Σύνθεση αιμοσφαιρίνης

ο Σύνθεση αιμοσφαιρίνης αποτελείται από τη σύνθεση αίματος και τη σύνθεση σφαιρίνης. Τέλος, η προσθετική ομάδα αίμης, η καθεμία με τέσσερις σφαιρίνες, συνδέεται με την πρωτεΐνη που περιέχει σίδηρο αιμοσφαιρίνη. Οι διαταραχές τόσο στη σύνθεση αίματος όσο και στη σύνθεση σφαιρίνης μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρά προβλήματα υγείας.

Τι είναι η σύνθεση αιμοσφαιρίνης;

Για την κατανόηση της σύνθεσης της αιμοσφαιρίνης, απαιτείται πρώτα η γνώση της δομής της αιμοσφαιρίνης. Η αιμοσφαιρίνη είναι ένα σύμπλοκο πρωτεϊνών που περιέχει σίδηρο, το οποίο αποτελείται από τέσσερις υπομονάδες σφαιρίνης, καθεμία με προσθετική ομάδα αίμης.

Στην ανθρώπινη αιμοσφαιρίνη ενηλίκων υπάρχουν δύο πανομοιότυπες άλφα σφαιρίνες, καθώς και δύο πανομοιότυπες β-σφαιρίνες ως υπομονάδες. Κάθε μία από αυτές τις υπομονάδες συνδέεται με μια προσθετική ομάδα αίμης, η οποία αποτελείται από σύμπλεγμα πορφυρίνης σιδήρου (II). Έτσι, ένα σύμπλοκο αιμοσφαιρίνης περιέχει τέσσερις ομάδες αίμης.

Ανάλογα με το χημικό περιβάλλον, κάθε ομάδα αίμης μπορεί να συνδέσει ένα μόριο οξυγόνου στο ιόν σιδήρου με πολύπλοκο τρόπο. Ανάλογα με το πόσες ομάδες αίμης είναι φορτωμένες με οξυγόνο, μιλάμε για οξυαιμοσφαιρίνη (υψηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο) ή δεοξυαιμοσφαιρίνη (χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο).

Το ιόν σιδήρου βρίσκεται στη μέση του δακτυλίου πορφυρίνης. Στο πλάι υπάρχει ένας πολύπλοκος δεσμός με το υπόλειμμα ιστιδίνης της σφαιρίνης. Από την άλλη πλευρά, ανάλογα με την ενεργειακή κατάσταση του ιόντος σιδήρου, ένα μόριο οξυγόνου μπορεί να συνδεθεί σε ένα σύμπλοκο. Η ενεργειακή κατάσταση επηρεάζεται από εξωτερικές φυσικές και χημικές συνθήκες λόγω αλλαγών στη διαμόρφωση της σφαιρίνης.

Λειτουργία & εργασία

Το τελευταίο βήμα στη σύνθεση της αιμοσφαιρίνης συνίσταται στη συναρμολόγηση της προσθετικής ομάδας αίμης με τις τέσσερις μονάδες σφαιρίνης για το σχηματισμό ενός συμπλόκου πρωτεΐνης που περιέχει σίδηρο. Τα επιμέρους συστατικά σχηματίζονται από ανεξάρτητα βιοσυνθετικά μονοπάτια.

Τα αρχικά υλικά για τον δακτύλιο πορφυρίνης της ομάδας αίμης είναι τα αμινοξέα γλυκίνη και ηλεκτρινυλο-ΟοΑ. Το Succinyl-CoA αποτελείται από συνένζυμο Α και ηλεκτρικό οξύ. Το ηλεκτρικό οξύ είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν στην κατανομή των πλούσιων σε ενέργεια κετονικών σωμάτων ως μέρος του ενεργειακού μεταβολισμού. Με τη βοήθεια του ενζύμου συνθάση δέλτα-αμινολεβουλινικού οξέος, το δέλτα-αμινολεβουλινικό οξύ συντίθεται από ηλεκτρινυλο-ΟοΑ και γλυκίνη. Δύο μόρια του δέλτα-αμινολεβουλινικού οξέος συμπυκνώνονται με την απομάκρυνση ενός μορίου νερού για το σχηματισμό του παραγώγου πυρρολίου πορφοφιλινογόνου. Με την απομάκρυνση της αμμωνίας και με τη βοήθεια του ενζύμου συνθετάση ουροπορφυρινογόνου-Ι, τέσσερα μόρια πορφοφιλογόνου αντιδρούν για να σχηματίσουν υδροξυμεθυλπιλάνιο. Αυτό μετατρέπεται σε ουροπορφυρινογόνο III με σχηματισμό δακτυλίου.

Η πρωτοτορφυρίνη παράγεται μέσω ενζυματικής αποκαρβοξυλίωσης και αφυδάτωσης στα μιτοχόνδρια. Με το ένζυμο φερροκελατάση, ένα ιόν σιδήρου (II) ενσωματώνεται σε αυτό το μόριο με το σχηματισμό αίμης. Στο κυτοσόλιο του κυττάρου, η αίμη συνδέεται με την πρωτεΐνη σφαιρίνη για να σχηματίσει την πρωτεΐνη που περιέχει σίδηρο αιμοσφαιρίνη.

Η σύνθεση των επιμέρους σφαιρινών πραγματοποιείται μέσω φυσιολογικής πρωτεϊνικής βιοσύνθεσης. Όπως αναφέρθηκε ήδη, το σύμπλοκο ενηλίκων αιμοσφαιρίνης περιέχει δύο πανομοιότυπες υπομονάδες άλφα και βήτα σφαιρίνης. Λόγω της σύνθετης δομής της, η τελική αιμοσφαιρίνη έχει αναπτύξει την ικανότητα μεταφοράς οξυγόνου και τροφοδοσίας σε όλα τα κύτταρα του οργανισμού.

