Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Хромосомы и выражениегенов у эукариот15329.26. Талассемия - генетически обусловленное нарушение синтезагемоглобинаИзучение гемоглобина внесло большойвклад в наши представления о структуреи функции белка (гл. 4 и 5). Точно так же исследования, посвященные генам гемоглобина и их выражению, оказались важнымисточником данных о функционированииэукариотических генов. В процессе внутриутробного развития происходит замена эмбриональных гемоглобинов гемоглобиномплода (HbF, α2γ2), а затем гемоглобиномвзрослого типа (НbА, α2β2).
Кроме того, вовзрослом организме образуется небольшоеколичество гемоглобина НbА 2 , субъединичная структура которого α 2 δ 2 . Напомним,что HbF имеет более высокое сродствок кислороду, чем НbА, так как он менеепрочно связывает бисфосфоглицерат (разд.4.7). Это повышенное сродство к кислородублагоприятствует его переносу из кровеносной системы матери в кровеносную системуплода.
В действительности HbF представляет собой смесь двух разновидностей, одна из которых содержит в положении 136γ-цепи глицин, а другая - аланин. Эти разновидности обозначаются Gγ и Aγ соответственно.Все гены гемоглобина картированы. НаРис. 29.37. Карта генов γ-, δ- и β-глобиначеловека.154Часть IV.Информациягаплоидный геном приходится два тесносцепленных α-гена глобина. Эти гены у всехлюдей, за исключением редких мутантов,по-видимому, идентичны. Другие геныглобина сгруппированы в кластеры в другойхромосомевследующемпорядке:Gγ-Aγ-δ-β (рис.
29.37). Интересно былобы выяснить, почему эти функциональнородственные гены расположены рядом другс другом в одной хромосоме. Вполне возможно, что для переключения экспрессиис γ-генов на δ- и β-гены в ходе развития необходимо, чтобы они соседствовали. Не исключено также, что сцепление этих генов отражает историю их эволюции. По всейвероятности, γ-, δ- и β-гены имеют общегопредка, который подвергся тандемным дупликациям и затем дивергировал.Талассемии - группа наследственных анемий, при которых скорость синтеза одной изцепей гемоглобина понижена.
Название болезни «талассемия» происходит от греческого слова, обозначающего «море», так какболезнь широко распространена у выходцевиз Средиземноморья. Большая и малая талассемии наблюдаются у гомозиготныхи гетерозиготных больных соответственно.Буквенное обозначение α или β указывает,какая цепь синтезируется с пониженной скоростью. В настоящее время в результатеизучения глобиновой мРНК и клонированной глобиновой ДНК начинает прояснятьсяпричина этих заболеваний.
Установленымолекулярные механизмы некоторых видовталассемий.1. Делеция гена. При некоторых видахα-талассемий делетированы один или обаα-глобиновых гена.2. Нестабильность мРНК. В гемоглобинеConstant Spring α-цепь содержит 172 остаткавместо 141 из-за мутации, приводящей к замене стоп-кодона UAA в кодон глутаминаСАА.
Трансляция участка, который в нормене является кодирующим, каким-то образом делает мутантную мРНК чувствительной к действию нуклеаз.3. Нарушение инициации цепей. При некоторых видах β-талассемии инициированиетрансляции происходит слишком медленно,что, возможно, объясняется дефектомв 5'-нетранслируемой области.4. Преждевременная терминацияцепи.Один из видов β-талассемии возникает в результате замены одного основания в кодонелизина AAG, приводящей к образованиюстоп-кодона UAG в 17-м положении.Рис. 29.38.Каскадфосфорилирования,инактивирующий фактор инициации eIF-2.5. Пониженное образование мРНК.
Примногих видах β-талассемии, как оказалось,ген β-глобина имеется, но β-глобиновоймРНК образуется очень мало. В настоящеевремя причина этого явления интенсивноизучается. Не исключена возможность, чтопри некоторых видах β-талассемии не происходит правильного вырезания вставочныхпоследовательностей1.29.27. Трансляция регулируется каскадомпротеинкиназ, инактивирующим один из факторов инициацииВ экстрактах ретикулоцитов происходитс высокой скоростью синтез субъединиц гемоглобина до тех пор, пока не иссякает гем.В отсутствие гема синтез белка останавливается из-за быстрого образования ферментативного ингибитора белкового синтеза.Этим ингибитором является протеинкиназа.Мишенью для киназы служит eIF-2 - факторинициации, связывающий GTP и доставляющий Met-тРНКf к 40S-субчастицерибосомы2.
Инактивация eIF-2 в результатефосфорилирования приводит к блокирова1В случае так называемой β+-талассемии этооказалось именно так, причем единственное отличие мутантного гена от гена дикого типа-замена одного-единственного нуклеотида в интроне.- Прим. перев.2Каскадный механизм регуляции, описанныйавтором и предложенный в лаборатории Очоа,оказался ошибочным. Хотя сАМР-зависимаяпротеинкиназа фосфорилирует многие белки.она не затрагивает eIF-2 и никак не влияет наактивность протеинкиназы в физиологическихусловиях.
