Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Получаемые в результате пептидные карты дают очень наглядный результат. После окрашивания нингидрином пятна пептидов становятся ясно видны. Сравнение карт гемоглобина А и гемоглобина Б показало, что все их пептидные пятна идентичны, эа исключением одного. Это пятно элюировали с каждой из пептидной карт и определили, что в обоих случаях оно соответствует пептцду из 8 аминокислот. При последующем аминокислотном анализе обнаружилось, что пептнд гемоглобина $ отличается от пептида гемоглобина А лишь по одной аминокислоте.
5.5. В б-пенн произошла замена одной-единственной аминокислоты и- и б-Цепи разделили методом ионообменной хроматографии. Далее получили их пептидные карты. Оказалось, что гемоглобин 8 отличается от гемоглобина А по (3-цепи, в частности по )»(-концевому триптическому Ф Ю на» ~ Ф Ф~р, ® Ф в*а~»ц Старт Гемоглобин А Старт Гемоглобин 8 Сравнение окрашенных нингидрином пептидных карт гемоглобина А и гемоглобина Я. Красным кружком обведен пептид, по которому различаются эти гемоглобины. (Печатается с любезного разрешения д-ра С. Ваййош.) 5. Молекулярные болезни: серповндноклеточная анемия 93 пептиду )1-цепи.
Определив аминокислоз.- ную последовательность этого пептида, Ингрем показал, что в ()-цени гемог,юбина 5 в б-м нолоясенин вместо глутамата стоит валин: гьмыллбин л У«1-1!1ь-1 еогтЬг-Рго-О)о-('Ьз-!.узГлмагллбин в Уа1-Н!л-!.си-ТЬг-рго-х а1-Яо-(.ул- )1! 2 3 4 5 6 7 8 5.6. На поверхности гемоглобина серно- видных клеток имеютси «липкие» участки Валин имеет неполярную боковую цепь, тогда как глутамат — высокополярную. Замена глутамата валином в 6-м положении ()- цепи приводит к тому, что на поверхности гемоглобина Б оказывается неполярный остаток (рис. 5.8).
В результате растворимость деэокснгенированного гемоглобина 5 значительно соиэкавтся, тпгда как растворимпсть оксигенированногп гемоглобина 5 яра«та«вски не мэменявтся, Этот факт лежит в основе всей клинической картины серповидноклеточной анемии, а также особенностей, характерных для признака серповидноклеточности. Молекулярный механизм появления серповидных эритроцитов можно представить себе следующим образом. !. Замена глутаминовой кислоты на валин приводит к появлению «липкого» участка (вбегу рагсЬ) на наружной стороне кв:кдой ))-цепи гемоглобина Я (рис. 5,9).
Такой «липкий» участок имеется как в окси-, так и в дезоксигемоглобнне Б, но не в гемоглобине А. 2. В дезоксигемоглобине Б имеется участок, комплементарный «липкому» участку (рис. 5.9). Локализация комплементарного участка пока не установлена. Комплементарный участок одной молекулы дезоксигемоглобина 5 взаимодействует с «липким» участком другой молекулы дезоксигемоглобина 8, что приводит к образованию агрегатов большой длины, деформирующих эритроцит.
3. В оксигемоглобине 5 комплементарный участок замаскирован. «Липкий» участок в нем имеется. Однако недоступность комплементарного участка препятствует соединению молекул гемоглобина Я друг с другом. 4. Таким образом, эритроциты сероовид«пй формы появляются в условиях, когда дв- Часть ! Конформации и динамика 94 зоксигенированная форма гемоглобина 5 достигает высокой концентрации (рис. 5.!0). Исходя из этих фактов, можно объяснить ряд клинических симптомов серповидноклеточной анемии.
Так, при появлении серповидных эритроцитов в мельчайших сосудах возникает порочный круг. Серповидные клетки блокируют кровеносный сосуд, что Ф создаст локальную недостаточность кислорода. В результате в этом участке больше гемоглобина переходит в дезоксиформу и еще больше образуется деформированных, серповидных эритроцитов. У носителей признака серповидноклеточности симптомов болезни обычно не наблюдается, потому что содержание гемоглобина 8 в этом случае не превышает половины общего количества гемоглобина. При нормальной концентрации кислорода такое содержание гемоглобина Я не настолько велико, чтобы вызвать деформацию эритроцита.
Однако прн значительном снижении царциального давлении кислорода (на большой высоте, например) серповидные эритроциты могут появиться и у носителей признака серповидноклеточности. Модель дезоксигемоглобина А при низком разрешении, а-Цепи показаны желтым, ()- цепи- голубым, Участок, в котором произошла замена аминокислоты в гемоглобине Я, отмечен красным.
Обратите внимание, что этот участок находится на поверхности молекулы, [г)псЬ 3.Т., Регпгх М.Г., Вег11ея 1. Г., (3бЫег )н Ргос. )ь)аг. Асад. Вс), 70, 721 (1973).1 Деза«си 8 О«си А Деза«си А О«ои 8 Рис. 5.9. 1<<т = )<(с7С,)", Ряс. 5.10. Красными треугольниками показаны «липкне» учас<ки, имеющиеся как в окон-, так и дезоксигемоглобине Б, но отсутствующие в гемоглобнне А. Комплементарный участок изображен в виде зазубрины, соответствующей треугольнику.
