज़न आइवी का रसायन) के पहले संपर्क पर, प्रतिजन-प्रस्तुत करने वाली कोशिकाएं (APCs) इसे संसाधित करती हैं और इसे लिम्फ नोड्स में सहायक टी-कोशिकाओं को प्रस्तुत करती हैं। ये टी-कोशिकाएं सक्रिय होकर मेमोरी Th1 कोशिकाओं में विभेदित हो जाती हैं।
- प्रभावकारी चरण (Effector Phase): उसी प्रतिजन के साथ बाद के संपर्क पर, स्थानीय APCs मेमोरी Th1 कोशिकाओं को प्रतिजन प्रस्तुत करती हैं। ये मेमोरी Th1 कोशिकाएं सक्रिय हो जाती हैं और साइटोकिन्स, विशेष रूप से इंटरफेरॉन-गामा (IFN-γ) का स्राव करती हैं।
- सूजन और ऊतक क्षति: IFN-γ और अन्य साइटोकिन्स बड़ी संख्या में मैक्रोफेज और अन्य सूजनकारी कोशिकाओं को उस स्थान पर आकर्षित और सक्रिय करते हैं। सक्रिय मैक्रोफेज लाइसोसोमल एंजाइम, प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां, और सूजनकारी साइटोकिन्स छोड़ते हैं, जो ऊतक क्षति और सूजन का कारण बनते हैं।
उदाहरण: ट्यूबरकुलिन त्वचा परीक्षण (Mantoux test), संपर्क जिल्द की सूजन (contact dermatitis) जो पॉइज़न आइवी, निकल या लेटेक्स से होती है, और तपेदिक में ग्रेन्युलोमा का निर्माण। (ख) ट्यूमर प्रतिजन (Tumor Antigen):
ट्यूमर प्रतिजन वे अणु होते हैं जो ट्यूमर कोशिकाओं की सतह पर या उनके भीतर व्यक्त होते हैं और जिन्हें प्रतिरक्षा प्रणाली (विशेष रूप से टी-कोशिकाओं) द्वारा पहचाना जा सकता है। ये प्रतिजन सामान्य कोशिकाओं की तुलना में ट्यूमर कोशिकाओं पर या तो विशिष्ट रूप से या अधिक मात्रा में पाए जाते हैं।
ट्यूमर प्रतिजनों को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में बांटा गया है:
- ट्यूमर-विशिष्ट प्रतिजन (Tumor-Specific Antigens – TSAs):
- ये प्रतिजन केवल ट्यूमर कोशिकाओं पर पाए जाते हैं और सामान्य कोशिकाओं पर बिल्कुल नहीं।
- ये आमतौर पर कैंसर पैदा करने वाले जीनों (जैसे p53, RAS) में उत्परिवर्तन के कारण उत्पन्न होते हैं।
- ये ऑन्कोजेनिक वायरस (जैसे HPV से E6/E7 प्रोटीन) द्वारा एन्कोड किए गए प्रोटीन भी हो सकते हैं।
- चूंकि ये पूरी तरह से “विदेशी” होते हैं, इसलिए वे कैंसर इम्यूनोथेरेपी के लिए आदर्श लक्ष्य हैं।
- ट्यूमर-संबद्ध प्रतिजन (Tumor-Associated Antigens – TAAs):
- ये प्रतिजन ट्यूमर कोशिकाओं और कुछ सामान्य कोशिकाओं दोनों पर पाए जाते हैं, लेकिन ट्यूमर कोशिकाओं पर इनकी अभिव्यक्ति या तो बहुत अधिक (अति-अभिव्यक्ति) होती है या असामान्य होती है।
- इनके प्रकारों में विभेदन प्रतिजन (जैसे प्रोस्टेट कैंसर में PSA), अति-अभिव्यक्त प्रतिजन (जैसे स्तन कैंसर में HER2), और कैंसर-वृषण प्रतिजन (जो केवल ट्यूमर और वृषण की रोगाणु कोशिकाओं पर व्यक्त होते हैं) शामिल हैं।
ट्यूमर प्रतिजनों की पहचान कैंसर के निदान (बायोमार्कर के रूप में), पूर्वानुमान और उपचार (जैसे कैंसर के टीके, CAR-T सेल थेरेपी) के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह प्रतिरक्षा प्रणाली को ट्यूमर कोशिकाओं को लक्षित करने और नष्ट करने का अवसर प्रदान करता है।
IGNOU BZYET-141 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. (a) Match the terms under Column A with their given under Column B: 5×1=5 Column A Column B (i) Lysozyme (1) Bacterial disease (ii) Allergy (2) Attacks on our own cells (iii) Autoimmunity (3) Clears bacterial cell wall (iv) Pneumonia (4) Interleukin-1 (v) Cytokine (5) Type-I hypersensitivity (b) Define the following terms : 5×1=5 (i) Chemotaxis (ii) Opsonisation (iii) Immunogenicity (iv) Immunoediting (v) Memory T-cells
Ans. (a) The matched pairs are as follows:
- (i) Lysozyme – (3) Clears bacterial cell wall
- (ii) Allergy – (5) Type-I hypersensitivity
- (iii) Autoimmunity – (2) Attacks on our own cells
- (iv) Pneumonia – (1) Bacterial disease
- (v) Cytokine – (4) Interleukin-1 (Interleukin-1 is a prime example of a cytokine)
