El hemo es una porfirina, en el centro de cuya molécula se encuentran los iones de hierro Fe2+, que se incluyen en la estructura mediante dos enlaces covalentes y dos de coordinación. Las porfirinas son un sistema de cuatro pirroles fusionados que tienen compuestos de metileno (-CH=).
La molécula de hemo tiene una estructura plana. El proceso de oxidación convierte el hemo en hematina, denominada Fe3+.
Usar gemas
Heme es un grupo prostático no solo de hemoglobina y sus derivados, sino también de mioglobina, catalasa, peroxidasa, citocromos, la enzima triptófano pirolasa, que cataliza la oxidación del trotófano a formilquinurenina. Hay tres líderes en el contenido de gemma:
- eritrocitos, constituidos por hemoglobina;
- células musculares que tienen mioglobina;
- células hepáticas con citocromo P450.
Dependiendo de la función de las células, cambia el tipo de proteína, así como la porfirina en el hemo. La hemoglobina hemo incluye protoporfirina IX y la citocromo oxidasa contiene formilporfirina.
¿Cómo se forma el hemo?
La producción de proteínas ocurre en todos los tejidos del cuerpo, pero la síntesis de hemo más productiva ocurre en dos órganos:
- la médula ósea produce un componente no proteico para la producción de hemoglobina;
- los hepatocitos producen materia prima para el citocromo P450.
En la matriz mitocondrial, la enzima aminolevulinato sintasa dependiente de piridoxal es un catalizador para la formación de ácido 5-aminolevulínico (5-ALA). En esta etapa, la glicina y la sucinil-CoA, un producto del ciclo de Krebs, participan en la síntesis del hemo. Heme inhibe esta reacción. El hierro, por el contrario, desencadena la reacción en los reticulocitos con la ayuda de una proteína de unión. Con la f alta de fosfato de piridoxal, la actividad de la aminolevulinato sintasa disminuye. Los corticosteroides, los antiinflamatorios no esteroideos, los barbitúricos y las sulfonamidas son estimulantes de la aminolevulinato sintasa. Las reacciones son causadas por un aumento en el consumo de hemo por parte del citocromo P450 para la producción de esta sustancia por parte del hígado.
El ácido 5-aminolevulínico, o porfobilinógeno sintasa, ingresa al citoplasma desde las mitocondrias. Esta enzima citoplasmática contiene, además de la molécula de porfobilinógeno, dos moléculas más de ácido 5-aminolevulínico. Durante la síntesis de hemo, la reacción es inhibida por iones de plomo y hemo. Es por eso que un nivel elevado de ácido 5-aminolevulínico en la orina y la sangre significa envenenamiento por plomo.
La desaminación de cuatro moléculas de porfibilinógeno de porfobilinógeno desaminasa a hidroximetilbilano ocurre en el citoplasma. Además, la molécula puede convertirse en upoporfirinógeno I y descarboxilarse en coproporfirinógeno I. El uroporfirinógeno III se obtiene en el proceso de deshidratación de hidroximetilbilano utilizando la enzima cosintasa de estemoléculas.
La descarboxilación del uroporfirinógeno a coproporfirinógeno III continúa en el citoplasma para regresar a la mitocondria de las células. Al mismo tiempo, la coproporfirinógeno III oxidasa descarboxila las moléculas de protoporfirinógeno IV (+ O2, -2CO2) mediante oxidación adicional (-6H+) a protoporfirina V con la ayuda de la protoporfirina oxidasa. La incorporación de Fe2+ en la última etapa de la enzima ferroquelatasa en la molécula de protoporfirina V completa la síntesis de hemo. El hierro proviene de la ferritina.
Características de la síntesis de hemoglobina
La producción de hemoglobina es la producción de hemo y globina:
- heme se refiere a un grupo protésico que media en la unión reversible del oxígeno a la hemoglobina;
- la globina es una proteína que rodea y protege la molécula del hemo.
