A hem egy porfirin, melynek molekulájának középpontjában Fe2+ vasionok találhatók, amelyek két kovalens és két koordinációs kötésen keresztül vesznek részt a szerkezetben. A porfirinek négy összeolvadt pirrolból álló rendszer, amelyek metilénvegyületeket (-CH=) tartalmaznak.
A hem molekulának lapos szerkezete van. Az oxidációs folyamat a hem hematinná alakul, amelyet Fe3+-nak neveznek.
Drágakövek használata
A Heme nemcsak hemoglobinból és származékaiból áll, hanem mioglobinból, katalázból, peroxidázból, citokrómokból, a triptofán piroláz enzimből is, amely katalizálja a troptofán formilkinureninné történő oxidációját. A gemma tartalmakban három vezető szerepet tölt be:
- eritrociták, amelyek hemoglobinból állnak;
- mioglobint tartalmazó izomsejtek;
- májsejtek citokróm P450-nel.
A sejtek működésétől függően változik a fehérje típusa, valamint a hemben lévő porfirin. A hemoglobin hem tartalmazza a protoporfirin IX-et, a citokróm-oxidáz pedig formilporfirint.
Hogyan jön létre a hem?
A fehérjetermelés a test minden szövetében megtörténik, de a legproduktívabb hemszintézis két szervben megy végbe:
- a csontvelő nem fehérje komponenst termel a hemoglobin termeléséhez;
- hepatocyták nyersanyagot termelnek a citokróm P450 számára.
A mitokondriális mátrixban a piridoxálfüggő aminolevulinát-szintáz enzim az 5-aminolevulinsav (5-ALA) képződésének katalizátora. Ebben a szakaszban a glicin és a szukinil-CoA, a Krebs-ciklus terméke részt vesz a hem szintézisében. A hem gátolja ezt a reakciót. A vas éppen ellenkezőleg, egy kötőfehérje segítségével váltja ki a reakciót a retikulocitákban. Piridoxál-foszfát hiányában az aminolevulinát szintáz aktivitása csökken. A kortikoszteroidok, a nem szteroid gyulladáscsökkentők, a barbiturátok és a szulfonamidok az aminolevulinát szintáz stimulánsai. A reakciókat az okozza, hogy a citokróm P450 fokozza a hem fogyasztását a májban ennek az anyagnak a termeléséhez.
Az 5-aminolevulinsav vagy porfobilinogén szintáz a mitokondriumokból kerül a citoplazmába. Ez a citoplazmatikus enzim a porfobilinogén molekulán kívül további két 5-aminolevulinsav molekulát tartalmaz. A hem szintézis során a reakciót hem és ólomionok gátolják. Ezért az 5-aminolevulinsav megnövekedett szintje a vizeletben és a vérben ólommérgezést jelent.
Négy porfibilinogén molekula dezaminációja porfobilinogén dezaminázból hidroxi-metil-bilánná megy végbe a citoplazmában. Ezen túlmenően a molekula upoporfirinogén I-vé alakulhat, és dekarboxilátozhat koproporfirinogén I-vé. Az uroporfirinogén III-t a hidroxi-metil-bilán dehidratálása során nyerik ennek koszintáz enzimének felhasználásával.molekulák.
Az uroporfirinogén dekarboxilációja koproporfirinogén III-má folytatódik a citoplazmában, hogy további visszajusson a sejtek mitokondriumaiba. Ugyanakkor a koproporfirinogén III oxidáz a protoporfirinogén IV (+ O2, -2CO2) molekuláit további oxidációval (-6H+) protoporfirin oxidáz segítségével protoporfirin V-vé dekarboxilezi. A ferrokelatáz enzim utolsó szakaszában a Fe2+ beépülése a protoporfirin V molekulába befejezi a hem szintézisét. A vas a ferritinből származik.
A hemoglobinszintézis jellemzői
A hemoglobin termelése hem és globin termelése:
- a hem egy protéziscsoportra utal, amely közvetíti az oxigén reverzibilis kötődését a hemoglobinhoz;
- A globin egy fehérje, amely körülveszi és védi a hem molekulát.
