Замена глу на вал в гемоглобине

Болезни гемоглобинов

Аномальные виды гемоглобинов

Аномальные гемоглобины возникают в результате мутации генов, кодирующих a и b цепи. Известно несколько сотен мутантных гемоглобинов человека (в большинстве случаев функционально активных).

Таблица №1 замена аминокислот в a и b пептидных цепях гемоглобина

Болезни гемоглобинов называют гемоглобинозами, их насчитывают более 200.

Гемоглобинозы делятся на гемоглобинопатии и таласемии.

Гемоглобинопатии, возникают в результате точечных мутаций в структурных генах, кодирующих полипептидные цепи гемоглобина. Поэтому в крови появляется аномальный гемоглобин.

Серповидноклеточная анемия – классический пример наследственной гемоглобинопатии. В норме в b-субъединицах гемоглобина в шестом положении находится гидрофильная глутаминовая кислота. В гемоглобине S глутаминовая кислота заменена на гидрофобный валин. Такая замена приводит к появлению на поверхности b-субъединицы гидрофобного («липкого») участка, который соединяется с гидрофобным карманом другой молекулы гемоглобина S. Происходит полимеризация гемоглобина S и его осаждение в виде длинных волокон. Длинная волокнистая структура нарушает нормальную форму эритроцитов, превращая её из двояковогнутого диска в серповидную, которая имеет тенденцию блокировать капилляры. Такие эритроциты преждевременно разрушаются, способствуя развитию анемии. Если поражены обе гомологичные хромосомы, заболевание может оказаться смертельным. Заболевание широко распространено в географических зонах, где наиболее часто встречается злокачественная форма малярии. Высокий показатель заболеваемости можно объяснить положительной селекцией генома носителей аномальных генов. Серповидная красная кровяная клетка «неудобна» для развития малярийного плазмодия.

Существенное ухудшение состояния больных наблюдается в условиях высокогорья при низких давлениях кислорода. Это связано с тем, что полимеризоваться способна только дезоксиформа S гемоглобина. Так как в молекуле оксиформы S-гемоглобина нет гидрофобного кармана («липкого участка»), и она не способна к полимеризации.

Талассемия – генетическое заболевание, обусловленное отсутствием или снижением синтеза одной из цепей гемоглобина. При данном заболевании отсутствуют дефекты в структурных генах, кодирующих a, b, g,d -цепи.

Причиной талассемий являются мутации генов-операторов, контролирующих транскрипцию структурных генов a, b, g,d -цепей гемоглобина.

В результате несбалансированного образования глобиновых цепей образуются тетрамеры гемоглобина, состоящие из одинаковых протомеров.

В зависимости от того, формирование какой глобиновой цепи нарушается, выделяют a, b, g, e — талассемии.

Талассемии делятся так же на гомозиготные и гетерозиготные.

Гомозиготная b-талассемия – формирование b-цепи полностью подавляется. Симптомы заболевания появляются приблизительно через полгода после рождения, когда происходит полное переключение синтеза g-цепи гемоглобина F на b-цепь. У ребенка прогрессирует анемия. Увеличиваются селезенка и печень. Лицо приобретает монголоидные черты (из-за чрезмерного разрастания костного мозга скулы выдаются вперед, нос приплюснут), при рентгенологическом исследовании черепа наблюдается феномен «игл ежа» («hair – standing –on –end»). В попытке восполнить эритроциты, утраченные в результате не эффективного эритропоэза и увеличении гемолиза, ткани черепа, чрезмерно разрастаясь и гипертрофируясь, порождают такое изменение медуллярной пластинки.

α-талассемия — недостаток образо­вания α-глобиновых цепей приводит к нару­шению образования HbF у плода. Избыточ­ные γ-цепи образуют тетрамеры, называемые гемоглобином Барта. Этот гемоглобин при фи­зиологических условиях имеет повышенное сродство к кислороду и не проявляет коопе­ративных взаимодействий между протомерами. В результате гемоглобин Барта не обеспе­чивает развивающийся плод необходимым количеством кислорода, что приводит к тя­жёлой гипоксии. При α-талассемии отмечают высокий процент внутриутробной гибели пло­да. Выжившие новорождённые при переклю­чении с γ- на β-ген синтезируют β-тетрамеры или НbН, который, подобно гемоглобину Бар­та, имеет слишком высокое сродство к кис­лороду, менее стабилен, чем НbА и быстро разрушается. Это ведёт к развитию у больных тканевой гипоксии и к смерти вскоре после рождения.

