A Hemoglobin szintézis a hem-szintézisből és a globin-szintézisből áll. Végül, a protézis heme-csoport, mindegyikben négy globin található, kapcsolódik a vastartalmú fehérjekomplex hemoglobinhoz. A hem-szintézis és a globin-szintézis zavarai súlyos egészségügyi problémákat okozhatnak.
Mi a hemoglobin szintézis?
A hemoglobinszintézis megértéséhez először a hemoglobinszerkezet ismerete szükséges. A hemoglobin egy vastartalmú fehérjekomplex, amely globin négy alegységéből áll, amelyek mindegyikében szerepel protézis hem csoport.
Az emberi felnőtt hemoglobinban két azonos alfa globin és két azonos béta globin van alegységekben. Ezen alegységek mindegyike egy protézis hem csoporthoz van kötve, amely egy porfirin-vas (II) komplexből áll. Így a hemoglobin komplex négy hem csoportot tartalmaz.
A kémiai környezettől függően minden hem-csoport komplex módon kötődik egy oxigénmolekulához a vasionhoz. Attól függően, hogy hány hem-csoportot töltöttek be oxigénnel, az oxihemoglobinról (magas oxigéntartalmú) vagy a dezoxihemoglobinról (alacsony oxigéntartalomról) beszélhetünk.
A vasion a porfirin gyűrű közepén helyezkedik el. Oldalán komplex kötés van a globin hisztidin maradékával. Másrészt, a vasion energiaállapotától függően, egy oxigénmolekula köthető komplexben. Az energiaállapotot a globális konformáció változásai miatt bekövetkező külső fizikai és kémiai feltételek befolyásolják.
Funkció és feladat
A hemoglobin szintézisének utolsó lépése a protézis hem csoport összeállítása a négy globin egységgel, hogy egy vastartalmú fehérjekomplexet képezzen. Az egyes komponenseket egymástól független bioszintézis útvonalak képezik.
A hemcsoport porfirin gyűrűjének kiindulási anyagai a glicin és a szukcinil-CoA aminosavak. A szukcinil-CoA A-koenzimből és borostyánkősavból áll. A borostyánkősav egy közbenső termék az energiagazdag ketontestek lebontásában az energiacseréj részeként. A delta-aminolevulinsav-szintáz enzim segítségével a szukcinil-CoA-ból és a glicinből szintetizálják a delta-aminolevulinsavat. Két delta-aminolevulinsav-molekula kondenzálódik, és az egyik vízmolekulát eliminálja, így a porfobilinogén pirrolszármazékot képezi. Az ammónia kiküszöbölésével és az uroporpirinogén-I szintetáz enzim segítségével négy porfobiliogén molekula reagál, és hidroxi-metil-biánt képez. Ez gyűrű képződésével uroporfirinogén III-ra alakul át.
A protoporfirint enzimatikus dekarboxilezéssel és dehidrációval állítják elő a mitokondriumokban. A ferrochelatáz enzimmel egy vas (II) -ion beépül ebbe a molekulaba, kialakulva hem. A sejt citoszoljában a hem kapcsolódik a globin fehérjéhez, hogy a vastartalmú fehérjekomplex hemoglobint képezzék.
Az egyes globinek szintézise normál fehérjebioszintézissel történik. Mint már említettük, a felnőttkori hemoglobin komplex két azonos alegység alfa- és béta-globint tartalmaz. Bonyolult szerkezetének köszönhetően a kész hemoglobin kifejlesztette az oxigén szállításának és a szervezet valamennyi sejtjéhez történő szállításának képességét.
A központi vas oxigénhez való kötődése azonban nem nagyon szoros, és a külső kémiai és fizikai tényezők nagyon könnyen befolyásolhatják. Ez lehetővé teszi a hemoglobin számára az oxigén gyors felszívódását és felszabadítását. A hemoglobin oxigéntartalma többek között a pH-tól, a szén-dioxidtól vagy az oxigén parciális nyomásától vagy hőmérséklettől függ. Ezek a befolyásoló változók megváltoztatják például a globinek megfelelőségét, így az oxigénkötést az energetikai és a sztérikus körülmények enyhe megváltoztatása révén erősíthetik vagy gyengíthetik.
Alacsony pH-érték és magas szén-dioxid parciális nyomás esetén az oxigénkötés a vas (II) -ionhoz gyengül, és így az oxigén felszabadulása kedvező. Pontosan ezekben a körülmények között erősebb anyagcsere zajlik le, amelynek megnövekedett oxigénigénye is van. Az oxigén szállító rendszert ezért a hemoglobin funkció révén optimálisan összehangolják a fizikai igényekkel.
Betegségek és betegségek
A hemoglobin szintézis zavarai különféle betegségekhez vezethetnek. Számos olyan genetikai betegség létezik, amelyek a hem szintézisének megszakításán alapulnak. A folyamat során a hem prekurzorok felhalmozódnak a testben, amelyek többek között a fény rendkívüli érzékenységéhez vezetnek. Ezekben az úgynevezett porfíriákban a porfirinek az erekben vagy akár a májban tárolódnak. Ha fénynek vannak kitéve, a porfiria egyes formái több sugárzási energiát tárolnak. Az energia felszabadulásakor oxigéngyökök képződnek, amelyek megtámadják és megsemmisítik a kitett szövetet. Ez súlyos viszketéshez és égő fájdalomhoz vezet.
A porfír hét formája van. A hem előállítása nyolc lépésből áll, amelyben hét enzim vesz részt. Ha egy enzim csak nem működik megfelelően, akkor a megfelelő prekurzort a hem-szintézis ezen a pontján tárolják. A tünetek alapján a porfiria két fő csoportra oszlik. Az úgynevezett bőr porfíriákat a bőr fájdalmas fényérzékenysége jellemzi. Máj porfiria esetén a máj részvétele súlyos hasi fájdalommal, émelygéssel és hányással jár. Sok esetben azonban a két tünetkomplexum átfedésben van.
A porfiria gyakran időszakos akut rohamokkal jár. A porfiria típusától függően ezek hirtelen fájdalmas bőrreakciókban, kólikszerű hasi fájdalomban, émelygésben / hányásban, a vizelet vörös elszíneződésében, rohamokban, neurológiai hiányokban vagy akár pszichózisokban is megjelennek.
A hemoglobin szintézis egyéb rendellenességei a globin molekulák hibás szintéziséhez kapcsolódnak, a megfelelő gének mutációi révén. Példák az úgynevezett sarlósejtes vérszegénység vagy talasémia. Sarlósejtes anaemia esetén a béta-globin alegység fehérje genetikailag módosul. Ennek a proteinnek a hatodik helyzetében az aminosavat a glutaminsavat valin helyettesítette. Ha nincs oxigén, akkor az érintett hemoglobin sarló alakúvá válik, összecsomódik és eldugul a kicsi ér. Ez életveszélyes keringési rendellenességeket eredményez. A thalassémiák olyan különféle hemoglobin rendellenességek csoportja, amelyek csökkent alfa- vagy béta-globin globin láncképződéséhez vezetnek.A súlyos vérszegénység a legfontosabb tünet.
