Hemoglobinsyntes

De Hemoglobinsyntes består av hemsyntesen och globinsyntesen. Slutligen är den protetiska hemgruppen, var och en med fyra globiner, kopplad till det järninnehållande proteinkomplexet hemoglobin. Störningar i både hemsyntes och globinsyntes kan leda till allvarliga hälsoproblem.

Vad är hemoglobinsyntes?

För att förstå hemoglobinsyntes är kunskap om strukturen hos hemoglobin nödvändig. Hemoglobin är ett järninnehållande proteinkomplex, som består av fyra subenheter av globin, vardera med en protetisk hemgrupp.

I humant vuxenhemoglobin finns det två identiska alfa-globiner såväl som två identiska beta-globiner som underenheter. Var och en av dessa underenheter är bunden till en proteshemgrupp, som består av ett porfyrinjärn (II) -komplex. Således innehåller ett hemoglobinkomplex fyra hemgrupper.

Beroende på den kemiska miljön kan varje hemgrupp binda en syre-molekyl till järnjonen på ett komplext sätt. Beroende på hur många hemgrupper som är belastade med syre, talar man om oxihemoglobin (högt syre) eller deoxihemoglobin (låg syre).

Järnjonen ligger i mitten av porfyrinringen. På sidan finns en komplex bindning till histidinresten av globin. Å andra sidan, beroende på järnjonens energitillstånd, kan en syre-molekyl binds i ett komplex. Energitillståndet påverkas av yttre fysiska och kemiska förhållanden på grund av förändringar i klodens konformation.

Funktion & uppgift

Det sista steget i hemoglobinsyntesen består i att montera den protetiska hemgruppen med de fyra globinenheterna för att bilda ett järninnehållande proteinkomplex. De enskilda komponenterna bildas av oberoende biosyntetiska vägar.

Utgångsmaterialen för porfyrinringen i hemgruppen är aminosyrorna glycin och succinyl-CoA. Succinyl-CoA består av koenzym A och bärnstenssyra. Bärnstenssyra är en mellanprodukt vid nedbrytningen av energirika ketonkroppar som en del av energimetabolismen. Med hjälp av enzymet delta-aminolevulinsyrasyntas syntetiseras delta-aminolevulinsyra från succinyl-CoA och glycin. Två molekyler delta-aminolevulinsyra kondenseras med eliminering av en molekyl vatten för att bilda pyrrolderivatet porfobilinogen. Med eliminering av ammoniak och med hjälp av enzymet uroporphyrinogen-I-syntetas reagerar fyra molekyler av porfobiliogen för att bilda hydroximetylbilan. Detta omvandlas till uroporfyrinogen III med ringbildning.

Protoporfyrin produceras genom enzymatisk dekarboxylering och dehydrering i mitokondrierna. Med enzymet ferrochelatas införlivas en järn (II) jon i denna molekyl med bildning av heme. I cytosolen i cellen är hemet kopplat till proteinet globin för att bilda det järninnehållande proteinkomplexet hemoglobin.

Syntesen av de enskilda globinerna sker via normal proteinbiosyntes. Som redan nämnts innehåller det vuxna hemoglobinkomplexet två identiska underenheter av alfa- och beta-globiner. På grund av dess komplexa struktur har det färdiga hemoglobinet utvecklat förmågan att transportera syre och tillföra det till alla celler i organismen.

Emellertid är det centrala järnets bindning till syre inte särskilt snävt och kan påverkas mycket lätt av externa kemiska och fysiska faktorer. Detta gör att hemoglobin både kan absorbera och släppa syre snabbt. Syrehalten i hemoglobinet beror bland annat på faktorerna pH, koldioxid eller syrepartiets tryck eller temperatur. Dessa påverkande variabler förändrar till exempel övergångens överensstämmelse, så att syrebindningen kan stärkas eller försvagas genom små förändringar i energiska och steriska förhållanden.

Med ett lågt pH-värde och ett högt koldioxidpartiellt tryck försvagas syrebindningen till järn (II) jonen och därmed frigörs syrefrisättningen. Exakt under dessa förhållanden sker starkare metabolisk omsättning, som också har ett ökat syrebehov. Syretransportsystemet koordineras därför optimalt med de fysiska behoven via hemoglobinfunktionen.

Sjukdomar och sjukdomar

Störningar i hemoglobinsyntesen kan leda till olika sjukdomar. Det finns ett antal genetiska sjukdomar som är baserade på störningen av syntesen av hem. Under processen ackumuleras heme-prekursorer i kroppen, vilket bland annat leder till extrem ljuskänslighet. I dessa så kallade porfyror lagras porfyriner i blodkärlen eller till och med levern. När de utsätts för ljus lagrar vissa former av porfyri mer strålningsenergi. När energin frigörs skapas syreradikaler som attackerar och förstör den exponerade vävnaden. Detta leder till svår klåda och brännande smärta.

Det finns sju former av porfyr. Konstruktionen av hemet är en åttstegsprocess där sju enzymer är involverade. Om ett enzym endast fungerar otillräckligt, lagras respektive föregångare vid denna punkt i hemsyntesen. Baserat på symtomen är porfyrerna indelade i två huvudgrupper. De så kallade kutanporfyror kännetecknas av hudens smärtsamma känslighet för ljus.Vid leverporfyror dominerar lever involvering med svår magsmärta, illamående och kräkningar. I många fall finns det dock en överlappning mellan de två symptomkomplexen.

Porphyrias visar ofta en intermittent kurs med akuta attacker. Beroende på typen av porfyri, manifesteras dessa i plötsligt smärtsamma hudreaktioner, kolikliknande buksmärta, illamående / kräkningar, röd färg i urinen, kramper, neurologiska brister eller till och med psykoser.

Andra störningar i hemoglobinsyntesen relaterar till den felaktiga syntesen av globinmolekyler genom mutationer i motsvarande gener. Exempel är den så kallade sigdcellanemi eller talassemi. Vid sekelcellanemi är proteinet från beta globin-subenheten genetiskt modifierad. I position sex av detta protein har aminosyran glutaminsyra ersatts av valin. Om det finns brist på syre blir det berörda hemoglobinet seglformat, klumpar sig samman och täpper små blodkärl. Detta resulterar i livshotande cirkulationsstörningar. Thalassemias är en grupp olika missbildningar av hemoglobin som leder till minskad globinkedjebildning av alfa eller beta-globin. Svår anemi är det viktigaste symptomet.