Hemoglobinsyntese

De Hemoglobinsyntese er sammensatt av heme-syntesen og globinsyntesen. Til slutt er den protesiske hemmegruppen, hver med fire globiner, knyttet til det jernholdige proteinkomplekset hemoglobin. Forstyrrelser i både hemmesyntese og globinsyntese kan føre til alvorlige helseproblemer.

Hva er hemoglobinsyntese?

For å forstå hemoglobinsyntesen er kunnskap først om strukturen til hemoglobin. Hemoglobin er et jernholdig proteinkompleks, som består av fire underenheter globin, hver med en protetisk hemmegruppe.

Hos humant voksent hemoglobin er det to identiske alfa-globiner så vel som to identiske beta-globiner som underenheter. Hver av disse underenhetene er bundet til en protetisk hemmegruppe, som består av et porfyrinjern (II) -kompleks. Dermed inneholder et hemoglobinkompleks fire hemmegrupper.

Avhengig av det kjemiske miljøet, kan hver hemmegruppe binde et oksygenmolekyl til jernholdige ioner på en kompleks måte. Avhengig av hvor mange hemmegrupper som er belastet med oksygen, snakker man om oksyhemoglobin (høyt oksygen) eller deoksyhemoglobin (lite oksygen).

Jernholdige ion er plassert midt i porfyrinringen. På siden er det en kompleks binding til histidinresten av globin. Avhengig av energitilstanden til jernionet, kan derimot et oksygenmolekyl bindes i et kompleks. Energitilstanden påvirkes av ytre fysiske og kjemiske forhold på grunn av endringer i jordformens konformasjon.

Funksjon & oppgave

Det siste trinnet i hemoglobinsyntesen består i å sette sammen den protetiske hemmegruppen med de fire globin-enhetene for å danne et jernholdig proteinkompleks. De individuelle komponentene dannes av uavhengige biosyntetiske veier.

Utgangsmaterialene for porfyrinringen i hemmegruppen er aminosyrene glycin og succinyl-CoA. Succinyl-CoA består av koenzym A og ravsyre. Sukkinsyre er et mellomprodukt i nedbrytningen av energirike ketonlegemer som en del av energimetabolismen. Ved hjelp av enzymet delta-aminolevulinsyresyntase syntetiseres delta-aminolevulinsyre fra succinyl-CoA og glycin. To molekyler delta-aminolevulinsyre kondenserer med eliminering av ett molekyl med vann for å danne pyrrolderivatet porfobilinogen. Ved eliminering av ammoniakk og hjelp av enzymet uroporphyrinogen-I-syntetase, reagerer fire molekyler med porphobiliogen for å danne hydroksymetylbilan. Dette transformeres til uroporfyrinogen III med ringdannelse.

Protoporphyrin produseres gjennom enzymatisk dekarboksylering og dehydrering i mitokondriene. Med enzymet ferrochelatase blir et jern (II) ion inkorporert i dette molekylet med dannelse av heme. I cytosolen til cellen er hemen knyttet til proteinet globin for å danne det jernholdige proteinkomplekset hemoglobin.

Syntesen av de enkelte globiner skjer via normal proteinbiosyntese. Som allerede nevnt inneholder det voksne hemoglobinkomplekset to identiske underenheter av alfa- og beta-globiner. På grunn av den komplekse strukturen har det ferdige hemoglobinet utviklet evnen til å transportere oksygen og levere det til alle celler i organismen.

Bindingen av det sentrale jernet til oksygen er imidlertid ikke veldig stram og kan lett påvirkes av ytre kjemiske og fysiske faktorer. Dette gjør det mulig for hemoglobin å absorbere og frigjøre oksygen raskt. Oksygeninnholdet i hemoglobin avhenger blant annet av faktorene pH, karbondioksyd eller oksygenpartialtrykk eller temperatur. Disse påvirkende variablene forandrer for eksempel samsvaret med globins, slik at oksygenbindingen kan styrkes eller svekkes av små endringer i de energiske og steriske forholdene.

Med en lav pH-verdi og et høyt karbondioksyd-deltrykk, svekkes oksygenbindingen til jern (II) -ionet og dermed frigjøres oksygen. Nøyaktig under disse forholdene skjer sterkere metabolsk omsetning, som også har økt oksygenbehov. Oksygentransportsystemet er derfor optimalt koordinert med de fysiske behovene via hemoglobinfunksjonen.

Sykdommer og plager

Forstyrrelser i hemoglobinsyntese kan føre til forskjellige sykdommer. Det er en rekke genetiske sykdommer som er basert på forstyrrelse av syntesen av heme. I prosessen akkumuleres hemmeforløpere i kroppen, noe som blant annet fører til ekstrem lysfølsomhet. I disse såkalte porfyrene lagres porfyriner i blodkarene eller til og med leveren. Når de blir utsatt for lys, lagrer noen former for porfyri mer strålingsenergi. Når energien frigjøres, skapes oksygenradikaler som angriper og ødelegger det utsatte vevet. Dette fører til alvorlig kløe og brennende smerter.

Det er syv former for porfyr. Konstruksjonen av heme er en åttetrinns prosess der syv enzymer er involvert. Hvis et enzym bare fungerer utilstrekkelig, blir den respektive forløper lagret på dette punktet i heme-syntesen. Basert på symptomene er porfyrene delt inn i to hovedgrupper. De såkalte kutane porfyrene er preget av den smertefulle følsomheten til huden for lys.Hos porfyrier i leveren dominerer leverinvolvering med sterke magesmerter, kvalme og oppkast. I mange tilfeller er det imidlertid en overlapping mellom de to symptomkompleksene.

Porphyrias viser ofte et periodisk forløp med akutte angrep. Avhengig av type porfyri, manifesterer disse seg plutselig smertefulle hudreaksjoner, kolikklignende magesmerter, kvalme / oppkast, rød farge i urinen, anfall, nevrologiske mangler eller til og med psykoser.

Andre forstyrrelser i hemoglobinsyntese forholder seg til feil syntese av globinmolekyler gjennom mutasjoner i de tilsvarende gener. Eksempler er den såkalte sigdcelleanemi eller talassemi. Ved sigdcelleanemi er proteinet fra beta globin-underenheten genetisk modifisert. I posisjon seks av dette proteinet er aminosyren glutaminsyre erstattet av valin. Hvis det er mangel på oksygen, blir det aktuelle hemoglobinet sigdformet, klumper seg sammen og tetter små blodkar. Dette resulterer i livstruende sirkulasjonsforstyrrelser. Thalassemias er en gruppe forskjellige misdannelser i hemoglobin som fører til redusert globinkjededannelse av alfa eller beta globin. Alvorlig anemi er det viktigste symptomet.