Η Η αίμη είναι μια πορφυρίνη, στο κέντρο του μορίου της οποίας υπάρχουν ιόντα σιδήρου Fe2+, τα οποία περιλαμβάνονται στη δομή από δύο ομοιοπολικούς και δύο δεσμούς συντονισμού. Οι πορφυρίνες είναι ένα σύστημα τεσσάρων συντηγμένων πυρρολών που έχουν ενώσεις μεθυλενίου (-CH=).
Το μόριο της αίμης έχει επίπεδη δομή. Η διαδικασία οξείδωσης μετατρέπει την αίμη σε αιματίνη, που ονομάζεται Fe3+.
Χρήση πολύτιμων λίθων
Η Η αίμη είναι μια προστατική ομάδα όχι μόνο της αιμοσφαιρίνης και των παραγώγων της, αλλά και της μυοσφαιρίνης, της καταλάσης, της υπεροξειδάσης, των κυτοχρωμάτων, του ενζύμου πυρολάσης της τρυπτοφάνης, που καταλύει την οξείδωση της τροπτοφάνης σε φορμυλκυνουρενίνη. Υπάρχουν τρεις ηγέτες στο περιεχόμενο gemma:
- ερυθροκύτταρα, που αποτελούνται από αιμοσφαιρίνη;
- μυϊκά κύτταρα που έχουν μυοσφαιρίνη;
- ηπατικά κύτταρα με κυτόχρωμα P450.
Ανάλογα με τη λειτουργία των κυττάρων, αλλάζει ο τύπος της πρωτεΐνης, καθώς και η πορφυρίνη στην αίμη. Η αίμη της αιμοσφαιρίνης περιλαμβάνει πρωτοπορφυρίνη IX και η οξειδάση του κυτοχρώματος περιέχει φορμυλοπορφυρίνη.
Πώς σχηματίζεται η αίμη;
Η παραγωγή πρωτεΐνης συμβαίνει σε όλους τους ιστούς του σώματος, αλλά η πιο παραγωγική σύνθεση αίμης συμβαίνει σε δύο όργανα:
- μυελός των οστών παράγει ένα μη πρωτεϊνικό συστατικό για την παραγωγή αιμοσφαιρίνης.
- Τα ηπατοκύτταρα παράγουν πρώτες ύλες για το κυτόχρωμα P450.
Στη μιτοχονδριακή μήτρα, το εξαρτώμενο από πυριδοξάλη ένζυμο αμινολεβουλινική συνθάση είναι καταλύτης για το σχηματισμό του 5-αμινολεβουλινικού οξέος (5-ALA). Σε αυτό το στάδιο, η γλυκίνη και το σουκινυλο-CoA, προϊόν του κύκλου του Krebs, συμμετέχουν στη σύνθεση της αίμης. Η αίμη αναστέλλει αυτή την αντίδραση. Ο σίδηρος, αντίθετα, πυροδοτεί την αντίδραση στα δικτυοερυθρά κύτταρα με τη βοήθεια μιας πρωτεΐνης δέσμευσης. Με έλλειψη φωσφορικής πυριδοξάλης, η δραστηριότητα της αμινολεβουλινικής συνθάσης μειώνεται. Τα κορτικοστεροειδή, τα μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα, τα βαρβιτουρικά και τα σουλφοναμίδια είναι διεγερτικά της αμινολεβουλινικής συνθάσης. Οι αντιδράσεις προκαλούνται από την αύξηση της κατανάλωσης αίμης από το κυτόχρωμα P450 για την παραγωγή αυτής της ουσίας από το ήπαρ.
Το 5-αμινολεβουλινικό οξύ, ή συνθάση πορφοβιλινογόνου, εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα από τα μιτοχόνδρια. Αυτό το κυτταροπλασματικό ένζυμο περιέχει, εκτός από το μόριο του πορφοβιλινογόνου, δύο ακόμη μόρια 5-αμινολεβουλινικού οξέος. Κατά τη σύνθεση της αίμης, η αντίδραση αναστέλλεται από ιόντα αίμης και μολύβδου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα αυξημένο επίπεδο 5-αμινολεβουλινικού οξέος στα ούρα και το αίμα σημαίνει δηλητηρίαση από μόλυβδο.
Η απαμίνωση τεσσάρων μορίων πορφυδιλινογόνου από απαμινάση πορφοβιλινογόνου σε υδροξυμεθυλβιλάνιο λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Περαιτέρω, το μόριο μπορεί να μετατραπεί σε υπερπορφυρινογόνο Ι και αποκαρβοξυλικό σε κοπροπορφυρινογόνο Ι. Το ουροπορφυρινογόνο ΙΙΙ λαμβάνεται στη διαδικασία αφυδάτωσης του υδροξυμεθυλοβιλανίου χρησιμοποιώντας το ένζυμο συνθάσης αυτούμόρια.
