Heme ialah porfirin, di tengah-tengah molekulnya terdapat ion besi Fe2+, yang termasuk dalam struktur oleh dua ikatan kovalen dan dua ikatan koordinasi. Porfirin ialah sistem empat pirol bercantum yang mempunyai sebatian metilena (-CH=).
Molekul heme mempunyai struktur yang rata. Proses pengoksidaan menukarkan heme kepada hematin, yang ditetapkan Fe3+.
Menggunakan permata
Heme ialah kumpulan prostat bukan sahaja hemoglobin dan derivatifnya, tetapi juga mioglobin, katalase, peroksidase, sitokrom, enzim tryptophan pyrollase, yang memangkinkan pengoksidaan troptofan kepada formylkynurenine. Terdapat tiga pemimpin dalam kandungan gemma:
- eritrosit, terdiri daripada hemoglobin;
- sel otot yang mempunyai myoglobin;
- sel hati dengan sitokrom P450.
Bergantung kepada fungsi sel, jenis protein berubah, serta porfirin dalam heme. Hemoglobin heme termasuk protoporphyrin IX, dan cytochrome oxidase mengandungi formylporphyrin.
Bagaimanakah heme terbentuk?
Penghasilan protein berlaku dalam semua tisu badan, tetapi sintesis heme yang paling produktif berlaku dalam dua organ:
- sumsum tulang menghasilkan komponen bukan protein untuk penghasilan hemoglobin;
- hepatosit menghasilkan bahan mentah untuk sitokrom P450.
Dalam matriks mitokondria, enzim aminolevulinat synthase yang bergantung kepada pyridoxal ialah pemangkin untuk pembentukan asid 5-aminolevulinik (5-ALA). Pada peringkat ini, glisin dan sucinyl-CoA, hasil daripada kitaran Krebs, terlibat dalam sintesis heme. Heme menghalang tindak balas ini. Besi, sebaliknya, mencetuskan tindak balas dalam retikulosit dengan bantuan protein pengikat. Dengan kekurangan pyridoxal fosfat, aktiviti aminolevulinate synthase berkurangan. Kortikosteroid, ubat anti-radang bukan steroid, barbiturat dan sulfonamida adalah perangsang aminolevulinate synthase. Tindak balas disebabkan oleh peningkatan dalam penggunaan heme oleh sitokrom P450 untuk pengeluaran bahan ini oleh hati.
5-asid aminolevulinik, atau porphobilinogen synthase, memasuki sitoplasma daripada mitokondria. Enzim sitoplasma ini mengandungi, sebagai tambahan kepada molekul porphobilinogen, dua lagi molekul asid 5-aminolevulinik. Semasa sintesis heme, tindak balas dihalang oleh ion heme dan plumbum. Itulah sebabnya peningkatan paras dalam air kencing dan darah asid 5-aminolevulinik bermakna keracunan plumbum.
Deaminasi empat molekul porfibilinogen daripada porfobilinogen deaminase kepada hidroksimetilbilane berlaku dalam sitoplasma. Selanjutnya, molekul boleh bertukar menjadi upoporphyrinogen I dan dekarboksilat kepada koproporfirinogen I. Uroporphyrinogen III diperolehi dalam proses dehidrasi hidroksimetilbilane menggunakan enzim cosynthase ini.molekul.
Dekarboksilasi uroporfirinogen kepada koproporfirinogen III berterusan dalam sitoplasma untuk kembali ke mitokondria sel. Pada masa yang sama, coproporphyrinogen III oxidase decarboxylates molekul protoporphyrinogen IV (+ O2, -2CO2) melalui pengoksidaan lanjut (-6H+) kepada protoporphyrin V dengan bantuan protoporphyrin oxidase. Penggabungan Fe2+ pada peringkat terakhir enzim ferrochelatase ke dalam molekul protoporphyrin V melengkapkan sintesis heme. Besi berasal daripada feritin.
Ciri sintesis hemoglobin
Penghasilan hemoglobin ialah penghasilan heme dan globin:
- heme merujuk kepada kumpulan prostetik yang mengantara pengikatan boleh balik oksigen kepada hemoglobin;
- globin ialah protein yang mengelilingi dan melindungi molekul heme.