A hem szintézisében a ferrokelatáz enzim vasat ad a protoporfirin IX szerkezetének gyűrűjéhez, hogy hemet hozzon létre, amelynek alacsony szintje vérszegénységgel jár. A vashiány, mint a vérszegénység leggyakoribb oka, csökkenti a hemtermelést, és ismét csökkenti a vér hemoglobinszintjét.
Számos gyógyszer és toxin közvetlenül gátolja a hem szintézisét, megakadályozva, hogy az enzimek részt vegyenek a hem bioszintézisében. Gyermekeknél gyakori a szintézis gyógyszeres gátlása.
Globin kialakulása
Két különböző globinlánc (mindegyik saját hemmolekulával) egyesül hemoglobint képezve. Az embriogenezis legelső hetében az alfa-lánc egyesül a gamma-lánccal. A gyermek születése után az egyesülésbéta lánccal fordul elő. Ez két alfa-lánc és két másik kombinációja alkotja a teljes hemoglobinmolekulát.
Az alfa- és gamma-láncok kombinációja alkotja a magzati hemoglobint. A két alfa és két béta lánc kombinációja "felnőtt" hemoglobint eredményez, amely a születéstől számított 18-24 hétig uralkodik a vérben.
Két lánc összekapcsolása dimert képez – egy olyan szerkezetet, amely nem szállítja hatékonyan az oxigént. A két dimer egy tetramert alkot, amely a hemoglobin funkcionális formája. A biofizikai jellemzők komplexe szabályozza a tüdő oxigénfelvételét és a szövetekben történő felszabadulását.
Genetikai mechanizmusok
Az alfa globin láncokat kódoló gének a 16. kromoszómán találhatók, és nem az alfa láncok - a 11. kromoszómán. Ennek megfelelően "alfa globin lókusznak" és "béta globin lókusznak" nevezik őket. A két géncsoport expressziója szorosan kiegyensúlyozott a normál vörösvértest-működéshez. Az egyensúlyhiány talaszémia kialakulásához vezet.
Minden 16. kromoszómában két azonos alfa-globin gén található. Mivel minden sejtnek két kromoszómája van, ezek közül a génekből általában négy van jelen. Mindegyik a hemoglobinszintézishez szükséges globin alfa-láncok egynegyedét állítja elő.
A lókusz béta-globin lókuszának génjei szekvenciálisan helyezkednek el, az embrionális fejlődés során aktív helytől kezdve. A sorrend a következő: epsilon gamma, delta és béta. A gamma génnek két másolata vanminden kromoszóma 11, a többi pedig egyetlen példányban van jelen. Minden sejtben két béta-globin gén található, amelyek olyan mennyiségű fehérjét fejeznek ki, amely pontosan megegyezik a négy alfa-globin gén mindegyikével.
Hemoglobin átalakulások
A genetikai szintű egyensúlyozás mechanizmusa még mindig nem ismert az orvostudomány számára. A magzati hemoglobin jelentős része a születés után 7-8 hónapig raktározódik a gyermek testében. A legtöbb embernek csak nyomokban van a magzati hemoglobinjából csecsemőkor után, ha van egyáltalán.
Két alfa és béta gén kombinációja normál felnőtt hemoglobin A-t termel. A delta gén, amely a 11-es kromoszómán található gamma és béta között, kis mennyiségű delta globint termel gyermekekben és felnőttekben – A2 hemoglobint, ami kevesebb. mint 3% mókus.
ALK arány
A hem képződésének sebességét az aminolevulinsav vagy ALA képződése befolyásolja. A folyamatot elindító szintázt kétféleképpen szabályozzák:
- alloszterikusan a reakció során keletkező effektor enzimek segítségével;
- az enzimtermelés genetikai szintjén.
A hem és a hemoglobin szintézise gátolja az aminolivulinát szintáz termelődését, negatív visszacsatolást képezve. Szteroid hormonok, nem szteroid gyulladáscsökkentők, antibiotikumok szulfonamidok serkentik a szintáz termelését. A gyógyszerszedés hátterében a citokróm P450 rendszerben növekszik a hem felvétele a citokróm P450 rendszerben, amely fontos ezen vegyületek máj általi termeléséhez.