(b) Definitions of the following terms:
- (i) Chemotaxis: This is the directed movement of a motile cell or organism in response to a chemical stimulus. In immunology, it refers to the migration of immune cells, such as neutrophils and macrophages, towards the site of infection or injury along a concentration gradient of chemical signals called chemokines .
- (ii) Opsonisation: This is the process by which a pathogen is coated with molecules called opsonins (e.g., antibodies like IgG, or complement proteins like C3b). This coating enhances the efficiency of phagocytosis because phagocytes have receptors for these opsonins, making it easier for them to recognize and engulf the pathogen.
- (iii) Immunogenicity: This is the ability of a substance, known as an antigen or immunogen, to provoke an adaptive immune response (both humoral and cell-mediated) within a host. Factors that influence immunogenicity include the substance’s foreignness, molecular size, chemical complexity, and degradability.
- (iv) Immunoediting: Also known as cancer immunoediting, this is a dynamic process describing the dual role of the immune system in both protecting against and shaping the development of tumors. It consists of three phases: Elimination (where the immune system successfully destroys developing tumor cells), Equilibrium (a state where tumor growth is controlled by the immune system), and Escape (where tumor variants evade immune detection and grow uncontrollably).
- (v) Memory T-cells: These are a subset of T lymphocytes that are long-lived and have been previously activated by a specific antigen. Upon re-exposure to the same antigen, these memory cells can mount a faster, stronger, and more effective secondary immune response. They are crucial for long-term immunity following an infection or vaccination.
Q2. (a) Discuss clonal selection theory. 5 (b) Explain the phagocytosis process with schematic flow chart. 5
Ans. (a) Clonal Selection Theory: The clonal selection theory, proposed by Sir Frank Macfarlane Burnet, is the central paradigm of adaptive immunity. It explains how the immune system responds to a specific antigen by activating a specific lymphocyte. The core tenets of the theory are:
- Pre-existence and Specificity: The body contains a vast population of lymphocytes (B and T cells). Each lymphocyte is genetically programmed to express a unique surface receptor that recognizes only one specific antigen (or epitope). This vast diversity of receptors is generated before any encounter with an antigen.
- Selection: When a foreign antigen enters the body, it circulates until it encounters a lymphocyte with a receptor that fits it. This binding “selects” that specific lymphocyte out of the millions of others.
- Proliferation (Clonal Expansion): Upon activation by the antigen, the selected lymphocyte undergoes rapid cell division. This creates a large population of identical cells, or a “clone,” all specific for the same antigen.
- Differentiation: The cells of the clone then differentiate into two main types:
- Effector Cells: These are short-lived cells that carry out the immediate immune response. Activated B cells differentiate into plasma cells that secrete large quantities of antibodies. Activated T cells differentiate into helper T cells or cytotoxic T cells .