Ωστόσο, η σύνδεση του κεντρικού σιδήρου στο οξυγόνο δεν είναι πολύ σφιχτή και μπορεί να επηρεαστεί πολύ εύκολα από εξωτερικούς χημικούς και φυσικούς παράγοντες. Αυτό επιτρέπει στην αιμοσφαιρίνη να απορροφά και να απελευθερώνει οξυγόνο γρήγορα. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο της αιμοσφαιρίνης εξαρτάται, μεταξύ άλλων, από τους παράγοντες pH, διοξείδιο του άνθρακα ή μερική πίεση ή θερμοκρασία οξυγόνου. Αυτές οι επηρεαζόμενες μεταβλητές αλλάζουν, για παράδειγμα, τη συμμόρφωση των σφαιριδίων, έτσι ώστε ο δεσμός οξυγόνου να μπορεί να ενισχυθεί ή να εξασθενήσει από μικρές αλλαγές στις ενεργειακές και στερικές συνθήκες.

Με χαμηλή τιμή pH και μερική πίεση υψηλού διοξειδίου του άνθρακα, ο δεσμός οξυγόνου με το ιόν σιδήρου (II) εξασθενεί και επομένως προτιμάται η απελευθέρωση οξυγόνου. Ακριβώς υπό αυτές τις συνθήκες λαμβάνει χώρα ισχυρότερος μεταβολικός κύκλος εργασιών, οι οποίοι έχουν επίσης αυξημένη ζήτηση οξυγόνου. Το σύστημα μεταφοράς οξυγόνου επομένως συντονίζεται άριστα με τις φυσικές ανάγκες μέσω της λειτουργίας αιμοσφαιρίνης.

Ασθένειες και παθήσεις

Οι διαταραχές στη σύνθεση της αιμοσφαιρίνης μπορούν να οδηγήσουν σε διάφορες ασθένειες. Υπάρχουν ορισμένες γενετικές ασθένειες που βασίζονται στη διακοπή της σύνθεσης του αίματος. Στη διαδικασία, οι πρόδρομοι αίμης συσσωρεύονται στο σώμα, οι οποίοι μεταξύ άλλων οδηγούν σε ακραία ευαισθησία στο φως. Σε αυτές τις λεγόμενες πορφυρίες, οι πορφυρίνες αποθηκεύονται στα αιμοφόρα αγγεία ή ακόμα και στο ήπαρ. Όταν εκτίθενται στο φως, ορισμένες μορφές πορφυρίας αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια ακτινοβολίας. Όταν απελευθερώνεται η ενέργεια, δημιουργούνται ρίζες οξυγόνου που επιτίθενται και καταστρέφουν τον εκτεθειμένο ιστό. Αυτό οδηγεί σε σοβαρό κνησμό και πόνο.

Υπάρχουν επτά μορφές πορφυρίας. Η κατασκευή της αίμης είναι μια διαδικασία οκτώ βημάτων στην οποία εμπλέκονται επτά ένζυμα. Εάν ένα ένζυμο λειτουργεί μόνο ανεπαρκώς, ο αντίστοιχος πρόδρομος αποθηκεύεται σε αυτό το σημείο στη σύνθεση της αίμης. Με βάση τα συμπτώματα, οι πορφυρίες χωρίζονται σε δύο κύριες ομάδες. Οι λεγόμενες δερματικές πορφυρίες χαρακτηρίζονται από την οδυνηρή ευαισθησία του δέρματος στο φως.Στις ηπατικές πορφυρίες, η ηπατική συμμετοχή κυριαρχεί με σοβαρό κοιλιακό άλγος, ναυτία και έμετο. Σε πολλές περιπτώσεις, ωστόσο, υπάρχει αλληλεπικάλυψη μεταξύ των δύο συμπλεγμάτων συμπτωμάτων.

Οι πορφυρίες συχνά δείχνουν μια διαλείπουσα πορεία με οξείες επιθέσεις. Ανάλογα με τον τύπο της πορφυρίας, αυτές εκδηλώνονται σε ξαφνικά οδυνηρές δερματικές αντιδράσεις, κοιλιακό πόνο, όπως ναυτία / έμετο, ερυθρό χρωματισμό των ούρων, επιληπτικές κρίσεις, νευρολογικά ελλείμματα ή ακόμη και ψυχώσεις.

Άλλες διαταραχές της σύνθεσης αιμοσφαιρίνης σχετίζονται με την ελαττωματική σύνθεση μορίων σφαιρίνης μέσω μεταλλάξεων στα αντίστοιχα γονίδια. Παραδείγματα είναι η λεγόμενη δρεπανοκυτταρική αναιμία ή θαλασσαιμία. Στην δρεπανοκυτταρική αναιμία, η πρωτεΐνη της υπομονάδας βήτα σφαιρίνης τροποποιείται γενετικά. Στη θέση έξι αυτής της πρωτεΐνης, το αμινοξύ γλουταμινικό οξύ έχει αντικατασταθεί από βαλίνη. Εάν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου, η σχετική αιμοσφαιρίνη γίνεται δρεπάνι, συσσωρεύεται και φράζει μικρά αιμοφόρα αγγεία. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα απειλητικές για τη ζωή διαταραχές του κυκλοφορικού. Οι θαλασσαιμίες είναι μια ομάδα διαφορετικών δυσπλασιών αιμοσφαιρίνης που οδηγούν σε μειωμένο σχηματισμό αλυσίδας σφαιρίνης άλφα ή βήτα σφαιρίνης. Η σοβαρή αναιμία είναι το πιο σημαντικό σύμπτωμα.