Tổng hợp huyết sắc tố

Các Tổng hợp huyết sắc tố bao gồm tổng hợp heme và tổng hợp globin. Cuối cùng, nhóm heme giả, mỗi nhóm có bốn globins, được liên kết với hemoglobin phức hợp protein chứa sắt. Rối loạn tổng hợp heme và tổng hợp globin có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.

Tổng hợp Hemoglobin là gì?

Để hiểu được sự tổng hợp hemoglobin, trước tiên cần phải có kiến ​​thức về cấu trúc của hemoglobin. Hemoglobin là một phức hợp protein chứa sắt, bao gồm bốn tiểu đơn vị globin, mỗi tiểu đơn vị có một nhóm heme giả.

Trong hemoglobin ở người trưởng thành có hai alpha globins giống hệt nhau cũng như hai beta globins giống hệt nhau dưới dạng tiểu đơn vị. Mỗi tiểu đơn vị này liên kết với một nhóm heme giả, bao gồm một phức hợp sắt porphyrin (II). Do đó, một phức hợp hemoglobin chứa bốn nhóm heme.

Tùy thuộc vào môi trường hóa học, mỗi nhóm heme có thể liên kết một phân tử oxy với ion đen một cách phức tạp. Tùy thuộc vào số lượng nhóm heme được nạp bằng oxy, người ta nói đến oxyhemoglobin (nhiều oxy) hoặc deoxyhemoglobin (ít oxy).

Ion sắt nằm ở giữa vòng porphyrin. Ở bên cạnh có một liên kết phức tạp với dư lượng histidine của globin. Mặt khác, tùy thuộc vào trạng thái năng lượng của ion sắt, một phân tử oxy có thể được liên kết trong một phức chất. Trạng thái năng lượng chịu ảnh hưởng của các điều kiện vật lý và hóa học bên ngoài do sự thay đổi cấu trúc của globin.

Chức năng & nhiệm vụ

Bước cuối cùng trong quá trình tổng hợp hemoglobin bao gồm lắp ráp nhóm heme giả với bốn đơn vị globin để tạo thành một phức hợp protein chứa sắt. Các thành phần riêng lẻ được hình thành bằng con đường sinh tổng hợp độc lập.

Nguyên liệu ban đầu cho vòng porphyrin của nhóm heme là các axit amin glycine và succinyl-CoA. Succinyl-CoA được cấu tạo bởi coenzyme A và axit succinic. Axit succinic là một sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy các thể xeton giàu năng lượng như một phần của quá trình chuyển hóa năng lượng. Với sự trợ giúp của enzym tổng hợp axit delta-aminolevulinic, axit delta-aminolevulinic được tổng hợp từ succinyl-CoA và glycine. Hai phân tử axit delta-aminolevulinic ngưng tụ với sự loại bỏ một phân tử nước để tạo thành dẫn xuất pyrrole là porphobilinogen. Với việc loại bỏ amoniac và với sự trợ giúp của enzym uroporphyrinogen-I synthetase, bốn phân tử porphobiliogen phản ứng để tạo thành hydroxymethylbilane. Chất này được biến đổi thành uroporphyrinogen III với sự hình thành vòng.

Protoporphyrin được sản xuất thông qua quá trình khử cacbon bằng enzym và khử nước trong ty thể. Với enzyme ferrochelatase, một ion sắt (II) được kết hợp vào phân tử này với sự hình thành heme. Trong bào tương của tế bào, heme được liên kết với protein globin để tạo thành hemoglobin phức hợp protein chứa sắt.

Quá trình tổng hợp các globins riêng lẻ diễn ra thông qua quá trình sinh tổng hợp protein bình thường. Như đã đề cập, phức hợp hemoglobin ở người trưởng thành chứa hai tiểu đơn vị giống nhau của alpha và beta globins. Do cấu trúc phức tạp, hemoglobin thành phẩm đã phát triển khả năng vận chuyển oxy và cung cấp cho tất cả các tế bào của sinh vật.