Dalam sintesis heme, enzim ferrochelatase menambah besi pada cincin struktur protoporphyrin IX untuk menghasilkan heme, tahap rendah yang dikaitkan dengan anemia. Kekurangan zat besi, sebagai penyebab paling biasa anemia, mengurangkan pengeluaran heme dan sekali lagi mengurangkan tahap hemoglobin dalam darah.
Sejumlah ubat dan toksin secara langsung menyekat sintesis heme, menghalang enzim daripada mengambil bahagian dalam biosintesisnya. Perencatan dadah terhadap sintesis adalah perkara biasa pada kanak-kanak.
Pembentukan globin
Dua rantai globin berbeza (masing-masing mempunyai molekul heme sendiri) bergabung untuk membentuk hemoglobin. Pada minggu pertama embriogenesis, rantai alfa bergabung dengan rantai gamma. Selepas kelahiran anak, penggabunganberlaku dengan rantai beta. Ia adalah gabungan dua rantai alfa dan dua lagi yang membentuk molekul hemoglobin lengkap.
Gabungan rantai alfa dan gamma membentuk hemoglobin janin. Gabungan dua rantai alfa dan dua beta memberikan hemoglobin "dewasa", yang wujud dalam darah selama 18-24 minggu sejak lahir.
Sambungan dua rantai membentuk dimer - struktur yang tidak mengangkut oksigen dengan cekap. Kedua-dua dimer membentuk tetramer, yang merupakan bentuk berfungsi hemoglobin. Kompleks ciri biofizikal mengawal pengambilan oksigen oleh paru-paru dan pembebasannya dalam tisu.
Mekanisme genetik
Gen yang mengekod rantai globin alfa terletak pada kromosom 16, dan bukan rantai alfa - pada kromosom 11. Oleh itu, ia dipanggil "lokus globin alfa" dan "lokus globin beta". Ekspresi kedua-dua kumpulan gen adalah seimbang untuk fungsi eritrosit normal. Ketidakseimbangan membawa kepada perkembangan talasemia.
Setiap kromosom 16 mempunyai dua gen alfa globin yang serupa. Oleh kerana setiap sel mempunyai dua kromosom, empat daripada gen ini biasanya ada. Setiap satu menghasilkan satu perempat daripada rantai alfa globin yang diperlukan untuk sintesis hemoglobin.
Gen lokus beta-globin lokus terletak secara berurutan, bermula dari tapak yang aktif semasa perkembangan embrio. Urutannya adalah seperti berikut: epsilon gamma, delta dan beta. Terdapat dua salinan gen gammasetiap kromosom 11, dan selebihnya terdapat dalam salinan tunggal. Setiap sel mempunyai dua gen globin beta, menyatakan jumlah protein yang betul-betul sepadan dengan setiap empat gen globin alfa.
Transformasi hemoglobin
Mekanisme pengimbangan pada peringkat genetik masih belum diketahui oleh perubatan. Sebilangan besar hemoglobin janin disimpan dalam badan kanak-kanak selama 7 - 8 bulan selepas kelahiran. Kebanyakan orang hanya mempunyai jumlah surih, jika ada, hemoglobin janin selepas bayi.
Gabungan dua gen alfa dan beta menghasilkan hemoglobin A dewasa yang normal. Gen delta, terletak di antara gamma dan beta pada kromosom 11, menghasilkan sejumlah kecil globin delta pada kanak-kanak dan orang dewasa - hemoglobin A2, iaitu kurang daripada 3% tupai.
nisbah ALK
Kadar pembentukan heme dipengaruhi oleh pembentukan asid aminolevulinik, atau ALA. Sintase yang memulakan proses ini dikawal dalam dua cara:
- allosterik dengan bantuan enzim efektor yang dihasilkan semasa tindak balas itu sendiri;
- pada tahap genetik penghasilan enzim.
Sintesis heme dan hemoglobin menghalang pengeluaran aminolivulinate sintase, membentuk maklum balas negatif. Hormon steroid, ubat anti-radang bukan steroid, antibiotik sulfonamides merangsang pengeluaran sintase. Dengan latar belakang pengambilan ubat, pengambilan heme dalam sistem cytochrome P450, yang penting untuk pengeluaran sebatian ini oleh hati, meningkat.
