Аминокислотная последовательность гемоглобина а
Макеты страниц
В конце 40-х годов Лайнус Полинг и Гарвей Итано обнаружили, что серповидноклеточный и нормальный гемоглобины, помещенные в электрическом поле, т.е. подвергнутые электрофорезу (разд. 6.6), мигрируют к положительно заряженному электроду с разными скоростями: гемоглобин S немного отстает от гемоглобина А.
Исследователи сделали вывод, что гемоглобин S должен содержать несколько меньше отрицательно заряженных R-групп, чем гемоглобин А. Позднее Вернон Инграм придумал довольно простой экспериментальный способ, позволяющий более точно локализовать различия в полипептидных цепях гемоглобина S и гемоглобина А. Предложенный им метод пептидных карт и поныне широко используется для выявления генетических разновидностей не только гемоглобинов, но и других белков. Инграм обработал оба гемоглобина, S и А, трипсином, который разрывает только те пептидные связи, в которых карбоксильная группа принадлежит остаткам аргинина или лизина (разд. 6.7, в). Это привело к образованию пептидных фрагментов 28 сортов, поскольку в и -цепях содержится в общей сложности 27 остатков лизина и аргинина. Смесь пептидов, полученных при расщеплении каждого гемоглобина, была нанесена на фильтровальную бумагу, смоченную буферным раствором, и подвергнута электрофорезу, в результате чего пептидные фрагменты разделились, хотя и не полностью, на отдельные зоны. После того как фильтровальная бумага была высушена, через нее пропустили буферный раствор с другим значением pH для хроматографического разделения пептидных фрагментов в направлении, перпендикулярном направлению электрофореза (разд. 5.21). Когда бумага была снова высушена и в прогретом состоянии обработана нингидрином (разд. 5.19), получилась характерная двумерная пептидная карта со всеми пептидными фрагментами. Как видно из рис. 8-22, гемоглобин S отличается от гемоглобина А по положению на пептидных картах только одного пятна, из чего следует, что в гемоглобине S содержится всего лишь один пептид, отличающийся по своему заряду от соответствующего пептида гемоглобина А. Анализ элюированных из бумаги пептидов позволил Инграму сделать вывод, что они различаются только по одному аминокислотному остатку: в том положении полипептидной цепи, в котором пептид из нормального гемоглобина А содержит остаток глутаминовой кислоты, в смещенном пептиде из гемоглобина S находится остаток валина (рис. 8-22).
Рис. 8-22. Пептидные карты трипсиновых пептидов гемоглобина А и гемоглобина S. На карте гемоглобина S смещено положение всего одного пептида (показанного красным цветом), содержащего генетически измененную аминокислоту.
Все остальные аминокислотные остатки в цепях гемоглобина S идентичны остаткам гемоглобина А. Оказалось, что «неправильный» остаток находится в положении 6 -цепей. Поскольку -группа валина не имеет электрического заряда, а -группа глутаминовой кислоты несет при pH 8 отрицательный заряд (рис. 8-23), ясно, что серповидноклеточный гемоглобин должен содержать на два отрицательных заряда меньше, чем гемоглобин А – по одному на каждую из двух -цепей молекулы гемоглобина.
Из-за этой разницы гемоглобин S движется в электрическом поле несколько медленнее гемоглобина А.
Многообразие форм жизни объясняется разнообразием белковых молекул, которые наделены особыми биологическими функциями. Структуру белка определяет состав аминокислот и последовательность их расположения в пептидных цепях. Состав и последовательность аминокислот в цепи пептида закодированы в ДНК посредством генетического кода.
Внимание! Генетический код – это всеобщая система записи наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК либо мРНК, которая определяет порядок расположения аминокислот в структуре белка.
Связь между ДНК, РНК и белком
Белок, ДНК и РНК – это единая система, которая определяет специфичность организма и передает наследственные признаки. Каждый белок имеет строго определенную последовательность аминокислот в пептидной цепи и конкретную пространственную структуру. Последовательность аминокислот в белковой цепи соответствует первичной структуре. Всего их 4 – первичная, вторичная, третичная и четвертичная.