Hém termelési tényezők
Bea hem szintézis szabályozását az ALA szintáz szintjén más tényezők is tükrözik. A glükóz lelassítja az ALA szintáz aktivitásának folyamatát. A sejtben lévő vas mennyisége befolyásolja a szintézist a transzláció szintjén.
Az MRNA-nak van egy hajtűhurka a fordítás kezdőhelyén – ez egy vasérzékeny elem. A vasszintézis szintjének csökkenése leállítja, magas szinten a fehérje kölcsönhatásba lép a vas, a cisztein és a szervetlen kén komplexével, ami egyensúlyt teremt a hem és az ALA termelése között.
Szintéziszavarok
A biokémia hem szintézisének folyamatában bekövetkezett megsértés az egyik enzim hiányában fejeződik ki. Az eredmény a porfiria kialakulása. A betegség örökletes formája genetikai rendellenességekkel jár, míg a szerzett forma mérgező gyógyszerek és nehézfémsók hatására alakul ki.
Az enzimhiányok a májban vagy a vörösvértestekben nyilvánulnak meg, ami befolyásolja a porfíria - máj vagy eritropoetikus - csoport meghatározását. A betegség akut vagy krónikus formában fordulhat elő.
A hem szintézisének zavarai a köztes termékek – porfirinogének – felhalmozódásával járnak, amelyek oxidálódnak. A felhalmozódás helye a lokalizációtól függ - eritrocitákban vagy hepatocitákban. A porfíria diagnosztizálására a termékek felhalmozódási szintjét használják.
A mérgező porfirinogének a következőket okozhatják:
- neuropszichiátriai rendellenességek;
- fényérzékenység miatti bőrelváltozások;
- a máj retikuloendoteliális rendszerének megzavarása.
A vizelet lila színűvé válik a felesleges porfirinekkelárnyék. Az aminolevulinát-szintáz túlzott mennyisége gyógyszerek hatására vagy szteroid hormonok termelődése serdülőkorban a betegség súlyosbodását okozhatja.
Porphyria fajok
Az akut intermittáló porfíria a deaminázt kódoló gén hibájával jár, és az 5-ALA és a porfobilinogén felhalmozódásához vezet. Tünetei a vizelet sötétsége, a légzőizmok parézise, szívelégtelenség. A beteg hasi fájdalomra, székrekedésre, hányásra panaszkodik. A betegséget fájdalomcsillapítók és antibiotikumok szedése okozhatja.
A veleszületett eritropoetikus porfíria alacsony uroporfirinogén-III-koszintáz aktivitással és magas uroporfirinogén-I-szintázzal jár. A tünetek a fényérzékenység, amely a bőr repedéseiben, zúzódásokban nyilvánul meg.
Az örökletes koproporfiria a koproporfirinogén-oxidáz hiányával jár, amely a koproporfirinogén III átalakulásában vesz részt. Ennek eredményeként az enzim fény hatására koproporfirinné oxidálódik. A betegek szívelégtelenségben és fényérzékenységben szenvednek.
A mozaikporfíria olyan rendellenesség, amelyben a protoporfirinogén hemmé történő enzimatikus átalakulása részlegesen gátolt. A jelek a vizelet fluoreszcenciája és a fényérzékenység.
A tardor bőrporfíria májkárosodással jelentkezik az alkoholizmus és a vasfelesleg hátterében. Az I. és III. típusú uroporfirinek nagy koncentrációban ürülnek ki a vizelettel, ami rózsaszínes színt ad és fluoreszcenciát okoz.
Az eritropoetikus protoporfiriát alacsonyferrokelatáz enzimaktivitás a mitokondriumokban, amely vasforrás a hem szintéziséhez. A tünetek az ultraibolya sugárzás hatására kialakuló akut csalánkiütés. A protoporfirin IX magas szintje megjelenik a vörösvértestekben, a vérben és a székletben. Az éretlen vörösvérsejtek és a bőr gyakran vörös fénnyel fluoreszkál.
