Heme عبارة عن بورفيرين ، يوجد في وسط الجزيء أيونات الحديد Fe2 + ، والتي يتم تضمينها في الهيكل بواسطة رابطتين تساهمية واثنين من الروابط التنسيقية. البورفيرينات هي عبارة عن نظام من أربعة بيرولات مدمجة بها مركبات ميثيلين (-CH=).
جزيء الهيم له هيكل مسطح. عملية الأكسدة تحول الهيمين إلى الهيماتين ، المعين Fe3 +.
باستخدام الجواهر
Heme عبارة عن مجموعة بروستات ليس فقط من الهيموجلوبين ومشتقاته ، ولكن أيضًا الميوغلوبين ، الكاتلاز ، البيروكسيداز ، السيتوكروم ، إنزيم التربتوفان بيرولاز ، الذي يحفز أكسدة التروبتوفان إلى فورميلكينورينين. هناك ثلاثة قادة في محتوى الجوهرة:
- كريات الدم الحمراء ، تتكون من خضاب الدم ؛
- خلايا عضلية تحتوي على ميوغلوبين ؛
- خلايا الكبد مع السيتوكروم P450.
اعتمادًا على وظيفة الخلايا ، يتغير نوع البروتين ، وكذلك البورفيرين في الهيم. يحتوي الهيموغلوبين الهيم على البروتوبورفيرين التاسع ، ويحتوي السيتوكروم أوكسيديز على فورميلبورفيرين.
كيف يتم تشكيل الهيم؟
يحدث إنتاج البروتين في جميع أنسجة الجسم ، ولكن يحدث تخليق الهيم الأكثر إنتاجية في عضوين:
- نخاع العظم ينتج مكونات غير بروتينية لإنتاج الهيموجلوبين ؛
- تنتج خلايا الكبد المواد الخام للسيتوكروم P450.
في مصفوفة الميتوكوندريا ، يعتبر إنزيم أمينوليفولينات المعتمد على البيريدوكسال حافزًا لتكوين حمض 5-أمينوليفولينك (5-ALA). في هذه المرحلة ، يشارك الجلايسين والسوكينيل- CoA ، وهو أحد منتجات دورة كريبس ، في تخليق الهيم. هيم يمنع هذا التفاعل. على العكس من ذلك ، يؤدي الحديد إلى تفاعل الخلايا الشبكية بمساعدة بروتين ملزم. مع نقص فوسفات البيريدوكسال ، ينخفض نشاط سينسيز أمينوليفولينات. الستيرويدات القشرية ، العقاقير غير الستيرويدية المضادة للالتهابات ، الباربيتورات والسلفوناميدات هي منبهات سينسيز أمينوليفولينات. تحدث التفاعلات بسبب زيادة استهلاك الهيم بواسطة السيتوكروم P450 لإنتاج هذه المادة بواسطة الكبد.
5-aminolevulinic acid ، أو porphobilinogen synthase ، يدخل السيتوبلازم من الميتوكوندريا. يحتوي هذا الإنزيم السيتوبلازمي ، بالإضافة إلى جزيء البورفوبيلينوجين ، على جزيئين آخرين من حمض 5-أمينوليفولينك. أثناء تخليق الهيم ، يتم إعاقة التفاعل بواسطة أيونات الهيم والرصاص. هذا هو السبب في أن زيادة مستوى حمض 5-أمينوليفولينك في الدم والبول يعني التسمم بالرصاص.
يحدث إبادة أربعة جزيئات من البورفيلينوجين من البورفوبيلينوجين ديميناز إلى هيدروكسي ميثيل بيلين في السيتوبلازم. علاوة على ذلك ، يمكن أن يتحول الجزيء إلى upoporphyrinogen I و decarboxylate إلى coproporphyrinogen I. يتم الحصول على Uroporphyrinogen III في عملية تجفيف hydroxymethylbilane باستخدام إنزيم cosynthase من هذاالجزيئات.
يستمر نزع الكربوكسيل من uroporphyrinogen إلى coproporphyrinogen III في السيتوبلازم لمزيد من العودة إلى الميتوكوندريا للخلايا. في الوقت نفسه ، ينزع الكوبروبورفيرينوجين الثالث أوكسيديز جزيئات البروتوبورفيرينوجين الرابع (+ O2 ، -2CO2) عن طريق مزيد من الأكسدة (-6H +) إلى البروتوبورفيرين V بمساعدة أوكسيديز البروتوبورفيرين. إن دمج Fe2 + في المرحلة الأخيرة من إنزيم ferrochelatase في جزيء البروتوبورفيرين V يكمل تخليق الهيم. يأتي الحديد من الفيريتين.