Tuy nhiên, liên kết của sắt trung tâm với oxy không chặt chẽ và có thể bị ảnh hưởng rất dễ dàng bởi các yếu tố hóa lý bên ngoài. Điều này giúp hemoglobin vừa hấp thụ vừa giải phóng oxy nhanh chóng. Hàm lượng oxy trong hemoglobin phụ thuộc vào các yếu tố pH, carbon dioxide hoặc áp suất riêng phần hoặc nhiệt độ của oxy. Các biến ảnh hưởng này thay đổi, ví dụ, sự phù hợp của các globins, do đó liên kết oxy có thể được củng cố hoặc suy yếu bởi những thay đổi nhỏ trong điều kiện năng lượng và steric.

Với giá trị pH thấp và áp suất riêng phần carbon dioxide cao, liên kết oxy với ion sắt (II) bị yếu đi và do đó việc giải phóng oxy được ưu tiên. Chính xác là trong những điều kiện này, quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ hơn, làm tăng nhu cầu oxy. Do đó, hệ thống vận chuyển oxy được điều phối tối ưu với nhu cầu thể chất thông qua chức năng hemoglobin.

Bệnh tật & ốm đau

Rối loạn tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến nhiều bệnh khác nhau. Có một số bệnh di truyền dựa trên sự gián đoạn tổng hợp heme. Trong quá trình này, tiền chất heme tích tụ trong cơ thể, dẫn đến cực kỳ nhạy cảm với ánh sáng. Trong những cái gọi là porphyrin này, porphyrin được lưu trữ trong mạch máu hoặc thậm chí là gan. Khi tiếp xúc với ánh sáng, một số dạng rối loạn chuyển hóa porphyrin dự trữ nhiều năng lượng bức xạ hơn. Khi năng lượng được giải phóng, các gốc oxy được tạo ra sẽ tấn công và phá hủy các mô tiếp xúc. Điều này dẫn đến ngứa và đau rát dữ dội.

Có bảy dạng rối loạn chuyển hóa porphyrin. Việc xây dựng heme là một quá trình gồm tám bước, trong đó có bảy loại enzyme. Nếu một enzyme chỉ hoạt động không đầy đủ, tiền chất tương ứng sẽ được lưu trữ tại thời điểm này trong quá trình tổng hợp heme. Dựa trên các triệu chứng, rối loạn chuyển hóa porphyrin được chia thành hai nhóm chính. Cái gọi là rối loạn chuyển hóa porphyrin ở da được đặc trưng bởi sự nhạy cảm đau đớn của da với ánh sáng. Trong rối loạn chuyển hóa porphyrin gan, sự tham gia của gan chiếm ưu thế với đau bụng dữ dội, buồn nôn và nôn. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, có sự chồng chéo giữa hai phức hợp triệu chứng.

Porphyrias thường biểu hiện một đợt không liên tục với các cơn cấp tính. Tùy thuộc vào loại rối loạn chuyển hóa porphyrin, chúng biểu hiện bằng các phản ứng da đột ngột đau đớn, đau bụng quặn thắt, buồn nôn / nôn, nước tiểu có màu đỏ, co giật, suy nhược thần kinh hoặc thậm chí là rối loạn tâm thần.

Các rối loạn tổng hợp hemoglobin khác liên quan đến sự tổng hợp sai sót của các phân tử globin do đột biến ở các gen tương ứng. Ví dụ như cái gọi là bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm hoặc bệnh thalassemia. Trong bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm, protein của tiểu đơn vị beta globin bị biến đổi gen. Ở vị trí thứ sáu của protein này, axit amin axit glutamic đã được thay thế bằng valine. Nếu thiếu oxy, hemoglobin liên quan sẽ trở thành hình liềm, kết lại với nhau và làm tắc nghẽn các mạch máu nhỏ. Điều này dẫn đến rối loạn tuần hoàn đe dọa tính mạng. Thalassemias là một nhóm các dị dạng hemoglobin khác nhau dẫn đến giảm sự hình thành chuỗi globin của alpha hoặc beta globin.Thiếu máu trầm trọng là triệu chứng quan trọng nhất.