Heme er et porfyrin, i sentrum av molekylet hvorav det er jernioner Fe2+, som inngår i strukturen av to kovalente og to koordinasjonsbindinger. Porfyriner er et system av fire smeltede pyrroler med metylenforbindelser (-CH=).
Hem-molekylet har en flat struktur. Oksydasjonsprosessen konverterer hem til hematin, betegnet Fe3+.
Using gems
Heme er en prostatagruppe av ikke bare hemoglobin og dets derivater, men også myoglobin, katalase, peroksidase, cytokromer, tryptofanpyrollase-enzymet, som katalyserer oksidasjonen av troptofan til formylkynurenin. Det er tre ledere innen gemma-innhold:
- erytrocytter, bestående av hemoglobin;
- muskelceller som har myoglobin;
- leverceller med cytokrom P450.
Avhengig av cellenes funksjon endres typen protein, samt porfyrin i hemen. Hemoglobinhem inkluderer protoporfyrin IX, og cytokromoksidase inneholder formylporfyrin.
Hvordan dannes hem?
Proteinproduksjon skjer i alle vev i kroppen, men den mest produktive hemsyntesen skjer i to organer:
- beinmarg produserer en ikke-proteinkomponent for produksjon av hemoglobin;
- hepatocytter produserer råmaterialer for cytokrom P450.
I mitokondriematrisen er det pyridoksalavhengige enzymet aminolevulinatsyntase en katalysator for dannelsen av 5-aminolevulinsyre (5-ALA). På dette stadiet er glycin og sucinyl-CoA, et produkt av Krebs-syklusen, involvert i syntesen av hem. Heme hemmer denne reaksjonen. Jern, tvert imot, utløser reaksjonen i retikulocytter ved hjelp av et bindende protein. Ved mangel på pyridoksalfosfat reduseres aktiviteten til aminolevulinatsyntase. Kortikosteroider, ikke-steroide antiinflammatoriske legemidler, barbiturater og sulfonamider er sentralstimulerende midler av aminolevulinatsyntase. Reaksjonene er forårsaket av en økning i forbruket av hem av cytokrom P450 for produksjon av dette stoffet i leveren.
5-aminolevulinsyre, eller porfobilinogensyntase, kommer inn i cytoplasmaet fra mitokondrier. Dette cytoplasmatiske enzymet inneholder, i tillegg til porfobilinogenmolekylet, ytterligere to molekyler av 5-aminolevulinsyre. Under hemsyntese hemmes reaksjonen av hem- og blyioner. Det er derfor et økt nivå av 5-aminolevulinsyre i urin og blod betyr blyforgiftning.
Deaminering av fire molekyler av porfybilinogen fra porfobilinogen deaminase til hydroksymetylbilan skjer i cytoplasmaet. Videre kan molekylet bli til upoporfyrinogen I og dekarboksylere til coproporfyrinogen I. Uroporfyrinogen III oppnås i prosessen med dehydrering av hydroksymetylbilan ved å bruke cosyntase-enzymet til dettemolekyler.
Dekarboksylering av uroporfyrinogen til coproporfyrinogen III fortsetter i cytoplasmaet for videre retur til mitokondriene til cellene. Samtidig dekarboksylerer coproporfyrinogen III-oksidase molekyler av protoporfyrinogen IV (+ O2, -2CO2) ved ytterligere oksidasjon (-6H+) til protoporfyrin V ved hjelp av protoporfyrinoksidase. Inkorporeringen av Fe2+ i det siste stadiet av ferrochelatase-enzymet i protoporfyrin V-molekylet fullfører hemsyntesen. Jern kommer fra ferritin.
Funksjoner ved hemoglobinsyntese
Produksjonen av hemoglobin er produksjonen av hem og globin:
- heme refererer til en protesegruppe som medierer den reversible bindingen av oksygen til hemoglobin;
- globin er et protein som omgir og beskytter heme-molekylet.
I hemsyntese tilfører enzymet ferrochelatase jern til ringen av protoporfyrin IX-strukturen for å produsere hem, hvor lave nivåer er assosiert med anemi. Jernmangel, som den vanligste årsaken til anemi, reduserer hemproduksjonen og reduserer igjen nivået av hemoglobin i blodet.
En rekke medikamenter og toksiner blokkerer hemesyntesen direkte, og hindrer enzymer i å delta i biosyntesen. Legemiddelhemming av syntese er vanlig hos barn.
Globin-formasjon
To forskjellige globinkjeder (hver med sitt eget heme-molekyl) kombineres for å danne hemoglobin. I den aller første uken av embryogenese kombineres alfakjeden med gammakjeden. Etter fødselen av barnet, fusjonenoppstår med beta-kjeden. Det er kombinasjonen av to alfakjeder og to andre som utgjør hele hemoglobinmolekylet.
Kombinasjonen av alfa- og gammakjeder danner føt alt hemoglobin. Kombinasjonen av to alfa- og to beta-kjeder gir «voksen» hemoglobin, som råder i blodet i 18-24 uker fra fødselen.
Forbindelsen av to kjeder danner en dimer - en struktur som ikke effektivt transporterer oksygen. De to dimerene danner en tetramer, som er den funksjonelle formen for hemoglobin. Et kompleks av biofysiske egenskaper kontrollerer opptaket av oksygen i lungene og frigjøringen i vevet.
Genetiske mekanismer
Gen som koder for alfa-globin-kjeder er lokalisert på kromosom 16, og ikke alfa-kjeder - på kromosom 11. Følgelig kalles de "alfa-globin-lokus" og "betaglobin-lokus". Uttrykkene til de to gruppene av gener er tett balansert for normal erytrocyttfunksjon. Ubalanse fører til utvikling av talassemi.
