Heme là một porphyrin, ở trung tâm của phân tử có các ion sắt Fe2 +, được bao gồm trong cấu trúc bởi hai liên kết cộng hóa trị và hai liên kết phối trí. Porphyrin là một hệ thống gồm bốn pyrrole hợp nhất có hợp chất metylen (-CH=).
Phân tử heme có cấu trúc phẳng. Quá trình oxy hóa chuyển heme thành hematin, được chỉ định là Fe3 +.
Sử dụng đá quý
Heme là một nhóm tuyến tiền liệt không chỉ gồm hemoglobin và các dẫn xuất của nó, mà còn có myoglobin, catalase, peroxidase, cytochromes, enzyme tryptophan pyrollase, xúc tác quá trình oxy hóa troptophan thành formylkynurenine. Có ba nhà lãnh đạo trong nội dung gemma:
- hồng cầu, bao gồm hemoglobin;
- tế bào cơ có myoglobin;
- tế bào gan với cytochrome P450.
Tùy thuộc vào chức năng của tế bào, loại protein thay đổi, cũng như porphyrin trong heme. Hemoglobin heme bao gồm protoporphyrin IX và cytochrome oxidase chứa formylporphyrin.
Heme được hình thành như thế nào?
Sản xuất protein xảy ra trong tất cả các mô của cơ thể, nhưng quá trình tổng hợp heme năng suất nhất xảy ra ở hai cơ quan:
- tủy xương tạo ra một thành phần không phải protein để sản xuất hemoglobin;
- tế bào gan sản xuất nguyên liệu thô cho cytochrome P450.
Trong chất nền ty thể, enzyme aminolevulinate synthase phụ thuộc pyridoxal là chất xúc tác để hình thành axit 5-aminolevulinic (5-ALA). Ở giai đoạn này, glycine và sucinyl-CoA, một sản phẩm của chu trình Krebs, tham gia vào quá trình tổng hợp heme. Heme ức chế phản ứng này. Ngược lại, sắt gây ra phản ứng trong tế bào lưới với sự trợ giúp của một protein liên kết. Khi thiếu pyridoxal phosphate, hoạt động của aminolevulinate synthase giảm. Corticosteroid, thuốc chống viêm không steroid, barbiturat và sulfonamid là những chất kích thích aminolevulinate synthase. Các phản ứng này là do sự gia tăng tiêu thụ heme của cytochrome P450 để gan sản xuất chất này.
5-aminolevulinic acid, hoặc porphobilinogen synthase, đi vào tế bào chất từ ty thể. Ngoài phân tử porphobilinogen, enzyme tế bào chất này còn chứa thêm hai phân tử axit 5-aminolevulinic. Trong quá trình tổng hợp heme, phản ứng bị ức chế bởi heme và các ion chì. Đó là lý do tại sao nồng độ axit 5-aminolevulinic trong nước tiểu và máu tăng lên có nghĩa là nhiễm độc chì.
Sự khử bốn phân tử porphybilinogen từ porphobilinogen deaminase thành hydroxymethylbilane xảy ra trong tế bào chất. Hơn nữa, phân tử có thể biến thành upoporphyrinogen I và decarboxylate thành coproporphyrinogen I. Uroporphyrinogen III thu được trong quá trình khử nước của hydroxymethylbilane bằng cách sử dụng enzyme cosynthase của nó.phân tử.
Quá trình khử carboxyl của uroporphyrinogen thành coproporphyrinogen III tiếp tục trong tế bào chất để tiếp tục quay trở lại ty thể của tế bào. Đồng thời, coproporphyrinogen III oxidase khử các phân tử của protoporphyrinogen IV (+ O2, -2CO2) bằng cách oxy hóa thêm (-6H +) thành protoporphyrin V với sự trợ giúp của protoporphyrin oxidase. Sự kết hợp Fe2 + ở giai đoạn cuối của enzym ferrochelatase vào phân tử protoporphyrin V hoàn thành quá trình tổng hợp heme. Sắt đến từ ferritin.
Tính năng tổng hợp hemoglobin
Sản xuất hemoglobin là sản xuất heme và globin:
- heme dùng để chỉ một nhóm chân tay giả làm trung gian cho sự liên kết có thể đảo ngược của oxy với hemoglobin;
- globin là một protein bao quanh và bảo vệ phân tử heme.
Trong tổng hợp heme, enzym ferrochelatase bổ sung sắt vào vòng của cấu trúc protoporphyrin IX để tạo ra heme, nồng độ thấp của heme có liên quan đến bệnh thiếu máu. Thiếu sắt, là nguyên nhân phổ biến nhất của bệnh thiếu máu, làm giảm sản xuất heme và một lần nữa làm giảm mức hemoglobin trong máu.