[Hunt Т., Phil. Trans. R. Soc. Lond.,В 302. 127-134 (1983).] - Прим. перев.нию инициации синтеза белка. Каким жеобразом гем регулирует активность этойкиназы? Действие это опосредуется ещеодной киназой (рис. 29.38). Киназа eIF-2,модифицирующая фактор инициации, самасуществует в двух формах - неактивной дефосфорилированной и активной фосфорилированной. Фосфорилирование киназыeIF-2 катализируется зависимой от циклического AMP киназой, состоящей из двух типов субъединиц - двух регуляторных (R)и двух каталитических (С). Неактивный комплекс R 2 C диссоциирует под действием циклического AMP на две каталитически активные С-субъединицы и две R-субъединицы. Гем блокирует процесс диссоциации.и как следствие этого активации двух киназрегуляторной системы не происходит.
В результате фактор eIF-2 не фосфорилируетсяи сохраняет свою активность в инициациибелкового синтеза. Этот каскад протеинкиназ напоминает регуляцию метаболизмагликогена (разд. 16.15). Эти процессы имеютеще и то общее, что в обоих случаях регуляторное действие этих киназ обращается специфическими фосфатазами.29.28. Дифтерийный токсин блокируетсинтез белка у эукариот, ингибируятранслокациюДо появления эффективной иммунизациидифтерия была основной причиной детскойсмертности.
Летальное действие этой болезни обусловлено главным образом токсиномCorynebacterium diphteriae - бактерии, развивающейся в верхних дыхательных путях.Структурный ген токсина локализован в лизогенизирующем фаге, который содержатнекоторые штаммы С. diphteriae.
Несколько29. Хромосомы и выражениегенов у эукариот155микрограммов этого токсина с массой 61кДа обычно представляют собой летальнуюдозу для неиммунизированного человека,так как этой дозы достаточно для ингибирования синтеза белка. Дифтерийный токсинблокирует стадию элонгации синтеза белкау эукариот, инактивируя фактор элонгации,необходимый для транслокации. Этот фактор, называемый фактором элонгации2 (EF-2) или транслоказой, выполняет у эукариот роль, аналогичную EF-G у бактерий.Транслоказа необходима для GTP-зависимого перемещения пептидил-тРНК изА-участка в Р-участок и одновременногоперемещения информационной РНК сразупосле образования пептидной связи.
Особенно интересен механизм инактивациитранслоказы дифтерийным токсином. Токсин катализирует ковалентную модификацию транслоказы. При этом NAD + служитдонором остатка аденозиндифосфатрибозы(ADPR); в результате реакции высвобождается никотинамид.Молекула дифтерийного токсина состоитиз двух частей. Ее можно расщепить на двафрагмента - с массой 21 кДа (фрагмент А)и 40 кДа (фрагмент В). Домен В связываетсяс поверхностью чувствительных клеток,а домен А катализирует ADP-рибозилирование транслоказы. Точнее, домен В связывается с ганглиозидом GM1 плазматическоймембраны, что позволяет каталитическомудомену проникнуть в клетку.
При этом связанный токсин расщепляется, так что фрагмент В остается на поверхности клетки,а гидрофильный фрагмент А переноситсяв цитозоль. Интересно отметить, что многие другие токсины, например холерныйтоксин (разд. 35.7), также состоят из домена,предназначенного для связывания с поверхностью клетки, и каталитического домена,который инактивирует какой-либо важныйкомпонент клетки.156Часть IV.Информация29.29. Рибосомы, связанные с эндоплазматическим ретикулумом, синтезируютсекреторные и мембранныебелкиВ эукариотических клетках некоторые рибосомы свободно плавают в цитозоле, тогдакак другие связаны с обширной системоймембран - эндоплазматическимретикулумом (ЭР).
Участки ЭР, связанные с рибосомами, называются шероховатым ЭР, таккак на электронных микрофотографиях онпокрыт бугорками (рис. 29.39), в отличие отгладкого ЭР, не содержащего рибосом.Клетки, секретирующие большое количество белка, например ацинарные клеткиподжелудочной железы, имеют сильно развитый шероховатый ЭР. В общем все известные секреторные белки синтезируютсясвязанными с ЭР рибосомами.
Кроме того,рибосомы, связанные с этой мембранной системой, синтезируют многие белки клеточной мембраны и таких органелл, как лизосомы.Связанные с мембранами рибосомы в ооцитах ящериц, впавших в зимнюю спячку,образуют кристаллические слои (рис. 29.40).Эти упорядоченные слои изучаются в настоящее время методами реконструкциитрехмерного изображения. На карте низкого разрешения видно, что и большая (60S),и малая (40S) субчастицы лежат вблизи поверхности мембраны. На большой субча-Рис. 29.39.Электронная микрофотография шероховатого эндоплазматического ретикулума. (Печатается с любезного разрешения д-ра George Palade.)Рис. 29.40.Электронная микрофотография кристаллических слоев,связанных с мембранами рибосом в ооцитах ящериц, впавших в зимнюю спячку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
