Struktura a syntéza hemu

Hem je porfyrin, ve středu molekuly, která obsahuje ionty železa Fe2 +, které vstupují do struktury dvěma kovalentními a dvěma koordinačními vazbami. Porfyriny jsou systém čtyř kondenzovaných pyrrolů s methylenovými sloučeninami (-CH =).

Molekula hemu má plochou strukturu. Oxidační proces převádí hem na hematin, označený jako Fe3 +.

Použití hemu

Gem je skupina prostaty nejen hemoglobinu a jeho derivátů, ale také myoglobinu, katalázy, peroxidázy, cytochrom enzymu triptofanpirollazy, katalizirueschego oxidační troptofana v formylkynurenine. V obsahu gemy jsou tři vůdcové:

• erytrocyty sestávající z hemoglobinu;
• svalové buňky s myoglobinem;
• buňky jater s cytochromem P450.

V závislosti na funkci buněk se typ proteinu mění, stejně jako porfyrin v hemové kompozici. Hemoglobin heme zahrnuje protoporfyrin IX a v cytochrom oxidase je formylporfyrin.

Jak se tvoří hema?

Produkce bílkovin se vyskytuje ve všech tkáních těla, ale nejproduktivnější syntéza hemu je pozorována ve dvou orgánech:

• kostní dřeň produkuje neproteinovou složku pro produkci hemoglobinu;
• hepatocyty produkují surovinu pro cytochrom P450.

Mitochondriální matrix piridoksalzavisimy aminolevulinát syntázy je katalyzátor, za vzniku kyseliny 5-aminolevulové (5-ALA). V této fázi se podílí na syntéze hemu glycin a sukcinyl-CoA, produkt Krebsova cyklu. Hem potlačuje tuto reakci. Železo naopak spouští reakci v retikulocytech pomocí vazebného proteinu. Při nedostatku pyridoxalfosfátu klesá aktivita aminolevulinátsyntázy. Kortikosteroidy, nesteroidní protizánětlivé léky, barbituráty a sulfonamidy jsou stimulanty aminolevulinát syntázy. Reakce jsou způsobeny zvýšenou spotřebou hemocytochromu P450 pro výrobu této látky játry.

Cytoplasma z mitochondrií je kyselina 5-aminolevulová nebo porfobilinogen-syntáza. Tento cytoplazmatický enzym obsahuje kromě molekuly porfobilinogenu ještě dvě molekuly kyseliny 5-aminolevulové. Při syntéze hemu je reakce potlačena hemem a olovenými ionty. To je důvod, proč zvýšená hladina kyseliny mravenčí a krve kyseliny 5-aminolevulové znamená otravu olovem.

V cytoplasmě dochází dezaminatsiya čtyři molekuly porfibilinogena porfobilinogendezaminazy v hydroxymethylbilane. Další molekuly mohou být převedeny na upoporfirinogen I a dekarboxyluje v koproporfirinogen I. uroporphyrinogen III získané v procesu dehydratace za použití enzymu hydroxymethylbilane kosintazy molekuly.

V cytoplazmě pokračuje koproporfirinogena dekarboksilizatsiya uroporphyrinogen III dále vrátit mitochondriích buněk. Tak oxidáza koproporfirinogen dekarboxyluje protoporfyrinogen III IV molekuly (O2 +, -2SO2) dále oxidace (6H +) až V přes protoporfyrin oxidázy protoporfyrinu. Vložení Fe2 + v poslední fázi enzymu ferochelatázy molekuly protoporfyrinu V dokončí syntéze hernu. Železo pochází z feritinu.

Vlastnosti syntézy hemoglobinu

Výroba hemoglobinu spočívá v produkci hemu a globinu:

• gem se odkazuje na protetickou skupinu, která zprostředkovává reverzibilní vazbu kyslíku hemoglobinem;
• Globin je protein, který je obklopen a chráněn molekulou hemu.

V hem syntéze enzym ferrochelata přidává železo do kruhu struktury protoporfyrinu IX pro výrobu hemu, jehož nízká hladina je spojena s anémií. Nedostatek železa, jako nejčastější příčina anémie, snižuje tvorbu hemu a opět snižuje hladinu hemoglobinu v krvi.

Řada léků a toxinů přímo blokuje syntézu hemu, což zabraňuje účasti enzymů na biosyntéze. Inhibice syntézy drog je charakteristická pro děti.

Tvorba globinu

Dvě různé řetězce globinu (každý s vlastní molekulou gemma) se spojují za vzniku hemoglobinu. V prvním týdnu embryogeneze je řetězec alfa kombinován s gama řetězcem. Po narození dítěte dochází k fúzi s beta řetězcem. Jedná se o kombinaci dvou alfa řetězců a druhých dvou, které tvoří kompletní molekulu hemoglobinu.

Kombinace alfa a gama řetězce tvoří fetální hemoglobin. Kombinace dvou alfa a dvou beta řetězců dává "dospělý" hemoglobin, který převládá v krvi po dobu 18-24 týdnů od narození.

Kombinace dvou řetězců tvoří dimer-strukturu, která účinně nepřepravuje kyslík. Dva dimery tvoří tetramer, který je funkční formou hemoglobinu. Komplex biofyzikálních vlastností řídí absorpci kyslíku plicemi a jejich uvolňování do tkání.

Genetické mechanismy

Geny kódující alfa-globinu řetězec, který se nachází na chromozomu 16, spíše než alfa řetězce - na chromozomu 11. V souladu s tím byly pojmenovány „alfa globin místo“ a „beta-globin místo.“ Exprese dvou skupin genů jsou normálně vyvážené funkce erytrocytů. Porušení rovnováhy vede k rozvoji talasémie.

