Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1990), страница 5

Цикл состоит из начальной лаг-фазы, за которой следует фаза логарифмического роста, продолжающаяся до тех пор, пока количество клеюк в культуре не достигает стационарного значения («лат-лог стационарный цикл»), В течение цикла активность ферментов н внутри- клеточная конпенз рация мез аболитов меняются.

Поэтому сравнивать биохимические характеристики можно только с учетом изменений зтнх парамезров на протяжении всех стадий цикла. Итак, использование фнбробластов человека в энзимологическнх экспериментах требует огромной и кропотливой технической работы г1208). Затраченный груд, однако, как нравнло вознаграждается. Именно в культуре фибробластов у больного галактоземней удалось показать нарушение функций галактозо-1-фосфаз — урндилтрансферазы Г1177). Благодаря этому методу были обнаружены многие нарушения функций ферментов. Он лежнз и в основе пренатальной диагностики, которая в настоящее время с успехом используется для изучения генетически обусловленных повреждений ферментов.

Однако не все повреждения ферментов проявляются в фнбробластах. В таких случаях можно использовать для анализа линии других кяеток, например линии лнмфоцнтов нлн зритролатов. Заметим, что, как правило, повреждения ферментов, не поддающиеся исследованию в фкбробластах, нельзя изучать н в культуре клеток из амннотнчесхой жидкости.

4.2.2.2. Типичные нарушения функций ферментов: ферменты эритрацитал К настоящему времени подробно изучена группа наследственных заболеваний, связанных с недостаточностью ферментативных систем эритроцитов [933, !345]. Эритроциты человека †безъядерн клетки, неспособные синтезировать мРНК. Синтез белка происходит в клетках-предшественниках, еще содержащих ядро. В результате в зрелых эритроцитах имеется набор ферментативных систем, которые могут активно функционировать лишь некоторое время. «Отмирание» клеток сопровождается постепенной потерей активности ферментов и происходит после циркуляции в кровотоке в течение 120 суток.

Описан ряд синдромов, обусловленных наследственными повреждениями ферментаз ивных систем эритроцитов. Один из них-несфероцитарная гемолитическая анемия. Генетически обусловленные повреждения ферментов гликолиза. Один из наиболее важных путей катаболизма в зрелых эритроцитах, необходимый для образования богатых энергией фосфатов (АТР)— анаэробный гликолиз, или путь Эмбдена— — Мейергофа (рис. 4.3). Эта цепь аназробных реакций приводит к образованию на один моль глюкозы двух молей молочной кислоты и четырех молей АТР, из которых один затрачивается в ходе гликолиза на фосфорилирование глюкозо-6-фосфата и превращение его в фруктозо-1,6-дифосфат и еще один † превращение глюкозы в глюкозо-6-фосфат.

Итого, в полной цепи реакций на моль глюкозы образуется 2 моля АТР, необходимого для разнообразных клеточных функций эритроцитов, таких как поддержание формы (эритроциты представляют собой двояковогнутый диск), работы катионного насоса, а также синтеза разных метаболитов, например глутатиона (ОЯН) или АМР. Гликолиз катализируется 13 ферментами. Приблизительно 5-10;гь глюкозо-6-фосфата окисляется на пути так называемого гексозомонофосфатного щунта: в результате последовательности реакций пентозофосфат превращается в фруктозофосфат или глицеральдегид-З-фосфат, которые 1б 4. Действие генов Глииогеи АОР Глюиюо-1 Ф 2 („„„„,) з з * 3 кетоФФ.гюокоиет ж=ж 3.Ф гюоколзктои 433 Глюкоза бдт м-ц~-Глюкозе Сох~ 12 риб.глаза.б Ф рибозо б Ф ть эе Сютогзптулозо.т Ф в ++ Фруитозоб.Ф АТР фз Кеилулозо б Ф Глицимпьвзгпд 3 Ф Фруктово.1,В.Ф АОР 4~ ~4 Глицерзлздегид.З.Ф 4$3 ДтюиютэнВтои Ф 1,3 Ф глицерзт АОР ) АТР 3 Ф глицерет — 3.2.З.Ф.глицерзт ,Щ 2,3 Фаефоглицзрп 2 Ф гпнцерет ф 1П Ф.еиолпирувзт ,) МАО+/ ппктет Рис.

4.3. Гликолиз в эрнтроцитах. В процессе участвует 11 ферментов. Общая скорость реакции лимитируется гексокиназой, которая катализирует превращение глюкозы в глюкоза-6-фосфат. Из него в результате цепи превращений образуется 1,3-дифосфоглицерат. Дифосфоглицерат может либо непосредственно расщепляться с образованием 3-фосфоглицерата и АТР (реакция осуществляется фосфоглнперокнназой), либо через 2,3-дифосфоглицерат превращаться в неорганический фосфат и З-фосфоглицерат, который затем вновь поступает в систему реакций гликалнэа 1цикл Рапопорта- Любериига). В цикле Рапопорта-Люберинга АТР не образуется.

