Гем

Материал из Терра Медики

Гем (от греческого αἷμα, кровь) — один из важнейших пигментов. Он входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы. Вторую группу пигментов составляют предшественники гема — порфирины. Третья представлена продуктами распада гема — желчными пигментами. К четвертой группе относятся меланины — пигменты кожи, волос и роговицы глаза, являющиеся продуктом полимеризации диоксииндола, образующегося в процессе обмена тирозина.

Гем требуется для многих ферментов

Гем является небелковой частью многих гемопротеинов:

  • гемоглобин (до 85 % общего количества гема организма), локализованный в эритроцитах и клетках костного мозга;
  • миоглобин скелетных мышц и миокарда (17 %);
  • цитохромы дыхательной цепи;
  • ферменты цитохромоксидаза, цитохром P450, гомогентизатоксидаза, пероксидаза, миелопероксидаза, каталаза, тиреопероксидаза и т. д. — менее 1 %.

Строение и синтез гема


Синтез гема в основном идет в предшественниках эритроцитов, клетках печени, почек, слизистой кишечника, и в остальных тканях. Первая реакция синтеза с участием δ-аминолевулинат-синтазы (греч. δ — «дельта») происходит в митохондриях. Следующая реакция при участии аминолевулинатдегидратазы (порфобилиноген-синтазы) протекает в цитозоле. Здесь из двух молекул δ‑аминолевулиновой кислоты образуется циклический порфобилиноген (монопиррол).


После синтеза порфобилиногена четыре его молекулы конденсируются с образованием уропорфириногена (тетрапиррол). Их различают два вида — уропорфириноген типа I и уропорфириноген типа III. В синтезе обоих видов порфиринов принимает участие уропорфириноген I-синтаза, в образования уропорфириногена III дополнительно принимает участие фермент уропорфириноген III-косинтаза.

Судьба обоих типов уропорфириногена двояка: они могут окисляться до уропорфирина (на рисунке не показано) или декарбоксилироваться до копропорфириногена соответствующего типа. Копропорфириноген III превращается либо в копропорфирин III (не показано), либо идет на синтез протопорфирина IX. Копропорфириноген III окисляется в протопорфириноген IX и далее в протопорфирин IX. Последний после связывания с железом образует гем, реакцию катализирует феррохелатаза (гемсинтаза).

Названия пигментов (уропорфирины и копропорфирины) были даны веществам по источнику их первоначального выделения, при этом восстановленные бесцветные формы называют порфириногенами. Для порфиринов характерно наличие изомерии вследствие различного расположения радикалов.

Регуляция синтеза гема

Скорость синтеза глобиновых цепей зависит от наличия гема, он ускоряет биосинтез «своих» белков.

Основным регуляторным ферментом синтеза гема является аминолевулинатсинтаза.


  • гем после взаимодействия с молекулой белка-репрессора формирует активный репрессорный комплекс, связывается с ДНК и подавляет транскрипцию, мРНК для фермента не образуется и синтез фермента прекращается. Также имеется отрицательный аллостерический эффект гема на фермент.

  • с другой стороны, достаточное количество ионов железа оказывает положительный эффект при синтезе молекулы аминолевулинатсинтазы. В клетке имеется особый железосвязывающий белок, который в отсутствии ионов железа обладает сродством к мРНК фермента и блокирует ее трансляцию в рибосоме, то есть синтез белковой цепи. Ионы железа связываются с этим железосвязывающим белком, образуя с ним неактивный комплекс, что инициирует синтез фермента.

Положительным модулятором аминолевулинатсинтазы служит гипоксия тканей, которая в эритропоэтических тканях индуцирует синтез фермента.

В печени повышение активности аминолевулинатсинтазы вызывают соединения, усиливающие работу микросомальной системы окисления (жирорастворимые токсины, стероиды) – при этом возрастает потребление гема для образования цитохрома Р450, что снижает внутриклеточную концентрацию свободного гема. В результате происходит дерепрессия синтеза фермента.

Распад гема

Основная статья: Билирубин

Основная часть желчных пигментов образуется при распаде гема и гемоглобина в клетках ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) и представляет собой многоступенчатый процесс: при окислении гемоглобина образуется вердоглобин; после отщепления глобина и железа образуется биливердин, который далее восстанавливается до билирубина.

Дефекты ферментов синтеза гема и метаболизма порфиринов

Дефекты ферментов синтеза гема и метаболизма порфиринов подразделяются на первичные — наследственные энзимопатии, получившие название «порфирии», и вторичные — приобретенные, составляющие группу под названием «порфиринурии». Эти заболевания сопровождаются накоплением и выведением в избытке с мочой и калом различных производных порфиринов.

Лабораторная оценка

В клинике состояние пигментного обмена определяют, оценивая:

  • Количество промежуточных и конечных метаболитов синтеза порфириновых структур (порфобилиногена, δ‑аминолевулиновой кислоты, копропорфирина, уропорфирина) и активность δ‑аминолевулинат­дегидратазы;
  • Уровень желчных пигментов — продуктов распада гемоглобина и других хромопротеидов (общего билирубина и его фракций).

Примечания

См. также

В категории «Обмен железа, гема, гемоглобина»

В категории «Клиническая биохимия»