|
загрузка...
Варианты гемоглобина (НЬ)
Варианты гемоглобина (НЬ)
Гемоглобин (НЬ) займет почетное место среди тех белков, о которых пойдет здесь речь, так как его строение и функция изучены очень подробно и описано множество его вариантов. Первым из этих вариантов был открыт гемоглобин серповидных эритроцитов (Hb-S), который представляет особый интерес для популяционпой генетики как пример мутантного признака, высокая частота которого в отдельных географических районах поддерживается давлением отбора.Начать изложение следует с упоминания о том, что в 1910 г. в Вест-Индии была впервые описана тяжелая форма врожденной анемии. Ее назвали серповидноклеточной анемией (СКА), так как в мазках крови находили эритроциты необычной удлиненной формы. Исследование семей американских негров и африканцев показало, что СКА наследуется по простому менделевскому типу: больные гомозиготны по аллелю Hbs. Большинство гомозигот умирало в раннем возрасте, до тех пор пока не стала доступной квалифицированная медицинская помощь. Варианты гемоглобина (НЬ)Дети с СКА рождаются у двух гетерозиготных родителей, каждый из которых является носителем нормального гена и гена серповидноклеточности (генотип HbkHbs). Эритроциты гетерозиготных носителей имеют нормальную форму. В условиях достаточной оксигенации эритроциты гетерозиготных носителей имеют нормальную форму; в отсутствие кислорода они становятся серповидными и возвращаются к норме при новом поступлении кислорода. В обычных условиях признак серповидноклеточности (СК) не приносит гетерозиготному носителю почти никакого вреда — он выявляется лишь при недостатке кислорода, например на больших высотах. Варианты гемоглобина (НЬ)Кроме того, в подобных случаях несколько снижена концентрационная способность почек.
Большой успех в изучении данной проблемы был достигнут в 1949 г., когда Полинг (Pauling), Итано (Itano), Сэнджер (Singer) и Уэллс (Wells) показали, что в случаях серповидноклеточности в эритроцитах содержатся гемоглобины двух типов, разделимые при помощи электрофореза. Мы уже говорили о поверхностном заряде белков; величина и знак этого заряда зависит от кислотности среды (рН). Если щелочной раствор нормального гемоглобина (рН 8,6) поместить в электрическое поле, то белок мигрирует к положительному полюсу (аноду). Если материал для этой процедуры взят у носителя признака серповидноклеточности, то от нормального гемоглобина Hb-А постепенно отделится движущийся медленнее аномальный белок Hb-S. В материале, взятом от больных СКА, обнаруживается только Hb-S и различные количества гемоглобина, характерного для плода (фетального) Hb-F, но нет Hb-А. Варианты гемоглобина (НЬ) У здорового новорожденного большая часть гемоглобина представлена Hb-F, который, однако, постепенно на протяжении первых 6 мес замещается гемоглобином взрослого типа Hb-А. При СКА и некоторых других тяжелых врожденных анемиях этот переход оказывается неполным. Интересно, что известен и другой мутантный ген, вызывающий сохранение Hb-F взрослого. Гетерозиготы по этому гену встречаются в Западной Африке с частотой около 1 %; установлено, что у взрослых гомозигот имеется только Hb-F, однако здоровье их при этом не страдает.
Признак серповидноклеточности возникает вследствие мутации, в результате которой синтезируется аномальный вариант НЬ; в дезоксигенированном состоянии этот НЬ менее растворим, чем нормальный; поэтому он выпадает в осадок, что влечет за собой изменение формы эритроцита. Ингрэм провел подробное исследование Hb-S; при помощи фермента трипсина молекула Hb-S быларасщеплена на фрагменты (пептиды), смесь которых затем разделили, комбинируя методы электрофореза и хроматографии. Хроматография вообще получила широкое применение в биологии для разделения небольших количеств исследуемых веществ. В одном варианте этого метода полоска фильтровальной бумаги с нанесенной на нее каплей исследуемого материала погружается в подходящую смесь органических растворителей. По мере того как растворитель поднимается по бумаге, гидрофильные компоненты остаются в тонком слое воды на целлюлозе и таким образом отделяются от более гидрофобных компонентов. Ингрэму удалось таким способом разделить смесь пептидов Hb-S и после окраски, выявившей их положение, сравнить картину пятен (пептидную карту) с такой же картой для НЬ-А(рис. 16.1). Различие состояло в положении одного пептида; дальнейший анализ показал, что в этом пептиде остаток глутаминовой кислоты (Глу) заменен остатком валина (Вал).
Это единственное различие между Hb-А и Hb-S; его можно объяснить заменой одного основания в соответствующем триплете гена (ЦТТ или ЦТЦ на ЦАТ или ЦАЦ). Заменой амино-кислотного остатка и объясняется изменение поведения при элек-трофорезе: Глу заряжен отрицательно, а Вал нейтрален; правда, до сих пор неясно, каким образом такое небольшое изменение приводит к тому, что Hb-S оказывается нерастворимым в дезоксигенированном состоянии.Гемоглобин — это не очень крупный белок; его молекулярный вес 64 000; молекула гемоглобина состоит из 4 субъединиц двух типов — а- и р-цепей, которые различаются по 57 аминокислотным остаткам, но уложены весьма одинаковым способом. Состав НЬ-А можно записать так: а2р2; в Hb-А выявлена цепь третьего типа — Т(а27г); цепь четвертого типа — б — обнаружена в минорном компоненте Hb-А — в НЬ-А2(а2б2), почти постоянно присутствующем в эритроцитах взрослых. Эти типы цепей возникли вследствие дупликации гена, за которой последовала мутационная дивергенция; таким образом, эти цепи кодируются различными генами, хотя локусы р, б и у тесно сцеплены. Принято нумеровать аминокислотные остатки в цепях, начиная с N-конца. Спиральные участки обозначают А — Н, также начиная с N-конца. Тогдаможно сказать, что Hb-S отличается от Hb-А заменой Глу->- Вал в положении 6 р-цепи. Складывание цепей происходит так, что образуется карман, в котором плоская группа гема фиксирована многочисленными связями (рис. 16.2). Атом железа в центре группы гема служит местом связывания кислорода. Перутц (Perutz) про¬вел большую работу, чтобы установить, какие изменения происходят с молекулой- гемоглобина при связывании кислорода и его высвобождении.. Этот процесс весьма сложен; связывание 02 слегка сдвигает • группу гема и вызывает взаимное перемещение субъединиц, что повышает сродство других групп гема к кислороду. Эти перемещения сказываются также на заряде определенных участков молекулы и на ее способности связывать двуокись углерода (С02). Недавно было установлено, что молекула 2,3-дифосфоглицерата (2,'3-ДФГ) способна связываться с молекулой гемоглобина вблизи от входа в центральную полость между субъединица¬ми и таким путем способствовать стабилизации дезокси-формы. Изменение содержания 2,3-ДФГ в эритроците служит важным механизмом адаптации к недостатку 02.
Многое о том, как «работает» гемоглобин, стало известно благодаря изучению строения и свойств различных мутантов. Велик вклад сравнительных исследований и в установление того факта, что участки молекулы, связанные с выполнением важнейших функций (например, фиксация группы гема или движение в местах контакта субъединиц), редко изменяются в ходе эволюции. |
загрузка...
Категория: Мои статьи | Добавил: lex111 (10.08.2010)
|
| Просмотров: 553
| Рейтинг: 0.0/0 |
| |
