遗传学08-生化遗传病

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苯丙酮尿症是由于苯丙氨酸羟化酶缺陷导致 次要代谢途径打开,有害中间产物堆积引起 的疾病。(尿臭、弱智、白化)
请思考白化病与苯丙酮尿症的区别。
二、糖代谢病
半乳糖血症 粘多糖累积症
半乳糖血症是半乳糖激酶、半乳糖-1-磷酸尿苷转 移酶或表异构酶等3种酶缺陷导致底物(半乳糖) 和中间产物(半乳糖-1-磷酸)在体内堆集引起的 疾病。
以下疾病仅要求一般了解:
粘多糖累积症
粘多糖是由蛋白质和氨基多糖构成的糖蛋白。 一些粘多糖(如硫酸皮肤素、硫酸角质素、硫酸乙酰肝素)是
结缔组织的成分。 糖苷酶或硫酸酯酶遗传性缺乏,造成酸性粘多糖及部分分解产
物在各种组织中累积而致本病。 患者面容粗犷,骨骼畸形,有的可有智力障碍和肝、脾、心
等多器官损害。 粘多糖累积症可分为七型,除一种为XR遗传外,其余均为
分子组成
2 2 2 2 2G 2 2A 2 2G 2 2A 2 22 22
❖ 人类珠蛋白基因簇
α珠蛋白基因簇
16pter-p13.3
5‘
1 2 1
3’
1 31 32 99 100 141
每条16号染色体上有两个α基因,正常二倍体细胞 有4个α基因。
β珠蛋白基因簇
11p15.5
ε
G A ψ1 δ β
全世界异常血红蛋白携带者有1亿多人
第一节 血红蛋白病与珠蛋白 生成障碍性贫血
What is Hemoglobin?
血红蛋白是位于红细胞内 的一种由珠蛋白(globin)和 色素辅基血红素(heme)所组 成的一种复合蛋白,在体内担 负着携带氧重任。
一、血红蛋白的分子结构及其遗传控制
血红蛋白是一种复 合蛋白,由四个亚单位 构成四聚体。
生化遗传病
Biochemical Genetics
是研究基因与蛋白分子和酶之间的关 系,特别是基因在控制生化代谢过程 中各个生物化学反应上的作用的一个 学科。
The study of the relationships between genes and enzymes, specifically the role of genes in controlling the steps in biochemical pathways.
➢ 不稳定血红蛋白病(AD):基因突变 导致血红蛋白不稳定。
❖ 异常血红蛋白病发病机制
➢ 单个碱基替换
单个碱基替换
目前发现的异常血红蛋白病绝大多数是 由于DNA上的单个碱基发生替换(点突变), 导致肽链上单个氨基酸改变而引起的。
HbS (镰状细胞贫血) β链 谷氨酸 6 缬氨酸
GAG → GUG
1917年 发现此类贫血患者红细胞在可在体外发生镰 变 1927年 发现缺氧是镰变的重要条件,氧充足时恢复 原貌 1949年 Linus Pauling等发现正常血红蛋白和镰形血 红蛋白电泳速率有异,发表了《镰形红细胞贫血 一 种分子病》论文 1956年,Ingram测定出了镰形血红蛋白的氨基酸取 代。
❖ 异常血红蛋白病发病机制
➢ 单个碱基替换 ➢ 移码突变
移码突变
移码突变会导致珠蛋白肽链自移码碱基 以后的DNA阅读框架发生改变,产生新的异 常血红蛋白。
Hb Wayne α链 UCC(138位)丢失一个“C” 肽链延伸到147位
-1bp
-2bp
normal
frame-shift mutation 1 frame-shift mutation 2
一、血红蛋白的分子结构及其遗传控制
血红蛋白是一种复 合蛋白,由四个亚单位 构成四聚体。
每个亚单位由一条 珠蛋白肽链和一个血红 素辅基构成。
一、血红蛋白的分子结构及其遗传控制
构成血红蛋白的珠蛋白肽链有 7 种:α、β、 Gγ、Aγ、δ、ε、ζ。绝大多数血红蛋白由一对α 链和一对非α链组成, α链(α和ζ)由141个氨基酸 组成,非α链(β, γ, δ和ε)由146个氨基酸组成。
❖ 地中海贫血发病机制
➢ α地中海贫血 —— 基因缺失 ➢ β地中海贫血 —— 点突变
转录缺陷 翻译障碍 转录产物加工缺陷
β地贫发病机制
第二节 血浆蛋白病 (了解)
第三节 酶蛋白病
酶蛋白病遗传学 体内酶促反应可表述为:
E1 E2 E3
ABCD
E4
F
1、任何一种酶缺陷均可导致底物堆集。 2、E2或E3缺陷导致中间产物堆集。 3、E3缺陷可导致代谢终产物减少。 4、E1缺陷可导致次要代谢途径开放。
5’
G A 1
3’
δ
β
δ
δβ
β
融合基因
融合基因:两种非同源基因的部分片段 拼接而成的基因。某些异常血红蛋白肽链由 两种不同的肽链连接而成。
❖ Hb Lepore:非α链由δ、β链连接而成
Anti Lepore
Lepore
吃灰男孩——小建文的故事:中央电视 台经济频道
四川某县人,3岁。从1岁多起,每天吃墙面石灰, 从每天吃10多分钟到7-8个小时,不能制止。经查, 脾大(超过正常4倍,占据2/3腹腔),重度贫血。 经县医院转诊至上海儿科医学中心(上海交大), 诊断为重型地中海贫血。
•Emesis and diarrhea after lactation at first, may cause the lesions of liver and brain gradually •If the disease can be diagnosed when the patients are born, give them food without lactose, they may grow up normally.
