Hemoglobiini süntees

Hemoglobiini süntees koosneb heemi sünteesist ja globiini sünteesist. Lõpuks on proteesitud heemrühm, igas neljas globiin, seotud rauda sisaldava valgukompleksi hemoglobiiniga. Häired nii heemi kui ka globiini sünteesis võivad põhjustada tõsiseid terviseprobleeme.

Mis on hemoglobiini süntees?

Hemoglobiinisünteesi mõistmiseks on kõigepealt vaja teada hemoglobiini struktuuri. Hemoglobiin on rauda sisaldav valgukompleks, mis koosneb globiini neljast alaühikust, millest igaühes on proteesitav heemrühm.

Inimese täiskasvanud hemoglobiinis on alaühikutes kaks identset alfa globiini ja kaks identset beeta globiini. Kõik need subühikud on seotud proteesiga heemrühmaga, mis koosneb porfüriin-raua (II) kompleksist. Seega sisaldab hemoglobiini kompleks neli heemrühma.

Sõltuvalt keemilisest keskkonnast võib iga heemrühm siduda hapniku molekuli raudiooniga keerulisel viisil. Sõltuvalt sellest, kui palju heemrühmi on hapnikuga koormatud, räägitakse oksühemoglobiinist (kõrge hapnikusisaldusega) või desoksühemoglobiinist (madala hapnikusisaldusega).

Raud (III) ioon asub porfüriinitsükli keskel. Selle küljel on keeruline side globiini histidiinijäägiga. Teisest küljest, sõltuvalt rauaiooni energia olekust, võib hapniku molekul olla seotud kompleksis. Energia olekut mõjutavad välised füüsikalised ja keemilised tingimused globiini konformatsiooni muutuste tõttu.

Funktsioon ja ülesanne

Hemoglobiinisünteesi viimane etapp seisneb proteesiheemi rühma kokkupanemises nelja globiiniühikuga, et moodustada rauda sisaldav valgukompleks. Üksikud komponendid moodustatakse sõltumatute biosünteesiradade kaudu.

Heemrühma porfüriinitsükli lähtematerjalid on aminohapped glütsiin ja suktsinüül-CoA. Suktsinüül-CoA koosneb koensüümist A ja merevaikhappest. Merevaikhape on vahesaadus energiarikaste ketoonkehade lagunemisel energia metabolismi osana. Ensüümi delta-aminolevuliinhappe süntaasi abil sünteesitakse delta-aminolevuliinhape suktsinüül-CoA-st ja glütsiinist. Kaks delta-aminolevuliinhappe molekuli kondenseeruvad vee ühe molekuli elimineerimisega, saades porfobilinogeeni. Ammoniaagi elimineerimise ja ensüümi uroporphyrinogen-I süntetaasi abil reageerivad neli porfobiliogeeni molekuli, moodustades hüdroksümetüülbilaani. See muundatakse rõnga moodustumisega uroporfürinogeeniks III.

Protoporfüriini toodetakse mitokondrites ensümaatilise dekarboksüülimise ja dehüdratsiooni teel. Ensüümi ferrokelataasiga liidetakse sellesse molekuli koos raua (II) iooniga, moodustades heemi. Raku tsütosoolis on heem seotud valgu globiiniga, moodustades rauda sisaldava valgukompleksi hemoglobiini.

Üksikute globiinide süntees toimub normaalse valgu biosünteesi kaudu. Nagu juba mainitud, sisaldab täiskasvanute hemoglobiini kompleks kahte identset alfa- ja beeta-globiini alaühikut. Valmistatud hemoglobiin on oma keeruka struktuuri tõttu arendanud hapniku transportimise ja tarnimise võimalust organismi kõigisse rakkudesse.

Tsentraalse raua sidumine hapnikuga ei ole siiski kuigi tihe ja seda võivad väliste keemiliste ja füüsikaliste tegurite mõjul väga hõlpsalt mõjutada. See võimaldab hemoglobiinil nii hapnikku kiiresti imada kui ka vabastada. Hemoglobiini hapnikusisaldus sõltub muu hulgas teguritest pH, süsinikdioksiidi või hapniku osarõhust või temperatuurist. Need mõjutavad muutujad muudavad näiteks globiinide vastavust, nii et hapniku sidet saab tugevdada või nõrgendada energeetiliste ja steeriliste tingimuste väikeste muutustega.

Madala pH väärtuse ja kõrge süsinikdioksiidi osarõhu korral nõrgeneb hapniku side raua (II) iooniga ja seega soodustatakse hapniku eraldumist. Täpselt sellistes tingimustes toimub tugevam ainevahetuse käive, millel on ka suurenenud hapnikuvajadus. Hapniku transpordisüsteem on seetõttu hemoglobiini funktsiooni kaudu optimaalselt kooskõlas füüsiliste vajadustega.

Haigused ja tervisehäired

Hemoglobiini sünteesi häired võivad põhjustada mitmesuguseid haigusi. On mitmeid geneetilisi haigusi, mis põhinevad heemi sünteesi häirimisel. Selle käigus akumuleeruvad kehas heemi prekursorid, mis põhjustavad muu hulgas äärmise valgustundlikkuse. Nendes niinimetatud porfüürias säilitatakse porfüriine veresoontes või isegi maksas. Valgusega kokkupuutel salvestavad mõned porfüüria vormid rohkem kiirgusenergiat. Energia vabanemisel tekivad hapnikuradikaalid, mis ründavad ja hävitavad avatud koe. See põhjustab tugevat sügelust ja põletavat valu.

Porfüüri on seitse vormi. Heemi konstrueerimine on kaheksaetapiline protsess, milles osaleb seitse ensüümi. Kui ensüüm töötab ainult ebapiisavalt, hoitakse vastav eelkäija heemi sünteesi selles punktis. Sümptomite põhjal on porfüüria jagatud kahte põhirühma. Niinimetatud porfüüriaid iseloomustab naha valulik tundlikkus valguse suhtes.Maksa porfüüria korral on maksa kaasamine ülekaalus tugev kõhuvalu, iiveldus ja oksendamine. Kuid paljudel juhtudel on kahe sümptomikompleksi kattumine.

Porfüüriad näitavad sageli vahelduvat kulgu ägedate rünnakutega. Sõltuvalt porfüüria tüübist avalduvad need äkitselt valulikes nahareaktsioonides, koolikute sarnases kõhuvalus, iivelduses / oksendamises, uriini punastes värvides, krambihoogudes, neuroloogilistes puudustes või isegi psühhoosides.

Muud hemoglobiini sünteesi häired on seotud globiini molekulide vales sünteesiga vastavates geenides esinevate mutatsioonide kaudu. Näideteks on nn sirprakuline aneemia või talasseemia. Sirprakulise aneemia korral on beeta-globiini subühiku valk geneetiliselt muundatud. Selle valgu positsioonis 6 on aminohape glutamiinhape asendatud valiiniga. Hapnikuvaeguse korral muutub asjaomane hemoglobiin sirpikujuliseks, koguneb kokku ja ummistab väikeseid veresooni. Selle tulemuseks on eluohtlikud vereringehäired. Talassemiad on rühm erinevaid hemoglobiini väärarenguid, mis põhjustavad alfa- või beeta-globiini globiini ahela moodustumise vähenemist. Raske aneemia on kõige olulisem sümptom.