- Memory Cells: A smaller subset of the clone differentiates into long-lived memory cells . These cells persist after the infection is cleared and provide long-term immunity by enabling a rapid and robust response upon subsequent exposure to the same antigen.
This theory also explains self-tolerance, as lymphocytes that recognize self-antigens are eliminated during their development in a process called clonal deletion.
(b) Process of Phagocytosis: Phagocytosis is a fundamental process of the innate immune system where specialized cells called phagocytes (e.g., macrophages, neutrophils, dendritic cells) engulf and digest pathogens, dead cells, and other particulate matter. The process can be broken down into the following steps:
- Chemotaxis and Adherence: Phagocytes are attracted to the site of infection by chemical signals (chemotaxis). Once there, the phagocyte must attach to the microbe. This adherence is greatly facilitated by opsonization , where the microbe is coated with opsonins like antibodies or complement proteins.
- Ingestion: The phagocyte extends its cell membrane, forming projections called pseudopods that surround the microbe. The pseudopods fuse, enclosing the particle within a membrane-bound vesicle called a phagosome .
- Phagolysosome Formation: The phagosome moves into the cytoplasm and fuses with a lysosome . Lysosomes are organelles containing a cocktail of potent digestive enzymes and a low pH environment. The resulting fused vesicle is called a phagolysosome .
- Digestion and Killing: Inside the phagolysosome, the microbe is killed and broken down. This is achieved by lysosomal enzymes (e.g., lysozyme, proteases) and by a “respiratory burst,” which generates toxic reactive oxygen species (e.g., superoxide anion, hydrogen peroxide).
- Exocytosis/Antigen Presentation: Indigestible debris is expelled from the cell via exocytosis. In the case of antigen-presenting cells like macrophages, some of the digested peptide fragments are loaded onto MHC class II molecules and presented on the cell surface to activate helper T cells, thus linking innate and adaptive immunity.
Schematic Flow Chart:
[Microbe] → [Chemotaxis of Phagocyte] → [Adherence to Microbe] → [Ingestion by Pseudopods] → [Formation of Phagosome] → [Fusion with Lysosome] → [Formation of Phagolysosome] → [Killing and Digestion] → [Formation of Residual Body] → [Discharge/Exocytosis]
Q3. (a) What is an adaptive immunity ? Enlist its characteristics. 5 (b) Describe the structure and functions of bone marrow with suitable diagram. 5
Ans. (a) Adaptive Immunity: Adaptive immunity, also known as acquired or specific immunity, is a subsystem of the overall immune system that is composed of highly specialized cells and processes that eliminate pathogens or prevent their growth. Unlike the innate immune system, which is always ready to respond, the adaptive response is developed over a lifetime of encounters with pathogens or through vaccination. It is mediated by lymphocytes (B-cells and T-cells) and is characterized by its high specificity and memory. The key characteristics of adaptive immunity are:
- Specificity: Adaptive immune responses are precisely targeted against specific antigens. A response to one pathogen or antigen does not confer immunity to another, unrelated one.
- Diversity: The system is capable of recognizing and responding to a virtually limitless number of different antigens. This is due to the vast repertoire of unique antigen receptors on B and T lymphocytes, generated through genetic recombination.
- Memory: After an initial encounter with a specific antigen, the adaptive immune system “remembers” it. Subsequent exposures to the same antigen elicit a faster, stronger, and more effective response (the secondary immune response), due to the presence of memory cells.
- Clonal Expansion: Upon activation by an antigen, specific lymphocytes proliferate rapidly, generating a large clone of cells with the same antigen specificity, sufficient to combat the infection.
- Self-Tolerance: A crucial feature is the ability to distinguish between foreign antigens (“non-self”) and the body’s own molecules (“self”). This prevents the immune system from attacking the body’s own tissues. Failure of self-tolerance leads to autoimmune diseases.
- Specialization: The system can mount different types of responses that are optimized for different classes of microbes. For example, humoral immunity is best for extracellular microbes, while cell-mediated immunity is best for intracellular microbes.
(b)
Structure and Functions of Bone Marrow:
The bone marrow is the spongy tissue found inside the central cavity of bones. It is a primary lymphoid organ and the principal site of hematopoiesis (blood cell formation) in adults.