❖ 异常血红蛋白病发病机制
➢ 单个碱基替换 ➢ 移码突变 ➢ 整码突变
整码突变(密码子缺失或插入)
整码突变指密码子的三个碱基同时缺 失或插入。
Hb Grady α链 第116位脯氨酸后插入了Thr-Pro-Phe 以后的氨基酸都是正常的
❖ 异常血红蛋白病发病机制
➢ 单个碱基替换 ➢ 移码突变 ➢ 整码突变 ➢ 融合基因
HbE(中国人比较常见) β链 谷氨酸 26 赖氨酸 GAG → AAG
终止密码子突变 & 无义突变
Hb Constant Spring(172aa)
原因:延后终止。α链 —— UAA 142 CAA (Gln)
Hb McKees-Rock
原因:提前终止。β链 —— UAU (Tyr) 145 UAA
镰状细胞贫血
Sickle cell disease (HbS)
Herrick
镰状细胞贫血
COOH CH2 CH2 H C NH2 COOH
CH3 H C CH3 H C NH2
COOH
镰状细胞贫血
发病机制及临床表现
AR,血红蛋白链第6位谷氨酸被 缬氨酸取代,成为HbS,在脱氧情况 下HbS聚合成长棒状聚合物,导致血 红蛋白溶解度降低,使红细胞镰变。
治疗:手术切除超大脾脏(4小时缓慢切除),骨 髓移植(台湾仁济骨髓中心,台湾艺人和上海电 视台酬资)
重庆晨报频道
标题:潼南县连体姐妹16年后同患白血病
出生时为连体婴,进行了分离手术,2岁进 行了脾切除术。而今,这对16岁的双胞胎 姐妹又被潼南县医院查出同患地中海溶血 性贫血病(白血病——错误)。吁请社会 关爱。
25% 50%
75% 100%
Hb Bart’s hydrops fetalis syndrome
8 months fetus of induced abortion after prenatal diagnosis
胎儿父母均为0地中海贫血杂合子(--/ ), 他们若再生育,胎儿有1/4的机会为Hb Bart’s水肿 胎儿, 1/4为正常儿,1/2为0地中海贫血杂合子。 因此这样的夫妇应作产前诊断。
5’
3’
1 30 31 104 105 146
每条11号染色体上有一个β基因,正常二倍体细胞有 2个β基因。
二、血红蛋白病
血红蛋白病(hemoglobinopathy):指由于珠 蛋白分子结构异常所引起的疾病。
❖ 血红蛋白病
国际血红蛋白信息中心(IHIC) 的资料表明, 全世界发现的异常血红蛋白已超过 750 种。
三、珠蛋白生成障碍(地中海贫血)
❖ 地中海贫血
国际血红蛋白信息中心(IHIC) 统计的资料 表明,全世界发现的导致地中海贫血的突变已 超过 300 种。
A Syllabus of Thalassemia Mutations by Titus H.J. Huisman et al.
