Heme este o porfirină, în centrul moleculei căreia se află ioni de fier Fe2+, care sunt incluși în structură prin două legături covalente și două de coordonare. Porfirinele sunt un sistem de patru piroli condensați având compuși metilen (-CH=).
Molecula de hem are o structură plată. Procesul de oxidare transformă hemul în hematină, denumită Fe3+.
Utilizarea pietrelor
Heme este un grup prostatic nu numai de hemoglobină și derivații săi, ci și de mioglobină, catalază, peroxidază, citocromi, enzima triptofan pirolază, care catalizează oxidarea troptofanului în formilchinurenină. Există trei lideri în conținutul Gemma:
- eritrocite, constând din hemoglobină;
- celule musculare care au mioglobină;
- celule hepatice cu citocrom P450.
În funcție de funcția celulelor, se modifică tipul de proteine, precum și porfirina din hem. Hemul hemoglobinei include protoporfirina IX, iar citocrom oxidaza conține formilporfirina.
Cum se formează hemul?
Producția de proteine are loc în toate țesuturile corpului, dar cea mai productivă sinteză de hem are loc în două organe:
- măduva osoasă produce o componentă non-proteică pentru producerea de hemoglobină;
- hepatocitele produc materii prime pentru citocromul P450.
În matricea mitocondrială, enzima aminolevulinat sintaza dependentă de piridoxal este un catalizator pentru formarea acidului 5-aminolevulinic (5-ALA). În această etapă, glicina și sucinil-CoA, un produs al ciclului Krebs, sunt implicate în sinteza hemului. Hema inhibă această reacție. Fierul, dimpotrivă, declanșează reacția în reticulocite cu ajutorul unei proteine de legare. Cu o lipsă de fosfat de piridoxal, activitatea aminolevulinat sintazei scade. Corticosteroizii, antiinflamatoarele nesteroidiene, barbituricele și sulfonamidele sunt stimulente ale aminolevulinat sintazei. Reacțiile sunt cauzate de o creștere a consumului de hem de către citocromul P450 pentru producerea acestei substanțe de către ficat.
Acidul 5-aminolevulinic, sau porfobilinogen sintaza, intră în citoplasmă din mitocondrii. Această enzimă citoplasmatică conține, pe lângă molecula de porfobilinogen, încă două molecule de acid 5-aminolevulinic. În timpul sintezei hemului, reacția este inhibată de ionii de hem și plumb. De aceea, un nivel crescut de acid 5-aminolevulinic în urină și sânge înseamnă otrăvire cu plumb.
Deaminarea a patru molecule de porfibilinogen de la porfobilinogen deaminaza la hidroximetilbilan are loc în citoplasmă. În plus, molecula se poate transforma în upoporfirinogen I și decarboxilată în coproporfirinogen I. Uroporfirinogenul III este obținut în procesul de deshidratare a hidroximetilbilanului folosind enzima cosintază a acestuimolecule.
Decarboxilarea uroporfirinogenului la coproporfirinogen III continuă în citoplasmă pentru revenirea ulterioară în mitocondriile celulelor. În același timp, coproporfirinogenul III oxidaza decarboxilează moleculele de protoporfirinogen IV (+ O2, -2CO2) prin oxidare ulterioară (-6H+) la protoporfirina V cu ajutorul protoporfirinei oxidazei. Încorporarea Fe2+ în ultima etapă a enzimei ferochelatază în molecula de protoporfirina V completează sinteza hemului. Fierul provine din feritină.
Caracteristici ale sintezei hemoglobinei
Producerea de hemoglobină este producția de hem și globină:
- hem se referă la un grup protetic care mediază legarea reversibilă a oxigenului de hemoglobină;
- globina este o proteină care înconjoară și protejează molecula hem.
În sinteza hemului, enzima ferochelataza adaugă fier în inelul structurii protoporfirinei IX pentru a produce hem, ale cărui niveluri scăzute sunt asociate cu anemie. Deficitul de fier, ca cea mai frecventă cauză a anemiei, reduce producția de hem și reduce din nou nivelul hemoglobinei din sânge.
O serie de medicamente și toxine blochează direct sinteza hemului, împiedicând enzimele să participe la biosinteza acestuia. Inhibarea sintezei medicamentelor este frecventă la copii.
Formarea globului
Două lanțuri diferite de globină (fiecare cu propria sa moleculă de hem) se combină pentru a forma hemoglobina. În prima săptămână de embriogeneză, lanțul alfa se combină cu lanțul gamma. După nașterea copilului, fuziuneaapare cu lanțul beta. Combinația dintre două lanțuri alfa și alte două alcătuiește molecula completă de hemoglobină.
Combinația de lanțuri alfa și gama formează hemoglobina fetală. Combinația dintre două lanțuri alfa și două lanțuri beta dă hemoglobină „adultă”, care predomină în sânge timp de 18-24 săptămâni de la naștere.
Conexiunea a două lanțuri formează un dimer - o structură care nu transportă eficient oxigenul. Cei doi dimeri formează un tetramer, care este forma funcțională a hemoglobinei. Un complex de caracteristici biofizice controlează absorbția de oxigen de către plămâni și eliberarea acestuia în țesuturi.
Mecanisme genetice
Genele care codifică lanțurile alfa globinei sunt localizate pe cromozomul 16, și nu lanțurile alfa - pe cromozomul 11. Prin urmare, ele sunt numite „locus alfa globină” și „locus beta globină”. Expresiile celor două grupuri de gene sunt strâns echilibrate pentru funcția normală a eritrocitelor. Dezechilibrul duce la dezvoltarea talasemiei.
