Hemoglobin sinteza je sestavljena iz sinteze hema in sinteze globina. Končno nastane povezava protetične hemske skupine s štirimi globini železo-vsebujejo beljakovinski kompleks hemoglobina. Tako motnje v sintezi hema kot sinteza globina lahko vodi do resnih zdravje težave.
Kaj je sinteza hemoglobina?
Hemoglobin je železo-vsebujejo beljakovinski kompleks v rdeči barvi kri celic. Da bi razumeli sintezo hemoglobina, je najprej treba poznati strukturo hemoglobina. Hemoglobin je železo-vsebuje beljakovinski kompleks, ki ga sestavljajo štiri podenote globina, vsaka s protetično hemsko skupino. V podenoti sta pri odraslih človeških hemoglobinah dva enaka alfa globina in dva enaka beta globina. Vsaka od teh podenot je pritrjena na protetično hemsko skupino, ki jo sestavlja kompleks porfirin-železo II. Tako hemoglobinski kompleks vsebuje po štiri hemske skupine. Vsaka hemska skupina lahko zaplete kisik molekule na ion železa II, odvisno od kemičnega okolja. Odvisno od tega, s koliko heme skupinami je naloženo kisik, govorimo o oksihemoglobinu (bogat s kisikom) ali deoksihemoglobinu (reven s kisikom). Ioni železa II se nahajajo v središču porfirinskega obroča. Ob strani je zapletena vez na ostanek histidina globina. Na drugo stran je odvisno od energijskega stanja železovega iona an kisik molekula je lahko kompleksno vezana. Na energijsko stanje vplivajo zunanje fizikalne in kemijske razmere zaradi konformacijskih sprememb globina.
Funkcija in naloga
Zadnji korak sinteze hemoglobina je sestavljanje protetične hemske skupine s štirimi globinskimi enotami v beljakovinski kompleks, ki vsebuje železo. Posamezne komponente tvorijo neodvisne biosintetske poti. Izhodiščni materiali za porfirinski obroč heme skupine so aminokislina glicin in sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA je sestavljen iz koencima A in jantarne kisline. Jantarna kislina je vmesni produkt pri razgradnji energetsko bogatih ketonskih teles kot del presnova energije. S pomočjo encima delta-aminolevulinska kislina sintaza se delta-aminolevulinska kislina sintetizira iz sukcinil-CoA in glicina. Z odprava ene molekule vodeDva molekule delta-aminolevulinske kisline se kondenzira in tvori derivat pirola porfobilinogen. Z odprava of amoniak in s pomočjo encima uroporfirinogen I sintetaze štiri molekule reakcije porfobiliogena in tvorijo hidroksimetilbilan. Ta se s tvorbo obročev spremeni v uroporfirinogen III. Encimska dekarboksilacija in dehidrogenacija v mitohondriji proizvaja protoporfirin. Z encimom ferohelatazo se v to molekulo vključi ion železa II, ki tvori hem. V celici celice je hem povezan z beljakovinskim globinom in tvori beljakovinski kompleks, ki vsebuje železo, hemoglobin. Sinteza posameznih globinov poteka z normalno biosintezo beljakovin. Kot smo že omenili, kompleks odraslih hemoglobinov prejme po dve enaki podenoti alfa- in beta-globinov. Končni hemoglobin je zaradi svoje kompleksne strukture razvil sposobnost prenosa kisika in dovajanja v vse celice organizma. Vendar vezava centralnega železa na kisik ni zelo močna in nanjo zelo enostavno vplivajo zunanji kemijski in fizikalni dejavniki. To omogoča hemoglobinu tako, da hitro absorbira kisik in ga hitro sprosti. Tako je obremenitev hemoglobina s kisikom med drugim odvisna od dejavnikov vrednosti PH, ogljika delni tlak dioksida ali kisika ali celo temperatura. Te vplivne spremenljivke na primer spremenijo konformacijo globinov, tako da se vezava kisika lahko okrepi ali oslabi z rahlimi spremembami energijskih in steričnih razmerij. Tako pri nizkem PH in visokem ogljika delni tlak dioksida, vezava kisika na ion železa II oslabi, kar spodbuja sproščanje kisika. V teh pogojih pride do večje presnove presnove, ki ima tudi povečano potrebo po kisiku. Sistem prenosa kisika je torej najbolje prilagojen fizičnim potrebam s pomočjo funkcije hemoglobina.
Bolezni in bolezni
Motnje v sintezi hemoglobina lahko vodi na različne bolezni. Na primer, obstaja več genetske bolezni ki temeljijo na motnji sinteze hema. V tem primeru se predhodniki hema kopičijo v telesu, kar med drugim vodi do izjemne občutljivosti na svetlobo. V teh tako imenovanih porfirije, porfirini so shranjeni v kri plovila ali celo jetra. Ko so izpostavljene svetlobi, nekatere oblike porfirije shranite povečano sevalno energijo. Ko se energija sprosti, nastanejo kisikovi radikali, ki napadajo in uničujejo izpostavljeno tkivo. Hudo srbenje in gori bolečina razvijati. Obstaja sedem oblik porfirije. Nastanek hema je osemstopenjski proces, v katerem je sedem encimi so vključeni. Če encim deluje nezadostno, se ustrezni predhodnik shrani na tej točki sinteze hema. Glede na simptome so porfirije razdeljene v dve glavni skupini. Za tako imenovane kožne porfirije so značilne bolečine fotosenzibilnost od koža. Pri jetrnih porfirijah jetra vpletenost prevladuje s hudo bolečine v trebuhu, slabost in bruhanje. V mnogih primerih pa se oba kompleksa simptomov prekrivata. Porfirije pogosto kažejo epizodni tok z akutnimi napadi. Odvisno od vrste porfirija, se kažejo v nenadni bolečini koža reakcije, kolikasti bolečine v trebuhu, slabost/bruhanje, rdeča obarvanost urina, epileptični napadi, nevrološki izpadi ali celo psihoze. Druge motnje sinteze hemoglobina se nanašajo na okvarjeno sintezo globina molekule zaradi mutacij ustreznih genov. Primeri so tako imenovane srpaste celice anemija ali talasemije. V srpasti celici anemija, je protein podenote beta-globina genetsko spremenjen. Na položaju šest te beljakovine aminokislino glutaminsko kislino nadomesti valin. V odsotnosti kisika se zadevni hemoglobin deformira v obliki srpa, se strdi in zamaši majhne kri plovila. Posledica tega je smrtno nevarna motnje krvnega obtoka. Talasemije so skupina različnih malformacij hemoglobina, ki povzročijo zmanjšano tvorbo globinske verige alfa ali beta globina. Najpomembnejši simptom je hud anemija.