Structure:
Bone marrow consists of a hematopoietic compartment and a vascular compartment, all supported by a stroma. There are two main types:
- Red Marrow: This is the hematopoietically active marrow. It is rich in hematopoietic stem cells (HSCs) , which are the progenitors for all blood cells. It also contains a complex network of stromal cells (fibroblasts, endothelial cells, adipocytes), and an extensive network of blood vessels called sinusoids . This intricate microenvironment provides the necessary growth factors and support for the differentiation and maturation of blood cells. Mature cells enter the circulation by passing through the walls of these sinusoids.
- Yellow Marrow: This marrow is hematopoietically inactive and is composed primarily of fat cells (adipocytes). It serves as an energy reserve. With age, the amount of red marrow decreases and is replaced by yellow marrow. However, under conditions of high demand, such as severe anemia or infection, yellow marrow can revert to red marrow to increase blood cell production.
(A suitable diagram would show a cross-section of a long bone, labeling the outer compact bone, the inner spongy bone filled with red marrow, and the central shaft containing yellow marrow. A magnified view of the red marrow would show HSCs, developing blood cells, adipocytes, and a sinusoid.)
Functions:
- Hematopoiesis: This is the primary function. The bone marrow produces all cellular components of blood: red blood cells (erythrocytes) for oxygen transport, white blood cells (leukocytes) for immunity, and platelets (thrombocytes) for blood clotting.
- B-Cell Maturation: As a primary lymphoid organ, the bone marrow is the site where B lymphocytes originate and mature. During maturation, B cells that react against self-antigens are eliminated, establishing central B-cell tolerance.
- Immune Cell Reservoir: It stores a reserve of mature immune cells, which can be rapidly mobilized to sites of infection.
- Fat Storage: Yellow marrow stores fat, which can be used as an energy source by the body.
- Bone and Cartilage Maintenance: The stromal cells within the bone marrow contribute to the maintenance of bone and cartilage.
Q4. Differentiate between any two of the following : 5+5 (a) Humoral immunity and Cell-mediated immunity (b) Antigen and Hapten (c) Isotypes and Allotypes
Ans. (a) Difference between Humoral and Cell-mediated Immunity:
Feature
Humoral Immunity
Cell-mediated Immunity
Primary Mediator
Mediated by
B-lymphocytes
and their secreted products,
antibodies
.Mediated directly by
T-lymphocytes
(Helper T-cells, Cytotoxic T-cells).
Target
Primarily targets
extracellular pathogens
(e.g., bacteria, viruses in body fluids) and their toxins.Primarily targets
intracellular pathogens
(e.g., viruses inside cells), cancerous cells, and foreign tissue grafts.
Mechanism
Antibodies bind to antigens, leading to neutralization, opsonization (enhancing phagocytosis), and activation of the complement system. Cytotoxic T-lymphocytes (CTLs) directly kill infected host cells. Helper T-cells activate other immune cells like macrophages and B-cells.
Memory
Long-term protection is provided by
memory B-cells
.Long-term protection is provided by
memory T-cells
.
Passive Transfer
Immunity can be transferred to a non-immune individual by transferring serum containing antibodies. Immunity can only be transferred by transferring viable T-lymphocytes, not by serum. (b) Difference between Antigen and Hapten:
Feature
Antigen
Hapten
Definition
A substance that can induce a specific immune response (is immunogenic) and can react with the products of that response (e.g., antibodies). A small molecule that is not immunogenic by itself but can react with pre-existing antibodies.
Immunogenicity
It is
immunogenic
, meaning it can trigger an immune response on its own.It is
not immunogenic
on its own. It becomes immunogenic only when it binds to a larger carrier protein.
Antigenicity
It is antigenic (can bind to antibodies or T-cell receptors). It is antigenic (can bind to antibodies), but only after an immune response has been generated against the hapten-carrier conjugate.
Molecular Weight
Typically large molecules, such as proteins and polysaccharides, with a high molecular weight (usually >10,000 Daltons). Small molecules with a low molecular weight (usually <1,000 Daltons).