В организме свободную аминокислоту активирует фермент. тРНК (транспортная) переносит ее от фермента к иРНК (информационная). иРНК и рРНК (рибосомальная) отвечают за синтез из аминокислот белка со строго заданной ДНК последовательностью. Для каждой аминокислоты в клетке предусмотрены собственные ферменты и тРНК.
ДНК выполняет функцию матрицы, на которой производятся цепи РНК. РНК выступает в качестве матрицы для синтеза белка. ДНК -> РНК -> белок – именно таким образом переносится генетическая информация от последовательности нуклеотидов в ДНК к последовательности аминокислот в белках.
Как пишется и определяется аминокислотная последовательность
Аминокислотная последовательность – это цепочка аминокислот в молекуле пептида либо белка. Она записывается с N-конца со свободной аминогруппой к C-концу со свободной карбоксильной группой.
Пептидная последовательность иногда называют белковой. Это первичная структура всех белков в момент синтеза. Посредством посттрансляционных модификаций первичная структура видоизменяется, образуя зрелый белок.
Аминокислотная последовательность проистекает из последовательности мРНК. А она определяется в результате транскрипции гена, в котором нуклеотидный порядок в кодирующей последовательности определяет итоговый белок.
Три нуклеотида образуют кодон, определяющий аминокислоту. Каждая группа из трех нуклеотидных оснований ДНК является кодом для аминокислоты. Так, нуклеотидная последовательность ДНК CTG кодирует лейцин.
Всего существует 64 вероятных кодона для определения 20 аминокислот. В результате уникальная последовательность аминокислот образует уникальный белок.
Отказ от ответсвенности
Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте
Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.
Эксперт: Юлия Соболева Предприниматель, мама и консультант в сфере красоты и ухода за кожей лица
Рецензент: Дарья Киншт Специалист по клинической диетологии и нутрициологии, материнству, здоровью и правильному питанию, аспирант кафедры педиатрии НГМУ.
Макеты страниц
Насколько важную роль играет аминокислотная последовательность в формировании вторичной, третичной и четвертичной структур глобулярных белков, а следовательно, и в возникновении у них биологической активности, было особенно наглядно показано на примере серповидноклеточной анемии — наследственного заболевания, связанного с генетической аномалией гемоглобина. У таких больных периодически (чаще под влиянием физической нагрузки) возникают приступы резкой слабости, тошноты и одышки; эти симптомы сопровождаются тахикардией и появлением шумов в сердце. Содержание гемоглобина в крови таких больных резко снижено вдвое против нормы, которая составляет 15-16 г на 100 мл; поэтому и говорят об «анемии» (малокровии).
Рис. 8-20. А. Фотография серповидных эритроцитов, полученная при помощи сканирующего электронного микроскопа. Для сравнения в центре помещена нормальная клетка (см. также рис. 8-15). Б. Несколько серповидных клеток причудливой формы, показанные при большом увеличении. В. Электронная микрофотография серповидного эритроцита, снятая в проходящем пучке; видны продольные ряды полимерных молекул серповидноклеточного гемоглобина, придающих клетке необычную форму.
При исследовании крови таких больных обращает на себя внимание не только резкое уменьшение числа эритроцитов, но и неправильная их форма. Наряду с необычно большим количеством незрелых эритроцитов часто попадаются удлиненные и тонкие – серповидные клетки (рис. 8-20). Число таких эритроцитов сильно возрастает при недостатке кислорода в крови. Серповидные клетки очень хрупки, легко разрываются, чем и объясняется низкий уровень гемоглобина у таких больных. Наблюдаются и еще более серьезные последствия: кровеносные капилляры там, где они особенно узки, блокируются удлиненными эритроцитами неправильной формы, что и служит главной причиной ранней смерти во многих случаях этой болезни.
Серповидноклеточная анемия – это генетическая болезнь, при которой больной наследует мутантные гены от обоих родителей. В тех случаях, когда мутантный ген унаследован только от одного из родителей, его обладатель становится носителем признака серповидноклеточности без явных патологических симптомов. При такой форме серповидноклеточности (ею поражено примерно 8% негритянского населения Соединенных Штатов) серповидные эритроциты составляют всего около 1 % их общего числа.
