Hemoglobiinisynteesi koostuu hemisynteesistä ja globiinisynteesistä. Viimeiseksi proteesipromoottoryhmä, jokaisessa on neljä globiinia, on kytketty rautaa sisältävään proteiinikompleksihemoglobiiniin. Häiriöt sekä hemisynteesissä että globiinisynteesissä voivat johtaa vakaviin terveysongelmiin.
Mikä on hemoglobiinisynteesi?
Hemoglobiinisynteesin ymmärtämiseksi ensin tarvitaan tietoa hemoglobiinin rakenteesta. Hemoglobiini on rautaa sisältävä proteiinikompleksi, joka koostuu neljästä globiinin alayksiköstä, joista jokaisessa on proteesin mukainen heemaryhmä.
Ihmisen aikuisen hemoglobiinissa on alayksiköinä kaksi identtistä alfa-globiinia ja kaksi identtistä beeta-globiinia. Jokainen näistä alayksiköistä on sitoutunut proteesin heemaryhmään, joka koostuu porfyriinirauta (II) -kompleksista. Siten hemoglobiinikompleksi sisältää neljä heemaryhmää.
Kemiallisesta ympäristöstä riippuen jokainen heemaryhmä voi sitoa happimolekyylin rauta-ioniin monimutkaisella tavalla. Riippuen siitä, kuinka monta hemiryhmää on ladattu hapolla, voidaan puhua oksihemoglobiinista (runsaasti happea) tai deoksihemoglobiinista (vähän happea).
Rauta-ioni sijaitsee porfyriinirenkaan keskellä. Sivussa on monimutkainen sidos globiinin histidiinitähteeseen. Toisaalta, riippuen rauta-ionin energiatilasta, happimolekyyli voidaan sitoutua kompleksiin. Energiatilaan vaikuttavat ulkoiset fysikaaliset ja kemialliset olosuhteet, jotka johtuvat globiinin rakenteen muutoksista.
Toiminto ja tehtävä
Viimeinen vaihe hemoglobiinisynteesissä koostuu proteesin heemaryhmän kokoamisesta neljän globiiniyksikön kanssa rautaa sisältävän proteiinikompleksin muodostamiseksi. Yksittäiset komponentit muodostetaan itsenäisillä biosynteesireiteillä.
Hemaryhmän porfyriinirenkaan lähtöaineet ovat aminohapot glysiini ja sukkinyyli-CoA. Sukkinyyli-CoA koostuu koentsyymi A: sta ja meripihkahaposta. Meripihkahappo on välituote energiarikasten ketonirunkojen hajoamisessa osana energiametaboliaa. Delta-aminolevuliinihapposyntaasi-entsyymin avulla syntetisoidaan delta-aminolevuliinihappo sukkinyyli-CoA: sta ja glysiinistä. Kaksi delta-aminolevuliinihappomolekyyliä tiivistyy yhden vesimolekyylin eliminoinnin kanssa muodostaen pyrobilinogeenin pyrrolijohdannaisen. Poistamalla ammoniakki ja uroporfyrinogeeni-I-syntetaasi-entsyymin avulla neljä porfobiliogeenimolekyyliä reagoi muodostaen hydroksimetyylibilaanin. Tämä muuttuu uroporfyriinogeeni III: ksi renkaan muodostuessa.
Protoporfyriiniä tuotetaan entsymaattisella dekarboksylaatiolla ja dehydraatiolla mitokondrioissa. Ferrokelataasientsyymin mukana rauta (II) -ioni sisällytetään tähän molekyyliin muodostuessaan hemiä. Solun sytosolissa hemi on kytketty globiiniproteiiniin raudan sisältävän proteiinikompleksin hemoglobiinin muodostamiseksi.
Yksittäisten globiinien synteesi tapahtuu normaalin proteiinibiosynteesin kautta. Kuten jo mainittiin, aikuisen hemoglobiinikompleksi sisältää kaksi identtistä alayksikköä alfa- ja beeta-globiineja. Monimutkaisesta rakenteestaan johtuen, valmis hemoglobiini on kehittänyt kyvyn kuljettaa happea ja toimittaa sitä kaikille organismin soluille.
