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人类疾病的生化和分子遗传学  本章内容提示 先天代谢病的类型 几种疾病发病分子机制、疾病相关基因定位、疾病的遗传方式。 氨基酸代谢病：白化病 PKU 糖代谢病：半乳糖血症 糖原贮积症 嘌呤代谢病：自毁容貌综合征 受体蛋白病：家族性高胆固醇血症 一、“先天代谢缺陷”概念提出 1908年，Garrod A在皇家伦敦医学院发表了题为“先天性代谢缺陷”的著名报告，他公布了四种人类罕见疾病： 尿黑酸尿症 戊糖尿症 胱氨酸尿症 白化病 Garrod 对尿黑酸尿症的开拓性的研究开辟了生化遗传学这一领域 尿黑酸尿症 临床特征：黑尿、大关节、脊柱椎间盘 退行性关节炎——褐黄病。 上腭出现兰色或黑色的色素斑， 眼巩膜、肋软骨出现黑色沉淀 （内源性尿黑酸自身氧化形成的产物沉淀所致） 推测病因 代谢 转化 正常人：苯丙Aa、色Aa→尿黑酸→ 另一代谢产物→ 不蓄积 尿黑酸患者：苯丙Aa、色Aa ↓ 尿黑酸↑—//→另一代谢产物 ↓ 大量贮积，尿中排出 实验分析 尿黑酸患者 服食尿黑酸→尿中定 量排出 高蛋白饮食（含苯丙Aa、 色Aa）→内源性尿黑酸↑ 受试者 正常人→ 服食尿黑酸→不排出 高蛋白饮食（含苯Aa、 色Aa）→无尿黑酸检出 证实病因——尿黑酸氧化酶 缺乏 ?假设50年后被证实：患者的肝脏中检测不到尿黑 酸氧化酶，此酶负责尿黑酸进一步代谢。 苯丙Aa ↓苯丙Aa羟化酶 酪Aa ↓酪Aa氨基转移酶 p-羟基苯丙酮酸 ↓ p-羟基苯丙酮酸氧化酶 尿黑酸 ↓尿黑酸氧化酶 延胡索酸+乙酰乙酸 尿黑酸症遗传学分析 尿黑酸尿症呈现家族分布：17个尿黑酸尿症家庭中有8个父母是一级表兄妹。一级表兄妹婚配为一种罕见的隐性性状的表现提供了条件 是第一种被确认的常染色体隐性遗传病。 正常等位基因是未受累个体特异的酶产物所必需的，这是关于基因通过编码的酶施加其影响最初的线索。所以Garrod的工作预言了“一个基因一种酶”的假说。 二、先天代谢缺陷产生机制 1、 酶活性异常的遗传基础 1）结构基因突变——酶结构改变，稳定性降低，酶动力学改变。 2）调节基因突变——酶合成速率下降，催化活性降低， 3）翻译后修饰加工障碍——酶催化中心不完善，活性下降。 代谢异常机理 Gene AB BC C/D transcribtion mRNA translatin Enzyme S 底物 ） A↑ B↑ C↑ D↓ E F 代谢旁路开放 家族性高胆固醇血症（FH） 遗传方式：常染色体显性遗传病， 发病率：1/500 临床特点：血清胆固醇增高（300 ~600 mg/dl，正常人230），低密度脂蛋白（LDL）胆固醇增高（＞200mg/dl）。大约50%的患者出现伸肌腱的胆固醇沉积（黄色瘤） 发病机理：低密度脂蛋白受体缺陷 1、胆固醇调节 正常人—— LDL受体与LDL颗粒结合→内在化→ LDL颗粒中胆固醇降解为游离胆固醇→细胞内游离胆固醇的氧化衍生物启动调节过程： 1） HMG-CoA还原酶↓↓，胆固醇合成↓ 2）胆固醇酯化和储存增加 3） LDL受体合成减少，对外源胆固醇摄取减少 患者：LDL受体合成减少引起细胞对外源性胆固醇的摄取减少 2、LDL受体 ◎基因定位：19chr上，长约45kb，18个外显子， mRNA 5.3kb ◎对基因的分析表明： 配体结合区，由5个Exon编码（2~6个外显子） EGF前体同源区，由8个Exon编码。 糖基化部分，由1个Exon编码。 跨膜区，由第16个Exon和17Exon的部分编码。 胞浆内的尾部，由Exon17剩于的部分和E18的一部 分编码。 ◎LDL受体在内质网合成，再经过高尔基复合体时糖基化，分子量为160kDa，是插入C膜的整合膜蛋白。 ? LDL受体结构 3、LDL受体的突变 在家族性高胆固醇血症中，鉴定了150 种不同的突变，并发现有多种突变和高度的等位基因异质性。 多数突变为受体基因不同等位基因杂合子---既复合杂合子。 LDL受体基因突变可分为5个功能类型： 1、突变发生在启动子区，不产生mRNA和蛋白； 2、突变阻断新生的LDL受体蛋白从ER转运到GO； 3、突变编码的受体可以到达C的表面，但不能与正常地结合配体； 4、突变编码的受体可以到达C的表面，也能与正常地结合LDL，但不能集中在网络蛋白包被小窝。 5、再循环缺陷型突变，突变编码的受体可以结合并内在化LDL。但不能释放内含体中的受体，和回到C的表面。 基于上述的研究，从DNA水平对FH进行筛查和产前诊断已成为可能。 G-6-PD 朝鲜战争期间，美国士兵使用伯氨基喹啉来预防疟疾，约10%的黑人士兵发生溶血，少数白人士兵（地中海血统）也发生严重的溶血性贫血。 后来发现这种药物