Биохимия 1 (1984) (1128709), страница 25
Текст из файла (страница 25)
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 нйго, 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.
Джеймс Нил (3. )Чее!) высказал предположение, что гетерозиготное состояние должно давать какие-то преимущества по сравнению с гомозиготным по нормальному либо по дефектному гену. И действительно, Антони Аллисон (А. А11Ьоп) обнаружил, что носительство признака серповидноклеточности служит зашитой от заболевания наиболее тяжелой формой малярии, приводящей обычно Фаза агрегации при формировании волокон дезоксигемоглобина А. Сборка центров агрегации происходит медленнее,чемдальнейший рост агрегатов. !Но(пс)5!ег 1., Коза Р.О., Еа(оп %.А., Ргос. Маг. Асад.
бс(., 71, 4864 (1974).] Распространение гена серповидноклеточности в Африке. Высокая частота этого гена ограничена районами, где малярия является основной причиной смертности. (АШ- зоп А.С., ЯсЫе се!1з алд ечо1пйоп. СорупйЫ 1956, Ясгепййс Атпепсап, 1пс.) к смертельному исходу. Выявлена отчетливая корреляция между распространением малярии и частотой гена серповидноклеточности в Африке (рнс. 5.!5). Описанный феномен представляет собой типичный случай сбалансированного полиморфиэма: гетерозиготы устойчивы в отношении малярии и не страдают от серповндноклеточной анемии, тогда как люди, гомозиготные по нормальному аллелю, восприимчивы к малярии.
5.10. Стратегия поиска лекарственных срелств для лечения серповидиоклеточной анемии Снедения о молекулярном механизме возникновения серповидноклеточной анемии позволяют в настоящее время перейти к поиску специфических нетоксичных препаратов, предупреждающих или задерживающих развитие клинической картины заболевания. Поиски ведутся в трех направлениях. Одна группа перспективных средств-это вещества, тормозящие образование волокон из гемоглобина Б. В качестве таких 5. Молекулярные болезни: серповидиоклеточная аиемяя стереоснецифичегких ингибиторов гелеообразования проходят оценку синтетические олигопептнды, последовательность аминокислот в которых соответствует )ь)-концевому участку ()з-цепи и другим участкам контактов в молекуле гемоглобина 5.
Ко второй группе исследуемых веществ относятся соединения, повышающие сродство гемоглобина Я к кислороду н тем самым снижающие концентрацию его дезоксиформы. Так, например, цианат проникает в эритроциты и повышает сродство гемоглобина к кислороду путем необратимого харбамаилирования п-аминогрупп. Гемоглобин быстро реагирует с цианатом, потому что НИ=С=О (нзоциановая кислота) в неионизированной форме является реакционно способным аналогом О=С=О. Вспомним, что концевые аминогруппы гемоглобина участвуют в обратимом связывании СО, (разд.
4.15). На использование цианата в лечении серповидноклеточной анемии возлагались большие надеэкды, пока обширные клинические испытания не выявили его побочных токсических эффектов. Так, у некоторых больных при лечении цианатом развивалось поражение периферических нервов, обусловленное, вероятно, тем„ что карбамоилированню подвергаются не только гемоглобин, но н другие белки. Сейчас ведется поиск менее токсичных модификаторов гемоглобина. Третий возможный подход к лечению серповидноклеточной анемии — снижение общей концентрации гемоглобина Я в зрит рацитах.
Этого можно достичь, например, увеличением объема клетки. Поскольку скорость образования волокон из дезоксигемоглобина в очень большой степени зависит от его концентрации, даже незначительное увеличение обьема эритроцита оказало бы выраженный лечебный эффект. Отсюда следует, что ионные насосы и каналы зритроцитарной мембраны — зто те потенциальные мишени, на которые должно быть направлено действие терапевтических средств, используемых для лечения серповидноклеточной анемии. 5Л1.
Молекулярная патология гемоглобина При обследовании больных с симптомами серповидноклеточной анемии, а также прн проведении электрофоретического анализа гемоглобинов здоровых людей было обнаружено более 100 аномальных гемоглоби- Часть 1 Конформации и динамика Геи Гиетияин ра 02 гвитапаии а тирозин еа Н 0 Н -СН г ~ 0 гвиегвва и м Замена проксимального гистидина (Р8) тирозином приводит к образованию гемоглобина М, Отрицательно заряженный атом кислорода тирозина связывается с атомом железа, находящимся в ферри- форме. В шестое координационное положение встает вода, а не О,. Рис. 5.16. нов.
В северной Европе гетерозиготность по варианту гемоглобина А встречается у 1 человека нз 300. Частота любого из мутантных аллелей обычно составляет менее 10 л; это на несколько порпдков ниже, чем частота гена серповидноклеточностн в районах, эндемичных по малярии. Другими словами, большинство аномальных гемоглобинов не дает организму никаких преимуществ в естественном отборе. Как правило, наличие аномальных гемоглобинов либо никак не влияет на здоровье человека, либо оказывается пагубным.
Различают несколько типов аномальных гемоглобинов. 1. Изменена наружная часть молекулы. Почти все замены аминокислот на поверхности молекулы гемоглобина безвредны. Гемоглобин Ь представляет собой поразительное исключение. 2. Изменен активный центр. В этом случае в дефектной субъединнце не происходит Фениллланин Рнс. 5.17. связывания кислорода, так как структурные изменения вблизи гема непосредственно влияют на связывание кислорода. 3.
Изменена третичная структура. Замена аминокислот препятствует возникновению нормальной конформации молекулы. Такие гемоглобины обычно нестабильны. 4. Изменена четвертичная структура. Некоторые мутации, затрагивающие участки области контактов, приводят к потере аллостерических свойств. В результате нарушается сродство таких гемоглобинов к О . 5.12.
Гемоглобин М: продукт мутации в активном центре Замена проксимального или дистального гистидина в группе гема на тирозин приводит к стабилизации' окисленной (ферри) формы гема, не способной к связыванию кислорода (рис. 5.16). В этом случае нонизированная боковая цепь тирозина образует комплекс с окисленным железом гема. Указанная замена может произойти как в вэ так и в (3-цепи. Действительно, были обнаружены все четыре мутантных варианта. Мутантные гемоглобины, у которых два гема в молекуле постоянно находятся в ферри- форме, называют гемаглобнном М. Буква М указывает, что мутировавшие цепи находятся в форме метгемоглобнна (ферригемоглобина).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