Этот комцлементарный участок имеется в дезоксигемоглобнне Б и не исключено, что и в дезокснгемоглобине А. 5.7. Дезокснгемоглобин 5 образует длинные сиирвлнзованные волокна Как указывалось выше, дезоксигемоглобин 5 образует волокнистый осадок, который деформирует эритроциты, придавая нм серповидную форму (рис. 5.2). При электронно-микроскопическом исследовании выявляются волокна двух типов: диаметром 170 А (рис. 5.3) н чаще диаметром 215 А (рис. 5.11). По-видимому, в основном образуются волокна, представляющие собой спираль из 14 нитей, в которой 10 молекул гемоглобина 5 расположены снаружи и 4 молекулы — внутри (рнс. 5.12).
Существенная особенность этой построенной из нитей спирали состоит в том, что каждая молекула гемоглобина Б контактирует по крайней мере с восемью другими. Ясно, что спираль стабилизирована многочисленными связямн. Связь с участием валина-б в )3-цепи сдвн- Взаимодействие <шипкого» участка в дезоксигемоглобнне 5 с комплементарным участком другой молекулы дезоксигемоглобина 8 приводит к образованию длинных агрегатов. Здесь показана одна из сформированных таким образом нитей спирализованного волокна. гает термодинамическое равновесие дезок- сиформы гемоглобина в сторону образова- ния волокон, однако это не единственный фактор стабилизации спирали.
5.8. Скорость образования волокон в высокой степени зависит от кониентрвцин дезоксигемоглебииа Б Кинетика образования волокон дезоксигемоглобина 5 имеет большое значение, поскольку именно от нее зависит, успеет лн эритроцит приобрести серповидную форму за то время, когда он проходит через капилляры, т. е, примерно за 1 с. Наиболее важным фактором при этом является концентрация дезоксигемоглобина 5; это было показано в опытах <и «)гго, в которых был использован тот факт, что растворимость дезоксигемоглобииа Я при низких температурах значительно выше, чем при высоких. Полимеризацию дезоксигемоглобнна 5 вызывалн, быстро повышая температуру раствора от 4 до 37'С.
Об образовании волокон судили по изменению физических свойств раствора, а именно светорассеяния. При достаточно низкой концентрации гемоглобина Б образование волокон происходит с задержкой на много минут (рис. 5.13). Время задержки т зависит от концентрации с (точнее от термодинамической активности) дезоксигемоглобина 5 в соответствии с урав- нением где ф— растворимость гемоглобина Я при равновесии, й — константа, зависящая от условий среды, п-показатель степени. Полученное экспериментальным путем значение и оказалось поразительно большим числом — около 10.
Другими словами, скорость образования волокон прапориианалы<а 10-0 5. Молекулярные болезни: серповндиоклеточная анемия Рис. 5Л1. Электронная микрофотография негативно окрашенного волокна дезоксигемоглобнна 8. '(Е>у)гсв О., Сгереап й.Н., Ые1вге!и Б.!., Ха!иге, 272, 509 (1978),) (вз А д % м а $ о ж 8 ВРЕмя, мин Рнс. 5.13. степени активности гемоглобина 5. Следовательно, формирование волоком представляет собой вькокосогласовапкый процесс. Изучение кинетики этого процесса показало, что фазой, лимитирующей скорость образованна волокон, является образование центра агрегации (нуклеапия).
После возникновения конгломерата критического размера (примерно из 10 молекул дезоксигемоглобина 8) дальнейший рост волокна происходит очень быстро (рис. 5.14), Указанный размср агрегата соответствует, по-внцимому, большсй части одного витка спирали нз 14 нитей (рис. 5.12). Эти данные имеют большое клиническое значение. Они показывают, что кинетические, а также термодинамические факторы играют важную роль в формировании серповидных эритроцнтов. Даже при высоком содержании дезокснгемоглобииа Б эритроциты не приобретут серповидной формы, если время их прохождения от капилляров тканей к альвеолам легких, где происходит оксигенация, короче, чем лаг-период процесса волокно- образования.
Высокая степень зависимости скорости полимеризации от концентрации дезоксигемоглобина Я объясняет также, почему носительство признака серповидноклеточности протекает обычно бессимптомно. Дело в том, что концентрация дезоксигемошюбина 8 в эритроцитах гетерозигот примерно в 2 раза ниже, чем в эритроцитах соответствующих гомозигот, а следовательно, скорость образования волокон должна быть примерно в 1000 раз медленнее (2'е = 1024). Часть 1 Конформации н динамика Модель волокна дезоксигемоглобина Б, построенного из 14 спирализованных нитей. А— продольный разрез, Б-поперечный разрез. Каждый кружок соответствует тетрамеру г моглобина Я. 1!лу)гез О., Сгереап К.Н., Ые!к1е(п Я.!., )ча1цге, 272, 509 (1978).! 10 20 30 40 Кииетика образования волокон дезоксигемоглобнна Б 1п гй1го по данным измерения светорассеяния.
Полимеризацию вызывали быстрым повышением температуры от 4 до 37 С. Длительный лаг-период соответствует фазе агрегацни (комплексообразованию). Рис. 5.15. Центр агрвгвции Рис. 5Л4. 5.9. Высокая частота гена серповндноклетвчивсти обусловлена его защнтяым эффектом в отношении малярии Частота гена серповцлноклеточности в некоторых областях Африки достигает 40,. До последнего времени индивиды, гомозиготные по этому гену, погибали, не достигнув зрелости; из этого слелует, что высокая частота этого гена в популяции могла сохраниться только под сильным давлением естественного отбора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