En la síntesis de hemo, la enzima ferroquelatasa agrega hierro al anillo de la estructura de la protoporfirina IX para producir hemo, cuyos niveles bajos están asociados con la anemia. La deficiencia de hierro, como la causa más común de anemia, reduce la producción de hemo y nuevamente reduce el nivel de hemoglobina en la sangre.
Varias drogas y toxinas bloquean directamente la síntesis de hemo, impidiendo que las enzimas participen en su biosíntesis. La inhibición de la síntesis de fármacos es común en los niños.
Formación de globina
Dos cadenas de globina diferentes (cada una con su propia molécula de hemo) se combinan para formar hemoglobina. En la primera semana de la embriogénesis, la cadena alfa se combina con la cadena gamma. Después del nacimiento del niño, la fusiónocurre con la cadena beta. Es la combinación de dos cadenas alfa y otras dos lo que constituye la molécula de hemoglobina completa.
La combinación de las cadenas alfa y gamma forma la hemoglobina fetal. La combinación de dos cadenas alfa y dos beta da hemoglobina "adulta", que prevalece en la sangre durante 18-24 semanas desde el nacimiento.
La conexión de dos cadenas forma un dímero, una estructura que no transporta oxígeno de manera eficiente. Los dos dímeros forman un tetrámero, que es la forma funcional de la hemoglobina. Un complejo de características biofísicas controla la captación de oxígeno por los pulmones y su liberación en los tejidos.
Mecanismos genéticos
Los genes que codifican las cadenas de globina alfa se encuentran en el cromosoma 16, y no las cadenas alfa, en el cromosoma 11. En consecuencia, se denominan "locus de globina alfa" y "locus de globina beta". Las expresiones de los dos grupos de genes están estrechamente equilibradas para la función normal de los eritrocitos. El desequilibrio conduce al desarrollo de talasemia.
Cada cromosoma 16 tiene dos genes de globina alfa que son idénticos. Dado que cada célula tiene dos cromosomas, cuatro de estos genes normalmente están presentes. Cada uno produce una cuarta parte de las cadenas alfa de globina requeridas para la síntesis de hemoglobina.
Los genes del locus de la beta-globina se ubican secuencialmente, comenzando desde el sitio activo durante el desarrollo embrionario. La secuencia es la siguiente: épsilon gamma, delta y beta. Hay dos copias del gen gamma.cada cromosoma 11, y el resto están presentes en copias individuales. Cada célula tiene dos genes de globina beta, que expresan una cantidad de proteína que coincide exactamente con cada uno de los cuatro genes de globina alfa.
Transformaciones de hemoglobina
La medicina todavía no conoce el mecanismo de equilibrio a nivel genético. Una cantidad significativa de hemoglobina fetal se almacena en el cuerpo del niño durante 7 a 8 meses después del nacimiento. La mayoría de las personas tienen solo trazas, si es que las tienen, de hemoglobina fetal después de la infancia.
La combinación de dos genes alfa y beta produce hemoglobina A adulta normal. El gen delta, ubicado entre gamma y beta en el cromosoma 11, produce una pequeña cantidad de globina delta en niños y adultos: hemoglobina A2, que es menos de 3% de ardilla.
Relación ALK
La tasa de formación de hemo se ve afectada por la formación de ácido aminolevulínico o ALA. La sintasa que inicia este proceso se regula de dos formas:
- alostéricamente con la ayuda de enzimas efectoras que se producen durante la propia reacción;
- al nivel genético de la producción de enzimas.
La síntesis de hemo y hemoglobina inhibe la producción de aminolivulinato sintasa, formando una retroalimentación negativa. Las hormonas esteroides, los medicamentos antiinflamatorios no esteroideos, los antibióticos sulfonamidas estimulan la producción de sintasa. En el contexto de la toma de medicamentos, aumenta la absorción de hemo en el sistema del citocromo P450, que es importante para la producción de estos compuestos por parte del hígado.