Example
Bacterial cell wall proteins, viral glycoproteins, pollen, toxins. Penicillin, certain drugs, poison ivy’s urushiol, dinitrophenol (DNP). (c) Difference between Isotypes and Allotypes:
Feature
Isotype
Allotype
Definition
Variants of immunoglobulin constant regions that define the different classes and subclasses of heavy chains (e.g., μ, γ, α) and types of light chains (κ, λ). Genetically determined, minor variations in the amino acid sequence of the constant regions of immunoglobulins that differ between individuals within a species.
Presence
All isotypes are found in every healthy individual of a given species. All individuals of a species do not share the same allotypes; their presence is determined by the specific alleles inherited from parents.
Genetic Basis
Encoded by different constant region genes (e.g., Cμ, Cγ, Cα genes). Encoded by different alleles of the same constant region gene.
Location
These differences are located in the constant (C) regions of both heavy and light chains. Isotypes determine the function of the antibody. These minor differences are also located in the constant regions of heavy or light chains but do not significantly alter the function.
Example
The five major classes of antibodies:
IgM, IgG, IgA, IgD, and IgE
are different isotypes. Subclasses like IgG1, IgG2 are also isotypes.
Gm markers
on the IgG heavy chain and
Km markers
on the kappa light chain are examples of human allotypes.Q5. (a) Discuss the role of growth factors in Haematopoiesis. 5 (b) Elaborate the different types of vaccines. 5
Ans. (a) Role of Growth Factors in Haematopoiesis: Haematopoiesis is the process of blood cell formation, originating from Hematopoietic Stem Cells (HSCs) in the bone marrow. This complex process is tightly regulated by a group of signaling proteins known as hematopoietic growth factors . These factors, which are a type of cytokine, are essential for the survival, proliferation, and differentiation of HSCs and their progenitor cells into all the different mature blood cell lineages. The key roles and examples of these growth factors include:
- Survival and Proliferation: Growth factors bind to specific receptors on the surface of hematopoietic cells, triggering intracellular signaling pathways that prevent apoptosis (programmed cell death) and stimulate cell division. Stem Cell Factor (SCF) is crucial for the survival and proliferation of early HSCs.
- Lineage-Specific Differentiation: Different growth factors guide progenitor cells to commit to a specific lineage. They act in a hierarchical and often synergistic manner.
- Erythropoietin (EPO): Primarily produced by the kidneys, EPO is the main regulator of red blood cell (erythrocyte) production.
- Thrombopoietin (TPO): Produced by the liver, TPO stimulates the development of megakaryocytes and the subsequent production of platelets (thrombocytes).
- Colony-Stimulating Factors (CSFs): This family is critical for white blood cell production.
- Granulocyte-Macrophage CSF (GM-CSF) promotes the production of neutrophils, eosinophils, basophils, and monocytes.
- Granulocyte CSF (G-CSF) specifically stimulates the production of neutrophils.
- Macrophage CSF (M-CSF) drives the differentiation of monocytes and macrophages.
- Interleukins (ILs): Many interleukins also function as hematopoietic growth factors. For example, IL-7 is vital for the development of lymphocytes (B and T cells), while IL-5 is a key factor for eosinophil production.
In summary, hematopoietic growth factors act as a sophisticated communication network, ensuring that the body produces the right number and type of blood cells to meet physiological demands and respond to challenges like infection or injury.
(b) Different Types of Vaccines: Vaccines are biological preparations that provide active acquired immunity to a specific infectious disease. They work by introducing an agent that resembles a disease-causing microorganism, stimulating the immune system to produce antibodies and memory cells. The major types of vaccines are:
- Live-Attenuated Vaccines: These contain a weakened (attenuated) form of the living microbe. Because it is so similar to the natural infection, it creates a very strong and long-lasting immune response.
- Examples: MMR (Measles, Mumps, Rubella), Chickenpox, Oral Polio Vaccine (OPV).
- Inactivated (Killed) Vaccines: These are made from the microbe that has been killed with heat, chemicals, or radiation. They cannot cause disease, but the immune response is generally weaker than with live vaccines, often requiring multiple booster doses.
- Examples: Inactivated Polio Vaccine (IPV) , Hepatitis A, Rabies.
