Häm ist ein Porphyrin, in dessen Zentrum sich Eisenionen Fe2+ befinden, die durch zwei kovalente und zwei koordinative Bindungen in die Struktur eingebunden sind. Porphyrine sind ein System aus vier kondensierten Pyrrolen mit Methylenverbindungen (-CH=).
Das Häm-Molekül hat eine flache Struktur. Der Oxidationsprozess wandelt Häm in Hämatin um, das als Fe3+ bezeichnet wird.
Edelsteine verwenden
Häm ist eine Prostatagruppe, die nicht nur aus Hämoglobin und seinen Derivaten, sondern auch aus Myoglobin, Katalase, Peroxidase, Cytochromen und dem Tryptophan-Pyrollase-Enzym besteht, das die Oxidation von Troptophan zu Formylkynurenin katalysiert. Es gibt drei führende Anbieter von Gemma-Inh alten:
- Erythrozyten, bestehend aus Hämoglobin;
- Muskelzellen mit Myoglobin;
- Leberzellen mit Cytochrom P450.
Abhängig von der Funktion der Zellen ändert sich die Art des Proteins sowie das Porphyrin im Häm. Hämoglobin-Häm enthält Protoporphyrin IX und Cytochrom-Oxidase enthält Formylporphyrin.
Wie entsteht Häm?
Proteinproduktion findet in allen Geweben des Körpers statt, aber die produktivste Hämsynthese findet in zwei Organen statt:
- Knochenmark produziert eine Nicht-Protein-Komponente für die Produktion von Hämoglobin;
- Hepatozyten produzieren Rohstoffe für Cytochrom P450.
In der mitochondrialen Matrix ist das Pyridoxal-abhängige Enzym Aminolävulinsäure-Synthase ein Katalysator für die Bildung von 5-Aminolävulinsäure (5-ALA). In diesem Stadium sind Glycin und Sucinyl-CoA, ein Produkt des Krebszyklus, an der Synthese von Häm beteiligt. Häm hemmt diese Reaktion. Eisen dagegen löst mit Hilfe eines Bindungsproteins die Reaktion in Retikulozyten aus. Bei einem Mangel an Pyridoxalphosphat nimmt die Aktivität der Aminolävulinat-Synthase ab. Kortikosteroide, nichtsteroidale Antirheumatika, Barbiturate und Sulfonamide sind Stimulanzien der Aminolävulinsäure-Synthase. Die Reaktionen werden durch einen erhöhten Verbrauch von Häm durch Cytochrom P450 für die Produktion dieser Substanz durch die Leber verursacht.
5-Aminolävulinsäure oder Porphobilinogen-Synthase gelangt aus den Mitochondrien in das Zytoplasma. Dieses zytoplasmatische Enzym enthält neben dem Porphobilinogen-Molekül zwei weitere Moleküle 5-Aminolävulinsäure. Während der Häm-Synthese wird die Reaktion durch Häm- und Blei-Ionen gehemmt. Deshalb bedeutet ein erhöhter 5-Aminolävulinsäure-Spiegel im Urin und Blut eine Bleivergiftung.
Die Deaminierung von vier Molekülen Porphybilinogen von der Porphobilinogen-Desaminase zu Hydroxymethylbilan findet im Zytoplasma statt. Weiterhin kann das Molekül in Upoporphyrinogen I umgewandelt und in Coproporphyrinogen I decarboxyliert werden. Uroporphyrinogen III wird im Prozess der Dehydratisierung von Hydroxymethylbilan unter Verwendung des Cosynthase-Enzyms davon erh altenMoleküle.
Die Decarboxylierung von Uroporphyrinogen zu Coproporphyrinogen III setzt sich im Zytoplasma fort, um weiter in die Mitochondrien der Zellen zurückzukehren. Gleichzeitig decarboxyliert Coproporphyrinogen-III-Oxidase Moleküle von Protoporphyrinogen IV (+ O2, -2CO2) durch weitere Oxidation (-6H+) mit Hilfe von Protoporphyrin-Oxidase zu Protoporphyrin V. Der Einbau von Fe2+ auf der letzten Stufe des Ferrochelatase-Enzyms in das Protoporphyrin-V-Molekül vervollständigt die Häm-Synthese. Eisen kommt von Ferritin.
Merkmale der Hämoglobinsynthese
Die Produktion von Hämoglobin ist die Produktion von Häm und Globin:
- Häm bezieht sich auf eine prosthetische Gruppe, die die reversible Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin vermittelt;
- Globin ist ein Protein, das das Häm-Molekül umgibt und schützt.