Každý chromozom 16 má dva identické alfa-globinové geny. Vzhledem k tomu, že každá buňka má dva chromozomy, pak jsou obvykle přítomny čtyři z těchto genů. Každý z nich produkuje jednu čtvrtinu alfa řetězců globinu, což je nezbytné pro syntézu hemoglobinu.

Geny lokusu místa beta-globinu jsou lokalizovány postupně, počínaje aktivním během embryonálního vývoje místa. Sekvence je následující: epsilon gama, delta a beta. Na každém chromozómu 11 jsou dvě kopie gama gama a zbytek je přítomen v jediné kopii. Každá buňka má dva beta-globinové geny, které vyjadřují množství bílkovin, které přesně odpovídají každému ze čtyř genů alfa globinu.

Transformace hemoglobinu

Mechanismus vyvažování na genetické úrovni není dosud známo léku. Významné množství fetálního hemoglobinu je uloženo v těle dítěte po dobu 7 až 8 měsíců po narození. Většina lidí má pouze stopy množství hemoglobinu plodu, pokud vůbec nějaké, po dětství.

Kombinace dvou alfa a beta formy genů normální dospělý hemoglobin A. Delta-gen se nacházejí mezi gama a beta na chromozomu 11, produkuje malé množství delta globin u dětí a dospělých - hemoglobinu A2, což je méně než 3% proteinu.

Poměr ALA

Rychlost tvorby hemu je ovlivněna tvorbou kyseliny aminolevulové nebo ALA. Syntaza, která způsobuje tento proces, je regulována dvěma způsoby:

• alosterické pomocí enzymových efektorů, které se produkují během samotné reakce;
• na genetické úrovni produkce enzymů.

Syntéza hemu a hemoglobinu inhibuje produkci aminovilivulinátové syntázy, což vytváří negativní zpětnou vazbu. Steroidní hormony, nesteroidní protizánětlivé léky, antibiotika sulfanilamidy stimulují produkci syntázy. Na pozadí užívání léků se zvyšuje hematizace v systému cytochromu P450, který je důležitý pro produkci těchto sloučenin játry.

Faktory produkující hem

Regulace hem syntézy hladinou ALK-syntázy odráží další faktory. Glukóza zpomaluje proces aktivity ALK syntázy. Množství železa v buňce ovlivňuje syntézu na úrovni překladu.

MRNA má špičkovou smyčku v počáteční části translace - prvek citlivý na železo. Snížená syntéza hladina železa je ukončen s vysokou - protein interaguje s komplexem železa, cystein a anorganické síry, čímž se dosáhne rovnováhy mezi produkcí hemu a ALA.

Selhání syntézy

Porucha během syntézy biochemie hemu je vyjádřena nedostatkem jednoho z enzymů. Výsledkem je vývoj porfyrie. Dědičná forma onemocnění je spojena s genetickými poruchami a získává se při vývoji pod vlivem toxických přípravků a solí těžkých kovů.

Nedostatek enzymů se projevuje v játrech nebo erytrocytech, což ovlivňuje definici skupiny porfyrie - játra nebo erytropoietika. Onemocnění se může objevit v akutních nebo chronických formách.

Porušení syntézy hemu je spojeno s akumulací meziproduktů - porfyrinogenů, které jsou oxidovány. Umístění clusteru závisí na umístění - v erytrocytech nebo hepatocytech. Úroveň akumulace produktů slouží k diagnostice porfyrie.

Toxické porfyrinogeny mohou způsobit:

• neuropsychiatrické poruchy;
• kožní léze způsobené fotosenzitivitou;
• narušení retikuloendotelového systému jater.

S přebytkem porfyrinů získává moč purpurový odstín. K vyvolání exacerbace tohoto onemocnění může dojít k přebytku aminolevulinátsyntázy pod vlivem léků nebo produkci steroidních hormonů v dospívání.

Typy porfyrie

Akutní intermitentní porfyrie je spojena s defektem genu, který kóduje deaminázu a vede k akumulaci 5-ALA a porfobilinogenu. Symptomy jsou tmavá moč, paréza respiračních svalů, srdeční selhání. Pacient si stěžuje na bolest břicha, zácpa, zvracení. Onemocnění může být způsobeno použitím analgetik a antibiotik.

Kongenitální erytropoetická porfyrie spojené s nízkou aktivitou uroporphyrinogen-III-kosintazy a high-I-uroporphyrinogen syntázy. Symptomy jsou fotosenzitivita, která se projevuje prasklinami v kůži, modřinami.

Dědičná koproporfyrie je spojena s nedostatkem kopro-porfrinogenové oxidázy, která se podílí na transformaci koproporfyrinogenu III. Výsledkem je, že se enzym oxiduje ve světle na koproporfyrin. Pacienti trpí srdečním selháním a fotosenzitivitou.

Mozaika porfyrie je porušení, při kterém dochází k částečnému blokování enzymatické konverze protoporfyrinogenu na hem. Známky - fluorescence moči a citlivost na světlo.

Pozdní porfyrie kůže se objeví s poškozením jater na pozadí alkoholismu a přebytečného železa. U moči se izolují velké koncentrace uroporfyrinů typu I a III, což jim dodává růžovou barvu a způsobuje fluorescenci.

Erythropoietická protoporfyrie je vyvolána nízkou aktivitou enzymu ferrochelatázy v mitochondriích - zdroji železa pro hem syntézu. Symptomy jsou akutní kopřivka pod vlivem ultrafialového záření. V erytrocytech, krvi a stolici jsou vysoké úrovně protoporfyrinu IX. Nezralé erysilocyty a kůže často fluoreskují červeným světlem.