镰刀型细胞贫血症

生化PBL病例2

11临本2班第二小组

1．血红蛋白的ɑ-链和β-维持血红蛋白的空间结构有何特点？维持血红蛋白四级空间的力量包括哪些化学键？

(1) 血红蛋白是由四条多肽链组成的──二条α链(每条α链含141个氨基酸残基)和二条β链(每条β链含146个氨基酸残基)。每条多肽链的螺旋结构形成一个疏水性的空间，可保护血红素分子不与水接触，Fe2+不被氧化。Fe2+位于血红素卟啉环的中央，与卟啉环的4个吡咯基、O2及多肽链上的组氨酸形成六配位体。每个血红蛋白分子可逆结合4个氧分子，每克血红蛋白可结合1.34 mL氧气。（2）范德华力、氢键、离子键和疏水键作用还有亚基间的二硫键。

——选自【血液病】黄晓军主编及生物化学教材

2．镰刀细胞性贫血的分子基础是什么（基因和蛋白质的改变）?用什么方法可以诊断？

根本原因是基因的改变，第十七位的碱基T由A代替，最终导致翻译出的蛋白质改变，即导致细胞镰化的直接原因，原本的谷氨酸被缬氨酸所代替，谷氨酸为带负电荷的极性亲水氨基酸，而缬氨酸为不带电荷的非极性疏水氨基酸，这种疏水性导致导致血红蛋白的溶解度大大降低，当氧分压低时(如血液流至毛细血管处)，HbS会形成棒状凝胶结构，使红细胞扭曲成镰刀状，红细胞的变形性降低可引起溶血。

[诊断]可应用镰刀试验，血红蛋白溶解性，电泳及色层柱析法等，并结合临床表现作出诊断。3．为什么患者的红细胞会变成镰刀状？

正常的谷氨酸被缬氨酸代替，缬氨酸是一个疏水氨基酸，这样的氨基酸分子暴露在血红蛋白分子外部是不利的。由于这样的疏水作用，血红蛋白分子的这个位点不易与水结合，水溶性降低，众多的血红蛋白分子相互聚集沉淀，形成纤维状的纤维沉淀。这样的结果是使得红细胞的形态结构发生变化，红细胞特有的圆饼状结构消失，变成扁平细长的镰刀型细胞。4．患者产生症状（贫血、疼痛等）的病理学基础是什么？

僵硬的镰形红细胞难以通过微循环，加上凝胶化结构使血液粘滞性增加，阻塞微循环引起局部缺血缺氧，甚至坏死，产生剧痛。根据血管闭塞的部位不同，导致不同器官的病变，如肝、肾、脑、心损伤等．又由于这种镰变红细胞的变形性降低，易在脾和肝阻留破坏，出现溶血性贫血症状。

——选自【医学遗传学】第二版446页5．镰刀细胞性贫血在世界范围内的分布有何特点？

非洲和美洲的黑人为主，杂合子状态者占非洲黑人的20%，美国黑人群的8% ，此外也见于希腊、意大利、土耳其、中东、土著印第安人及上述民族长期通婚的人群。杂合子之间通婚，其1/4 子女为纯合子。而在我国见于两广及香港、台湾。本病多见于非洲、美洲黑人，也见于中东、希腊、土籍印第安人及与上述民族长期通婚的人群。1987年我国首次报道此病⋯，但其亲代系非洲黑人。

6．镰刀细胞性贫血的血红蛋白在电泳行为上与正常血红蛋白有何差别？

正常血红蛋白电泳区带：HbA＞95%，HbF＜2%，HbA2为1.0%~3.1%。通过与健康人血红蛋白电泳图谱进行比较，可发现异常血红蛋白区带，如HbH、HbE、HbBarts、HbS 、HbD 和HbC等异常血红蛋白。镰状细胞贫血血红蛋白电泳显示HbS占80%以上，HbF增多至2%~15%，HbA2正常，而HbA缺如。

7．人血红蛋白（HbA)由哪些肽链组成？这些肽链在一级结构上有何差别？

由两条α肽链（每条α链含141个氨基酸残基）和两条β肽链（每条β链含146个氨基酸残基）组成

蛋白质一级结构：指多肽中从N-端到C-端的氨基酸序列,包括二硫键的位置。主要化学键为肽键。

氨基酸数量的差别

9．概念

蛋白质的一级结构（primary structure）就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序（sequence），也是蛋白质最基本的结构。它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为多肽链，故肽键是蛋白质结构中的主键。

蛋白质的二级结构（secondary structure）是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。

蛋白质的三级结构是蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具有一定规律的三维空间结构。蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力（V an der Wasls力）等。这些次级键可存在于一级结构序号相隔很远的氨基酸残基的R基团之间，因此蛋白质的三级结构主要指氨基酸残基的侧链间的结合。次级键都是非共价键，易受环境中pH、温度、离子强度等的影响，有变动的可能性。二硫键不属于次级键，但在某些肽链中能使远隔的二个肽段联系在一起，这对于蛋白质三级结构的稳定上起着重要作用。

蛋白质的四级结构具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为

结构域（domain）也是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次。在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别它与蛋白质亚基结构的区别。一般每个结构域约由100-200个氨基酸残基组成，各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能。如免疫球蛋白（IgG）由12个结构域组成，其中两个轻链上各有2个，两个重链上各有4个；补体结合部位与抗原结合部位处于不同的结构域。一个蛋白质分子中的几个结构域有的相同，有的不同；而不同蛋白质分子之间肽链中的各结构域也可以相同。如乳酸脱氢酶、3－磷酸甘油醛脱氢酶、苹果酸脱氢酶等均属以NAD+为辅酶的脱氢酶类，它们各自由2个不同的结构域组成，但它们与NAD+结合的结构域构象则基本相同。

氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y 形式的键，称为氢键。（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）疏水键（hydrophobic bond）是两个不溶于水的分子间的相互作用。当分子中烃基链与水接触时，因不能被水溶剂化，界面水分子整齐地排列，导致系统熵值降低，能量增加，产生表面张力。为了克服表面张力，疏水基团会收缩、卷曲和结合，将原来规则排布于表面的水分子排挤出，使疏水表面减少，转换出的水分子呈无序态，熵值回升，焓变值减少，从而降低系统能量。这种非极性的烃基链因能量效应和熵效应等热力学作用是疏水基团在水中的相互结合作用成为疏水键。

α-螺旋：蛋白质中常见的一种二级结构，肽链主链绕假想的中心轴盘绕成螺旋状，

一般都是右手螺旋结构，螺旋是靠链内氢键维持的。每个氨基酸残基（第n个）的羰基氧与多肽链C端方向的第4个残基（第n＋4个）的酰胺氮形成氢键。在典型的右手α-螺旋结构中，螺距为0.54nm，每一圈含有3.6个氨基酸残基，每个残基沿着螺旋的长轴上升0.15nm。

β－转角：

蛋白质分子中，肽链经常会出现180°的回折，在这种回折角处的构象就是β－转角（β－turn或β－bend）。β－转角中，第一个氨基酸残基的C＝O与第四个残基的N桯形成氢键，从而使结构稳定