Bei der Häm-Synthese fügt das Enzym Ferrochelatase Eisen an den Ring der Protoporphyrin-IX-Struktur an, um Häm zu produzieren, dessen niedrige Konzentrationen mit Anämie in Verbindung gebracht werden. Eisenmangel als häufigste Ursache für Anämie reduziert die Hämproduktion und senkt wiederum den Hämoglobinspiegel im Blut.
Eine Reihe von Medikamenten und Toxinen blockieren direkt die Häm-Synthese und verhindern, dass Enzyme an seiner Biosynthese teilnehmen. Die Hemmung der Arzneimittelsynthese ist bei Kindern häufig.
Globinbildung
Zwei verschiedene Globinketten (jede mit ihrem eigenen Hämmolekül) verbinden sich zu Hämoglobin. In der allerersten Woche der Embryogenese verbindet sich die Alpha-Kette mit der Gamma-Kette. Nach der Geburt des Kindes erfolgt die Fusiontritt mit der Beta-Kette auf. Es ist die Kombination von zwei Alpha-Ketten und zwei anderen, die das vollständige Hämoglobin-Molekül ausmachen.
Die Kombination von Alpha- und Gammaketten bildet fötales Hämoglobin. Die Kombination von zwei Alpha- und zwei Beta-Ketten ergibt "erwachsenes" Hämoglobin, das 18-24 Wochen nach der Geburt im Blut vorherrscht.
Die Verbindung zweier Ketten bildet ein Dimer - eine Struktur, die Sauerstoff nicht effizient transportiert. Die beiden Dimere bilden ein Tetramer, das die funktionelle Form von Hämoglobin ist. Ein Komplex biophysikalischer Eigenschaften steuert die Aufnahme von Sauerstoff durch die Lunge und seine Freisetzung in das Gewebe.
Genetische Mechanismen
Gene, die für Alpha-Globin-Ketten kodieren, befinden sich auf Chromosom 16 und nicht für Alpha-Ketten - auf Chromosom 11. Dementsprechend werden sie "Alpha-Globin-Locus" und "Beta-Globin-Locus" genannt. Die Expression der beiden Gengruppen ist für eine normale Erythrozytenfunktion eng ausbalanciert. Ungleichgewicht führt zur Entwicklung von Thalassämie.
Jedes Chromosom 16 hat zwei Alpha-Globin-Gene, die identisch sind. Da jede Zelle zwei Chromosomen hat, sind normalerweise vier dieser Gene vorhanden. Jeder produziert ein Viertel der Globin-Alpha-Ketten, die für die Hämoglobinsynthese benötigt werden.
Gene des Beta-Globin-Locus des Locus sind nacheinander lokalisiert, beginnend mit der Stelle, die während der Embryonalentwicklung aktiv ist. Die Reihenfolge ist wie folgt: Epsilon Gamma, Delta und Beta. Es gibt zwei Kopien des Gamma-Gensjedes Chromosom 11, und der Rest sind in Einzelkopien vorhanden. Jede Zelle hat zwei Beta-Globin-Gene, die eine Proteinmenge exprimieren, die genau mit jedem der vier Alpha-Globin-Gene übereinstimmt.
Hämoglobintransformationen
Mechanismus des Ausgleichs auf genetischer Ebene ist der Medizin noch nicht bekannt. Eine beträchtliche Menge an fötalem Hämoglobin wird 7 - 8 Monate nach der Geburt im Körper des Kindes gespeichert. Die meisten Menschen haben nach der Kindheit, wenn überhaupt, nur Spuren von fötalem Hämoglobin.
Die Kombination von zwei Alpha- und Beta-Genen produziert normales erwachsenes Hämoglobin A. Das Delta-Gen, das sich zwischen Gamma und Beta auf Chromosom 11 befindet, produziert bei Kindern und Erwachsenen eine kleine Menge Delta-Globin - Hämoglobin A2, das weniger ist als 3 % Eichhörnchen.
ALK-Verhältnis
Die Geschwindigkeit der Hämbildung wird durch die Bildung von Aminolävulinsäure oder ALA beeinflusst. Die Synthase, die diesen Prozess startet, wird auf zwei Arten reguliert:
- allosterisch mit Hilfe von Effektorenzymen, die während der Reaktion selbst produziert werden;
- auf der genetischen Ebene der Enzymproduktion.
Die Synthese von Häm und Hämoglobin hemmt die Produktion von Aminolivulinat-Synthase und bildet eine negative Rückkopplung. Steroidhormone, nichtsteroidale entzündungshemmende Medikamente, Antibiotika, Sulfonamide stimulieren die Produktion von Synthase. Vor dem Hintergrund der Einnahme von Medikamenten steigt die Aufnahme von Häm in das Cytochrom-P450-System, das für die Produktion dieser Verbindungen durch die Leber wichtig ist.
