Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (947312), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Важно и то, что многие функции в организме обеспечиваются различными метаболическими путями. Поэтому некоторые мутации, даже в гомозиготном состоянии, могут не приводить к врожденным нарушениям Г820з. Вывод о том, что рецессивные летальные мутации, действующие на основные метаболические пути, возможны, имеет для популяционной генетики большое значение. Более того, нет никаких причин полагать, что мутации по таким генам, более редки, чем мутации, которые приводят к известным ферментативным дефектам.
Логично предположить, что все такие мутации возникают. Иногда они оказываются в гомозиготном состоянии, что обусловливает гибель зиготы. Можно было бы ожидать, что в условиях, которые вообще способствуют возникновению гомозигот, т.е. при близкородственных браках„число выкидышей должно возрастать (разд. б.ЗЛ). Однако это предположение не подтверждается экспериментально. Возможно, большинство таких зигот погибает на столь ранней стадии развития, что это проходит незамеченным. 4.2.2.П, Некоторые общие выводы по анализу фсрмсптитивяых парушсний у человека Обнаружение дефектов ферментов. Анализ ферментативных нарушений у человека позволяет сделать несколько выводов.
Чтобы дефект фермента можно было обнаружить, он должен проявляться в клетках крови или в культуре фибробластов. Более того, этот дефект должен приводить к четким клиническим симптомам или к изменениям, выявляемым при обычном обследовании (например, выделение необычных метаболитов с мочой). Врожденное нарушение с неспецифическими симптомами, которое не сопровождается легко регистрируемыми биохимическими отклонениями, не может быть обнаружено. Значение ферментативпых дефектов для прояснения метаболических путей. Не сложно обнаружить ферментативнос нарушение, если уже известен тот метаболический путь, в котором этот фермент принимает участие.
В некоторых случаях, наоборот, анализ ферментативных дефектов проливает свет на неизвестный еше метаболическнй путь, который трудно исследовать другим способом. Ярким примером могут служить мукополисахаридозы. Характеристика мутаций, обусловливсиощих фсрмечтативчыс нарушения у человеки. Известно, что во многих случаях дефектные ферменты у человека сохраняют некоторую остаточную активность. Как правило,мутантный белок бывает изменен качественно, Например, он может превратиться в перекрестно-реагируюгций материал (ПРМ), могут измениться его кинетические и другие характеристики. Этн данные свидетельствуют о том, что изменения белков происходят в результате мутаций в структурных генах, поскольку регуллгорные мутации приводили бы только к коли- 70 4 Действие генов чественным изменениям ферментной активности, Внутри каждого генного локуса существует высокая степень генетической гетерогенности, которая дополняет гетерогенность локусов, контролирующих один и тот же метаболическнй путь.
Тин наследования: гетврозиготы. Дефекты ферментов, как правило, наследуются рецессивно. Гены, детерминирующие эти нарушения, могут быль сцеплены с аутосомами или в некоторых случаях с Х-хромосомой. Активность ферментов у здоровых гетерозигот-носителей обычно вдвое меньше средней для популяции. Отсюда следует, что организм человека может прекрасно функционировать при наличии фермента, работающего в вполсилы». Этот факт указывает на существующие в принципе значительные возможности регуляции метаболических путей.
Однако, если метаболический путь перегружен веществом, для утилизации которого требуется дефектный фермент, способность организма перерабатывать избыточный метаболит может быть снижена по сравнению с гомозиготами. Есть данные, свидетельствующие о том, что подобные нарушения не безразличны и для гетерозигот. Возможно, именно они— причина большей предрасположенности гетерозигот к обычным соматическим и психическим заболеваниям. В настоящее время систематические широкомасштабные обследования гетерозигот по рецессивным генам, особенно в среднем и пожилом возрасте, почти не проводятся, Причина состоит в том, что с врожденными дефектами обычно имеют дело педиатры нлн медицинские генетики с педиатрическим образованием, т.е.
специалисты, не заинтересованные в эпидемиологических или популяционных исследованиях. С другой стороны, популяционные генетики, как правило,не вникают в биохимические тонкости. Тот факт, что почти все дефекты ферментов наследуются как рецессивные признаки, неизбежно заставляет задуматься о биохимической основе доминантных нарушений. Мы обсудим зту проблему в разд. 4.б. Теперь же перейдем к изложению данных о строении и генетике гемоглобинов.
Именно эти данные помогли ответить на многие вопросы, связанные с дефектами ферментов, и в какой-то степени прояснили возможные механизмы менделевской доминантности. 4.3. Гемоглобин человека Г119; 31; 97а1 Молекулу гемоглобина изучать легче, чем молекулу любого другого белка человека. Гемоглобин — основной белок эритроцитов, и для его выделения не требуется сложных биохимических методов. Неудивительно поэтому, что именно об этом белке мы знаем больше, чем обо всех остальных.