- Toxoid Vaccines: These are used for diseases caused by a toxin produced by the bacteria, rather than the bacteria itself. The vaccine contains an inactivated toxin, called a toxoid, which is no longer harmful but elicits an immune response against the toxin.
- Examples: Tetanus and Diphtheria vaccines.
- Subunit, Recombinant, Polysaccharide, and Conjugate Vaccines: These use only specific pieces of the pathogen—such as its protein, sugar, or capsid—to provoke an immune response.
- Subunit vaccines: Contain purified antigens. Example: Hepatitis B , acellular Pertussis.
- Conjugate vaccines: These link a polysaccharide (a type of sugar) from the microbe’s outer coat to a carrier protein. This is particularly effective for evoking a strong immune response in infants against bacteria with polysaccharide capsules. Examples: Hib (Haemophilus influenzae type b) , Pneumococcal vaccine.
- mRNA Vaccines: A modern type where a piece of genetic material, messenger RNA (mRNA), is used. The mRNA instructs the body’s cells to produce a specific antigen (e.g., a viral spike protein), which then triggers an immune response.
- Examples: Pfizer-BioNTech and Moderna COVID-19 vaccines.
- Viral Vector Vaccines: These use a modified, harmless virus (the vector) to deliver the genetic code for an antigen into the body’s cells. The cells then produce the antigen, stimulating an immune response.
- Examples: Johnson & Johnson and AstraZeneca COVID-19 vaccines.
Q6. (a) Enlist the actions and properties of cytokines. 5 (b) Define proteosome. How does it degrade antigen protein into peptides ? 2+3
Ans. (a) Properties and Actions of Cytokines: Cytokines are a broad category of small, secreted proteins that are crucial for cell-to-cell communication, particularly in the immune system. They act as chemical messengers that regulate the intensity and duration of immune responses. Properties of Cytokines:
- Pleiotropy: A single cytokine can have multiple, different effects on various cell types. For example, Interleukin-4 (IL-4) can promote B-cell proliferation, T-cell differentiation, and macrophage activation.
- Redundancy: Different cytokines can have similar or overlapping functions. This ensures that if one cytokine pathway is deficient, another can often compensate. For instance, IL-2, IL-4, and IL-5 can all induce B-cell proliferation.
- Synergy: The combined effect of two or more cytokines is greater than the sum of their individual effects. For example, IFN-γ and TNF-α work synergistically to increase the expression of MHC class I molecules.
- Antagonism: The action of one cytokine can inhibit or counteract the effects of another. For example, IL-10 (an anti-inflammatory cytokine) can inhibit the production of IFN-γ (a pro-inflammatory cytokine).
- Cascade Induction: The action of one cytokine on a target cell can induce that cell to produce other cytokines, creating a signaling cascade that amplifies the response.
Actions of Cytokines:
- Mediation and regulation of innate and adaptive immunity.
- Regulation of inflammation.
- Control of the proliferation and differentiation of immune cells (hematopoiesis).
- Induction of chemotaxis (movement of cells towards a chemical signal).
- Stimulation of effector functions, such as antibody production by B cells or cytotoxic activity of NK cells and CTLs.
- Communication between leukocytes (interleukins) and interference with viral replication (interferons).
(b)
Proteasome and its Role in Antigen Degradation:
Definition (2 marks):
A
proteasome
is a large, cylindrical, multi-protein complex found in the cytoplasm and nucleus of all eukaryotic cells. Its primary function is to degrade unneeded, damaged, or misfolded proteins by proteolysis, a chemical reaction that breaks peptide bonds. It is the central component of the
ubiquitin-proteasome system
, which is the cell’s main pathway for non-lysosomal protein degradation.
Degradation of Antigen Protein into Peptides (3 marks):
The proteasome plays a critical role in the
MHC class I antigen processing pathway
, which is essential for the immune system to detect and eliminate cells infected with intracellular pathogens (like viruses) or cancerous cells.The process is as follows:
- Tagging for Destruction (Ubiquitination): Intracellular proteins, such as a viral protein or a mutated self-protein, are targeted for degradation. They are “tagged” by the covalent attachment of multiple copies of a small protein called ubiquitin . This polyubiquitin chain acts as a signal for the proteasome.