Рис. 8-21. Ассоциация молекул дезоксигемоглобина S. образующих пучки нерастворимых трубчатых нитей, которые придают эритроцитам искаженную серповидную форму.
Люди со скрытой формой серповидноклеточности могут вести вполне нормальный образ жизни, но должны избегать больших физических нагрузок и всякого рода неблагоприятных воздействий на систему кровообращения.
Необычная форма эритроцитов у больных серповидноклеточной анемией обусловлена присутствием в них аномального гемоглобина. Гемоглобин серповидных клеток получил название гемоглобина S, тогда как гемоглобин, содержащийся в эритроцитах нормальных взрослых людей, называется гемоглобином А. При дезоксигенации гемоглобин S становится нерастворимым и образует пучки трубчатых волокон (рис. 8-21), что совершенно несвойственно гемоглобину А, сохраняющему растворимость и после освобождения кислорода. Именно нерастворимые волокна дезоксигемоглобина S приводят к деформации эритроцитов, принимающих серповидную форму.
13.10.2015г.
Объединив информацию, полученную на основании анализа молекулярных филогенетических древес, составленных для отдельных аминокислотных субъединиц, можно восстановить полную аминокислотную последовательность предковой полипептидной цепи.
Смотрите рисунок – Родоначальный аминокислотный остаток (6)
Смотрите рисунок – Установить родоначальный аминокислотный остаток (7)
Обобщая данные по построению эволюционных древес
для отдельных аминокислотных остатков
Обобщая данные по построению эволюционных древес для отдельных аминокислотных остатков (смотрите рисунки выше), можно воссоздать предковую цепь. На этом рисунке приведена последовательность первых 10 аминокислотных остатков в соответствующих участках предковой β-γ-δ -цепи и трех современных потомков. Остатки в δ- и γ-цепях и остатки в предковой цепи, которые отличаются от остатков в тех же положениях современной β-цепи, обозначены черными квадратами. Остатки в положениях 1, 4 и 9 предковой цепи неизвестны или установлены неточно из-за пробелов в наших знаниях о генетическом коде.
На рисунке выше приведена такая предполагаемая последовательность первых 10 аминокислотных остатков в полипептидной цепи, от которой произошли, по-видимому, современные β-, γ- и δ-цепи гемоглобина человека.
Для того чтобы установить с помощью химической палеогенетики эволюционное родство между двумя различными организмами, вовсе не обязательно знать аминокислотную последовательность тысяч или хотя бы сотен гомологичных полипептидных цепей. Подобное требование было бы, конечно, чрезмерным. Сравнение немногих цепей — скажем, нескольких десятков их — даст вполне достаточно информации, так как на основании статистического анализа данных по сравнительно немногим цепям вполне можно проследить эволюцию большого числа цепей.
Химическая палеогенетика открывает широкие возможности. Например, восстановление аминокислотной последовательности для нескольких полипептидов какого-нибудь древнего организма позволит строить предположения о некоторых физиологических функциях этого организма. Можно будет решить, например, способен ли был бы этот организм существовать в условиях современной атмосферы или он был приспособлен к жизни в атмосфере, обладавшей иными свойствами.
Подобные реконструкции аминокислотных последовательностей полипептидов дадут возможность высказывать обоснованные предположения об организмах, которые не сохранились в виде ископаемых остатков (например, животных, лишенных внутреннего или наружного скелета). Это позволит без помощи ископаемых остатков восстановить, по крайней мере частично, органический мир далекого прошлого. Пожалуй, одно из основных достоинств химической палеогенетики состоит в том„ что с ее помощью можно строить филогенетическое древо на основании данных о молекулярных последовательностях, совершенно независимо от филогенетических данных, полученных обычными методами.
Если это осуществимо, то ученые получат возможность сравнить филогенетические древеса двух типов — молекулярное и классическое — и определить, согласуются ли они между собой. И если окажется, что это так, то химическая палеогенетика явится убедительным и независимым подтверждением уже и без того достаточно обоснованной теории эволюции.
