備課素材：地中海貧血和缺鐵性貧血 高一下學(xué)期

地中海貧血和缺鐵性貧血高中生物學(xué)教材中多次出現(xiàn)血紅蛋白，如：元素的組成上有Fe元素（Fe2+），說(shuō)明無(wú)機(jī)鹽可以組成重要的化合物；血紅蛋白的四條鏈組成，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一般需要有一定的空間結(jié)構(gòu)；血紅蛋白和氧氣結(jié)合形成氧合血紅蛋白，具有輸送氧氣和一部分二氧化碳的作用；基因突變中的典型實(shí)例——鐮刀型細(xì)胞貧血癥，說(shuō)明基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成直接控制生物的性狀；血紅蛋白存在于紅細(xì)胞中，屬于胞內(nèi)蛋白，并不存在于內(nèi)環(huán)境中；在救治病人時(shí)，不能輸入純氧，需要含有少量的二氧化碳（刺激呼吸中樞）。那么，血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能如何？地中海貧血和缺鐵性貧血有什么區(qū)別？1.血紅蛋白的結(jié)構(gòu)一個(gè)血紅蛋白分子由一分子的珠蛋白和四分子亞鐵血紅素組成，珠蛋白約占96％,血紅素占4％。人體內(nèi)的血紅蛋白由四個(gè)亞基構(gòu)成，分別為兩個(gè)α亞基和兩個(gè)β亞基，血紅蛋白的每個(gè)亞基由一條肽鏈和一個(gè)血紅素分子構(gòu)成，肽鏈在生理?xiàng)l件下會(huì)盤繞折疊成球形，把血紅素分子抱在里面，這條肽鏈盤繞成的球形結(jié)構(gòu)又被稱為珠蛋白（如圖）。血紅素分子是一個(gè)具有卟啉結(jié)構(gòu)的小分子，在卟啉分子中心，由卟啉中四個(gè)吡咯環(huán)上的氮原子與一個(gè)亞鐵離子配位結(jié)合，珠蛋白肽鏈中第8位的一個(gè)組氨酸殘基中的吲哚側(cè)鏈上的氮原子從卟啉分子平面的上方與亞鐵離子配位結(jié)合。鐵有6個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與血紅素的環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，并與之處在同一平面中。另2個(gè)配位鍵中的一個(gè)與蛋白質(zhì)部分相連，還有1個(gè)則連接氧。當(dāng)血紅蛋白不與氧結(jié)合的時(shí)候，有一個(gè)水分子從卟啉環(huán)下方與亞鐵離子配位結(jié)合，而當(dāng)血紅蛋白載氧的時(shí)候，就由氧分子頂替水的位置。2.血紅蛋白的功能——運(yùn)輸氧和一部分二氧化碳血紅蛋白的功能是運(yùn)輸氧和二氧化碳，維持血液酸堿平衡。每個(gè)多肽鏈含有一個(gè)血紅素基團(tuán)，血紅素中鐵為二價(jià)，與氧結(jié)合時(shí)，其化學(xué)價(jià)不變，形成氧合血紅蛋白，呈鮮紅色，與氧解離后帶有淡藍(lán)色。血紅蛋白中鐵(Fe2+)能可逆地結(jié)合氧分子，取決于氧分壓，它能從氧分壓較高的肺泡中攝取氧，并隨著血液循環(huán)把氧氣釋放到氧分壓較低的組織中去，從而起到輸氧作用。一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合較氧強(qiáng)，即使?jié)舛群艿鸵材軆?yōu)先和血紅蛋白結(jié)合，致使通往組織的氧氣流中斷，造成一氧化碳中毒。血紅蛋白與氧結(jié)合的過(guò)程是一個(gè)非常神奇的過(guò)程。首先，一個(gè)氧分子與血紅蛋白四個(gè)亞基中的一個(gè)結(jié)合，與氧結(jié)合之后的珠蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成整個(gè)血紅蛋白結(jié)構(gòu)的變化，這種變化使得第二個(gè)氧分子相比于第一個(gè)氧分子更容易尋找血紅蛋白的另一個(gè)亞基結(jié)合，而它的結(jié)合會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)第三個(gè)氧分子的結(jié)合，以此類推直到構(gòu)成血紅蛋白的四個(gè)亞基分別與四個(gè)氧分子結(jié)合。而在組織內(nèi)釋放氧的過(guò)程也是這樣，一個(gè)氧分子的離去會(huì)刺激另一個(gè)的離去，直到完全釋放所有的氧分子，這種有趣的現(xiàn)象稱為協(xié)同效應(yīng)。血紅素分子結(jié)構(gòu)由于協(xié)同效應(yīng)，血紅蛋白與氧氣的結(jié)合曲線呈S形，在特定范圍內(nèi)隨著環(huán)境中氧含量的變化，血紅蛋白與氧分子的結(jié)合率有一個(gè)劇烈變化的過(guò)程，生物體內(nèi)組織中的氧濃度和肺組織中的氧濃度恰好位于這一突變的兩側(cè)，因而在肺組織，血紅蛋白可以充分地與氧結(jié)合，在體內(nèi)其他部分則可以充分地釋放所攜帶的氧分子。可是當(dāng)環(huán)境中的氧氣含量很高或者很低的時(shí)候，血紅蛋白的氧結(jié)合曲線非常平緩，氧氣濃度巨大的波動(dòng)也很難使血紅蛋白與氧氣的結(jié)合率發(fā)生顯著變化，因此健康人即使呼吸純氧，血液運(yùn)載氧的能力也不會(huì)有顯著的提高（如圖）。除了運(yùn)載氧，血紅蛋白還可以與二氧化碳、一氧化碳、氰離子結(jié)合,結(jié)合的方式也與氧完全一樣，所不同的只是結(jié)合的牢固程度，一氧化碳、氰離子一旦和血紅蛋白結(jié)合就很難離開，就是煤氣中毒和氰化物中毒的原理。遇到這種情況可以使用其他與這些物質(zhì)結(jié)合能力更強(qiáng)的物質(zhì)來(lái)解毒，比如一氧化碳中毒可以用靜脈注射亞甲基藍(lán)的方法來(lái)救治。另外，曲線中出現(xiàn)的肌紅蛋白也是輸送氧氣的蛋白質(zhì)，肌紅蛋白存在于肌細(xì)胞中，而血紅蛋白存在于血液中的紅細(xì)胞中。肌紅蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)是一條肽鏈和一個(gè)血紅素輔基組合而成的結(jié)合蛋白，而血紅蛋白由珠蛋白和血紅素構(gòu)成的四聚體。3.地中海貧血和缺鐵性貧血缺鐵性貧血和地中海貧血的區(qū)別一般有發(fā)病機(jī)理不同（如圖）、臨床表現(xiàn)不同、治療方法不同。缺鐵性貧血主要是由于體內(nèi)鐵的吸收和排泄失衡所導(dǎo)致的，通常與體內(nèi)鐵含量減少、鐵攝入不足、紅細(xì)胞丟失等因素有關(guān)。紅細(xì)胞無(wú)法利用鐵元素合成血紅蛋白就會(huì)導(dǎo)致缺鐵性貧血。地中海貧血通常是指珠蛋白肽鏈合成障礙的慢性溶血性貧血，是一種常見的遺傳性疾病。例、人血紅蛋白由珠蛋白和血紅素結(jié)合而成，一個(gè)珠蛋白分子由4條肽鏈組成，包括兩條α鏈和兩條非α鏈．每一條α鏈由141個(gè)氨基酸組成，控制α珠蛋白鏈的基因位于第16號(hào)染色體上，每個(gè)16號(hào)染色體上有2個(gè)基因控制α鏈的合成，如果出現(xiàn)有關(guān)基因缺失而使α鏈全部或者部分不能合成，則引起α-海洋性貧血（又稱α-地中海貧血），這是一種在我國(guó)南方各省發(fā)病率較高的遺傳病．如圖表示該α鏈形成的部分過(guò)程：①～⑤表示物質(zhì)或結(jié)構(gòu)，a、b、c表示生理過(guò)程．請(qǐng)據(jù)圖回答：（可能用到的密碼子：AUG-甲硫氨酸、GCU-丙氨酸、AAG-賴氨酸、UUC-苯丙氨酸、UCU-絲氨酸、UAC-酪氨酸）（1）上述實(shí)例表明，基因控制性狀的途徑之一是