- Recognition and Unfolding: The 19S regulatory cap of the proteasome recognizes the polyubiquitinated protein. Using ATP, it unfolds the protein and threads it into the central proteolytic core of the proteasome.
- Proteolysis: The 20S core particle of the proteasome contains the active proteolytic sites. It cleaves the unfolded protein into short peptide fragments, typically 8-11 amino acids in length.
- Transport and Loading: These peptides are then transported from the cytoplasm into the endoplasmic reticulum (ER) by a specific transporter protein called TAP (Transporter associated with Antigen Processing) .
- MHC Class I Presentation: Inside the ER, these peptides are loaded onto newly synthesized MHC class I molecules. The stable peptide-MHC I complex is then transported to the cell surface, where it is displayed for recognition by the T-cell receptors on Cytotoxic T-Lymphocytes (CTLs) .
Q7. (a) Explain the major steps of western blotting technique with suitable diagram. 5 (b) Give a brief account on probiotics and prebiotics. 5
Ans. (a) Western Blotting Technique: Western blotting, also known as immunoblotting, is a widely used analytical technique to detect and quantify a specific protein within a complex mixture of proteins extracted from cells or tissues. The method identifies proteins based on their molecular weight and their specific interaction with a corresponding antibody. The major steps are:
- Sample Preparation and Gel Electrophoresis (SDS-PAGE): First, proteins are extracted from the sample (e.g., cells, tissue). This protein mixture is then loaded onto a polyacrylamide gel . An electric current is applied (electrophoresis), causing the proteins, which have been coated with a negative charge by the detergent SDS, to migrate through the gel. They are separated primarily based on their size (molecular weight), with smaller proteins moving faster and farther.
- Blotting/Transfer: The separated proteins are transferred from the gel onto a solid support membrane, typically made of nitrocellulose or PVDF . This transfer is usually achieved by applying an electric field (electroblotting) that moves the proteins from the gel to the membrane, creating a mirror image of the protein separation pattern.
- Blocking: To prevent non-specific binding of antibodies to the membrane surface, the membrane is incubated in a “blocking” solution, which is a solution of an irrelevant protein like bovine serum albumin (BSA) or non-fat milk. This step ensures that the antibodies will only bind to the target protein.
- Antibody Incubation (Primary and Secondary):
- The membrane is first incubated with a primary antibody that is specific to the protein of interest. This antibody binds only to its target protein on the membrane.
- After washing away unbound primary antibody, the membrane is incubated with a secondary antibody . This antibody is engineered to bind to the primary antibody and is conjugated (linked) to a reporter enzyme (like Horseradish Peroxidase, HRP) or a fluorescent tag.
- Detection and Visualization: The final step is to detect the location of the secondary antibody. If an enzyme-linked antibody was used, a chemical substrate is added that the enzyme converts into a product that emits light (chemiluminescence) or has a visible color. This signal is captured on X-ray film or with a digital imager, appearing as a band that confirms the presence and indicates the molecular weight of the target protein.
(A suitable diagram would be a flowchart showing: SDS-PAGE Gel → Transfer Setup → Membrane with protein bands → Blocking Step → Primary Antibody Incubation → Secondary Antibody Incubation → Detection, showing a final band on a film.)
(b) Probiotics and Prebiotics: Probiotics and prebiotics are both related to promoting a healthy gut microbiome, which is crucial for digestion, nutrient absorption, and immune function. Although they work together, they are fundamentally different. Probiotics:
- Definition: Probiotics are live microorganisms (beneficial bacteria and yeasts) which, when administered in adequate amounts, confer a health benefit on the host. They are often called “good” or “friendly” bacteria.
- Mechanism: They work by improving or restoring the gut flora. They can compete with harmful pathogens for nutrients and attachment sites on the intestinal wall, produce antimicrobial substances, and modulate the host’s immune system by enhancing the production of certain antibodies (like IgA) and regulating inflammatory responses.
- Sources: Probiotics are found in fermented foods such as yogurt, kefir, sauerkraut, kimchi, and kombucha, as well as in dietary supplements. Common probiotic strains belong to the Lactobacillus and Bifidobacterium groups.