«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка
Читайте далее:
- Родственные взаимоотношения известных цепей гемоглобина и миоглобина человека
- Представление о происхождении от общего предка α- и β-цепей
- Дупликатные гены
- Эволюция
- ДНК аминокислот
- Миоглобин кашалота и α- и β-цепи гемоглобина человека
- Сдвиг сегментов α- и β-цепей
- Различия в скорости и согласованности процессов в аминокислотной последовательности
- Сравнение цепей гемоглобина, позволяющее установить время для эффективного замещения
- Различия в аминокислотной последовательности между цепями гемоглобина и миоглобина
- Принципы химической палеогенетики
Известно более 20 видов гемоглобина, в α- или β-цепи которых одна из аминокислот заменена другой. Такая замена изменяет электрофоретическую подвижность белка, что позволяет идентифицировать вариант гемоглобина. Варианты обозначают по названию местности, где был впервые выявлен носитель аномального гемоглобина, и описывают формулой, содержащей указание на место и характер замены.
HbS – серповидноклеточная анемия.
Серповидноклеточная анемия сопровождается присутствием в эритроцитах больного аномального гемоглобина (HbS), описываемого формулой β6Глу àВал (в β-цепях гемоглобина остаток Глу в положении 6 заменен на остаток Вал).
Указанное замещение существенно отразилось на свойствах гемоглобина – HbS в восстановленной форме образует длинные ассоциированные цепи и его растворимость снижается на 50% по сравнению с растворимостью окисленной формы. Эти особенности гемоглобина определяют укорочение жизни эритроцитов в связи со снижением их толерантности к гемолизу.
Причиной сравнительно широкого распространения серповидноклеточной анемии в районах, эндемичных по тропической малярии, считают способность малярийного плазмодия вызывать в эритроцитах образование HbS.
Больные серповидноклеточной анемией обладают повышенной (хотя и не абсолютной) врожденной устойчивостью к заражению различными штаммами малярийного плазмодия.
У взрослых с гомозиготной формой спокойное течение болезни характеризуется умеренной анемией, слегка снижающей трудоспособность. Количество ретикулоцитов составляет около 10%, необратимосерповидных эритроцитов – около 12%. Кризы (повышенный гемолиз, боль в костях) провоцируются инфекциями, стрессовыми факторами. Эта форма обратима при энергичном лечении.
В детском возрасте гомозиготная форма отличается более тяжёлым течением, высокой летальностью. Осложняется язвами конечностей, переломами, тромбозами сосудов головного мозга.
М-гемоглобины (Саскатон, Бостон, Миллуоки, Гайд-Парк, Ивет).
М-гемоглобины – группа гемоглобинопатий, патогенетический фактор которых – дефект, затрудняющий восстановление железа из трёх- в двухвалентное состояние.
У этой группы гемоглобинов остаток Гис, участвующий в связывании железа, замещён другими аминокислотами:
М-гемоглобин Саскатон (β 63 Гис à Тир);
М-гемоглобин Бостон (α 58 Гис à Тир);
М-гемоглобин Миллуоки (β 67 Гис à Глу);
М-гемоглобин Гайд-Парк (β 92 Гис à Тир);
М-гемоглобин Ивет (α 87 Гис à Тир).
Замещение остатка гистидина приводит к тому, что в мутированной цепи атом железа в составе гема окислен до трёхвалентного состояния. Его восстановление метгемоглобинредуктазой или редуцирующими веществами не происходит. В связи с этим способность гемоглобина к транспорту кислорода утрачена. Главный признак заболевания – метгемоглобинемия, более выраженная у гомозигот, для которых это заболевание смертельно. У гетерозигот в крови имеется смесь гемоглобина и метгемоглобина. От соотношения между ними зависит способность крови транспортировать кислород.
Дефекты, обусловленные нарушением синтеза цепей гемоглобина.
Талассемия – наследственная анемия, обусловленная нарушением образования цепей белковой части молекулы гемоглобина.
Талассемии – самые распространенные наследственные болезни человека.