Factores de producción de hemo
Activadola regulación de la síntesis de hemo a través del nivel de ALA sintasa se refleja en otros factores. La glucosa ralentiza el proceso de actividad de la ALA sintasa. La cantidad de hierro en la célula afecta la síntesis a nivel de traducción.
MRNA tiene un bucle de horquilla en el sitio de inicio de la traducción, un elemento sensible al hierro. Una disminución en el nivel de síntesis de hierro se detiene, en un nivel alto, la proteína interactúa con un complejo de hierro, cisteína y azufre inorgánico, lo que logra un equilibrio entre la producción de hemo y ALA.
Trastornos de síntesis
La violación en el proceso de síntesis de hemo de la bioquímica se expresa en una deficiencia de una de las enzimas. El resultado es el desarrollo de porfiria. La forma hereditaria de la enfermedad se asocia con trastornos genéticos, mientras que la forma adquirida se desarrolla bajo la influencia de fármacos tóxicos y sales de metales pesados.
Las deficiencias enzimáticas se manifiestan en el hígado o en los eritrocitos, lo que afecta la definición del grupo de porfiria - hepática o eritropoyética. La enfermedad puede ocurrir en formas agudas o crónicas.
Las alteraciones en la síntesis de hemo están asociadas con la acumulación de productos intermedios: porfirinógenos, que se oxidan. El lugar de acumulación depende de la localización: en eritrocitos o hepatocitos. El nivel de acumulación de productos se utiliza para diagnosticar la porfiria.
Los porfirinógenos tóxicos pueden causar:
- trastornos neuropsiquiátricos;
- lesiones cutáneas por fotosensibilidad;
- alteración del sistema reticuloendotelial del hígado.
La orina se vuelve morada con exceso de porfirinassombra. Un exceso de aminolevulinato sintasa bajo la influencia de fármacos o la producción de hormonas esteroides durante la adolescencia puede provocar una exacerbación de la enfermedad.
Especies de Porfiria
La porfiria intermitente aguda está asociada con un defecto en el gen que codifica la desaminasa y conduce a la acumulación de 5-ALA y porfobilinógeno. Los síntomas son orina oscura, paresia de los músculos respiratorios, insuficiencia cardíaca. El paciente se queja de dolor abdominal, estreñimiento, vómitos. La enfermedad puede ser causada por tomar analgésicos y antibióticos.
La porfiria eritropoyética congénita se asocia con una baja actividad de uroporfirinógeno-III-cosintasa y altos niveles de uroporfirinógeno-I-sintasa. Los síntomas son fotosensibilidad, que se manifiesta por grietas en la piel, hematomas.
La coproporfiria hereditaria se asocia con la f alta de coproporfirinógeno oxidasa, que participa en la conversión del coproporfirinógeno III. Como resultado, la enzima se oxida a la luz a coproporfirina. Los pacientes sufren insuficiencia cardíaca y fotosensibilidad.
La porfiria en mosaico es un trastorno en el que hay un bloqueo parcial de la conversión enzimática del protoporfirinógeno en hemo. Los signos son la fluorescencia de la orina y la sensibilidad a la luz.
La porfiria cutánea Tardor aparece con daño hepático en un contexto de alcoholismo y exceso de hierro. Altas concentraciones de uroporfirinas tipo I y III se excretan en la orina, dándole un color rosado y causando fluorescencia.
La protoporfiria eritropoyética es provocada por niveles bajosactividad de la enzima ferroquelatasa en las mitocondrias, una fuente de hierro para la síntesis de hemo. Los síntomas son urticaria aguda bajo la influencia de la radiación ultravioleta. Altos niveles de protoporfirina IX aparecen en eritrocitos, sangre y heces. Los glóbulos rojos inmaduros y la piel a menudo emiten fluorescencia con luz roja.
