Синтез на хемоглобин

Най- Синтез на хемоглобин се състои от синтез на хема и синтез на глобин. И накрая, протетичната група на хема, всяка с по четири глобина, е свързана с съдържащия желязо протеинов комплекс хемоглобин. Нарушенията както в синтеза на хема, така и в синтеза на глобин могат да доведат до сериозни здравословни проблеми.

Какво е синтез на хемоглобин?

За да се разбере синтеза на хемоглобина, първо е необходимо познаване на структурата на хемоглобина. Хемоглобинът е протеинов комплекс, съдържащ желязо, който се състои от четири субединици на глобин, всяка с протезна хема група.

В човешкия хемоглобин за възрастни има два еднакви алфа глобина, както и два еднакви бета глобина като субединици. Всяка от тези субединици е свързана с протезна група на хема, която се състои от комплекс от порфириново желязо (II). По този начин хемоглобиновият комплекс съдържа четири хема групи.

В зависимост от химическата среда, всяка хема група може да свърже кислородна молекула с железния йон по сложен начин. В зависимост от това колко хем групи са заредени с кислород, човек говори за оксихемоглобин (високо съдържание на кислород) или дезоксихемоглобин (ниско съдържание на кислород).

Железният йон се намира в средата на порфириновия пръстен. Отстрани има сложна връзка с хистидиновия остатък от глобин. От друга страна, в зависимост от енергийното състояние на железния йон, кислородна молекула може да бъде свързана в комплекс. Енергийното състояние се влияе от външни физични и химични условия, дължащи се на промени в конформацията на глобина.

Функция и задача

Последната стъпка в синтеза на хемоглобин се състои в сглобяването на протезната хема група с четирите глобинови единици, за да се образува железосъдържащ протеинов комплекс. Отделните компоненти се формират от независими биосинтетични пътища.

Изходните материали за порфириновия пръстен от групата на хема са аминокиселините глицин и сукцинил-КоА. Succinyl-CoA се състои от коензим А и янтарна киселина. Сукциновата киселина е междинен продукт при разграждането на богатите на енергия кетонови тела като част от енергийния метаболизъм. С помощта на синтазата на ензима делта-аминолевулинова киселина делта-аминолевулиновата киселина се синтезира от сукцинил-КоА и глицин. Две молекули делта-аминолевулинова киселина се кондензират с елиминиране на една молекула вода за образуване на пиролово производно porphobilinogen. С елиминирането на амоняка и с помощта на ензима уропорфириноген-I синтетаза, четири молекули порфобилиоген реагират, образувайки хидроксиметилбилан. Това се трансформира в уропорфириноген III с образуване на пръстен.

Протопорфиринът се произвежда чрез ензимно декарбоксилиране и дехидратация в митохондриите. С ензима ферохелатаза, в тази молекула се образува железен (II) йон с образуването на хема. В цитозола на клетката хемът е свързан с протеиновия глобин, за да образува железосъдържащия протеинов комплекс хемоглобин.

Синтезът на отделните глобини се осъществява чрез нормална протеинова биосинтеза. Както вече споменахме, хемоглобиновият комплекс за възрастни съдържа две еднакви субединици алфа и бета глобини. Благодарение на сложната си структура, готовият хемоглобин е развил способността да транспортира кислород и да го доставя до всички клетки на организма.

Свързването на централното желязо с кислорода обаче не е много тясно и може да бъде повлияно много лесно от външни химични и физични фактори. Това дава възможност хемоглобинът да абсорбира и освобождава кислорода бързо. Съдържанието на кислород в хемоглобина зависи, наред с други неща, от факторите pH, въглероден диоксид или парциално налягане или температура на кислорода. Тези влияещи променливи променят например съответствието на глобините, така че кислородната връзка може да бъде засилена или отслабена чрез леки промени в енергийните и стерични условия.

С ниска стойност на рН и високо парциално налягане на въглероден диоксид кислородната връзка към железния (II) йон се отслабва и по този начин се отделя кислород. Точно при тези условия се осъществява по-силен метаболитен оборот, който също има повишена потребност от кислород. Следователно системата за транспорт на кислород е оптимално координирана с физическите нужди чрез функцията на хемоглобина.

Болести и неразположения

Нарушенията в синтеза на хемоглобин могат да доведат до различни заболявания. Има редица генетични заболявания, които се основават на нарушаването на синтеза на хема. В процеса на тялото се натрупват прекурсори на хема, които освен всичко друго водят до изключителна чувствителност към светлина. При тези така наречени порфирии порфирините се съхраняват в кръвоносните съдове или дори в черния дроб. Когато са изложени на светлина, някои форми на порфирия съхраняват повече радиационна енергия. Когато се освободи енергията, се създават кислородни радикали, които атакуват и унищожават откритата тъкан. Това води до силен сърбеж и пареща болка.

Има седем форми на порфир. Изграждането на хема е процес в осем стъпки, в който участват седем ензима. Ако ензим функционира само недостатъчно, съответният прекурсор се съхранява в този момент при синтеза на хема. Въз основа на симптомите порфирите се разделят на две основни групи. Така наречените кожни порфирии се характеризират с болезнената чувствителност на кожата към светлина. При чернодробни порфирии засягане на черния дроб преобладава с остра коремна болка, гадене и повръщане. В много случаи обаче има припокриване между двата симптоматични комплекса.

Порфириите често показват прекъсващ курс с остри атаки. В зависимост от вида на порфирията, те се проявяват в внезапно болезнени кожни реакции, подобни на колики болки в корема, гадене / повръщане, червено оцветяване на урината, припадъци, неврологичен дефицит или дори психози.

Други нарушения на синтеза на хемоглобин са свързани с дефектния синтез на молекули глобин чрез мутации в съответните гени. Примери са така наречената сърповидноклетъчна анемия или таласемия. При сърповидно-клетъчна анемия протеинът от субединицата на бета глобин е генетично модифициран. В позиция шеста от този протеин аминокиселината глутаминова киселина е заместена с валин. Ако има недостиг на кислород, въпросният хемоглобин придобива сърповидна форма, струпва се и запушва малки кръвоносни съдове. Това води до животозастрашаващи нарушения на кръвообращението. Таласемиите са група от различни малформации на хемоглобина, които водят до намалено образуване на алфа или бета глобин в глобиновата верига.Тежката анемия е най-важният симптом.