ميزات تخليق الهيموجلوبين
إنتاج الهيموجلوبين هو إنتاج الهيم والجلوبين:
- الهيم يشير إلى مجموعة صناعية تتوسط في الارتباط القابل للانعكاس للأكسجين بالهيموغلوبين ؛
- غلوبين هو بروتين يحيط ويحمي جزيء الهيم.
في تركيب الهيم ، يضيف إنزيم ferrochelatase الحديد إلى حلقة بنية البروتوبورفيرين IX لإنتاج الهيم ، وترتبط المستويات المنخفضة منه بفقر الدم. نقص الحديد ، باعتباره السبب الأكثر شيوعًا لفقر الدم ، يقلل من إنتاج الهيم ويقلل مرة أخرى من مستوى الهيموجلوبين في الدم.
هناك عدد من الأدوية والسموم التي تمنع بشكل مباشر تخليق الهيم ، مما يمنع الإنزيمات من المشاركة في تركيبه الحيوي. إن تثبيط تخليق الأدوية أمر شائع عند الأطفال.
تشكيل غلوبين
تتحد سلسلتان مختلفتان من الجلوبين (لكل منهما جزيء الهيم الخاص به) لتشكيل الهيموجلوبين. في الأسبوع الأول من التطور الجنيني ، تتحد سلسلة ألفا مع سلسلة جاما. بعد ولادة الطفل ، يتم الاندماجيحدث مع سلسلة بيتا. إنه مزيج من سلسلتين ألفا وسلسلتين أخريين يشكلان جزيء الهيموغلوبين الكامل.
مزيج سلاسل ألفا وجاما يشكل الهيموجلوبين الجنيني. مزيج من سلسلتين ألفا و 2 بيتا يعطي الهيموجلوبين "البالغ" ، والذي يسود في الدم لمدة 18-24 أسبوعًا من الولادة.
يؤدي توصيل سلسلتين إلى تشكيل ثنائي - هيكل لا ينقل الأكسجين بكفاءة. يشكل الثنائيات الثنائية شكل رباعي ، وهو الشكل الوظيفي للهيموجلوبين. مجموعة معقدة من الخصائص الفيزيائية الحيوية تتحكم في امتصاص الرئتين للأكسجين وإطلاقه في الأنسجة.
الآليات الجينية
توجد الجينات المشفرة لسلاسل alpha globin على الكروموسوم 16 ، وليس سلاسل alpha - على الكروموسوم 11. وفقًا لذلك ، يطلق عليهم "alpha globin locus" و "beta globin locus". إن تعبيرات مجموعتي الجينات متوازنة بشكل وثيق من أجل وظيفة كريات الدم الحمراء الطبيعية. يؤدي عدم التوازن إلى الإصابة بمرض الثلاسيميا.
يحتوي كل كروموسوم 16 على جينات ألفا غلوبين متطابقة. نظرًا لأن كل خلية تحتوي على كروموسومين ، فإن أربعة من هذه الجينات موجودة بشكل طبيعي. ينتج كل منها ربع سلاسل غلوبين ألفا المطلوبة لتخليق الهيموجلوبين.
توجد جينات موضع بيتا غلوبين للموقع بالتتابع ، بدءًا من الموقع النشط أثناء التطور الجنيني. التسلسل كالتالي: إبسيلون جاما ودلتا وبيتا. هناك نسختان من جين جاماكل كروموسوم 11 والباقي موجود في نسخ واحدة. تحتوي كل خلية على جينين بيتا غلوبين ، يعبران عن كمية من البروتين تتطابق تمامًا مع كل من جينات ألفا غلوبين الأربعة.
تحويلات الهيموجلوبين
آلية التوازن على المستوى الجيني ما زالت غير معروفة للطب. يتم تخزين كمية كبيرة من الهيموجلوبين الجنيني في جسم الطفل لمدة 7-8 أشهر بعد الولادة. معظم الناس لديهم فقط كميات ضئيلة ، إن وجدت ، من الهيموجلوبين الجنيني بعد الرضاعة.
مزيج من جيني ألفا وبيتا ينتج هيموجلوبين بالغ طبيعي أ. ينتج جين دلتا ، الموجود بين جاما وبيتا على الكروموسوم 11 ، كمية صغيرة من دلتا غلوبين في الأطفال والبالغين - الهيموغلوبين A2 ، وهو أقل من 3٪ سنجاب.
نسبة ALK
يتأثر معدل تكوين الهيم بتكوين حمض أمينوليفولينك ، أو ALA. يتم تنظيم سينسيز الذي يبدأ هذه العملية بطريقتين:
- خاطريًا بمساعدة إنزيمات المستجيب التي يتم إنتاجها أثناء التفاعل نفسه ؛
- على المستوى الجيني لإنتاج الإنزيم.
