клавиатурный кейлоггер




Меню:

Главная страница

Гены

Нуклеиновые кислоты

Рак

Старость

Хромосомы



Аномальные гемоглобины связаны с генетическими мутациями

После того как в 1949 году Лайнус Полинг со своими коллегами из Высшего технического училища (Бидл также в нем работал) показал, что наличие гена серповидных клеток отрицательно влияет на гемоглобин красных клеток крови, этим геном заинтересовались биохимики. Полинг установил, что у лиц с парным геном серповидных клеток гемоглобин отличается от гемоглобина здоровых людей. Ученый доказал это с помощью метода, название которому электрофорез. Сущность этого метода заключается в том, что белковая молекула несет на себе определенный заряд, поэтому при помещении ее в электрическое поле она будет двигаться в нем со скоростью, пропорциональной ее заряду. Различные белковые молекулы имеют различные заряды. Следовательно, при помещении в электрическое поле смеси белковых молекул, имеющих разные заряды, они будут двигаться с различными скоростями, а следовательно, произойдет их разделение. (Этот метод разработал шведский химик Арне Вильгельм Карин Тизелиус, который в 1948 году за ценный вклад в науку был удостоен звания лауреата Нобелевской премии.)
Проведя электрофоретический анализ, Полинг обнаружил, что гемоглобин людей, страдающих серповидноклеточной анемией, отличается от нормального. Этот гемоглобин был обозначен буквой «S». Гемоглобин здоровых взрослых людей обозначили буквой «А», а гемоглобин утробного плода, или эмбриональный гемоглобин — буквой «F».
После открытия Полинга биохимики, помимо гемоглобина серповидных клеток, нашли и другие аномальные гемоглобины, которые они обозначили буквами от «С» до «М». Вероятно, ген, ответственный за производство гемоглобина, мутировал по нескольким направлениям, при этом образовались несколько аллелей, каждая из которых явилась причиной появления новой разновидности гемоглобина. Аномальные гемоглобины хуже выполняют функции этого белка в обычных условиях, но, вероятно, они оказались весьма полезными в необычных условиях, в особых обстоятельствах. Как гемоглобин S у людей с непарой аллелью повысил устойчивость человека к малярии, так, например, и гемоглобин С в сочетании с непарной его аллелью повышает возможности организма существовать в условиях дефицита железа.
Поскольку разные типы гемоглобина несут на себе различные заряды, их полипептидные цепи должны как-то отличаться по составу аминокислот, которые и определяют наличие заряда на белке. Различия могут быть весьма незначительными, поскольку аномальные гемоглобины выполняют все функции, свойственные их нормальному предшественнику. Вероятность установить место повреждения огромной молекулы гемоглобина, состоящей из 600 аминокислот, очень мала. Тем не менее американский биохимик, немец по происхождению, Верной Мартин Ингрэм с коллегами разрешил проблему химической структуры аномальных гемоглобинов.
Вначале они с помощью ферментов, переваривающих белки, расщепили гемоглобины A, S и С на пептиды различной величины. Затем фрагменты каждого гемоглобина разделили с помощью электрофореза на бумаге (в такой модификации электрофореза пептиды под действием электрического поля движутся по влажной фильтровальной бумаге, этот вариант имеет много общего с хроматографией на бумаге). Когда, действуя таким образом, исследователи проанализировали фрагменты всех трех гемоглобинов, они обнаружили, что гемоглобины A, S и С различаются только одним пептидом, скорость движения которого в каждом случае была своя.
Они продолжили изучение этого пептида, расщепляя его на аминокислоты. Как оказалось, пептиды всех трех гемоглобинов состояли из 9 одинаковых, кроме одной, аминокислот, расположенных в одном и том же порядке:
Гемоглобин А: Гис-Вал-Лей-Лей-Тре-Про-Глу-Глу-Лиз
Гемоглобин S: Гис-Вал-Лей-Лей-Тре-Про-Вал-Глу-Лиз
Гемоглобин С: Гис-Вал-Лей-Лей-Тре-Про-Лиз-Глу-Лиз
То есть три гемоглобина различались только по одной аминокислоте, находящейся в седьмом положении одного и того же пептида: в гемоглобине А это была глутаминовая кислота, в гемоглобине S — валин, в гемоглобине С — лизин. Поскольку остаток глутаминовой кислоты несет на себе отрицательный заряд, остаток лизина — положительный, а остаток валина вообще не имеет заряда, нет ничего удивительного в том, что поведение при электрофорезе у трех пептидов было различным: они обладают различными зарядами.
Но каким же образом столь незначительные изменения в химической структуре белка так радикально изменили его свойства? В нормальной красной клетке крови гемоглобина А много: он занимает приблизительно третью часть ее объема. Поэтому молекулы гемоглобина А очень плотно упакованы в клетке и у них нет пространства для свободного движения. Расположение молекул гемоглобина А столь тесное, что они находятся на грани преципитации (образования молекулярных агрегатов, слипания молекул) и выпадения в осадок. Одним из факторов, препятствующих преципитации, является заряд на поверхности молекулы. Если все молекулы имеют один и тот же заряд, они будут отталкиваться одна от другой и поэтому не смогут слипнуться. И чем больше будет величина заряда, тем сильнее молекулы будут отталкиваться друг от друга, тем менее вероятно будет образование осадка. Отталкивание у молекул гемоглобина S будет не столь выраженным, как у молекул гемоглобина А, поэтому и гемоглобин S менее растворим и более склонен образовывать преципитаты. Если парой аллели серповидных клеток является нормальный ген, то благодаря ему количество гемоглобина А в клетке будет достаточным для того, чтобы гемоглобин S находился в растворенном состоянии, хотя тот и находится на волоске от преципитации. Но если оба гена являются серповидноклеточными мутантами, то тогда будет образовываться только гемоглобин S, который не сможет оставаться в растворенном состоянии. Он образует кристаллический осадок, который искажает форму красных клеток крови, делая их серповидными, и лишает их возможности выполнять свою основную функцию транспорта кислорода.
Эта гипотеза позволяет объяснить, почему замена только одной аминокислоты в молекуле гемоглобина может стать причиной серьезного заболевания и, как правило, ранней гибели.

XYY набор хромосом

Аномальные гемоглобины связаны с генетическими мутациями

Галактоземия - следствие мутации генов

Гемофилия - наследственная генетическая болезнь

Генетики переключаются с гороха на мушку-дрозофилу

Генетические законы Менделя

Гены влияют на синтез ферментов

Группы крови

Дальтонизм

Евгеника - улучшение человека

Есть ли польза от мутаций генов

Исследование генетического аппарата хлебной плесени

Исследование мутаций и выведение новых сортов

Кроссинговер хромосом

Мутационное давление в отношении человечества

Наследственные генетические закономерности в передаче группы крови от родителей к детям

Новое открытие генетических законов

Проблема генетического улучшения человека

Серповидноклеточная анемия обусловлена мутацией генов

Фенилкетонурия - наследственное заболевание

Ферментативная недостаточность организма развивается в следствие плохой наследственности

Хромосомные карты и локус гена















Популярная медицинская энциклопедия ©2009 med-000.ru