Một số loại thuốc và chất độc trực tiếp ngăn chặn sự tổng hợp heme, ngăn cản các enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng hợp của nó. Sự ức chế tổng hợp thuốc thường gặp ở trẻ em.
Hình thànhGlobin
Hai chuỗi globin khác nhau (mỗi chuỗi có phân tử heme riêng) kết hợp với nhau để tạo thành hemoglobin. Trong tuần đầu tiên của quá trình hình thành phôi, chuỗi alpha kết hợp với chuỗi gamma. Sau khi sinh con, sự hợp nhấtxảy ra với chuỗi beta. Đó là sự kết hợp của hai chuỗi alpha và hai chuỗi khác tạo nên phân tử hemoglobin hoàn chỉnh.
Sự kết hợp của chuỗi alpha và gamma tạo thành hemoglobin bào thai. Sự kết hợp của hai chuỗi alpha và hai chuỗi beta tạo ra hemoglobin "người lớn", tồn tại trong máu từ 18-24 tuần kể từ khi sinh.
Sự kết nối của hai chuỗi tạo thành một chất dimer - một cấu trúc không vận chuyển oxy một cách hiệu quả. Hai dimer tạo thành một tetramer, là dạng chức năng của hemoglobin. Một phức hợp các đặc điểm lý sinh kiểm soát sự hấp thụ oxy của phổi và sự giải phóng oxy trong các mô.
Cơ chế di truyền
Các gen mã hóa chuỗi alpha globin nằm trên nhiễm sắc thể 16, chứ không phải chuỗi alpha - trên nhiễm sắc thể 11. Theo đó, chúng được gọi là "locus alpha globin" và "beta globin locus". Sự biểu hiện của hai nhóm gen là cân bằng chặt chẽ cho chức năng của hồng cầu bình thường. Sự mất cân bằng dẫn đến sự phát triển của bệnh thalassemia.
Mỗi nhiễm sắc thể số 16 có hai gen alpha globin giống hệt nhau. Vì mỗi tế bào có hai nhiễm sắc thể nên bốn trong số các gen này đều có mặt bình thường. Mỗi chuỗi tạo ra một phần tư chuỗi alpha globin cần thiết để tổng hợp hemoglobin.
Các gen của locus beta-globin của locus được định vị tuần tự, bắt đầu từ vị trí hoạt động trong quá trình phát triển phôi thai. Trình tự như sau: epsilon gamma, delta và beta. Có hai bản sao của gen gammamỗi nhiễm sắc thể 11, và phần còn lại có mặt trong các bản sao đơn lẻ. Mỗi tế bào có hai gen beta globin, biểu hiện một lượng protein khớp chính xác với từng gen trong số bốn gen alpha globin.
Biến đổi huyết sắc tố
Cơ chế cân bằng ở cấp độ di truyền vẫn chưa được y học biết đến. Một lượng đáng kể hemoglobin bào thai được dự trữ trong cơ thể trẻ từ 7 - 8 tháng sau khi sinh. Hầu hết mọi người chỉ có một lượng nhỏ hemoglobin bào thai sau khi sinh.
Sự kết hợp của hai gen alpha và beta tạo ra hemoglobin bình thường ở người trưởng thành A. Gen delta, nằm giữa gamma và beta trên nhiễm sắc thể 11, tạo ra một lượng nhỏ delta globin ở trẻ em và người lớn - hemoglobin A2, ít hơn hơn 3% sóc.
Tỷ lệALK
Tốc độ hình thành heme bị ảnh hưởng bởi sự hình thành axit aminolevulinic, hoặc ALA. Cú pháp bắt đầu quá trình này được quy định theo hai cách:
- allosterically với sự trợ giúp của các enzym hiệu ứng được tạo ra trong chính phản ứng;
- ở cấp độ di truyền của sản xuất enzyme.
Sự tổng hợp heme và hemoglobin ức chế sản xuất aminolivulinate synthase, tạo thành phản hồi tiêu cực. Hormone steroid, thuốc chống viêm không steroid, kháng sinh sulfonamide kích thích sản xuất tổng hợp. Trong bối cảnh dùng thuốc, sự hấp thu heme trong hệ thống cytochrome P450, hệ thống quan trọng đối với việc sản xuất các hợp chất này của gan, sẽ tăng lên.