Häm-Produktionsfaktoren
EinDie Regulierung der Häm-Synthese durch das Niveau der ALA-Synthase wird durch andere Faktoren widergespiegelt. Glukose verlangsamt den Prozess der ALA-Synthase-Aktivität. Die Eisenmenge in der Zelle beeinflusst die Synthese auf der Translationsebene.
MRNA hat an der Translationsstartstelle eine Haarnadelschleife - ein eisenempfindliches Element. Eine Abnahme der Eisensynthese stoppt, auf hohem Niveau interagiert das Protein mit einem Komplex aus Eisen, Cystein und anorganischem Schwefel, wodurch ein Gleichgewicht zwischen der Produktion von Häm und ALA erreicht wird.
Synthesestörungen
Eine Verletzung des Prozesses der Häm-Synthese in der Biochemie äußert sich in einem Mangel an einem der Enzyme. Das Ergebnis ist die Entwicklung von Porphyrie. Die erbliche Form der Krankheit ist mit genetischen Störungen verbunden, während sich die erworbene Form unter dem Einfluss von toxischen Medikamenten und Salzen von Schwermetallen entwickelt.
Enzymmängel manifestieren sich in der Leber oder den Erythrozyten, was die Definition der Gruppe der Porphyrie - hepatisch oder erythropoetisch - beeinflusst. Die Krankheit kann in akuter oder chronischer Form auftreten.
Störungen in der Hämsynthese sind mit der Akkumulation von Zwischenprodukten - Porphyrinogenen, die oxidiert werden - verbunden. Der Ort der Akkumulation hängt von der Lokalisation ab - in Erythrozyten oder Hepatozyten. Die Akkumulation von Produkten wird zur Diagnose von Porphyrie verwendet.
Toxische Porphyrinogene können verursachen:
- neuropsychiatrische Störungen;
- Hautläsionen durch Lichtempfindlichkeit;
- Störung des retikuloendothelialen Systems der Leber.
Urin wird durch überschüssige Porphyrine violettSchatten. Ein Überschuss an Aminolävulinsäure-Synthase unter Einfluss von Medikamenten oder die Produktion von Steroidhormonen während der Pubertät kann eine Verschlimmerung der Krankheit verursachen.
Porphyria-Arten
Akute intermittierende Porphyrie ist mit einem Defekt in dem Gen verbunden, das für Desaminase kodiert und zur Akkumulation von 5-ALA und Porphobilinogen führt. Symptome sind dunkler Urin, Lähmungen der Atemmuskulatur, Herzversagen. Der Patient klagt über Bauchschmerzen, Verstopfung, Erbrechen. Die Krankheit kann durch die Einnahme von Analgetika und Antibiotika verursacht werden.
Angeborene erythropoetische Porphyrie ist mit einer niedrigen Uroporphyrinogen-III-Cosynthase-Aktivität und hohen Uroporphyrinogen-I-Synthase-Spiegeln verbunden. Symptome sind Lichtempfindlichkeit, die sich durch Risse in der Haut und Blutergüsse äußert.
Hereditäre Koproporphyrie ist mit einem Mangel an Koproporphyrinogenoxidase verbunden, die an der Umwandlung von Koproporphyrinogen III beteiligt ist. Dadurch wird das Enzym im Licht zu Coproporphyrin oxidiert. Die Patienten leiden an Herzinsuffizienz und Lichtempfindlichkeit.
Mosaik-Porphyrie ist eine Störung, bei der die enzymatische Umwandlung von Protoporphyrinogen in Häm teilweise blockiert ist. Anzeichen sind Urinfluoreszenz und Lichtempfindlichkeit.
Tardor kutane Porphyrie tritt mit Leberschäden vor dem Hintergrund von Alkoholismus und überschüssigem Eisen auf. Hohe Konzentrationen von Uroporphyrinen vom Typ I und III werden im Urin ausgeschieden, was ihm eine rosa Farbe verleiht und Fluoreszenz verursacht.
Erythropoetische Protoporphyrie wird durch Low hervorgerufenFerrochelatase-Enzymaktivität in Mitochondrien, eine Eisenquelle für die Häm-Synthese. Symptome sind akute Urtikaria unter dem Einfluss von UV-Strahlung. Hohe Konzentrationen von Protoporphyrin IX treten in Erythrozyten, Blut und Stuhl auf. Unreife rote Blutkörperchen und Haut fluoreszieren oft mit rotem Licht.