Для всех этих заболеваний характерны некоторые общие закономерности:

1). нарушаются пропорции в составе гемоглобина крови. Например, при b- талассемии в крови появляется 15% гемоглобина А2, 15 – 60% гемоглобина F;

2). эритроциты приобретают не нормальную форму (мишеневидную, каплевидную). Такие эритроциты в пределах 1 дня захватываются ретикулярной соединительной тканью (например, селезенкой) и подвергаются распаду (по этой причине селезёнка оказывается гипертрофированной), что приводит к развитию гемолитической анемии.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9748 —

| 7453 — или читать все.

источник

Гемоглобинопатии.

Гемоглобинопатии – группа заболеваний, к которой относят аномалии, вызванные нарушениями механизма синтеза белкового компонента гемоглобина при нормальной структуре гема. Известно более 200 вариантов гемоглобинопатий. Из них лишь некоторые проявляются в виде заболеваний, в основе которых лежит нарушение транспорта кислорода или накопление метгемоглобина.

Дефекты, обусловленные заменой аминокислотного остатка в пептидной цепи гемоглобина.

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 Вал (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  Тир);

М-гемоглобин Бостон (α 58 Гис  Тир);

М-гемоглобин Миллуоки (β 67 Гис  Глу);

М-гемоглобин Гайд-Парк (β 92 Гис  Тир);

М-гемоглобин Ивет (α 87 Гис  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.

источник

ответы на экзамен по бх / Билет 92

К группе гемопротеидов относятся гемоглобин и его производные, миоглобин и ферменты – цитохромная система, каталаза и пероксидаза.

Все хромопротеиды содержат различные по составу и структуре белки. Небелковый компонент обладает структурным сходством.

Строение гемоглобина.

В молекуле гемоглобина белковый компонент представлен белком глобином, небелковый компонент – гем.

Глобин состоит из 4 субъединиц 2

и 2. Каждая -цепь содержит по 141 аминокислотному остатку, а — по 146.

Внутри каждой субъединицы имеется гидрофобный «карман», в котором располагается гем.

Гем представляет собой плоскую молекулу, содержащую 4 пиррольных цикла и соединенный с ними атом железа:

Гем соединяется с белковой частью (глобином) гидрофобными связями между пиррольными циклами и гидрофобными радикалами аминокислот. Между атомом железа и имидазольным кольцом одного из остатков гистидина в глобине имеется координационная связь. За счет еще одной координационной связи к атому железа может присоединяться молекула кислорода с образованием оксигемоглобина.

Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а атом железа выступает из этой плоскости. Присоединение кислорода «выпрямляет» молекулу гема: железо перемещается в плоскость пиррольных колец и это вызывает изменение конформации белка. В молекуле гемоглобина имеется 4 протомера, каждый из которых содержит гем и может присоединять кислород. Присоединение первой молекулы кислорода изменяет конформацию протомера. Изменение конформации одного протомера изменяет конформацию остальных протомеров. Изменение конформации протомеров облегчает присоединение остальных молекул кислорода. Это явление называется кооперативным действием. Сродство гемоглобина к четвертой молекуле О2 примерно в 300 раз больше, чем к первой.

Функция гемоглобина.

Состоит в связывании и переносе кислорода от легких к тканям. Гемоглобин, связанный кислородом, называется оксигемоглобином.

Производные гемоглобина.

Молекула гемоглобина имеет большое сродство к оксиду углерода (II) СО. Это карбоксигемоглобин. Сродство СО к гемоглобину примерно в 300 раз выше, чем к кислороду. Это свидетельствует о высокой токсичности угарного газа, поэтому при отравлении СО необходимо, пострадавшего вынести на воздух, чтобы увеличить поступление кислорода.

Гемоглобин связывает также СО2 с образованием карбгемоглобина.

Типы гемоглобинов.

Различают физиологические и аномальные гемоглобины.

Физиологические гемоглобины образуются на разных этапах нормального развития организма, а аномальные – вседствие нарушений последовательности аминокислот в глобине.

Физиологические типы гемоглобина.

Примитивный – HbP (относятся гемоглобины, называемые Говер 1 и Говер 2)

Фетальный гемоглобин HbF (гемоглобин плода).

HbР появляется на ранних стадиях развития эмбриона. Примитивные гемоглобины заменяются на HbF. На поздних стадиях развития плода появляются гемоглобины взрослых – HbА1, HbА2.

В крови взрослого человека примерно 95-96% HbА1, 2-3% HbА3, 0,1-0,2% HbF.

Гемоглобин А1 содержит по 2

и цепи. Гемоглобин А2 – по 2 и -цепи. Гемоглобин F – по 2 и -цепи. Гемоглобин Говер 1 содержит 4 цепи, Говер 2 – 2 и 2 цепи по мере созревания плода -цепи заменяются -цепями.

Аномальные типы гемоглобина

В крови человека открыто около 150 типов мутантных гемоглобинов. Аномальные гемоглобины различаются по форме, химическому составу, величине заряда. Выделены аномальные гемоглобины при помощи методов электрофореза и хроматографии. Передающиеся по наследству изменения – результат мутации единственного триплета, который приводит к замене одной аминокислоты на другую (с резко отличающимися свойствами – пример серповидноклеточная анемия – глу заменен на вал).