α-Талассемия. В основе заболевания лежит нарушение α-цепи, что ведёт к уменьшению образования всех физиологических видов гемоглобина. Избыточно появляющиеся β- и γ-цепи не могут взаимодействовать с мутантными α-цепями, вследствие чего возникает два вида гемоглобина: Hbβ4 (HbH) и Hbγ4 (Hb Бартса). Тот и другой нестабильны и отличаются высоким сродством к кислороду. У гомозигот гемоглобин представлен преимущественно гемоглобином Бартса (гибель наступает в период внутриутробного развития). У гетерозигот присутствует смесь гемоглобина Бартса и гемоглобина Н. В последнем случае проявления заболевания сводятся к лёгкому гемолизу без существенных последствий для состояния.
β-Талассемия вызвана нарушением синтеза β-цепи, что приводит к относительному избытку α-цепей и сопровождается усиленным образованием гемоглобинов F (α2γ2) и А2 (α2δ2). Последняя форма гемоглобина обладает достаточной способностью к транспорту кислорода, обеспечивающей компенсацию дефицита гемоглобина А.
σ-Талассемия связана с торможение синтеза β- и α-цепей, следовательно, ведёт к увеличенной продукции гемоглобина F (α2γ2).
При всех видах талассемии нарушаются продукция эритроидных клеток в костном мозге и насыщение эритроцитов гемоглобином. Это проявляется в виде микроцитоза, гипохромии и снижения эритроцитарных индексов.
1.2.3. Дефект, обусловленный преобладанием полипептидный цепей гемоглобина, включающих фрагменты β- и δ- цепей.
Гемоглобины Лепор и антилепор, или Hb Кения, отличаются тем, что содержат β- и σ-цепи, γ- и β-цепи соответственно наряду с α-цепями. Гомозиготная форма заболевания смертельна, гетерозиготные проявляются также как гетерозиготные талассемии. Диагностика основана на электрофоретической идентификации мутантных форм гемоглобина.
Метгемоглобинемии.
У здоровых лиц в метгемоглобин, отличающийся наличием трёхвалентного (окисленного) железа, за 24 ч превращается примерно 3% общего количества гемоглобина. Восстановление метгемоглобина в гемоглобин происходит при участии НАДФ ∙ Н2-метгемоглобинредуктазы, в присутствии аскорбиновой кислоты.
Метгемоглобинемия – повышенное содержание метгемоглобина в эритроцитах крови.
Метгемоглобинемия развивается при отравлении нитратами, нитритами, анилином и бромидами. Для новорождённых особую опасность представляет собой нитратсодержащая вода.
Метгемоглобинемия может явиться результатом наследственного дефицита НАДФ-метгемоглобинредуктазы. Низкая активность фермента проявляется в раннем возрасте, но клинических последствий не имеет, исключая несущественный клинический дефект (лёгкая цианотичность).
Метгемоглобинемия возможна и при наличии аномальных гемоглобинов: Hb Фрейбург, Hb Тьюбинген, Hb Хиросима и Hb Чисапик.
Нормальное содержание гемоглобина в крови: у мужчин – 130 – 160 г/л, у женщин – 115 – 125 г/л.
Гемоглобин: А1 у здорового взрослого – 96 – 98% от общего содержания; А2 – не более 3%; А3 – следовые количества; F у новорождённого – 20% (остальной представлен типом А).
Метгемоглобин – 0,1 – 0,3% от общего гемоглобина, при концентрации выше 15 г/л – выраженный цианоз.
Анемии.
Анемия – состояние, при котором в крови снижено содержание эритроцитов. Количественно она выражается степенью снижения концентрации гемоглобина.
Анемия возникает во все периоды жизни человека не только при различных заболеваниях, но и при некоторых физиологических состояниях, например, при беременности, в период усиленного роста, лактации.
В зависимости от выраженности снижения уровня гемоглобина выделяют три степени тяжести анемии:
Легкая – уровень гемоглобина выше 90 г/л;
Средняя – гемоглобин в пределах 90-70 г/л;
Тяжелая – уровень гемоглобина менее 70 г/л.
ОБЩИЕ СИМПТОМЫ АНЕМИЙ.
· Слабость, повышенная утомляемость, снижение работоспособности, раздражительность, сонливость;
· Головокружение, головные боли, шум в ушах, мелькание “мушек” перед глазами;
· Сердцебиение при небольшой физической нагрузке или в покое;
· Одышка при небольшой физической нагрузке или в покое.