Η αποκαρβοξυλίωση του ουροπορφυρινογόνου σε κοπροπορφυρινογόνο III συνεχίζεται στο κυτταρόπλασμα για περαιτέρω επιστροφή στα μιτοχόνδρια των κυττάρων. Ταυτόχρονα, η οξειδάση του κοπροπορφυρινογόνου III αποκαρβοξυλιώνει τα μόρια του πρωτοπορφυρινογόνου IV (+ O2, -2CO2) με περαιτέρω οξείδωση (-6H+) σε πρωτοπορφυρίνη V με τη βοήθεια οξειδάσης πρωτοπορφυρίνης. Η ενσωμάτωση του Fe2+ στο τελευταίο στάδιο του ενζύμου φερροχελατάσης στο μόριο πρωτοπορφυρίνης V ολοκληρώνει τη σύνθεση της αίμης. Ο σίδηρος προέρχεται από τη φερριτίνη.
Χαρακτηριστικά σύνθεσης αιμοσφαιρίνης
Η παραγωγή αιμοσφαιρίνης είναι η παραγωγή αίμης και σφαιρίνης:
- Η αίμη αναφέρεται σε μια προσθετική ομάδα που μεσολαβεί στην αναστρέψιμη σύνδεση του οξυγόνου στην αιμοσφαιρίνη.
- Η σφαιρίνη είναι μια πρωτεΐνη που περιβάλλει και προστατεύει το μόριο της αίμης.
Στη σύνθεση της αίμης, το ένζυμο φερροχελατάση προσθέτει σίδηρο στον δακτύλιο της δομής της πρωτοπορφυρίνης IX για την παραγωγή αίμης, χαμηλά επίπεδα της οποίας σχετίζονται με αναιμία. Η έλλειψη σιδήρου, ως η πιο κοινή αιτία αναιμίας, μειώνει την παραγωγή αίμης και πάλι μειώνει το επίπεδο της αιμοσφαιρίνης στο αίμα.
Ένας αριθμός φαρμάκων και τοξινών εμποδίζει άμεσα τη σύνθεση της αίμης, εμποδίζοντας τα ένζυμα να συμμετέχουν στη βιοσύνθεσή της. Η αναστολή της σύνθεσης του φαρμάκου είναι συχνή στα παιδιά.
Σχηματισμός σφαιρίνης
Δύο διαφορετικές αλυσίδες σφαιρίνης (η καθεμία με το δικό της μόριο αίμης) συνδυάζονται για να σχηματίσουν αιμοσφαιρίνη. Την πρώτη κιόλας εβδομάδα της εμβρυογένεσης, η αλυσίδα άλφα συνδυάζεται με την αλυσίδα γάμμα. Μετά τη γέννηση του παιδιού, η συγχώνευσηεμφανίζεται με την αλυσίδα βήτα. Είναι ο συνδυασμός δύο άλφα αλυσίδων και δύο άλλων που συνθέτει το πλήρες μόριο της αιμοσφαιρίνης.
Ο συνδυασμός των αλυσίδων άλφα και γάμμα σχηματίζει εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη. Ο συνδυασμός δύο αλυσίδων άλφα και δύο βήτα δίνει «ενήλικη» αιμοσφαιρίνη, η οποία επικρατεί στο αίμα για 18-24 εβδομάδες από τη γέννηση.
Η σύνδεση δύο αλυσίδων σχηματίζει ένα διμερές - μια δομή που δεν μεταφέρει αποτελεσματικά το οξυγόνο. Τα δύο διμερή σχηματίζουν ένα τετραμερές, το οποίο είναι η λειτουργική μορφή της αιμοσφαιρίνης. Ένα σύμπλεγμα βιοφυσικών χαρακτηριστικών ελέγχει την πρόσληψη οξυγόνου από τους πνεύμονες και την απελευθέρωσή του στους ιστούς.
Γενετικοί μηχανισμοί
Τα γονίδια που κωδικοποιούν τις αλυσίδες άλφα σφαιρίνης βρίσκονται στο χρωμόσωμα 16 και όχι οι αλυσίδες άλφα - στο χρωμόσωμα 11. Συνεπώς, ονομάζονται "τόπος άλφα σφαιρίνης" και "τόπος βήτα σφαιρίνης". Οι εκφράσεις των δύο ομάδων γονιδίων είναι στενά ισορροπημένες για τη φυσιολογική λειτουργία των ερυθροκυττάρων. Η ανισορροπία οδηγεί στην ανάπτυξη θαλασσαιμίας.
