Syntéza hemoglobínu

Syntéza hemoglobínu je zložený z syntézy hemu a syntézy globínu. Nakoniec je skupina protetického hemu, každá so štyrmi globínmi, spojená s hemoglobínom obsahujúcim železo obsahujúci proteín. Poruchy syntézy hemu aj syntézy globinov môžu viesť k vážnym zdravotným problémom.

Čo je syntéza hemoglobínu?

Na pochopenie syntézy hemoglobínu je najskôr potrebná znalosť štruktúry hemoglobínu. Hemoglobín je proteínový komplex obsahujúci železo, ktorý pozostáva zo štyroch podjednotiek globínu, z ktorých každá má protetickú hemovú skupinu.

V ľudskom dospelom hemoglobíne existujú dve identické alfa globíny, ako aj dve identické beta globíny ako podjednotky. Každá z týchto podjednotiek je viazaná na protetickú hemovú skupinu, ktorá pozostáva z komplexu porfyrínového železa (II). Hemoglobínový komplex teda obsahuje štyri hemové skupiny.

Každá chemická skupina môže v závislosti od chemického prostredia komplexne viazať molekulu kyslíka na železitý ión. V závislosti od toho, koľko hemových skupín je naplnených kyslíkom, sa hovorí o oxyhemoglobíne (s vysokým obsahom kyslíka) alebo deoxyhemoglobíne (s nízkym obsahom kyslíka).

Železitý ión sa nachádza uprostred porfyrínového kruhu. Na boku je komplexná väzba na histidínový zvyšok globínu. Na druhej strane v závislosti od energetického stavu iónu železa môže byť molekula kyslíka viazaná v komplexe. Energetický stav je ovplyvňovaný vonkajšími fyzikálnymi a chemickými podmienkami v dôsledku zmien v konformácii globínu.

Funkcia a úloha

Posledný krok v syntéze hemoglobínu spočíva v zostavení skupiny protetického hemu so štyrmi globínovými jednotkami za vzniku proteínového komplexu obsahujúceho železo. Jednotlivé zložky sú tvorené nezávislými biosyntetickými cestami.

Východiskovými materiálmi pre porfyrínový kruh hemovej skupiny sú aminokyseliny glycín a sukcinyl-CoA. Sukcinyl-CoA sa skladá z koenzýmu A a kyseliny jantárovej. Kyselina jantárová je medziprodukt pri rozklade energeticky bohatých ketónových telies ako súčasť energetického metabolizmu. Pomocou enzýmu syntázy kyseliny delta-aminolevulínovej sa kyselina delta-aminolevulínová syntetizuje zo sukcinyl-CoA a glycínu. Dve molekuly kyseliny delta-aminolevulínovej kondenzujú s elimináciou jednej molekuly vody za vzniku derivátu pyrrolu porfobilinogénu. S elimináciou amoniaku a pomocou enzýmu uroporfyrinogén-I syntetázy, štyri molekuly porfobiliogénu reagujú za vzniku hydroxymetylbilanu. To sa transformuje na uroporfyrinogén III s vytvorením kruhu.

Protoporfyrín sa produkuje prostredníctvom enzymatickej dekarboxylácie a dehydratácie v mitochondriách. S enzýmom ferrochelatáza je ión železa (II) inkorporovaný do tejto molekuly za vzniku hemu. V cytosóle bunky je hem spojený s proteínovým globínom za vzniku hemoglobínu obsahujúceho železo.

Syntéza jednotlivých globínov sa uskutočňuje prostredníctvom biosyntézy normálneho proteínu. Ako už bolo uvedené, dospelý hemoglobínový komplex obsahuje dve rovnaké podjednotky alfa a beta globínov. Vďaka svojej komplexnej štruktúre si konečný hemoglobín vyvinul schopnosť transportovať kyslík a dodávať ho do všetkých buniek organizmu.

Väzba centrálneho železa na kyslík však nie je príliš tesná a môže byť veľmi ľahko ovplyvnená vonkajšími chemickými a fyzikálnymi faktormi. To umožňuje hemoglobínu rýchlo vstrebávať a uvoľňovať kyslík. Obsah kyslíka v hemoglobíne závisí okrem iného od faktorov pH, oxidu uhličitého alebo parciálneho tlaku alebo teploty kyslíka. Tieto ovplyvňujúce premenné sa menia napríklad zhoda globinov, takže kyslíkovú väzbu je možné zosilniť alebo oslabiť malými zmenami energetických a stérických podmienok.

Pri nízkej hodnote pH a vysokom parciálnom tlaku oxidu uhličitého je väzba kyslíka na ión železa (II) oslabená a tým je podporované uvoľňovanie kyslíka. Práve za týchto podmienok dochádza k silnejšiemu metabolickému obratu, ktorý tiež zvyšuje spotrebu kyslíka. Transportný systém kyslíka je preto optimálne koordinovaný s fyzikálnymi potrebami prostredníctvom hemoglobínovej funkcie.

Choroby a choroby

Poruchy syntézy hemoglobínu môžu viesť k rôznym chorobám. Existuje množstvo genetických chorôb, ktoré sú založené na prerušení syntézy hemu. Pritom sa v tele hromadí prekurzory hem, ktoré okrem iného vedú k extrémnej citlivosti na svetlo. V týchto takzvaných porfýriach sú porfyríny uložené v krvných cievach alebo dokonca v pečeni. Pri vystavení svetlu niektoré formy porfýrie ukladajú viac energie žiarenia. Keď sa energia uvoľní, vytvoria sa kyslíkové radikály, ktoré napádajú a ničia vystavené tkanivo. To vedie k silnému svrbeniu a pálčivej bolesti.

Existuje sedem foriem porfýru. Konštrukcia hemu je osemstupňový proces, do ktorého je zapojených sedem enzýmov. Pokiaľ enzým funguje iba nedostatočne, príslušný prekurzor sa v tomto okamihu uloží do syntézy hemu. Na základe symptómov sa porfýrie delia na dve hlavné skupiny. Takzvané kožné porfýrie sa vyznačujú bolestivou citlivosťou kože na svetlo.Pri pečeňových porfýriách prevažuje postihnutie pečene so silnou bolesťou brucha, nevoľnosťou a zvracaním. V mnohých prípadoch je však medzi týmito dvoma komplexmi symptómov prekrývanie.

Porfýrie často vykazujú prerušovaný priebeh s akútnymi záchvatmi. V závislosti od typu porfýrie sa tieto prejavujú náhle bolestivými kožnými reakciami, kolickými bolesťami brucha, nevoľnosťou / zvracaním, červeným sfarbením moču, záchvatmi, neurologickými deficitmi alebo dokonca psychózami.

Ďalšie poruchy syntézy hemoglobínu sa týkajú chybnej syntézy molekúl globínu mutáciami v zodpovedajúcich génoch. Príkladmi sú takzvaná kosáčikovitá anémia alebo talasémia. Pri kosáčikovitej anémii je proteín podjednotky beta globínu geneticky modifikovaný. V polohe šesť tohto proteínu bola kyselina aminokyselina glutámová nahradená valínom. Ak je nedostatok kyslíka, dotknutý hemoglobín sa stane kosákovitý, zhlukuje sa a upcháva malé krvné cievy. To má za následok život ohrozujúce poruchy obehového systému. Thalassémie sú skupinou rôznych malformácií hemoglobínu, ktoré vedú k zníženiu tvorby alfa alebo beta globínu v globínovom reťazci. Ťažká anémia je najdôležitejším príznakom.