α地中海贫血(α地贫)
β地中海贫血(β地贫)
❖ β链完全不能合成者,称为 0 地贫 ❖ 尚有部分β链合成者,称为 + 地贫
重型β地中海贫血
缺氧的组织促使红细胞生成素大量分泌,刺激骨髓的造血功能,使红骨髓大量 增生,骨质受侵蚀致骨质疏松,出现“地中海面容”(头颅大、颧突、塌鼻梁、 眼距宽、眼睑浮肿)。由于β链合成抑制,相对过剩的α链在红细胞膜上沉积, 改变膜的通透性,引起溶血性贫血,需靠输血维持生命。
血红蛋白病与珠蛋白生成障碍性贫血 血浆蛋白病 酶蛋白病 受体蛋白病 膜转运体蛋白病
本章主要内容
❖ 血红蛋白病及发病机制 ❖ 地中海贫血及发病机制 ❖ 酶蛋白病发病机制
历史沿革
人类生化遗传病是首先从研究血红蛋白病开始 1866年 胎儿血红蛋白与成人不同 1925年 地中海区域陆续发现贫血患儿,后来被称作 珠蛋白生成障碍性贫血,但习惯称之为地中海贫血 1904年 一黑人血液中发现了镰形红细胞 1910年 一例居住在芝加哥的西印度群岛男子患有严 重镰形红细胞贫血
一、氨基酸代谢病
指氨基酸分解代谢过程中酶的先天性缺乏 而导致氨基酸代谢缺陷。 苯丙酮尿症 尿黑酸尿症 白化症
苯丙氨酸羟化酶
酪氨酸酶
尿黑酸氧化酶
白化病Ⅰ型(常见型)是酪氨酸酶(决定酪 氨酸生成黑色素)缺陷导致终产物(黑色素) 减少引起的疾病。Ⅱ型病因未明。
尿黑酸尿症是由于尿黑酸氧化酶缺陷导致 中间产物(尿黑酸)堆集引起的疾病。
生化遗传病
分子病(molecular disease):由 于基因突变导致蛋白质分子结构 和数量的异常,代谢差错(inborn error of metabolism):由于基因突变造成 催化机体代谢反应的某种酶的结构、 功能和数量变化,进而引起机体代 谢途径严重阻断的一类疾病。
❖ α链完全不能合成者,称为 0 地贫 ❖ 尚有部分α链合成者,称为 + 地贫
Types
Genotype Deletion
Hb Bart胎儿水肿症 0/0 --/--
Hb H 病
+/0
-/--
α珠蛋白生成障碍性 贫血性状
A/0
/--
+/+
-/ -
静止型携带者
A/+
/ -
正常人
A/A
/
Alpha protein 0
镰状细胞贫血
HbA O2
HbS
镰状细胞贫血
镰状细胞贫血
镰状细胞贫血
❖ 异常血红蛋白病
➢ 镰状细胞贫血
➢ Hb C病(AR):β链第6位谷氨酸被赖 氨酸取代。纯合子患者可轻度溶血性贫 血,杂合子可无症状。
➢ 血红蛋白M病:即遗传性高铁血红蛋白 血症(AD):由于基因突变,改变的氨 基酸占据了Fe原子的配基位置,使Fe原 子呈稳定高铁状态,丧失了血红素与氧 结合的能力,导致组织缺氧。
融合基因
融合基因:两种非同源基因的部分片段 拼接而成的基因。某些异常血红蛋白肽链由 两种不同的肽链连接而成。
❖ Hb Lepore:非α链由δ、β链连接而成
融合基因
融合基因:两种非同源基因的部分片段 拼接而成的基因。某些异常血红蛋白肽链由 两种不同的肽链连接而成。
❖ Hb Lepore:非α链由δ、β链连接而成
A Syllabus of Human Hemoglobin Variants 2nd Edition, by Titus H.J. Huisman et al.
❖ 血红蛋白病
➢ 镰状细胞贫血
镰状细胞贫血
镰状细胞贫血(sickle cell anemia)是因β珠 蛋白基因缺陷所引起的一种疾病,为常染色 体隐性遗传(AR)。
Percentage of globin synthesis(%)
一、血红蛋白的分子结构及其遗传控制
α
100
80 ζ ε
60
40
α
20
γβ
024
6 8 Birth 2 4
Months
δ 68
一、血红蛋白的分子结构及其遗传控制
发育阶段 胚胎
胎儿 成人
血红蛋白类型 Hb Gower1 Hb Gower2 Hb Portland Hb F Hb A Hb A2 Hb F(微量)
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