Следовательно, расщепление глюкозы может приводить к разному ныходу АТР. Однако поддержание постоянной концентрации 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах необходимо для нормальной диссоциацни оксигемоглобина. Другое условие нормального функционирования гемоглобина- достаточная концентрация свободного АРАОН, образующегося в реакции, катализируемой глиперальдегид-фосфатдегидрогеназой. АРАОН необходим как для превращения пирувата в лактат, так и для восстановления метгемоглобина.

Около 5 — 10% глюкоза-6-фосфата расщепляется в реакциях гексоэомонофосфатного шунта. В результате ряда последовательных превращений из пентозофосфата образуется фруктозофосфат нли глицеральдегид-З-фосфат, который снова используется в цепи реакций гликолиэа. Гексозомоиофосфатный цикл в эритроцитах-источник 1чАОН, необходимого для восстановления окисленного глутатиона.

Эта реакция осуществляется глутатионредуктазой. Гликолиз контролируется сложной емиогоступенчатойп системой, в которой ключевую роль играют гексокииаза, фосфофруктокиназа н концентрация неорганического фосфата и ионов магния. На рисунке показаны также изученные у человека этапы блокирования метаболизма. Нумерация этапов блокирования соответствует нумерации в таблипе 4,3, блоки этапов 6 1глицеральлсгид-3-фосфатдегндрогеназа) и !0 1снолаза) не внесены в таблицу 4.3, поскольку нет прямых локаэательств связи между блокированием метаболизма и недостаточностью этих ферментов.

(На этом и других рисунках буквой Ф обозначены фосфатные группы химических соединений.) 4 Действие генов 17 снова утилизируются в цепи реакций гликолиза. Гексозомонофосфатный шунт— важный источник ХАПРН, необходимого для восстановления окисленного глутатиона. Эта реакция катализируется глутатионредуктазой. Несфероцитарные гемолитические анемии. В 1953 г. Даше с соавторами описали группу заболеваний, родственных гемолитнческой анемии, которые назвали несфероцитарными в отличие от наследственного сфероцитоза [10493. Больные страдали повышенным гемолизом, сопровождавшимся желтухой разной степени тяжести, небольшим увеличением селезенки и образовавием камней в желчном пузыре.

Эти признаки отличали описанное ими заболевание от наследственного сфероцитоза (18290). Устойчивость эритроцитов к осмотическому давлению у больных несфероцитарной анемией оказалась нормальной, не было обнаружено и структурных изменений гемоглобина. С помощью тонких методов гематологического анализа установлено, что заболевание гетерогенно по своей природе, хотя наблюдается заметное перекрывание параметров для различных форм болезни. Для детального изучения этой группы нарушений необходимо дальнейшее развитие методов энзимологии. Новреэкдения ферментов гликолиэа. В период между !961 — 1975 гг.

были описаны генетически обусловленные нарушения 11 из 13 ферментов гликолнза. По меньшей мере для 8 из описанных дефектов удалось показать связь с несфероцитарной гемолитической анемией. В ряде случаев наблюдали сопутствующие нарушения центральной нервной системы и мышц. В общем случае уменьшение активности фермента ниже критического значения приводит к накоплению метаболита, предшествующего данному блоку, и к падению концентрации метаболита, образующегося в данной реакции, Недостаточность некоторых из этих ферментов сопровождается побочными эффектами, например снижением уровня АТР.

Однако системе присуща способность к регуляции, которая увеличивает ее стабильность, поэтому на основании данных только клинического и гематологического анализа нельзя судить о природе и степени повреждения фермента. Кроме того, обычно подобный анализ проводят на популяции в основном молодых эритроцитов, в которых активность ферментов, как правило, выше, чем в старых клетках, и поэтому недостаточность по отдельным ферментам может остаться незамеченной. Некоторые ферментативные нарушения описаны в таблице 4.3, Нумерация использована та же, что и на рисунке 4.3.

Приведенные примеры позволяют сформулировать ряд замечаний более общего характера, касающихся дефектов ферментативных систем человека. Доступность материала для исследования ферментов гликолиэа. В настоящее время наследственные повреждения известны почти для всех ферментов гликолиза, Этим гликолиз выделяется среди прочих путей метаболизма, для которых далеко не всегда известно, существуют ли наследуемые дефекты, затрагивающие хотя бы некоторые из ферментов. Проще всего можно объяснить этот факт тем, что необходимую для исследований кровь больных сравнительно легко получить: анализ венозной крови больных, находящихся в сгационаре, вполне доступен в отличие, например, от соскоба кожи, не говоря уже о биопсии мозга.