Задача:
(ответ ниже)
Студент одной из африканских стран обратился в больницу с жалобами на одышку, головокружение, учащенное сердцебиение и боли в конечностях. В мазке крови были обнаружены эритроциты, имеющие форму серпа. Назовите наследственное заболевание, которым страдает данный студент, и причину развития его симптомов. При ответе:
а) опишите форму нормальных эритроцитов и их физиологическую роль;
б) назовите основной белок эритроцитов и дайте характеристику его строения (пространственных структур и активного центра), укажите связь структуры и функции;
в) объясните причины и следствия нарушения структуры и функции данного белка.
Ответ:
1) Эритроциты в норме имеют форму двояковогнутого диска. Основная функция которых состоит в транспорте кислорода (o₂) из легких в ткани и двуокиси углерода (сo₂) из тканей в легкие.
2) Гемоглобин является сложным белком, то есть в качестве простетической группы здесь выступает гем —содержащий железо. Гемоглобин человека является тетрамером, то есть состоит из 4 протомеров. У взрослого человека они представлены полипептидными цепями α1, α2, β1 и β2. Субъединицы соединены друг с другом с помощью гидрофобных взаимодействий. И α-, и β-цепи относятся к α-спиральному структурному классу, так как содержат исключительно α-спирали. Каждая цепь содержит восемь спиральных участков, обозначаемых буквами от A до H (от N-конца к C-концу). Строение гема: основу гема составляют 4 пиррольных кольца, соединенных метильными остатками. В центре расположен атом Fe(+3), соединенный с атомами азота перрольных колец четырьмя координационными связями. Также в АЦ Hb есть остатки двух аминокислот с гидрофильными радикалами – ГИС Е7 (отвечает за ориентацию О2) и ГИС F8 (образует координационную связь с железом и фиксирует гем в АЦ).
3) Студент страдает серповидно-клеточной анемией. Это наследственная болезнь, связанная с таким нарушением строения белка гемоглобина, при котором он приобретает особое кристаллическое строение.
Форма гемоглобина больных — так называемый гемоглобин S.
Эритроциты, несущие гемоглобин S вместо нормального гемоглобина А, под микроскопом имеют характерную серпообразную форму (форму серпа), за что эта форма гемоглобинопатии и получила название серповидноклеточной анемии.
Заболевание связано с мутацией, вследствие которой синтезируется аномальный гемоглобин S, в молекуле которого вместо глутаминовой кислоты в шестом положении β-цепи находится валин. В условиях гипоксии (низкого парцеального давления) гемоглобин S полимеризуется и образует длинные тяжи, в результате чего эритроциты приобретают серповидную форму. Это приводит к утрачиванию функции белка и выпадению его в осадок.
