一、三种苯丙氨酸代谢异常遗传病的致病机理

 

苯丙氨酸是人体需要从食物中摄取的一种必需氨基酸。它在人体内除了一部分用以合成组织蛋白质外，其余的部分在各种酶的作用下，通过氧化反应进行代谢。

 

 

 

 

 

 

 

 

如果在代谢过程中缺少某种酶的作用，则会导致苯丙氨酸代谢异常，而产生代谢性疾病。有三种基因突变会导致本过程中相关酶变化，引起三种疾病。──①酪氨酸酶缺乏导致白化病；②苯丙氨酸羟化酶缺乏导致苯丙酮尿症；③尿黑尿酸氧化酶缺乏会产生尿黑酸尿症（即黑尿症）。白化病、苯丙酮尿症以及在日常生活中可能遇见的黑尿症。它们均为常染色体隐性遗传病。

 

1、白化病（albinism）

 

在正常情况时，人体苯丙氨酸可转化为酪氨酸，酪氨酸在酶的催化下，最后形成黑色素，使人的毛发呈现黑色；长期野外劳动者皮肤也变黑，是因阳光照射加速皮肤细胞中黑色素的形成沉着所致。黑色素可保护人体免被紫外线照射，但若某人控制酪氨酸合成酶的基因发生隐性突变或从亲本遗传两个隐性基因，则不能表达酪氨酸酶，黑色素的形成受阻，全身皮肤包括毛发、虹膜发白或淡红色，这就是“白化病”。患者因怕日光曝晒，特别是眼睛怕光常眯眼，重者还可因强光刺激而失明，治愈较难。

 

2、苯丙酮尿症（phenykelonuria）

 

正常情况下，人体肝脏内能形成苯丙氨酸羟化酶（PAH），该酶能促使苯丙氨酸转化为酪氨酸。患者的致病基因（pp）使之缺乏PAH酶，导致苯丙氨酸的转化为酪氨酸受阻，造成血液和组织中苯丙氨酸的大量积累。过量的苯丙氨酸及其衍生物──苯丙酮酸就由尿液排出，称为苯丙酮尿症。大部分苯丙酮酸及其代谢产物在脑中积累，造成中枢神经系统受伤害，使脑组织的生化代谢紊乱，阻碍大脑的发育，导致智力低下，引起先天性痴呆。患病期间应避免摄入含苯丙氨酸的食物。另外，过量的苯丙酮酸可能会抑制酪氨酸向黑色素的转化，故患者常伴有肤色、发色较淡的性状表现。

 

3、黑尿症（alkaplonuria）

 

人体内酪氨酸的另一条重要代谢途径是转化成乙酰乙酸，后者再分解成CO2和水，尿液中无尿黑酸。但当基因缺陷无法表达尿黑酸氧化酶，尿黑酸因不能被氧化成乙酰乙酸最后分解而从尿中排出。尿黑酸本身无色，在空气中被氧化会变为黑色，尿液也随之变黑，故称黑尿症。碱性条件下尿黑酸更进一步变黑，所以患儿的尿布用肥皂洗越洗越黑。黑尿症是最早被记述的遗传病之一，生活中较少见此病，一般对患者危害不大，但有时也可使其软骨和关节等部位产生色素沉积，严重时会导致关节炎。

 

二、三种代谢异常遗传病相关高考试题

 

　　例1．白化病和黑尿病都是酶缺陷引起的分子遗传病，前者不能由酪氨酸合成黑色素，后者不能将尿黑酸转变为乙酰乙酸，排出的尿液因含有尿黑酸，遇空气后氧化变黑。下图表示人体内与之相关的系列生化过程。

 

 

 

 

 

 

 

（1）简要指出酶B在皮肤细胞内合成的主要步骤：                        。

 

（2）白化病人不能合成黑色素，其皮肤细胞中没有黑色素，眼色粉红。缺乏黑色素将如何影响人体对光照的反应？                                       。

 

（3）在大部分人中，酶都能正常发挥催化功能，但酶D的变异阻止了尿黑酸的进一步代谢，哪一种变异形式能解释这种生理缺陷？                。

 

（4）由上图可见：若控制酶A合成的基因发生了变异，会引起多个性状改变；黑尿症与图中几个基因都有代谢联系。这说明：                                  。

 

【参考答案】（1）转录和翻译（2）缺乏黑色素，不能吸收光照中的紫外线，其内部组织易被诱变、杀伤（3）基因突变  （4）一个基因可能控制多个性状；一个性状可能受多个基因控制

 

例2．（2006年广东高考题）苯丙酮尿症是常染色体上基因控制的隐性遗传病，进行性肌营养不良是X染色体上基因控制的隐性遗传病。一对表现正常的夫妇，生育了一个同时患上述两种遗传病的孩子，请回答以下问题：

 

（1）该患者为男孩的几率是        。

 

（2）若该夫妇再生育表现正常的女儿的几率为       。

 

（3）该夫妇生育的表现正常女儿，成年后与一位表型正常的苯丙酮尿症携带男子结婚，后代中同时患上述两种遗传病的几率是        ；只患一种遗传病的几率为       。

 

【解析】：本题涉及遗传定律、伴性遗传、减数分裂等知识点。主要考查学生及推理计算、综合分析能力，是2006年广东卷难度很大的试题，难度系数约0．20。需要考生逻辑严密、思维灵活，是一道知识与能力考查并重的难题。

 

假设苯丙酮尿症由A（a）控制，进行性肌营养不良由B（b）控制。

 

①表现正常的夫妇基因型A－XBX－和A－XBY →因为：父方有一个XB，因此所生女儿不会患进行性肌营养不良→题中患两病的孩子100%是男孩→推出患病男孩基因型aa XbY→推出夫妇基因型：AaXBXb和AaXBY。

 

②该夫妇生育表现正常女儿几率：无苯丙酮尿症：Aa ×Aa →3/4A－

 

无肌营养不良：XBXb×XBY→1/2 XBX－ 表现正常女儿的几率是：3/4×1/2＝3/8

 

③表现型正常的女儿基因型是 A   XBX－ = （1/3AA+2/3Aa）（1/2XBXB +1/2XBXb）,苯丙酮尿症携带者男性基因型为AaXBY，两人结婚生育后代可表示为

 

AaXBY ×（1/3AA+2/3Aa）（1/2XBXB +1/2XBXb）

 

= [Aa×（1/3AA+2/3Aa）] [ XBY×（1/2XBXB +1/2XBXb）]

 

= [1/6aa＋5/6A  ] [1/8 XbY ＋7/8XB  ]  

 

后代两对相对性状及其比例

苯丙酮尿症

非苯丙酮尿症

1/6aa

5/6A

肌营养不良

1/8XbY

两病兼得＝1/48

只患肌营养不良＝5/48

不患肌营养不良

7/8 XB

只患苯丙酮尿症＝7/48

完全正常＝35/48

 

后代中只患一病几率是：7/48＋5/48＝1/4

 

【参考答案】（1）100％；（2）3/8；（3）1/48，1/4

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