Исследования по генетике гемоглобина человека, изучение аминокислотной последовательности и структуры его молекулы продвигались очень быстро. В молекулярной генетике человека онн сыграли такую же роль, как изучение дрозофилы и бактериофагов в общей генетике. Большинство концепций, разработанных для этой системы, являются общими для других белков.
Действительно, многие концептуальные принципы генетики человека можно иллюстрировать примерами нз генетики гемоглобина. 4.3.1. л1сторяя изучения гемоглобина Сврновидноклвточная анемия вмо,зекулярное» заболевание. Изучение гемоглобина человека началось с открытия наследственного заболевания-серповидноклеточной анемии. В 1910 г. Херрик Г112Ц обнаружил у студента-негра, страдающего анемией, особую аномалию эрнтроцитов: они были серповидной формы. Вскоре выяснилось, что такая патология довольно часто встречается у американских негров. Больные страдали от гемолитической анемии и частых болей в кишечнике и скелетных мышцах, Было показано, что больные серповидно- клеточной анемией гомозиготны по гену, который в гетерознготном состоянии (примерно у 8»у американских негров) вызывает гораздо менее выраженное отклонение; присутствие в крови некоторого количества серповидных эритроцитов г122б3, Решающую роль в биохимическом и генетическом анализе этой болезни сыграла работа выдающегося химика Полинга, 4 Действие генов 71 л Норма Генотип АА Б Серпоеивноклеточная анемия Генотип 55 В Признаки серпа.
неточности А5 ГСм ЛБ Рве. 4ДЗ. Диаграмма зонального элевтрофорезв гемоглобннов прн рН = 6,9 А Нормвльнав гомознготв (АА) Б Больной с серповнднокдеточной анемией (55) В Признак серповндпоклеточноств (АБ) Г Смесь равных количеств гемоглобина А н гемоглобина 5 (1260) Стрелка указывает нв стартовую точку электрофореза опубликованная под программным заголовком «Серповидиоклеточная анемия, молекулярное заболевание» 112603 (Полинг узнал об этой болезни от Кастла, известного гематолога и сына одного из пионеров генетики млекопитающих, н предположил, что ее причиной может быть дефект гемоглобина ) Он писал «Данные, имевшиеся к началу нашей работы, указывали, что процесс образования серповидных эрнтроцнтов может быть тесно связан с состоянием в природой гемоглобина в эрнтроцнтах» Авторы исследовали гемоглобин людей, в крови которых обнаруживались серповидные эритроциты, гемоглобин больных серповидноклеточной анемией и гемоглобин здоровых людей В работе использовали самый совершенный в то время метод анализа белков-зональный электрофорез по Тизелиусу (рис 4 33) Пики на рисунке соответствуют градиентам концентрации гемоглобина в определенном буфере, расположение этих пиков зависит от соотношения положительных и отрицательных зарядов в молекуле белка «Результаты указывают на существование значительных различий в электрофоретнческой подвижности гемоглобина, выделенного из эритроцитов здоровых людей, и гемоглобина, вьшеленного из эритроцитов больных серповидноклеточной анемией» У людей, в крови которых наряду с нормальными имеются и серповидные эритроциты, обнаружено 25 — 40% аномального гемоглобина, такого же как у больных серповцдноклеточной анемией, остальной гемоглобин был неотличим от гемоглобина нормальных индивидов Эти данные подтверждали предположение о том, что больные серповидноклеточной анемией гомозиготны по гену, который находится в гетерозиготном состоянии у людей с признаком серповидноклеточносги «Эта работа показала, что молекула белка меняется при аллельном изменении единственного гена, контролирующего его синтез» Замена одной аминокислоты В 1956 г Ингрэм работал в Кэмбридже, в той лаборатории, где до этого Перутц исследовал кристаллографию белков, Сэнгер определил аминокислотную последовательность инсулина, а Крик и Уотсон предложили свою модель структуры ДНК Ингрзму удалось точно определить, чем нормальный гемоглобин отличается от серповидно- клеточного 1113БЗ При гидролизе молекулы глобина трипсином, расщепляюшнм белки, образуется около 60 пептидов, которые были разделены в двумерной системе на бумаге в одном направлении с помощью электрофореза, а в другом — с помощью хроматографии Этим методом (его называют методом «отпечатков пальцев») удалось показать, что гемоглобин серповидных эритроцитов отличается от нормального по подвижности единственного пептида При дальнейшем анализе этого пептида выяснилось, что гемоглобин серповидных эрнтроцитов отличается от нормального только по одной аминокислоте, глутамино- У2 4.
Действие генов вая кислота в определенном положении заменена валином. СООН СНз СН, ! Н-С-ЫН, СООН СН, Н-С-СН, ! Н-С-ЫН, СООН Ча! 0!а В молекуле глутаминовой кислоты по сравнению с молекулой валина имеется дополнительная карбоксильная группа. Эта разница в зарядах и обусловливает различия в электрофоретической подвижности нормального и серповидноклеточного гемоглобина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
