Биология в 3 томах. Tом 3 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003687-3
Скачать (прямая ссылка):
Выяснилось, что болезнь (ее назвали серпо-видноклеточной анемией) чаще встречается среди афроамериканцев, имеет генетическую природу, а ген, вызывающий ее, наследуется, по-видимому, рецессивно. Человек заболевает только в том случае, если несет 2 копии мутантного гена, одна из которых унаследована им от матери, другая — от отца; иными словами заболевший всегда является гомозиготным по этому гену. Если в геноме присутствует только одна копия гена сер-повидноклеточности, то ее обладателя называют гетерозиготным носителем. Подсчитано, что ежегодно во всем мире от серповидноклеточной анемии умирает около 100 ООО человек. Болезнь особенно распространена в Африке, Пакистане и Индии.
Симптомы
Основные признаки заболевания — анемия, а также изменение формы эритроцитов (серпо-видность) при низких концентрациях кислорода. Серповидные эритроциты, скапливаясь в капиллярах и мелких сосудах, препятствуют нормальному току крови и, следовательно, не способны в должной мере обеспечить клетки кислородом. В результате может наблюдаться целый спектр вторичных симптомов (рис. 25.21). Особенно поражаются почки и суставы. Закупорка кровеносных сосудов вызывает сильные боли в руках, ногах, спине и желудке. Суставы теряют подвижность, становятся болезненными, руки и ноги отекают. Больные чрезвычайно подвержены инфекциям и часто погибают именно от них.
Дети с серповидноклеточной анемией обычно чувствуют себя хорошо и ведут относительно нормальный образ жизни, хотя время от времени могут испытывать сильные боли и слабость, связанную с анемией.
Причина
В 1949 г. группа исследователей, возглавляемая Лайнусом Полингом, обнаружила, что гемогло-
ММА им. И.М. Сеченова
_Прикладная генетика 245
бин больных серповидноклеточной анемией (HbS) отличается от гемоглобина нормальных здоровых людей (HbA). С помощью электрофореза — метода, который позволяет разделять белки по их суммарному заряду — было установлено, что при pH 6,9 суммарный заряд HbS является положительным, тогда как для HbA он отрицателен. Таким образом, впервые было показано, что болезнь вызывается дефектной молекулой гемоглобина. В 1956 г. Ингрэм показал, что различие между нормальным и аномальным гемоглобином определяется одной аминокислотой, а затем были установлены полные аминокислотные последовательности HbA и HbS. Гемоглобин состоит из четырех полипептидных цепей (рис. 3.36): двух а-цепей и двух ?-цепей длиной соответственно 141 и 146 аминокислотных остатков. Нарушение происходит в шестой аминокислоте ?-цепи. В нормальном гемоглобине на этом месте должна быть глутаминовая кислота. Однако в HbS она заменена на валин. С помощью кода для обозначения аминокислот (табл. 23.4) это можно изобразить следующим образом:
HbA Вал—Гис—Лей—Тре—Про—Глу—Глу—Лиз—
HbS Вал—Гис—Лей—Тре—Про—Вал—Глу—Лиз-Аминокислоты: 1 2 3 4 5 6 7 8
Глутаминовая кислота несет отрицательный заряд и является полярной, тогда как валин является неполярным и гидрофобным. Наличие валина делает ненасыщенный кислородом гемоглобин менее растворимым. Поэтому, когда HbS теряет свой кислород, молекула выводится из раствора и кристаллизуется в виде жестких стержнеобразных волокон. При этом изменяется форма эритроцитов, которая в норме представляет собой плоский круглый диск. Причиной, вызывающей замену аминокислоты, является мутация в ДНК, кодирующей эту аминокислоту. Обратившись к табл. 23.4, вы можете понять, каким образом возникает это изменение. В мРНК возможными кодонами для этих двух аминокислот являются следующие:
Глу: ГАА ГАГ
Вал: ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ
Следовательно, комплементарные триплет-ные кодоны в ДНК таковы:
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 3
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 3
АНЕМИЯ
(поскольку серповидные клетки дефектны) недостаток кислорода
СЕРПОВИДНОСТЬ ЭРИТРОЦИТОВ
НАРУШЕНИЕ ЦИРКУЛЯЦИИ КРОВИ (поскольку клетки скапливаются в капиллярах и небольших артериях)
УВЕЛИЧЕНИЕ СЕЛЕЗЕНКИ (поскольку серповидные клетки скапливаются в селезенке, где они разрушаются)
Инфекции Слабость, утомляемость
Слабое Расширение физическое сердца развитие
Частые заболевания
Повреждение Повреждение Повреждение Повреждение Повреждение Повреждение сердца легких мышц и кишечника почек печени
суставов
Пневмония Ревматизм Боли Почечная
и боли в животе недостаточность
Сердечная недостаточность
Рис. 25.21. Некоторые из возможных эффектов серповидноклетонной анемии.
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 3
Прикладная генетика 247
Глу: ЦТТ ЦТЦ
Вал: UAA ЦАГ ЦАТ ЦАЦ
Для того чтобы запись изменилась с Глу на Вал, нужно во второй позиции триплета заменить T (тимин) на А (аденин). Такая мутация называется заменой основания. В настоящее время мы знаем, что в гене ?-глобина кодон ЦТЦ заменен на ЦАЦ, и что этот ген находится на хромосоме ! 1.