Faktor pengeluaran heme
Hiduppengawalan sintesis heme melalui tahap ALA sintase dicerminkan oleh faktor lain. Glukosa melambatkan proses aktiviti ALA sintase. Jumlah besi dalam sel mempengaruhi sintesis pada tahap terjemahan.
MRNA mempunyai gelung penyepit rambut di tapak permulaan terjemahan - unsur sensitif besi. Penurunan tahap sintesis besi berhenti, pada tahap yang tinggi, protein berinteraksi dengan kompleks besi, sistein dan sulfur tak organik, yang mencapai keseimbangan antara pengeluaran heme dan ALA.
Gangguan sintesis
Pelanggaran dalam proses sintesis heme biokimia dinyatakan dalam kekurangan salah satu enzim. Hasilnya ialah perkembangan porfiria. Bentuk keturunan penyakit ini dikaitkan dengan gangguan genetik, manakala bentuk yang diperoleh berkembang di bawah pengaruh ubat toksik dan garam logam berat.
Kekurangan enzim ditunjukkan dalam hati atau eritrosit, yang mempengaruhi definisi kumpulan porfiria - hepatik atau erythropoietic. Penyakit ini boleh berlaku dalam bentuk akut atau kronik.
Gangguan dalam sintesis heme dikaitkan dengan pengumpulan produk perantaraan - porfirinogen, yang teroksida. Tempat pengumpulan bergantung kepada penyetempatan - dalam eritrosit atau hepatosit. Tahap pengumpulan produk digunakan untuk mendiagnosis porfiria.
porfirinogen toksik boleh menyebabkan:
- gangguan neuropsikiatri;
- luka kulit akibat fotosensitiviti;
- gangguan sistem retikuloendothelial hati.
Urin menjadi ungu dengan lebihan porfirinteduh. Lebihan aminolevulinate synthase di bawah pengaruh dadah atau penghasilan hormon steroid semasa remaja boleh menyebabkan penyakit bertambah teruk.
Spesies Porphyria
porfiria terputus-putus akut dikaitkan dengan kecacatan pada gen yang mengekod untuk deaminase dan membawa kepada pengumpulan 5-ALA dan porphobilinogen. Gejala adalah air kencing gelap, paresis otot pernafasan, kegagalan jantung. Pesakit mengadu sakit perut, sembelit, muntah. Penyakit ini boleh disebabkan oleh pengambilan analgesik dan antibiotik.
porfiria erythropoietic kongenital dikaitkan dengan aktiviti uroporphyrinogen-III-cosynthase yang rendah dan tahap uroporphyrinogen-I-synthase yang tinggi. Gejalanya ialah fotosensitiviti, yang ditunjukkan oleh rekahan pada kulit, lebam.
Coproporphyria keturunan dikaitkan dengan kekurangan coproporphyrinogen oxidase, yang terlibat dalam penukaran coproporphyrinogen III. Akibatnya, enzim teroksida dalam cahaya kepada koproporfirin. Pesakit mengalami kegagalan jantung dan fotosensitiviti.
porfiria mosaik ialah gangguan di mana terdapat sekatan separa penukaran enzimatik protoporfirinogen kepada heme. Tandanya ialah pendarfluor air kencing dan kepekaan terhadap cahaya.
porfiria kulit Tardor muncul dengan kerosakan hati pada latar belakang alkoholisme dan zat besi yang berlebihan. Kepekatan tinggi uroporphyrin jenis I dan III dikumuhkan dalam air kencing, memberikannya warna merah jambu dan menyebabkan pendarfluor.
Protoporfiria erythropoietic diprovokasi oleh rendahaktiviti enzim ferrochelatase dalam mitokondria, sumber besi untuk sintesis heme. Gejala adalah urtikaria akut di bawah pengaruh sinaran ultraungu. Tahap tinggi protoporphyrin IX muncul dalam eritrosit, darah dan najis. Sel darah merah dan kulit yang tidak matang selalunya berpendar dengan cahaya merah.