تخليق الهيم والهيموجلوبين يمنع إنتاج سينسيز أمينوليفولينات ، مما يشكل ردود فعل سلبية. تحفز هرمونات الستيرويد والعقاقير غير الستيرويدية المضادة للالتهابات والمضادات الحيوية السلفوناميدات إنتاج سينثيز. على خلفية تناول الأدوية ، يزداد امتصاص الهيم في نظام السيتوكروم P450 ، وهو أمر مهم لإنتاج هذه المركبات بواسطة الكبد.
عوامل إنتاج الهيم
تشغيلينعكس تنظيم تخليق الهيم من خلال مستوى سينسيز ALA بواسطة عوامل أخرى. يبطئ الجلوكوز عملية نشاط ALA synthase. تؤثر كمية الحديد في الخلية على التركيب عند مستوى الترجمة.
يحتوي MRNA على حلقة دبوس شعر في موقع بدء الترجمة - وهو عنصر حساس للحديد. انخفاض مستوى تخليق الحديد يتوقف عند مستوى عالٍ يتفاعل البروتين مع مركب من الحديد والسيستين والكبريت غير العضوي ، مما يحقق التوازن بين إنتاج الهيم و ALA.
الاضطرابات التركيبية
يتم التعبير عن الانتهاك في عملية تخليق الهيم للكيمياء الحيوية في نقص أحد الإنزيمات. والنتيجة هي تطور البورفيريا. يرتبط الشكل الوراثي للمرض باضطرابات وراثية ، بينما يتطور الشكل المكتسب تحت تأثير الأدوية السامة وأملاح المعادن الثقيلة.
يتجلى نقص الإنزيم في الكبد أو كريات الدم الحمراء ، مما يؤثر على تعريف مجموعة البورفيريا - الكبد أو الكريات الحمر. يمكن أن يحدث المرض بشكل حاد أو مزمن.
الاضطرابات في تخليق الهيم مرتبطة بتراكم المنتجات الوسيطة - البورفيرينوجينات ، التي تتأكسد. يعتمد مكان التراكم على التوطين - في كريات الدم الحمراء أو خلايا الكبد. يستخدم مستوى تراكم المنتجات لتشخيص البورفيريا.
يمكن أن تسبب البورفيرينات السامة:
- الاضطرابات العصبية والنفسية ؛
- آفات جلدية بسبب الحساسية للضوء
- خلل في الجهاز الشبكي البطاني للكبد.
يتحول لون البول إلى اللون الأرجواني مع وجود البورفيرين الزائدالظل. يمكن أن يؤدي وجود فائض من سينسيز أمينوليفولينات تحت تأثير الأدوية أو إنتاج هرمونات الستيرويد خلال فترة المراهقة إلى تفاقم المرض.
أنواع البورفيريا
البورفيريا الحادة المتقطعة مرتبطة بخلل في الجين الذي يرمز لنزع الأمين ويؤدي إلى تراكم 5-ALA والبرفوبيلينوجين. تتمثل الأعراض في البول الداكن وشلل جزئي في عضلات الجهاز التنفسي وفشل القلب. يشكو المريض من آلام في البطن وإمساك وقيء. يمكن أن يكون سبب المرض تناول المسكنات والمضادات الحيوية.
البورفيريا الخلقية للكريات الحمر مرتبطة بانخفاض نشاط uroporphyrinogen-III-cosynthase ومستويات عالية من uroporphyrinogen-I-synthase. الاعراض هي حساسية للضوء تتجلى في تشققات في الجلد وكدمات.
يرتبط coproporphyria الوراثي بنقص أوكسيديز coproporphyrinogen ، والذي يشارك في تحويل coproporphyrinogen III. نتيجة لذلك ، يتأكسد الإنزيم في الضوء إلى الكوبروبورفيرين. مرضى يعانون من قصور في القلب وحساسية للضوء
الفسيفساء البورفيريا هو اضطراب يحدث فيه انسداد جزئي للتحويل الأنزيمي للبروتوبرفيرينوجين إلى الهيم. العلامات هي تألق البول والحساسية للضوء
تظهر البورفيريا الجلدية Tardor مع تلف الكبد على خلفية إدمان الكحول والحديد الزائد. تفرز تركيزات عالية من النوع الأول والثالث من uroporphyrins في البول ، مما يعطيها اللون الوردي ويسبب التألق.
البروتوبورفيريا المكونة للحمر ناتجة عن انخفاضنشاط إنزيم ferrochelatase في الميتوكوندريا ، مصدر الحديد لتخليق الهيم. الأعراض هي الشرى الحاد تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية. تظهر مستويات عالية من البروتوبورفيرين التاسع في كريات الدم الحمراء والدم والبراز. غالبًا ما تتوهج خلايا الدم الحمراء والجلد غير الناضجة بالضوء الأحمر.