Κάθε χρωμόσωμα 16 έχει δύο γονίδια άλφα σφαιρίνης που είναι πανομοιότυπα. Δεδομένου ότι κάθε κύτταρο έχει δύο χρωμοσώματα, τέσσερα από αυτά τα γονίδια είναι συνήθως παρόντα. Κάθε ένα παράγει το ένα τέταρτο των αλυσίδων σφαιρίνης που απαιτούνται για τη σύνθεση της αιμοσφαιρίνης.
Τα γονίδια του τόπου βήτα-σφαιρίνης του τόπου εντοπίζονται διαδοχικά, ξεκινώντας από τη θέση που είναι ενεργή κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη. Η ακολουθία είναι η εξής: έψιλον γάμμα, δέλτα και βήτα. Υπάρχουν δύο αντίγραφα του γονιδίου γάμμακάθε χρωμόσωμα 11, και τα υπόλοιπα υπάρχουν σε μεμονωμένα αντίγραφα. Κάθε κύτταρο έχει δύο γονίδια βήτα σφαιρίνης, που εκφράζουν μια ποσότητα πρωτεΐνης που ταιριάζει ακριβώς με καθένα από τα τέσσερα γονίδια άλφα σφαιρίνης.
Μετατροπές αιμοσφαιρίνης
Ο μηχανισμός εξισορρόπησης σε γενετικό επίπεδο δεν είναι ακόμα γνωστός στην ιατρική. Μια σημαντική ποσότητα εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης αποθηκεύεται στο σώμα του παιδιού για 7 - 8 μήνες μετά τη γέννηση. Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν μόνο ίχνη, εάν υπάρχουν, εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης μετά τη βρεφική ηλικία.
Ο συνδυασμός δύο γονιδίων άλφα και βήτα παράγει φυσιολογική αιμοσφαιρίνη Α ενηλίκων. Το γονίδιο δέλτα, που βρίσκεται μεταξύ γάμμα και βήτα στο χρωμόσωμα 11, παράγει μια μικρή ποσότητα δέλτα σφαιρίνης σε παιδιά και ενήλικες - αιμοσφαιρίνη Α2, η οποία είναι μικρότερη από 3% σκίουρος.
αναλογία ALK
Ο ρυθμός σχηματισμού αίμης επηρεάζεται από το σχηματισμό του αμινολεβουλινικού οξέος ή ALA. Η συνθάση που ξεκινά αυτή τη διαδικασία ρυθμίζεται με δύο τρόπους:
- αλλοστερικά με τη βοήθεια τελεστικών ενζύμων που παράγονται κατά την ίδια την αντίδραση,
- στο γενετικό επίπεδο παραγωγής ενζύμων.
Η σύνθεση της αίμης και της αιμοσφαιρίνης αναστέλλει την παραγωγή της αμινολιβουλινικής συνθάσης, σχηματίζοντας αρνητική ανάδραση. Στεροειδείς ορμόνες, μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα, αντιβιοτικά σουλφοναμίδες διεγείρουν την παραγωγή συνθετάσης. Στο πλαίσιο της λήψης φαρμάκων, η πρόσληψη της αίμης στο σύστημα του κυτοχρώματος P450, που είναι σημαντική για την παραγωγή αυτών των ενώσεων από το ήπαρ, αυξάνεται.
Συντελεστές παραγωγής αίμης
ΕνεργόΗ ρύθμιση της σύνθεσης της αίμης μέσω του επιπέδου της συνθάσης ALA αντανακλάται από άλλους παράγοντες. Η γλυκόζη επιβραδύνει τη διαδικασία της δραστηριότητας της συνθάσης ALA. Η ποσότητα του σιδήρου στο κύτταρο επηρεάζει τη σύνθεση σε επίπεδο μετάφρασης.
Το MRNA έχει έναν βρόχο φουρκέτας στο σημείο έναρξης της μετάφρασης - ένα στοιχείο ευαίσθητο στο σίδηρο. Η μείωση του επιπέδου της σύνθεσης σιδήρου σταματά, σε υψηλό επίπεδο, η πρωτεΐνη αλληλεπιδρά με ένα σύμπλεγμα σιδήρου, κυστεΐνης και ανόργανου θείου, το οποίο επιτυγχάνει μια ισορροπία μεταξύ της παραγωγής αίμης και ALA.