Патология обмена гемоглобина.

Болезни гемоглобинов (их около 200) называют гемоглобинозами.

Гемоглобинопатии – в основе лежат наследственные изменения структуры какой-либо цепи нормального гемоглобина («молекулярные болезни»).

Талассемии – нарушение синтеза какой-либо цепи гемоглобина.

Классическим примером наследственной гемоглобинпатии является серповидноклеточная анемия. Глу в 6-м положении в

-цепи заменен на вал. Эритроциты в условиях низкого парциального давления кислорода принимают форму серпа. Такой гемоглобин после отдачи кислорода превращается в плохо растворимую форму и начинает выпадать в осадок в виде веретенообразных кристаллоидов, которые деформируют клетку и вызывают массивный гемолиз.

Талассемии – генетически обусловленной нарушение синтеза одной из нормальных цепей гемоглобина. Угнетение синтеза

-цепей вызывает развитие -талассемии, угнетение синтеза -цепей — -талассемия. При -талассемии появляется до 15% HbA2, повышается до 15-60% содержание фетального гемоглобина. Болезнь характеризуется гиперплазией и разрушением костного мозга, поражением печени, деформацией черепа и тяжелой гемолитической анемией. Эритроциты имеют мишеневидную форму. Механизм изменения формы эритроцитов не выяснен. Название связано с тем, что возникает у людей, живущих на побережье Средиземного моря.

Порфирии.

Порфирии – группа заболеваний с наследственной предрасположенностью, возникающих в результате блокирования начальных стадий синтеза гема и сопровождающихся увеличением содержащихся порфиринов в организме.

Г

лицин Сукцинил-КоА

-аминолевуленовая кислота

феррохелатаза

Блок – 1 – острая перемеживающая порфирия. Накапливается

-АМК и порфобилиноген

Блок – 2 – приводит к накоплению всех предшествующих продуктов. Молекулярный механизм неизвестен.

Болк – 3 – эритропоэтическая протопорфирия связана с отсутствием фермента феррохелатазы, каторая присоединяет к молекуле протопорфирина IX Fe 2+ .

За сутки в организме распадается около 9 г гемопротеидов. Период жизни эритроцитов 120 дней, разрушаются они в кровеносном русле или в селезенке. Гемоглобин связывается с гаптоглобином и в виде комплекса гаптоглобин-гемоглобин поступает в клетки ретикулоэндотелиальной системы селезенки. Комплекс гаптоглобин-гемоглобин распадается и гаптоглобин переходит в кровь, а гемоглобин окисляется в метгемоглобин (Fe 3+ ).

В РЭС селезенки гемоглобин под действием гемоксигеназы превращается в вердоглобин. Вердоглобин теряет Fe, которое связывается трансферином и доставляется кровью в костный мозг. Вердоглобин отдает белок глобин и превращается в биливердин. При восстановлении биливердина НАДФ Н2 образуется билирубин.

Билирубин – плохо растворимое соединение и в крови связывается с альбумином. В виде комплекса альбумин-билирубин идет транспорт билирубина кровью в клетки печени. В печени билирубин соединяется с глюкуроновой кислотой с образованием моно (20%) и диклюкуронидов (80%), они хорошо растворимы в воде. Этот вид билирубина называется конъюгированным билирубином (связан с глюкуроновой кислотой), а также называется связанным прямым, т.к. может быть прямо обнаружен с помощью реактива Эрлиха.

Билирубинглюкурониды в незначительных количествах диффундируют в кровеносный капилляр. В плазме крови присутствуют 2 формы билирубина: неконъюгированный (непрямой, свободный) и конъюгированный (прямой, связанный) – 25% от общего билирубина. Билирубинглюкурониды с желчью поступают в кишечник, где от них отщепляется глюкуроновая кислота и вновь образуется неконъюгированный билирубин. В тонком кишечнике небольшая часть билирубина может всосаться и через портальную вену вновь поступать в печень. Остальной билирубин подвергается действию кишечных бактерий и в тонком кишечнике билирубин превращается в уробилиноген. Уробилиноген всасывается в тонком кишечнике и через воротную вену поступает в печень, где уробилиноген разрушается до моно- дипирролов.

Не разрушенный уробилиноген вновь с желчью поступает в кишечник и восстанавливается до стеркобилиногена (бесцветен). Стеркобилиноген окисляется до стеркобилина и выделяется с фекалиями. Небольшое количество стеркобилиногена поступает в почки, затем окисляется до стеркобилина и выделяется с мочой.

В норме содержание общего билирубина в сыворотке крови составляется 8-20 мкмоль/л.

источник