Syntéza hemoglobinu

Syntéza hemoglobinu se skládá z syntézy hemu a syntézy globinů. Nakonec je protetická hemová skupina, každá se čtyřmi globiny, spojena s hemoglobinem obsahujícím komplex železa obsahující protein. Poruchy syntézy hemu i syntézy globinů mohou vést k vážným zdravotním problémům.

Co je syntéza hemoglobinu?

Abychom porozuměli syntéze hemoglobinu, je nejprve nutné znát strukturu hemoglobinu. Hemoglobin je proteinový komplex obsahující železo, který se skládá ze čtyř podjednotek globinu, každá se skupinou protetických hem.

U lidského dospělého hemoglobinu existují dva identické alfa globiny i dva identické beta globiny jako podjednotky. Každá z těchto podjednotek je vázána na protetickou hemovou skupinu, která se skládá z komplexu porfyrinového železa (II). Hemoglobinový komplex tedy obsahuje čtyři skupiny hem.

V závislosti na chemickém prostředí může každá hemová skupina komplexně vázat molekulu kyslíku na železitý ion. V závislosti na tom, kolik hemových skupin je zatíženo kyslíkem, se mluví o oxyhemoglobinu (s vysokým obsahem kyslíku) nebo deoxyhemoglobinu (s nízkým obsahem kyslíku).

Železný ion je umístěn uprostřed porfyrinového kruhu. Na straně je komplexní vazba na histidinový zbytek globinu. Na druhé straně, v závislosti na energetickém stavu iontu železa, může být molekula kyslíku vázána v komplexu. Energetický stav je ovlivňován vnějšími fyzikálními a chemickými podmínkami v důsledku změn v konformaci globinu.

Funkce a úkol

Poslední krok v syntéze hemoglobinu spočívá v sestavení protetické hemové skupiny se čtyřmi globinovými jednotkami za vzniku proteinového komplexu obsahujícího železo. Jednotlivé složky jsou tvořeny nezávislými biosyntetickými cestami.

Výchozí materiály pro porfyrinový kruh heme skupiny jsou aminokyseliny glycin a sukcinyl-CoA. Succinyl-CoA se skládá z koenzymu A a kyseliny jantarové. Kyselina jantarová je meziprodukt při rozkladu energeticky bohatých ketonových tělísek jako součást energetického metabolismu. S pomocí enzymu syntázy kyseliny delta-aminolevulinové se kyselina delta-aminolevulinová syntetizuje ze sukcinyl-CoA a glycinu. Dvě molekuly kyseliny delta-aminolevulinové kondenzují s odstraněním jedné molekuly vody za vzniku pyrrol derivátu porfobilinogenu. S odstraněním amoniaku a pomocí enzymu uroporfyrinogen-I syntetázy, čtyři molekuly porfobiliogenu reagují za vzniku hydroxymethylbilanu. To se transformuje na uroporfyrinogen III za vzniku kruhu.

Protoporfyrin je produkován enzymatickou dekarboxylací a dehydratací v mitochondriích. S enzymem ferrochelatáza je iont železa (II) inkorporován do této molekuly za vzniku hemu. V cytosolu buňky je hem spojen s proteinovým globinem za vzniku hemoglobinu obsahujícího komplex železa obsahující protein.

Syntéza jednotlivých globinů probíhá biosyntézou normálních proteinů. Jak již bylo zmíněno, dospělý hemoglobinový komplex obsahuje dvě identické podjednotky alfa a beta globinů. Díky své komplexní struktuře si konečný hemoglobin vyvinul schopnost transportovat kyslík a dodávat jej do všech buněk organismu.

Vazba centrálního železa na kyslík však není příliš těsná a může být velmi snadno ovlivněna vnějšími chemickými a fyzikálními faktory. To umožňuje hemoglobinu rychle absorbovat a uvolňovat kyslík. Obsah kyslíku v hemoglobinu závisí mimo jiné na faktorech pH, ​​oxidu uhličitého nebo parciálním tlaku nebo teplotě kyslíku. Tyto ovlivňující proměnné se mění například v souladu globinů, takže kyslíkovou vazbu lze zesílit nebo oslabit mírnými změnami energetických a stérických podmínek.

Při nízké hodnotě pH a vysokém parciálním tlaku oxidu uhličitého je kyslíková vazba k iontu železa (II) oslabena a tím je podporováno uvolňování kyslíku. Přesně za těchto podmínek dochází k silnějšímu metabolickému obratu, který také zvyšuje spotřebu kyslíku. Systém transportu kyslíku je proto optimálně koordinován s fyzickými potřebami pomocí funkce hemoglobinu.

Nemoci a nemoci

Poruchy syntézy hemoglobinu mohou vést k různým onemocněním. Existuje celá řada genetických chorob, která jsou založena na narušení syntézy hemu. Přitom se v těle hromadí prekurzory hemu, což mimo jiné vede k extrémní citlivosti na světlo. V těchto takzvaných porfyriích jsou porfyriny uloženy v krevních cévách nebo dokonce v játrech. Když jsou vystaveny světlu, některé formy porfyrie ukládají více radiační energie. Když se uvolní energie, vytvoří se kyslíkové radikály, které útočí a ničí exponovanou tkáň. To vede k silnému svědění a pálení bolesti.

Existuje sedm forem porfýru. Konstrukce hemu je osmikrokový proces, do kterého je zapojeno sedm enzymů. Pokud enzym funguje pouze nedostatečně, je příslušný prekurzor uložen v tomto okamžiku při syntéze hemu. Na základě symptomů jsou porfyrie rozděleny do dvou hlavních skupin. Takzvané kožní porfýrie se vyznačují bolestivou citlivostí kůže na světlo.U jaterních porfyrií převažuje postižení jater se silnou bolestí břicha, nevolností a zvracením. V mnoha případech se však mezi těmito dvěma symptomovými komplexy překrývá.

Porfyrie často vykazují přerušovaný průběh s akutními záchvaty. V závislosti na typu porfyrie se projevují náhle bolestivými kožními reakcemi, kolickými bolestmi břicha, nevolností / zvracením, červeným zbarvením moči, záchvaty, neurologickými deficity nebo dokonce psychózami.

Další poruchy syntézy hemoglobinu se týkají chybné syntézy molekul globinu mutacemi v odpovídajících genech. Příklady jsou tzv. Srpkovitá anémie nebo thalassémie. Při srpkovité anémii je protein podjednotky beta globinu geneticky modifikován. V pozici šest tohoto proteinu byla aminokyselina glutamová kyselina nahrazena valinem. Pokud je nedostatek kyslíku, dotyčný hemoglobin se stane srpkovitým, shlukuje se a ucpává malé krevní cévy. To má za následek život ohrožující poruchy oběhu. Thalassemie jsou skupinou různých malformací hemoglobinu, které vedou ke snížené tvorbě alfa a beta globinového řetězce globinů. Závažná anémie je nejdůležitějším příznakem.