Основы биохимии Том 1 - А. Ленинджер 1985

Биомолекулы
Глобулярные белки: структура и функция гемоглобина
«Неправильные» аминокислоты появляются в белках в результате генных мутаций

У людей, страдающих серповидноклеточной анемией, ген. ответственный за синтез ß-цепи гемоглобина, вследствие необратимой мутации кодирует включение остатка валина в положение, где в нормальном гемоглобине находится остаток глутаминовой кислоты; при этом все остальные аминокислоты ß-цепи занимают свои обычные положения. Серповидноклеточный гемоглобин - это результат только одной из более 300 различных мутаций, обнаруженных в гемоглобиновых генах человека, причем в большинстве случаев такие мутации приводят к замене какой-нибудь одной аминокислоты в а- или ß-цепи гемоглобина (рис. 8-23; табл. 8-4). Многие из этих мутаций были выявлены при помощи электрофоретических тестов, а также из анализа пептидных карт гемоглобина, выделенного из крови больных, у которых эритроциты имели те или иные отклонения от нормы.

Гемоглобин не единственный белок, содержащийся в организме человека, который претерпевает генетические изменения, обусловленные мутациями. Все белки, глобулярные и фибриллярные, подвержены мутациям. Гемоглобину уделяют значительно больше внимания просто потому, что многие изменения молекулярной структуры гемоглобина вызывают у людей выраженные нарушения кровообращения или дыхания. Кроме того, гемоглобин легко выделить из небольших проб крови, взятых для анализа. Мутации, ведущие к изменениям в аминокислотной последовательности, обнаружены и во многих других белках человека, включая разного рода ферменты, участвующие в процессах обмена, а также фибриллярные белки, например коллаген.

Таблица 8-4. Некоторые мутантные гемоглобины человека¹⁾

¹⁾ Мутации чаще вcего обозначают название города или местности, где они были обнаружены. Серповидную форму клеток вызывает только гемоглобин S. Другие мутантные гемоглобины характеризуются иными функциональными изменениями.

Хотя мутации, вызывающие те или иные изменения в молекулах белка, рассматриваются обычно как генетические «дефекты», в генах, содержащих информацию о структуре белковых молекул, могут происходить и такие мутации, которые «улучшают» белок, т.е. способствуют более эффективному выполнению им его функции, вследствие чего организм, несущий такой ген, оказывается лучше приспособленным к условиям его существования. В определенной степени это относится и к мутации, обусловившей возникновение серповидноклеточного гемоглобина. В некоторых районах Африки до 40% негритянского населения являются носителями гена серповидноклеточности. Это указывает на то, что данная мутация должна иметь приспособительное значение. Действительно, коренные африканцы, несущие ген серповbдноклеточности, значительно меньше подвержены малярии, вызываемой переносимыми комарами паразитами, которые проникают в эритроциты человека и размножаются в них. В серповидных эритроцитах условия для развития малярийных паразитов менее благоприятны. чем в нормальных. Географические районы Африки, в которых чаще всего встречаются носители серповидноклеточности, - это как раз те местности, где когда-то наиболее широко была распространена малярия (рис. 8-24). Таким образом, ген серповидноклеточности увеличивал шансы на выживание у жителей тех районов Африки, где малярия была эндемическим заболеванием и причиной высокой детской смертности.

Рис. 8-24. Относительная частота распространения гена серповидноклеточности в различных частях Африки. Зоны, соответствующие наибольшему распространению этого гена, находятся в тех областях, где когда-то основной причиной смертности была малярия.