Гены и белки

В работе Бидла и Татума было выдвинуто предположение о том, что каждый ген отвечает за образование одного фермента. Соображения о природе взаимосвязи между генами и белками были впервые высказаны в связи с изучением одного из тяжелейших заболеваний человека - серповидноклеточной анемии. Люди, страдающие серповидноклеточной анемией, как правило, погибают, не достигнув зрелого возраста. При низком парциальном давлении кислорода эритроциты больных приобретают характерную серповидную форму, благодаря которой болезнь и получила свое название. У родителей больных наблюдаются некоторые признаки серповидноклеточности - их эритроциты также имеют несколько искаженную форму, однако они не страдают тяжелой формой анемии.

В 1949 г. Джеймс Нил и Е. Бит независимо высказали предположение о том, что серповидноклеточность связана с мутацией определенного гена, который у больных анемией существует в гомозиготном состоянии, а у носителей отдельных симптомов серповидноклеточности - в гетерозиготном. В том же году Нобелевский лауреат Лайнус Полинг

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

10. Генетические функции 19

Рис. 10.11. Электрофоретическая подвижность гемоглобина здорового человека (вверху) и больного серповидноклеточной анемией в тяжелой (в середине) или легкой (внизу) форме. Препарат, содержащий гемоглобин, помещают в электрическое поле на участке, помеченном стрелкой. Нормальный гемоглобин (А) мигрирует	в сторону катода, а серповидноклеточный гемоглобин (S) - в сторону анода. В препаратах, полученных от пациентов с отдельными признаками серповидноклеточной анемии, обнаруживаются оба вида гемоглобинов. (По Pauling L., Itano Η. Α., Singer S. J., Wells I. С. 1949. Science, 110, 543.)

и трое его коллег обнаружили, что гемоглобины нормальных индивидов и больных серповидноклеточной анемией заметно различаются по подвижности в электрическом поле (рис. 10.11). При этом оказалось, что гемоглобин пациентов с отдельными симптомами серповидноклеточности представляет собой смесь примерно равных количеств нормального и мутантного гемоглобинов. Таким образом, стало ясно, что мутация, вызывающая серповидноклеточность, связана с определенными изменениями химической структуры молекул гемоглобина. При гомозиготности по данной мутации в организме присутствуют только измененные молекулы гемоглобина, а при гетерозиготности - как измененные, так и нормальные молекулы.

Гемоглобин А, представляющий собой основной тип гемоглобина у взрослого человека, состоит из четырех полипептидных цепей - двух идентичных α-цепей и двух идентичных ß-цепей (α₂β₂). В 1957 г. Верной Ингрэм показал, что нормальный и серповидноклеточный гемоглобины содержат одинаковые α-цепи, но различные ß-цепи. В шестом положении ß-цепи нормального гемоглобина находится остаток глутаминовой кислоты, у серповидноклеточного гемоглобина он заменен на остаток валина (рис. 10.12). В данном случае различия между нормальным и мутантным аллельными вариантами являются следствием единственной аминокислотной замены в соответствующем белке. Таким образом, ста-