Большое значение в диагностике анемии имеет лабораторное исследование крови – определение концентрации гемоглобина, количества эритроцитов, величины и насыщенности их гемоглобином.
Железодефицитная анемия.
Патогенетический фактор заболевания – недостаточность железа, которая может быть определена рядом причин:
· алиментарным дефицитом при одностороннем или недостаточном питании;
· нарушением распределения железа при инфекционных заболеваниях, воспалительных процессах и новообразованиях;
· замедленной мобилизацией и нарушением транспорта железа из депо, гипосидеринемией при избыточном накоплении железа в клетках РЭС;
· нарушением всасывания железа из пищеварительного тракта при заболеваниях желудка или кишечника, после операций (гастроэктомия и др.);
· потерями трансферрина при нефротическом синдроме или энтеропатии;
· хроническими рецидивирующими кровопотерями из ЖКТ (язвенная болезнь желудка или 12-перстной кишки, геморроидальные кровотечения), интенсивными менструальными кровопотерями (потери железа в этом случае могут составлять до 300 мкмоль);
· потерями железа при беременности (до 7 000 мкмоль за весь период).
Клинические проявления сводятся к снижению работоспособности, появлению глоссита.
Признаки железодефицитной анемии. Протекает заболевание обычно длительно, с частыми обострениями. Характерны бледность кожи и слизистых оболочек, одутловатость лица, слабость, утомляемость (как физическая, так и психическая), одышка при движениях, частые головокружения, шум в ушах. Хроническая кислородная недостаточность тканей (мало гемоглобина, который доставляет кислород к тканям) ведет к нарушениям работы печени, сердечной мышцы и других органов. Дефицит железа проявляется извращением вкуса – появляется пристрастие к мелу, иногда к углю, сухой крупе. Такому человеку нравятся запахи бензина, керосина, выхлопных газов, асфальта. Характерны изменения ногтей – появляется их продольная или поперечная исчерченность, иногда ногти становятся ложкообразными (вдавленными). Происходит атрофия (усыхание) слизистой оболочки глотки и пищевода, иногда – спазм начальной части пищевода, что создает трудности при глотании пищи.
В крови обнаруживается снижение гемоглобина, а на более поздних стадиях и эритроцитов.
Последствия железодефицита. Нехватка железа может привести к весьма неприятным последствиям, поскольку любой дефицит железа в организме способствует ухудшению поступления кислорода в клетки. Вследствие этого формируется железодефицитная анемия, иначе говоря, малокровие, ухудшается иммунитет, в результате чего возрастает опасность вирусных заболеваний. У детей замедляется процесс роста и умственное развитие, увеличивается усталость, ухудшается успеваемость. Люди старшего возраста чувствуют непрерывную утомляемость. Начинаются неприятные перемены в тканях и органах.
Наиболее сильному воздействию железодефицита подвержены эпителиальные ткани: кожа, слизистые оболочки ротовой полости, желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей. Одним из источников разнообразных воспалений кожа, экзем и иных кожных заболеваний является нехватка железа. Воспаление слизистой желудочно-кишечного тракта способствует ухудшению процесса впитывания питательных веществ. Возможность подхватить кишечную инфекцию либо ОРЗ при недостатке железа возрастает в два раза.
При железодефиците у подростков ухудшается способность сосредоточения внимания, возрастает утомляемость, понижается уровень интеллектуальности. Помимо этого, они испытывают ухудшение артериального давления, регулярные головные кружения, усиливается частота биения сердца.
Мегалобластическая анемия.
Заболевание развивается вследствие дефицита витамина В12 и Вс. Дефицит цианкобаламина может быть вызван недостаточной продукцией внутреннего фактора Касла, связанный с хроническим атрофическим гастритом или гастроэктомией, развитием патологической микрофлоры в кишечнике, гельминтозами, а также избирательным нарушением всасывания цианкобаламина или образованием антител к внутреннему фактору Касла.
К клиническим признакам относятся снижение трудоспособности, жалобы, характерные для атрофического гастрита, глоссит Гунтера («лаковый» язык), симптоматика фуникулярного миелоза.