Yếu tố sản xuất Heme
Bậtquy định tổng hợp heme thông qua mức độ tổng hợp ALA được phản ánh bởi các yếu tố khác. Glucose làm chậm quá trình hoạt động của men tổng hợp ALA. Lượng sắt trong tế bào ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp ở mức độ dịch mã.
MRNA có một vòng kẹp tóc ở vị trí bắt đầu dịch - một phần tử nhạy cảm với sắt. Sự giảm mức độ tổng hợp sắt sẽ dừng lại, ở mức độ cao, protein tương tác với một phức hợp của sắt, cysteine và lưu huỳnh vô cơ, giúp đạt được sự cân bằng giữa việc sản xuất heme và ALA.
Rối loạn tổng hợp
Vi phạm trong quá trình sinh tổng hợp heme được biểu hiện ở sự thiếu hụt một trong các enzym. Kết quả là sự phát triển của rối loạn chuyển hóa porphyrin. Dạng di truyền của bệnh có liên quan đến rối loạn di truyền, trong khi dạng mắc phải phát triển dưới ảnh hưởng của các loại thuốc độc hại và muối của kim loại nặng.
Thiếu hụt enzym được biểu hiện ở gan hoặc hồng cầu, điều này ảnh hưởng đến định nghĩa của nhóm rối loạn chuyển hóa porphyrin - gan hoặc tăng tạo hồng cầu. Bệnh có thể xảy ra ở dạng cấp tính hoặc mãn tính.
Rối loạn tổng hợp heme có liên quan đến sự tích tụ các sản phẩm trung gian - porphyrin, bị oxy hóa. Nơi tích tụ phụ thuộc vào nội địa hóa - trong hồng cầu hoặc tế bào gan. Mức độ tích tụ của các sản phẩm được sử dụng để chẩn đoán rối loạn chuyển hóa porphyrin.
Chất độc porphyrin có thể gây ra:
- rối loạn tâm thần kinh;
- tổn thương da do cảm quang;
- gián đoạn hệ thống lưới nội mô của gan.
Nước tiểu chuyển sang màu tím với lượng porphyrin dư thừabóng râm. Sự dư thừa tổng hợp aminolevulinate dưới ảnh hưởng của thuốc hoặc sản xuất hormone steroid trong thời kỳ thanh thiếu niên có thể gây ra đợt cấp của bệnh.
loài Porphyria
Rối loạn chuyển hóa porphyrin cấp tính có liên quan đến khiếm khuyết trong gen mã hóa deaminase và dẫn đến tích tụ 5-ALA và porphobilinogen. Các triệu chứng là nước tiểu sẫm màu, tê liệt các cơ hô hấp, suy tim. Người bệnh kêu đau bụng, táo bón, nôn. Bệnh có thể do uống thuốc giảm đau và kháng sinh.
Rối loạn chuyển hóa porphyrin bẩm sinh có liên quan đến hoạt động uroporphyrinogen-III-cosynthase thấp và mức độ cao của uroporphyrinogen-I-synthase. Các triệu chứng là nhạy cảm với ánh sáng, biểu hiện bằng các vết nứt trên da, bầm tím.
Chứng coproporphyrin di truyền có liên quan đến việc thiếu coproporphyrinogen oxidase, có liên quan đến việc chuyển đổi coproporphyrinogen III. Kết quả là, enzyme bị oxy hóa dưới ánh sáng thành coproporphyrin. Bệnh nhân bị suy tim và nhạy cảm với ánh sáng.
Rối loạn chuyển hóa porphyrin thể khảm là một chứng rối loạn trong đó có sự tắc nghẽn một phần của quá trình chuyển đổi enzym protoporphyrinogen thành heme. Dấu hiệu là nước tiểu phát huỳnh quang và nhạy cảm với ánh sáng.
Rối loạn chuyển hóa porphyrin da chậm xuất hiện với tổn thương gan trên nền nghiện rượu và thừa sắt. Nồng độ cao của uroporphyrin loại I và III được bài tiết qua nước tiểu, làm cho nó có màu hơi hồng và gây ra huỳnh quang.
Nguyên sinh chất gây tê bị kích thích bởi thấphoạt động của enzym ferrochelatase trong ti thể, một nguồn cung cấp sắt để tổng hợp heme. Triệu chứng là mày đay cấp tính dưới tác động của bức xạ tia cực tím. Mức độ cao của protoporphyrin IX xuất hiện trong hồng cầu, máu và phân. Các tế bào hồng cầu chưa trưởng thành và da thường phát huỳnh quang với ánh sáng đỏ.
