Синтез гемоглобина

Синтез гемоглобина состоит из синтеза гема и синтеза глобина. Наконец, группа простетического гема, каждая с четырьмя глобинами, связана с гемоглобином железосодержащего белкового комплекса. Нарушения синтеза гема и глобина могут привести к серьезным проблемам со здоровьем.

Что такое синтез гемоглобина?

Чтобы понять синтез гемоглобина, в первую очередь необходимо знать структуру гемоглобина. Гемоглобин - это железосодержащий белковый комплекс, который состоит из четырех субъединиц глобина, каждая из которых имеет простетическую гемовую группу.

В гемоглобине взрослого человека есть два идентичных альфа-глобина, а также два идентичных бета-глобина в качестве субъединиц. Каждая из этих субъединиц связана с простетической гемовой группой, которая состоит из комплекса порфиринового железа (II). Таким образом, гемоглобиновый комплекс содержит четыре группы гема.

В зависимости от химического окружения каждая гемовая группа может сложным образом связывать молекулу кислорода с ионом двухвалентного железа. В зависимости от того, сколько гемовых групп загружено кислородом, говорят об оксигемоглобине (с высоким содержанием кислорода) или дезоксигемоглобине (с низким содержанием кислорода).

Ион двухвалентного железа расположен в середине порфиринового кольца. Сбоку находится сложная связь с гистидиновым остатком глобина. С другой стороны, в зависимости от энергетического состояния иона железа молекула кислорода может быть связана в комплекс. На энергетическое состояние влияют внешние физические и химические условия из-за изменения конформации глобина.

Функция и задача

Последний этап синтеза гемоглобина состоит в сборке простетической гемовой группы с четырьмя глобиновыми единицами с образованием железосодержащего белкового комплекса. Отдельные компоненты образуются независимыми биосинтетическими путями.

Исходными материалами для порфиринового кольца гемовой группы являются аминокислоты глицин и сукцинил-КоА. Сукцинил-КоА состоит из кофермента А и янтарной кислоты. Янтарная кислота является промежуточным продуктом распада богатых энергией кетоновых тел в рамках энергетического метаболизма. С помощью фермента дельта-аминолевулиновой кислоты синтазы, дельта-аминолевулиновая кислота синтезируется из сукцинил-КоА и глицина. Две молекулы дельта-аминолевулиновой кислоты конденсируются с удалением одной молекулы воды с образованием производного пиррола порфобилиногена. При удалении аммиака и с помощью фермента уропорфириноген-I синтетазы четыре молекулы порфобилиогена реагируют с образованием гидроксиметилбилана. Он превращается в уропорфириноген III с образованием кольца.

Протопорфирин образуется в митохондриях путем ферментативного декарбоксилирования и дегидратации. С помощью фермента феррохелатазы ион железа (II) включается в эту молекулу с образованием гема. В цитозоле клетки гем связан с белковым глобином с образованием железосодержащего белкового комплекса гемоглобина.

Синтез отдельных глобинов происходит посредством нормального биосинтеза белка. Как уже упоминалось, комплекс гемоглобина взрослого человека содержит две идентичные субъединицы альфа и бета глобинов. Благодаря своей сложной структуре готовый гемоглобин развил способность переносить кислород и доставлять его ко всем клеткам организма.

Однако связывание центрального железа с кислородом не очень прочно, и на него очень легко могут влиять внешние химические и физические факторы. Это позволяет гемоглобину быстро поглощать и выделять кислород. Содержание кислорода в гемоглобине зависит, среди прочего, от факторов pH, углекислого газа или парциального давления кислорода или температуры. Эти влияющие переменные изменяют, например, соответствие глобинов, так что кислородная связь может быть усилена или ослаблена небольшими изменениями в энергетических и стерических условиях.

При низком значении pH и высоком парциальном давлении углекислого газа связь кислорода с ионом железа (II) ослабляется, и, таким образом, выделение кислорода благоприятствует. Именно в этих условиях происходит более сильный обмен веществ, что также требует повышенного потребления кислорода. Таким образом, система транспорта кислорода оптимально согласована с физическими потребностями через функцию гемоглобина.

Болезни и недуги

Нарушения синтеза гемоглобина могут привести к различным заболеваниям. Существует ряд генетических заболеваний, в основе которых лежит нарушение синтеза гема. При этом в организме накапливаются предшественники гема, что, помимо прочего, приводит к повышенной чувствительности к свету. При этих так называемых порфириях порфирины накапливаются в кровеносных сосудах или даже в печени. Под воздействием света некоторые формы порфирии накапливают больше энергии излучения. Когда энергия высвобождается, образуются кислородные радикалы, которые атакуют и разрушают открытые ткани. Это приводит к сильному зуду и жгучей боли.

Есть семь форм порфира. Конструирование гема - это восьмиступенчатый процесс, в котором задействованы семь ферментов. Если фермент функционирует неадекватно, соответствующий предшественник сохраняется на этом этапе синтеза гема. По симптомам порфирии делятся на две основные группы. Так называемые кожные порфирии характеризуются болезненной чувствительностью кожи к свету. При порфириях печени преобладает поражение печени с сильной болью в животе, тошнотой и рвотой. Однако во многих случаях эти два комплекса симптомов частично совпадают.

Порфирии часто имеют прерывистое течение с острыми приступами. В зависимости от типа порфирии они проявляются внезапно болезненными кожными реакциями, коликоподобными болями в животе, тошнотой / рвотой, красной окраской мочи, судорогами, неврологическими нарушениями или даже психозами.

Другие нарушения синтеза гемоглобина связаны с неправильным синтезом молекул глобина из-за мутаций в соответствующих генах. Примеры - так называемая серповидноклеточная анемия или талассемия. При серповидно-клеточной анемии белок бета-глобиновой субъединицы генетически модифицирован. В шестом положении этого белка аминокислота глутаминовая кислота заменена валином. При недостатке кислорода гемоглобин становится серповидным, слипается и закупоривает мелкие кровеносные сосуды. Это приводит к опасным для жизни нарушениям кровообращения. Талассемии - это группа различных пороков развития гемоглобина, которые приводят к снижению образования глобиновой цепи альфа- или бета-глобина.Тяжелая анемия - самый важный симптом.