Prebiotics:
- Definition: Prebiotics are a type of non-digestible dietary fiber that acts as “food” for the beneficial bacteria already living in the gut. They selectively stimulate the growth and/or activity of these beneficial microbes.
- Mechanism: Prebiotics pass through the upper gastrointestinal tract undigested and are fermented by the gut microbiota in the colon. This fermentation process produces short-chain fatty acids (SCFAs) , such as butyrate, acetate, and propionate. These SCFAs serve as an energy source for colon cells, lower the pH of the colon (inhibiting pathogens), and have systemic anti-inflammatory effects.
- Sources: Prebiotics are found naturally in many plant-based foods, including garlic, onions, leeks, asparagus, bananas, oats, and chicory root. Common prebiotics include fructo-oligosaccharides (FOS), galacto-oligosaccharides (GOS), and inulin.
In essence, probiotics are the beneficial bacteria themselves, while prebiotics are the food that helps these bacteria thrive.
Q8. Write short notes on any two of the following : 2×5=10 (a) Type-IV hypersensitivity (b) Tumor antigen (c) Humoral response (d) T-cell differentiation
Ans. (a) Type-IV Hypersensitivity: Type-IV hypersensitivity, also known as Delayed-Type Hypersensitivity (DTH) , is a cell-mediated immune response, distinct from the other three types which are antibody-mediated. The term “delayed” refers to the fact that the reaction takes 24 to 72 hours to develop after exposure to the antigen. Mediators: The primary mediators of this response are antigen-specific T-lymphocytes , specifically T helper 1 ( Th1 ) cells, and macrophages . Cytotoxic T-lymphocytes (CTLs) can also be involved. Mechanism: The response occurs in two phases:
- Sensitization Phase: Upon initial exposure to the antigen (e.g., proteins from Mycobacterium tuberculosis or urushiol from poison ivy), antigen-presenting cells (APCs) process the antigen and present it to naive helper T-cells. These T-cells then proliferate and differentiate into sensitized memory Th1 cells.
- Elicitation Phase: Upon subsequent exposure to the same antigen, the sensitized memory Th1 cells are re-activated. They release a variety of cytokines, most notably interferon-gamma (IFN-γ) . These cytokines recruit large numbers of macrophages and other inflammatory cells to the site. The recruited macrophages are activated by IFN-γ, causing them to release lytic enzymes and reactive oxygen species, which leads to inflammation and tissue damage.
Examples:
The classic example is the
tuberculin (Mantoux) skin test
. Other examples include contact dermatitis from exposure to poison ivy or nickel, and the granulomatous inflammation seen in diseases like tuberculosis and sarcoidosis.(b) Tumor Antigen: Tumor antigens are molecules, typically proteins or carbohydrates, expressed by tumor cells that can be recognized by the host’s immune system, particularly by T-cells or antibodies. The ability of the immune system to recognize these antigens is the basis of cancer immunotherapy. Tumor antigens are broadly classified into two categories:
- Tumor-Specific Antigens (TSAs):
- These antigens are found exclusively on tumor cells and not on any normal cells.
- They often arise from mutations in genes (e.g., mutated p53, RAS) that are unique to the cancer cell. They can also be proteins encoded by oncogenic viruses, such as the E6 and E7 proteins from Human Papillomavirus (HPV) in cervical cancer.
- Because they are truly “foreign” to the immune system, TSAs are considered ideal targets for highly specific cancer immunotherapies.
- Tumor-Associated Antigens (TAAs):
- These antigens are present on both tumor cells and some normal cells, but they are expressed abnormally or at much higher levels (overexpressed) on tumor cells.
- Categories include: differentiation antigens (e.g., PSA in prostate cancer), overexpressed antigens (e.g., HER2 in breast cancer), and cancer-testis antigens (e.g., MAGE family), which are normally expressed only in immune-privileged sites like the testes.
The identification of tumor antigens has been crucial for developing diagnostic biomarkers, prognostic tools, and therapeutic strategies like cancer vaccines and CAR-T cell therapy, which engineer a patient’s T-cells to recognize and attack cells bearing a specific tumor antigen.
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