醫學遺傳學/正常血紅蛋白的組成,結構及遺傳控制
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1.人類血紅蛋白的組成和發育變化 每個紅細胞內含有約28000萬個血紅蛋白分子,每個分子由四個亞單位構成,每一個單位由一條珠蛋白肽鏈和一個血紅素輔基組成,即血紅蛋白分子是由二對珠蛋白鏈構成的球形四聚體(圖4-10)。其中一對是類α鏈(α鏈和ξ鏈),由141個胺基酸組成;另一對是類β鏈(ε、β、γ和δ鏈),由146個胺基酸組成。由這6種不同的珠蛋白鏈組合成人類的6種不同的血紅蛋白,即Hb Gower1(ξ2ε2)、HbGower2、(α2ε2)、HbPortland(ξ2γ2)、HbF(α2γ2)、HbA(α2β2)和HbA2(α2δ2)。其中γ鏈有兩種亞型,即Gγ2和Aγ2,因此HbF有兩類:α2Gγ2和α2Aγ2,前者的第136位氨酸為甘氨酸,後者為丙氨酸。
上述各種血蛋白在發育的不同階段先後交替出現(圖4-11)。在胚胎髮育早期,合成胚胎血紅蛋白HbGowerl、HbGower2和HbPortland。胎兒期(從8周至出生為止)主要是HbF。成人有3種血紅蛋白:HbA,佔95%以上;HbA2,佔2%-3.5%;HbF,少於1.5%。
2.人類珠蛋白基因人類珠蛋白基因分為兩類:一類是類α珠蛋白基因簇(α-likeglobin gene cluster),包括ξ和α基因;另一類是β珠蛋白基因簇(β-like globin gene cluster),包括ε、γ(Gγ和Aγ)、δ和β基因。
(1)類α珠蛋白基因:人類α珠蛋白基因簇位於16p13,每條染色體上均有兩個α珠蛋白基因,因此,二倍體細胞中共有4個α基因,每個α基因幾乎產生等量的α珠蛋白鏈。此外,在類α珠蛋白基因簇中,還包括兩個ξ基因和一個假基因Ψα,這些基因緊密連鎖其排列順序如圖4-12所示。
圖4-10 血紅蛋白結構示意圖
A:血紅蛋白四聚體(四級結構)
B:血紅蛋白單體的三維空間結構
圖4-11 人類血紅蛋白類型及基發育過程中的演變
圖4-12 人類α珠蛋白基因簇和人類β珠蛋白基因簇的結構及排列順序
(2)類β珠蛋白基因:人類β珠蛋白基因簇分布於11p15,每條11號染色體上只有一個β珠蛋白基因,基因簇內各成員也都緊密連鎖,其排列順序如圖4-12。類β珠蛋白基因簇的排列順序與以育過程中的表達次序完全一致。
(3)珠蛋白基因的結構:類α與類β珠蛋白基因的結構相似,都含有3個外顯子和2個內含子(IVS2和IVS2)。α珠蛋白基因中的IVS1和117bp組成,位於31和32密碼子之間,IVS2由149或140bp組成,位於99和100密碼子之間。類β基因中的IVS1含130bp,位於30和31密碼之間,IVS2大約含850bp,位於104和105密碼子之間。
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