。（2）完成遺傳信息表達(dá)是

（填字母）過(guò)程，a過(guò)程所需的酶有

。（3）圖中含有核糖的是

（填數(shù)字）；由②指導(dǎo)合成的多肽鏈中氨基酸序列是

。（4）決定α鏈的兩對(duì)基因在傳宗接代過(guò)程中是否遵循基因的自由組合遺傳定律？

。請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明：

。答案：（1）基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)而直接控制性狀

（2）b、c

解旋酶和DNA聚合酶

（3）②③⑤（不完整不給分）

甲硫氨酸-丙氨酸-絲氨酸-苯丙氨酸

（4）不遵循

這兩個(gè)基因位于一對(duì)同源染色體上，位于非同源染色體上的非等位基因才能自由組合解析：分析題圖：圖中a表示DNA分子的復(fù)制過(guò)程；b表示轉(zhuǎn)錄過(guò)程；c表示翻譯過(guò)程；①是DNA；②是mRNA；③為核糖體，是翻譯的場(chǎng)所；④為氨基酸，合成蛋白質(zhì)的原料；⑤是tRNA，能識(shí)別密碼子并轉(zhuǎn)運(yùn)相應(yīng)的氨基酸。（1）上述實(shí)例表明，基因控制性狀的途徑之一是基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)而直接控制性狀。（2）遺傳信息的表達(dá)過(guò)程是通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，即圖中b、c過(guò)程；a是DNA分子的復(fù)制，需要DNA解旋酶和DNA聚合酶。（3）核糖是組成RNA的重要成分，圖中含有核糖的是②mRNA、③核糖體（主要成分是蛋白質(zhì)和rRNA）和⑤tRNA。mRNA上編碼一個(gè)