Hvert kromosom 16 har to alfa-globingener som er identiske. Siden hver celle har to kromosomer, er fire av disse genene norm alt tilstede. Hver produserer en fjerdedel av alfa-globinkjedene som kreves for hemoglobinsyntese.
Genene til beta-globin-lokuset til lokuset er lokalisert sekvensielt, med start fra stedet som er aktivt under embryonal utvikling. Sekvensen er som følger: epsilon gamma, delta og beta. Det er to kopier av gamma-genethvert kromosom 11, og resten finnes i enkeltkopier. Hver celle har to beta-globingener, som uttrykker en mengde protein som nøyaktig samsvarer med hvert av de fire alfa-globingenene.
Hemoglobintransformasjoner
Mekanismen for balansering på genetisk nivå er fortsatt ikke kjent for medisinen. En betydelig mengde føt alt hemoglobin lagres i barnets kropp i 7 - 8 måneder etter fødselen. De fleste har bare spormengder, om noen, av føt alt hemoglobin etter spedbarnsalderen.
Kombinasjonen av to alfa- og beta-gener produserer norm alt voksent hemoglobin A. Delta-genet, som ligger mellom gamma og beta på kromosom 11, produserer en liten mengde delta-globin hos barn og voksne - hemoglobin A2, som er mindre enn 3 % ekorn.
ALK ratio
Hasten for hemdannelse påvirkes av dannelsen av aminolevulinsyre, eller ALA. Syntasen som starter denne prosessen reguleres på to måter:
- allosterisk ved hjelp av effektorenzymer som produseres under selve reaksjonen;
- på det genetiske nivået av enzymproduksjon.
Syntesen av hem og hemoglobin hemmer produksjonen av aminolivulinatsyntase, og danner en negativ tilbakemelding. Steroidhormoner, ikke-steroide antiinflammatoriske legemidler, antibiotika sulfonamider stimulerer produksjonen av syntase. På bakgrunn av å ta medisiner øker opptaket av hem i cytokrom P450-systemet, som er viktig for produksjonen av disse forbindelsene i leveren.
Heme-produksjonsfaktorer
Påregulering av hemsyntese gjennom nivået av ALA-syntase reflekteres av andre faktorer. Glukose bremser prosessen med ALA-syntaseaktivitet. Mengden jern i cellen påvirker syntesen på translasjonsnivået.
MRNA har en hårnålsløkke ved startstedet for oversettelsen - et jernfølsomt element. En reduksjon i nivået av jernsyntese stopper, på et høyt nivå, proteinet interagerer med et kompleks av jern, cystein og uorganisk svovel, som oppnår en balanse mellom produksjonen av hem og ALA.
Synteseforstyrrelser
Brudd i prosessen med heme-syntese av biokjemi kommer til uttrykk i en mangel på et av enzymene. Resultatet er utvikling av porfyri. Den arvelige formen av sykdommen er assosiert med genetiske lidelser, mens den ervervede formen utvikles under påvirkning av giftige legemidler og s alter av tungmetaller.
Enzymmangel manifesteres i leveren eller erytrocyttene, noe som påvirker definisjonen av gruppen av porfyri - hepatisk eller erytropoietisk. Sykdommen kan oppstå i akutte eller kroniske former.
Forstyrrelser i hemsyntese er assosiert med akkumulering av mellomprodukter - porfyrinogener, som oksideres. Stedet for akkumulering avhenger av lokalisering - i erytrocytter eller hepatocytter. Nivået av akkumulering av produkter brukes til å diagnostisere porfyri.
Giftige porfyrinogener kan forårsake:
- nevropsykiatriske lidelser;
- hudskader på grunn av lysfølsomhet;
- forstyrrelse av det retikuloendoteliale systemet i leveren.
Urin blir lilla med overflødig porfyrinskygge. Et overskudd av aminolevulinatsyntase under påvirkning av narkotika eller produksjon av steroidhormoner i ungdomsårene kan forårsake en forverring av sykdommen.
Porphyria species
Akutt intermitterende porfyri er assosiert med en defekt i genet som koder for deaminase og fører til akkumulering av 5-ALA og porfobilinogen. Symptomer er mørk urin, parese av luftveismuskulaturen, hjertesvikt. Pasienten klager over magesmerter, forstoppelse, oppkast. Sykdommen kan være forårsaket av å ta smertestillende midler og antibiotika.
Medfødt erytropoetisk porfyri er assosiert med lav uroporfyrinogen-III-cosyntaseaktivitet og høye nivåer av uroporfyrinogen-I-syntase. Symptomer er lysfølsomhet, som kommer til uttrykk ved sprekker i huden, blåmerker.
Arvelig koproporfyri er assosiert med mangel på coproporfyrinogenoksidase, som er involvert i omdannelsen av coproporfyrinogen III. Som et resultat blir enzymet oksidert i lyset til coproporfyrin. Pasienter lider av hjertesvikt og lysfølsomhet.
Mosaikkporfyri er en lidelse der det er en delvis blokkering av den enzymatiske omdannelsen av protoporfyrinogen til hem. Tegn er urinfluorescens og lysfølsomhet.
Tardor kutan porfyri vises med leverskade på bakgrunn av alkoholisme og overflødig jern. Høye konsentrasjoner av type I og III uroporfyrin skilles ut i urinen, noe som gir den en rosa farge og forårsaker fluorescens.
Erytropoietisk protoporfyri er provosert av lavferrochelatase enzymaktivitet i mitokondrier, en kilde til jern for hemsyntese. Symptomer er akutt urticaria under påvirkning av ultrafiolett stråling. Høye nivåer av protoporfyrin IX vises i erytrocytter, blod og avføring. Umodne røde blodlegemer og hud fluorescerer ofte med rødt lys.