Keskiraudan sitoutuminen happea ei ole kuitenkaan kovin tiukka, ja ulkoisiin kemiallisiin ja fysikaalisiin tekijöihin voi vaikuttaa hyvin helposti. Tämä antaa hemoglobiinin absorboida ja vapauttaa happea nopeasti. Hemoglobiinin happipitoisuus riippuu muun muassa tekijöistä pH, hiilidioksidi tai hapen osapaine tai lämpötila. Nämä vaikuttavat muuttujat muuttavat esimerkiksi globiinien yhdenmukaisuutta siten, että happisidosta voidaan vahvistaa tai heikentää pienillä muutoksilla energeettisissä ja steerisissä olosuhteissa.
Matalalla pH-arvolla ja korkealla hiilidioksidin osapaineella happea sidos rauta (II) -ioniin heikkenee ja siten hapen vapautumista suositaan. Juuri näissä olosuhteissa tapahtuu vahvempi metabolinen vaihtuvuus, jolla on myös lisääntynyt hapenkulutus. Siksi hapenkuljetusjärjestelmä on optimaalisesti koordinoitu fyysisten tarpeiden kanssa hemoglobiinitoiminnon avulla.
Sairaudet ja vaivat
Hemoglobiinisynteesin häiriöt voivat johtaa moniin sairauksiin. On olemassa useita geneettisiä sairauksia, jotka perustuvat hemen synteesin häiriöihin. Prosessissa hemen esiasteet kerääntyvät kehoon, mikä muun muassa johtaa äärimmäiseen valoherkkyyteen. Näissä ns. Porfyrioissa porfyriinit varastoidaan verisuoniin tai jopa maksaan. Jotkut porfyyrimuodot varastoivat valolle, joten ne varastoivat enemmän säteilyenergiaa. Kun energiaa vapautuu, muodostuu happea radikaaleja, jotka hyökkäävät ja tuhoavat paljaan kudoksen. Tämä johtaa voimakkaaseen kutinaan ja palavaan kipuun.
Porfyyria on seitsemän muotoa. Hemin rakentaminen on kahdeksan vaiheinen prosessi, johon osallistuu seitsemän entsyymiä. Jos entsyymi toimii vain riittämättömästi, vastaava esiaste varastoidaan tässä vaiheessa hemisynteesissä. Oireiden perusteella porfyriat jaetaan kahteen pääryhmään. Ns. Kutaanisille porfyrioille on ominaista ihon kivulias herkkyys valolle.Maksan porphyrias -bakteerissa maksan osallistuminen on pääosin vaikeaa vatsakipua, pahoinvointia ja oksentelua. Monissa tapauksissa kahden oirekompleksin välillä on kuitenkin päällekkäisyys.
Porfyriat osoittavat usein ajoittaista kulkua akuutien hyökkäysten kanssa. Porfyrian tyypistä riippuen ne ilmenevät äkillisesti tuskallisissa ihoreaktioissa, koliikkien kaltaisessa vatsakipussa, pahoinvoinnissa / oksentamisessa, virtsan punaisella värjäytymisellä, kouristuksissa, neurologisissa epäonnistumissa tai jopa psykooseissa.
Muut hemoglobiinisynteesin häiriöt liittyvät globiinimolekyylien virheelliseen synteesiin vastaavien geenien mutaatioiden kautta. Esimerkkejä ovat ns. Sirppisoluanemia tai talassemia. Sirppisoluanemiassa beeta-globiini-alayksikön proteiini muunnetaan geneettisesti. Tämän proteiinin kuudennessa paikassa aminohappo glutamiinihappo on korvattu valiinilla. Jos happea puuttuu, kyseinen hemoglobiini muuttuu sirpin muotoiseksi, rypistyy yhteen ja tukkii pieniä verisuonia. Tämä johtaa hengenvaarallisiin verenkiertohäiriöihin. Thalassemiat ovat ryhmä erilaisia hemoglobiinin epämuodostumia, jotka johtavat alfa- tai beeta-globiinin globiiniketjun muodostumisen vähentymiseen. Vakava anemia on tärkein oire.