Fiecare cromozom 16 are două gene alfa globinei care sunt identice. Deoarece fiecare celulă are doi cromozomi, patru dintre aceste gene sunt prezente în mod normal. Fiecare produce un sfert din lanțurile de globină alfa necesare pentru sinteza hemoglobinei.
Genele locusului beta-globinei al locusului sunt localizate secvenţial, pornind de la locul activ în timpul dezvoltării embrionare. Secvența este următoarea: epsilon gamma, delta și beta. Există două copii ale genei gammafiecare cromozom 11, iar restul sunt prezente în copii unice. Fiecare celulă are două gene beta globinei, care exprimă o cantitate de proteină care se potrivește exact cu fiecare dintre cele patru gene alfa globinei.
Transformări ale hemoglobinei
Mecanismul de echilibrare la nivel genetic nu este încă cunoscut de medicină. O cantitate semnificativă de hemoglobină fetală este stocată în corpul copilului timp de 7 - 8 luni după naștere. Majoritatea oamenilor au doar urme, dacă există, de hemoglobină fetală după copilărie.
Combinația a două gene alfa și beta produce hemoglobina A normală a adultului. Gena delta, situată între gama și beta pe cromozomul 11, produce o cantitate mică de delta globină la copii și adulți - hemoglobina A2, care este mai mică. peste 3% veveriță.
Raport ALK
Rata de formare a hemului este afectată de formarea acidului aminolevulinic sau ALA. Sintaza care începe acest proces este reglată în două moduri:
- alosteric cu ajutorul enzimelor efectoare care sunt produse în timpul reacției în sine;
- la nivelul genetic al producției de enzime.
Sinteza hemului și a hemoglobinei inhibă producția de aminolivulinat sintetază, formând un feedback negativ. Hormonii steroizi, medicamentele antiinflamatoare nesteroidiene, antibioticele sulfonamidele stimulează producția de sintetază. Pe fondul administrării de medicamente, absorbția hemului în sistemul citocromului P450, care este important pentru producerea acestor compuși de către ficat, crește.
Factori de producție a hemei
Activatreglarea sintezei hemului prin nivelul ALA sintetazei este reflectată de alți factori. Glucoza încetinește procesul activității ALA sintetazei. Cantitatea de fier din celulă afectează sinteza la nivelul translației.
MRNA are o buclă în ac de păr la locul de începere a traducerii - un element sensibil la fier. O scădere a nivelului de sinteza a fierului oprește, la un nivel ridicat, proteina interacționează cu un complex de fier, cisteină și sulf anorganic, care realizează un echilibru între producția de hem și ALA.
Tulburări de sinteză
Încălcarea în procesul de sinteză a hemului a biochimiei se exprimă într-o deficiență a uneia dintre enzime. Rezultatul este dezvoltarea porfiriei. Forma ereditară a bolii este asociată cu tulburări genetice, în timp ce forma dobândită se dezvoltă sub influența medicamentelor toxice și a sărurilor metalelor grele.
Deficiențele enzimatice se manifestă în ficat sau eritrocite, ceea ce afectează definirea grupului de porfirie - hepatică sau eritropoetică. Boala poate apărea în forme acute sau cronice.
Tulburările în sinteza hemului sunt asociate cu acumularea de produse intermediare - porfirinogeni, care sunt oxidați. Locul de acumulare depinde de localizare - în eritrocite sau hepatocite. Nivelul de acumulare a produselor este utilizat pentru a diagnostica porfiria.
Porfirinogenii toxici pot cauza:
- tulburări neuropsihiatrice;
- leziuni ale pielii din cauza fotosensibilității;
- perturbarea sistemului reticuloendotelial al ficatului.
Urina devine violet cu porfirine în excesumbră. Un exces de aminolevulinat sintetaza sub influența medicamentelor sau producția de hormoni steroizi în timpul adolescenței poate provoca o exacerbare a bolii.
Specie Porphyria
Porfiria acută intermitentă este asociată cu un defect al genei care codifică deaminaza și duce la acumularea de 5-ALA și porfobilinogen. Simptomele sunt urină închisă la culoare, pareza mușchilor respiratori, insuficiență cardiacă. Pacientul se plânge de dureri abdominale, constipație, vărsături. Boala poate fi cauzată de administrarea de analgezice și antibiotice.
Porfiria eritropoetică congenitală este asociată cu activitate scăzută a uroporfirinogen-III-cosintazei și niveluri ridicate de uroporfirinogen-I-sintaza. Simptomele sunt fotosensibilitatea, care se manifestă prin fisuri ale pielii, vânătăi.
Coproporfiria ereditară este asociată cu o lipsă de coproporfirinogen oxidază, care este implicată în conversia coproporfirinogenului III. Ca rezultat, enzima este oxidată în lumină la coproporfirina. Pacienții suferă de insuficiență cardiacă și fotosensibilitate.
Porfiria mozaică este o tulburare în care există un blocaj parțial al conversiei enzimatice a protoporfirinogenului în hem. Semnele sunt fluorescența urinei și sensibilitatea la lumină.
Porfiria cutanată Tardor apare cu afectare hepatică pe fond de alcoolism și exces de fier. Concentrații mari de uroporfirine de tip I și III sunt excretate în urină, dându-i o culoare roz și provocând fluorescență.
Protoporfiria eritropoetică este provocată de scăzutActivitatea ferochelatazei în mitocondrii, o sursă de fier pentru sinteza hemului. Simptomele sunt urticaria acută sub influența radiațiilor ultraviolete. Niveluri ridicate de protoporfirina IX apar în eritrocite, sânge și fecale. Celulele roșii imature și pielea deseori fluoresc cu lumină roșie.