Διαταραχές σύνθεσης
Η παραβίαση της βιοχημείας στη διαδικασία σύνθεσης της αίμης εκφράζεται σε ανεπάρκεια ενός από τα ένζυμα. Το αποτέλεσμα είναι η ανάπτυξη πορφυρίας. Η κληρονομική μορφή της νόσου σχετίζεται με γενετικές διαταραχές, ενώ η επίκτητη μορφή αναπτύσσεται υπό την επίδραση τοξικών φαρμάκων και αλάτων βαρέων μετάλλων.
Ενζυμικές ελλείψεις εκδηλώνονται στο ήπαρ ή στα ερυθροκύτταρα, γεγονός που επηρεάζει τον ορισμό της ομάδας της πορφυρίας - ηπατικής ή ερυθροποιητικής. Η ασθένεια μπορεί να εμφανιστεί σε οξείες ή χρόνιες μορφές.
Οι διαταραχές στη σύνθεση της αίμης σχετίζονται με τη συσσώρευση ενδιάμεσων προϊόντων - πορφυρινογόνων, τα οποία οξειδώνονται. Ο τόπος συσσώρευσης εξαρτάται από τον εντοπισμό - σε ερυθροκύτταρα ή ηπατοκύτταρα. Το επίπεδο συσσώρευσης προϊόντων χρησιμοποιείται για τη διάγνωση της πορφυρίας.
Τα τοξικά πορφυρινογόνα μπορούν να προκαλέσουν:
- νευροψυχιατρικές διαταραχές;
- δερματικές βλάβες λόγω φωτοευαισθησίας;
- διαταραχή του δικτυοενδοθηλιακού συστήματος του ήπατος.
Τα ούρα γίνονται μοβ με περίσσεια πορφυρινώναπόχρωση. Η περίσσεια αμινολεβουλινικής συνθάσης υπό την επήρεια φαρμάκων ή η παραγωγή στεροειδών ορμονών κατά την εφηβεία μπορεί να προκαλέσει έξαρση της νόσου.
Είδη πορφυρίας
Η οξεία διαλείπουσα πορφυρία σχετίζεται με ένα ελάττωμα στο γονίδιο που κωδικοποιεί την απαμινάση και οδηγεί στη συσσώρευση 5-ALA και πορφοβιλινογόνου. Τα συμπτώματα είναι σκούρα ούρα, πάρεση των αναπνευστικών μυών, καρδιακή ανεπάρκεια. Ο ασθενής παραπονιέται για κοιλιακό άλγος, δυσκοιλιότητα, εμετό. Η ασθένεια μπορεί να προκληθεί από τη λήψη αναλγητικών και αντιβιοτικών.
Η συγγενής ερυθροποιητική πορφυρία σχετίζεται με χαμηλή δραστηριότητα ουροπορφυρινογόνου-ΙΙΙ-συνθάσης και υψηλά επίπεδα ουροπορφυρινογόνου-Ι-συνθάσης. Τα συμπτώματα είναι φωτοευαισθησία, η οποία εκδηλώνεται με ρωγμές στο δέρμα, μώλωπες.
Η κληρονομική κοπροπορφυρία σχετίζεται με την έλλειψη οξειδάσης κοπροπορφυρινογόνου, η οποία εμπλέκεται στη μετατροπή του κοπροπορφυρινογόνου III. Ως αποτέλεσμα, το ένζυμο οξειδώνεται στο φως σε κοπροπορφυρίνη. Οι ασθενείς υποφέρουν από καρδιακή ανεπάρκεια και φωτοευαισθησία.
Η μωσαϊκό πορφυρία είναι μια διαταραχή κατά την οποία υπάρχει μερική απόφραξη της ενζυμικής μετατροπής του πρωτοπορφυρινογόνου σε αίμη. Τα σημάδια είναι ο φθορισμός ούρων και η ευαισθησία στο φως.
Η δερματική πορφυρία Tardor εμφανίζεται με ηπατική βλάβη στο φόντο του αλκοολισμού και της περίσσειας σιδήρου. Υψηλές συγκεντρώσεις ουροπορφυρινών τύπου I και III απεκκρίνονται στα ούρα, δίνοντάς τους ένα ροζ χρώμα και προκαλώντας φθορισμό.
Ερυθροποιητική πρωτοπορφυρία προκαλείται από χαμηλήΗ ενζυμική δραστηριότητα της φεροχελάσης στα μιτοχόνδρια, μια πηγή σιδήρου για τη σύνθεση της αίμης. Τα συμπτώματα είναι οξεία κνίδωση υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Υψηλά επίπεδα πρωτοπορφυρίνης IX εμφανίζονται στα ερυθροκύτταρα, το αίμα και τα κόπρανα. Τα ανώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια και το δέρμα συχνά φθορίζουν με κόκκινο φως.
