Возможны ли какие-либо нарушения в действии хромосом, генов ДНК м-РНК, а следовательно, и работе фабрик белка — рибосом?
Под влиянием определенных факторов, к которым относится облучение, действие ряда соединений, например колхицина, иприта и других, синтез белков нарушается, в ДНК возникают дефекты. Дефекты, возникающие в ДНК, сказываются и на РНК, а затем и на составе белков. Дефект —это значит неправильная последовательность нуклеотидов в ДНК и РНК и аминокислотных остатков в белке.
При одном из таких нарушений, например, организм начинает синтезировать гемоглобин, белок которого вместо глутаминовой кислоты содержит валин. Нарушение как будто незначительное, но боковая цепь аминокислоты — валина не имеет отрицательного заряда (в отличие от глутаминовой кислоты), и поэтому у гемоглобина, содержащего валин (его обозначают HbS, а нормальный гемоглобин НbА), распределение зарядов иное. Мы знаем, как влияют величины зарядов частиц белка на его растворимость. Действительно, при отщеплении кислорода от окиси гемоглобина типа HbS получается продукт менее растворимый, чем в случае НbА. Пока кислорода достаточно, гемоглобин HbS в большом количестве связан с кислородом и концентрация его свободной формы («дезоксигенированного гемоглобина») невелика. Но если человек, которого природа наделила этим дефектным гемоглобином, находится в условиях недостатка кислорода (например, в горах на большой высоте), то гемоглобин HbS накапливается в эритроцитах и начинает выпадать в осадок. В результате эритроциты сморщиваются и принимают форму серпиков (отсюда название болезни, о которой мы уже упоминали в главе о белках,— серповидная анемия). Эритроциты неправильной формы с трудом проходят через капилляры, закупоривают их; это может служить причиной многих болей, вести к легким инфарктам и отмиранию тканей.
Бывает и так, что вместо аминокислоты гистидина в белковую цепь гемоглобина попадает аминокислота тирозин. Тогда получается неожиданный результат: гистидин в молекуле гемоглобина находится очень близко от иона железа Fe+, и если на место гистидина поместить тирозин, то отрицательный заряд карбоксила тирозина будет способствовать тому, чтобы ионы железа находились в виде иона Fe3+, тогда как в норме гемоглобин содержит ионы железа Fe2+.
Гемоглобин с ионом железа Fe3+ (метгемоглобин) не может действовать в качестве переносчика кислорода, и железо в нем восстанавливается с трудом; если почему-либо в ДНК хромосом имеется дефект и организм получает «испорченный» гемоглобин, то развивается болезнь метгемоглобинемия. Обе эти болезни есть следствие нарушения правильности в распределении нуклеотидов в ДНК. В частности, причиной серповидной анемии является замена кодона ГАА на ГУА, т. е. замена аденина в одном из кодонов на урацил. Но ГАА кодирует глутаминовую кислоту, а ГАА — валин, и такой, казалось бы, пустяк приобретает большое значение. Молекулярные болезни этого типа называются хромосомными или генными, и лечить их, к сожалению, очень трудно. Однако в некоторых случаях понимание молекулярной основы заболевания позволяет устранить тяжелые симптомы и угрозу гибели больного и дать ему возможность вести почти нормальный образ жизни.
Вещества и факторы, вызывающие появление дефектных молекул ДНК, т. е. дефектных или мутантных генов, разнообразны. Не всегда можно предвидеть последствие воздействия того или иного соединения на генный аппарат человека или даже на гены возбудителей инфекционных заболеваний.
Мутации могут быть вызваны излучениями радиоактивных веществ, даже однократное облучение организма способно отразиться в нескольких поколениях. В настоящее время действие излучений на организмы составляет предмет исследований в новой области естествознания — радиобиологии.
К числу активных мутагенных (порождающих мутации, т. е. изменяющих гены) веществ относится и известное отравляющее вещество — иприт.
Статья на тему Молекулярные болезни