Синтез гемоглобіну

The Синтез гемоглобіну складається з синтезу гему та синтезу глобіну. Нарешті, протезна група гемів, кожна з чотирма глобінами, пов'язана з залізовмісним білковим комплексом гемоглобіну. Порушення як синтезу гему, так і синтезу глобіну можуть призвести до серйозних проблем зі здоров’ям.

Що таке синтез гемоглобіну?

Для того, щоб зрозуміти синтез гемоглобіну, насамперед необхідне знання структури гемоглобіну. Гемоглобін - це залізовмісний білковий комплекс, який складається з чотирьох субодиниць глобіну, кожна з яких має протезну групу гема.

У гемоглобіні дорослої людини є два однакових альфа-глобіни, а також два однакові бета-глобіни як субодиниці. Кожна з цих субодиниць зв’язана з протезною гемовою групою, яка складається з порфіринового заліза (II). Таким чином, комплекс гемоглобіну містить чотири гемогрупи.

Залежно від хімічного середовища кожна група гемів може комплексно зв’язувати молекулу кисню з іоном заліза. Залежно від того, скільки гемогруп навантажено киснем, можна говорити про оксигемоглобін (з високим вмістом кисню) або дезоксигемоглобін (з низьким вмістом кисню).

Іон заліза знаходиться в середині порфіринового кільця. Збоку є складна зв’язок із гістидиновим залишком глобіну. З іншого боку, залежно від енергетичного стану іона заліза, молекула кисню може бути пов'язана в комплексі. На енергетичний стан впливають зовнішні фізичні та хімічні умови, зумовлені змінами конформації глобіну.

Функція та завдання

Останній крок синтезу гемоглобіну полягає у складанні протезної гемової групи з чотирма глобіновими одиницями для утворення білкового комплексу, що містить залізо. Окремі компоненти формуються незалежними біосинтетичними шляхами.

Вихідними матеріалами для порфіринового кільця групи гема є амінокислоти гліцин та сукциніл-КоА. Сукциніл-КоА складається з коензиму А та янтарної кислоти. Яєчна кислота є проміжним продуктом при руйнуванні кетонових тіл, багатих енергією, як частина енергетичного обміну. За допомогою синтази ферменту дельта-амінолевулінової кислоти синтезується дельта-амінолевулінова кислота з сукциніл-КоА та гліцину. Дві молекули дельта-амінолевулінової кислоти конденсуються з виведенням однієї молекули води для утворення піррольного похідного порфобіліногену. З елімінацією аміаку та за допомогою ферменту уропорфіриноген-I синтетази чотири молекули порфобіліогену реагують на утворення гідроксиметилбілану. Це трансформується в уропорфіриноген III з утворенням кільця.

Протопорфірин виробляється шляхом ферментативного декарбоксилювання та дегідратації в мітохондріях. За допомогою ферменту ферохелатази іон заліза (II) включається в цю молекулу з утворенням гему. У цитозолі клітини гем пов'язаний з білковим глобіном з утворенням залізовмісного білкового комплексу гемоглобіну.

Синтез окремих глобінів відбувається за допомогою нормального біосинтезу білка. Як уже згадувалося, комплекс для гемоглобіну для дорослих містить дві однакові субодиниці альфа та бета-глобінів. Завдяки своїй складній структурі готовий гемоглобін розвинув здатність транспортувати кисень і постачати його всім клітинам організму.

Однак зв'язування центрального заліза з киснем не дуже щільне і на нього можуть впливати дуже легко зовнішні хімічні та фізичні фактори. Це дає можливість гемоглобіну швидко поглинати та вивільняти кисень. Завантаження киснем гемоглобіну киснем залежить, серед іншого, від факторів рН, вуглекислого газу або парціального тиску кисню та температури. Ці впливають змінні змінюють, наприклад, відповідність глобінів, завдяки чому кисневу зв’язок можна зміцнити або послабити незначними змінами в енергетичних і стеричних умовах.

З низьким значенням рН та високим парціальним тиском вуглекислого газу зв’язок кисню з іоном заліза (II) слабшає, і таким чином вигідне виділення кисню. Саме в цих умовах відбувається більш сильний обмін речовин, який також має підвищену потребу в кисні. Таким чином, система транспортування кисню оптимально узгоджується з фізичними потребами за допомогою функції гемоглобіну.

Хвороби та недуги

Порушення синтезу гемоглобіну можуть призвести до різних захворювань. Існує ряд генетичних захворювань, які ґрунтуються на порушенні синтезу гема. У процесі в організмі накопичуються попередники гему, що, крім усього іншого, призводить до надзвичайної чутливості до світла. У цих так званих порфіріях порфірини зберігаються в судинах або навіть печінці. При впливі світла деякі форми порфірії зберігають більше енергії випромінювання. Коли енергія виділяється, утворюються кисневі радикали, які атакують і руйнують оголену тканину. Це призводить до сильного свербежу і пекучого болю.

Існує сім форм порфіру. Побудова гема - це восьмистадійний процес, в якому беруть участь сім ферментів. Якщо фермент функціонує лише неадекватно, відповідний попередник зберігається в цій точці синтезу гема. Виходячи з симптомів, порфірії поділяються на дві основні групи. Для так званих шкірних порфірій характерна хвороблива чутливість шкіри до світла.При печінковій порфірії ураження печінки переважає з сильним болем у животі, нудотою та блювотою. Однак у багатьох випадках між двома симптомокомплексами відбувається перекриття.

Порфірії часто виявляють переривчастий перебіг з гострими нападами. Залежно від типу порфірії вони проявляються раптово болючими шкірними реакціями, колікітним болем у животі, нудотою / блювотою, червоним забарвленням сечі, судомами, неврологічним дефіцитом або навіть психозами.

Інші порушення синтезу гемоглобіну пов'язані з несправним синтезом молекул глобіну через мутації у відповідних генах. Прикладами є так звана серповидноклітинна анемія або таласемія. При серповидноклітинній анемії білок субодиниці бета-глобіну генетично модифікований. У положенні шостому цього білка амінокислота глутамінова кислота була замінена валіном. Якщо бракує кисню, то відповідний гемоглобін набуває серпоподібної форми, згущується і закупорює дрібні судини. Це призводить до небезпечних для життя порушень кровообігу. Таласемії - це група різних вад розвитку гемоглобіну, які призводять до зменшення утворення в альфа- або бета-глобіні ланцюгових ланцюгів. Важка анемія є найважливішим симптомом.